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伺服電機(jī)編碼器基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

發(fā)布時(shí)間:2023-03-17 來(lái)源:Arrow 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】伺服電機(jī)編碼器是安裝在伺服電機(jī)上用來(lái)測(cè)量磁極位置和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器,從物理介質(zhì)的不同來(lái)分,伺服電機(jī)編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器,另外旋轉(zhuǎn)變壓器也算一種特殊的伺服編碼器,市場(chǎng)上使用的基本上是光電編碼器,不過磁電編碼器作為后起之秀,有可靠,價(jià)格便宜,抗污染等特點(diǎn),有趕超光電編碼器的趨勢(shì)。


編碼器類型非常多,最常用的是絕對(duì)值編碼器、增量編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器,還有一些更高的通訊編碼器。對(duì)于伺服來(lái)講,要想獲得非常高的性能和精度,必須提高編碼器的分辨率,常用的伺服編碼器2000-2500線(脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)),但線數(shù)越高,編碼器價(jià)格就越貴,所以必須了解控制系統(tǒng)的要求,以選擇最合適的編碼器。


對(duì)于增量性編碼器,最為常用,但最大的問題是:掉電位置丟失,所以要保持掉電位置,可以采用絕對(duì)值編碼器;如果機(jī)械振動(dòng)大,則選用光電編碼器就不合適了,這是需采用旋轉(zhuǎn)變壓器或者磁性編碼器。


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編碼器示意圖


伺服電機(jī)和編碼器的關(guān)系


伺服驅(qū)動(dòng)器和編碼器是構(gòu)成伺服系統(tǒng)的兩個(gè)必要組成部分,伺服驅(qū)動(dòng)器控制部分通過讀取編碼器獲得:轉(zhuǎn)子速度,轉(zhuǎn)子位置和機(jī)械位置,可以完成:


●   伺服電機(jī)的速度控制

●   伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制

●   機(jī)械位置同步跟蹤(多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn))

●   定點(diǎn)停車


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伺服電機(jī)和編碼器的關(guān)系圖


光編碼器特點(diǎn)和應(yīng)用要點(diǎn)


光學(xué)編碼器一直都是運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用市場(chǎng)的熱門選擇。它由LED光源(通常是紅外光源)和光電探測(cè)器組成,二者分別位于編碼器碼盤兩側(cè)。碼盤由塑料或玻璃制成,上面間隔排列著一系列透光和不透光的線或槽。碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí),LED光路被碼盤上間隔排列的線或槽阻斷,從而產(chǎn)生兩路典型的方波A和B正交脈沖,可用于確定軸的旋轉(zhuǎn)和速度。


光編碼器靠旋轉(zhuǎn)碼盤和光收發(fā)器配合工作。它們的距離非常近,但又不能接觸。但是在振動(dòng)下和結(jié)構(gòu)的間隙變大的情況下,碼盤會(huì)和光收發(fā)器碰撞。當(dāng)光編碼器的運(yùn)動(dòng)部件互相撞擊后,它們的位置就發(fā)生了變化從而導(dǎo)致精度降低。


光編碼器必須在無(wú)塵的環(huán)境里生產(chǎn),任何粉塵掉在碼盤上,光編碼器就失效了。通過嚴(yán)格的密封,通常光編碼器要在軸承,外殼和接線處密封。但是密封非常容易受溫度影響。由于環(huán)境和編碼器自身的發(fā)熱,當(dāng)溫度高時(shí)編碼器里面的空氣和水汽被排出,當(dāng)溫度低時(shí)外界的空氣和水汽又被吸入。這些水汽凝結(jié)在碼盤上直接導(dǎo)致光編碼器的失效。


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光編碼器示意圖


磁性編碼器的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景


磁性編碼器的結(jié)構(gòu)與光學(xué)編碼器類似,但它利用的是磁場(chǎng),而非光束。磁性編碼器使用磁性碼盤替代帶槽光電碼盤,磁性碼盤上帶有間隔排列的磁極,并在一列霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻傳感器上旋轉(zhuǎn)。碼盤的任何轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使這些傳感器產(chǎn)生響應(yīng),而產(chǎn)生的信號(hào)將傳輸至信號(hào)調(diào)理前端電路以確定軸的位置。相較于光學(xué)編碼器,磁性編碼器的優(yōu)勢(shì)在于更耐用、抗振和抗沖擊。而且,在遇到灰塵、污垢和油漬等污染物的情況下,光學(xué)編碼器的性能會(huì)大打折扣,磁性編碼器卻不受影響,因此非常適合惡劣環(huán)境應(yīng)用。


不過,電機(jī)(尤其是步進(jìn)電機(jī))產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)對(duì)磁性編碼器造成極大的影響,并且溫度變化也會(huì)使其產(chǎn)生位置漂移。此外,磁性編碼器的分辨率和精度相對(duì)較低。


另外,磁性編碼器響應(yīng)速度較慢,不能勝任高速運(yùn)動(dòng)負(fù)載的位置反饋。因此,磁性編碼器適用于如下應(yīng)用場(chǎng)景:


a. 定位精度要求不高的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)往復(fù)定位,例如物料搬運(yùn),物料分揀,大型設(shè)備定位控制,一般機(jī)器人定位。

b. 速度波動(dòng)要求不高的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),例如AGV車輪,輸送帶傳輸,變頻電機(jī)反饋。

c. 單向高速運(yùn)行,例如電主軸。

d. 負(fù)載慣量比較小的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景。

e. 步進(jìn)電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的反饋。


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磁性編碼器示意圖



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