IC693MDL648

IC693MDL648  哪些編碼器性能指標(biāo)對(duì)我的系統(tǒng)最重要？閱讀本文后，您將了解如何將編碼器分辨率、精度和可重復(fù)性規(guī)格與電機(jī)和機(jī)器人系統(tǒng)規(guī)格相匹配。

編碼器中常用的電子元件有哪些，未來(lái)的趨勢(shì)是什么？閱讀本文后，您將了解機(jī)器健康監(jiān)測(cè)、邊緣智能、穩(wěn)健傳感和高速連接如何實(shí)現(xiàn)未來(lái)的編碼器設(shè)計(jì)。

閉環(huán)電機(jī)控制反饋系統(tǒng)

在過(guò)去的幾十年里，從傳統(tǒng)的并網(wǎng)電機(jī)到逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)變是穩(wěn)定而持續(xù)的。這已經(jīng)并將繼續(xù)是工業(yè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的重大轉(zhuǎn)變，并隨著電機(jī)和終端設(shè)備的高效使用，節(jié)省了巨大的工藝和能源。通過(guò)變速驅(qū)動(dòng)器和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的電機(jī)控制性能，現(xiàn)在可為最苛刻的應(yīng)用提供更高的質(zhì)量和同步性。如圖1所示，通過(guò)使用功率逆變器、高性能位置檢測(cè)和功率級(jí)的電流/電壓閉環(huán)反饋，提高了電機(jī)性能和效率。

通過(guò)使用逆變器中的脈寬調(diào)制向電機(jī)施加變頻電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開環(huán)速度控制。在穩(wěn)態(tài)或緩慢變化的動(dòng)態(tài)條件下，這將相當(dāng)好地工作，并且性能較低的應(yīng)用中的許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都使用開環(huán)速度控制，而無(wú)需編碼器。但是，此方法有幾個(gè)缺點(diǎn)：

速度精度有限，因?yàn)闆](méi)有反饋

電機(jī)效率差，因?yàn)殡娏骺刂茻o(wú)法優(yōu)化

必須嚴(yán)格限制瞬態(tài)響應(yīng)，以免電機(jī)失去同步

圖1.閉環(huán)電機(jī)控制反饋系統(tǒng)。

什么是位置編碼器？

編碼器通過(guò)跟蹤旋轉(zhuǎn)軸的速度和位置來(lái)提供閉環(huán)反饋信號(hào)。光學(xué)和磁性編碼器是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，如圖2所示。在通用伺服驅(qū)動(dòng)器中，編碼器用于測(cè)量軸位置，從中得出驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速。在機(jī)器人和離散控制系統(tǒng)中，需要精確和可重復(fù)的軸位置。光學(xué)編碼器由帶有精細(xì)光刻槽的玻璃盤組成。光電二極管傳感器在光通過(guò)或從圓盤反射時(shí)檢測(cè)光的變化。光電二極管的模擬輸出被放大和數(shù)字化，然后通過(guò)有線電纜發(fā)送到逆變器控制器。磁編碼器由安裝在電機(jī)軸上的磁鐵組成，磁場(chǎng)傳感器提供正弦和余弦模擬輸出，該輸出被放大和數(shù)字化。光學(xué)和磁性傳感器信號(hào)鏈類似，如圖2所示。

電機(jī)編碼器類型、技術(shù)和性能指標(biāo)

絕對(duì)式單圈編碼器在通電后返回機(jī)械或電氣 360° 內(nèi)的絕對(duì)位置?？梢粤⒓醋x取電機(jī)軸的位置。絕對(duì)式多圈編碼器包括絕對(duì)值功能，并計(jì)算 360° 圈數(shù)。相反，增量編碼器提供相對(duì)于旋轉(zhuǎn)起點(diǎn)的位置。增量編碼器提供指示 0° 的索引脈沖和用于計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)彎的單脈沖或用于提供方向信息的雙脈沖。

編碼器的分辨率是電機(jī)軸每 360° 旋轉(zhuǎn)可以區(qū)分的位置數(shù)。通常，分辨率編碼器使用光學(xué)技術(shù)，而中分辨率/高分辨率編碼器使用磁性或光學(xué)傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器）或霍爾傳感器用于中低分辨率編碼器。光學(xué)或磁性編碼器使用高分辨率信號(hào)調(diào)理。大多數(shù)光學(xué)編碼器都是增量式的。編碼器可重復(fù)性是一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，用于衡量編碼器返回相同命令位置的一致性。這對(duì)于重復(fù)性任務(wù)至關(guān)重要，例如在PCB制造過(guò)程中用于半導(dǎo)體放置的機(jī)器人或拾取和放置機(jī)器。

圖3.編碼器類型。

電機(jī)編碼器精度和可重復(fù)性的重要性

拾取和放置機(jī)器/機(jī)器人是食品包裝和半導(dǎo)體制造行業(yè)中常用的自動(dòng)化機(jī)器。需要具有高精度和可重復(fù)性的機(jī)器或機(jī)器人來(lái)提高過(guò)程效率。精度、可重復(fù)性和效率是使用高性能電機(jī)編碼器實(shí)現(xiàn)的。

圖 4 展示了機(jī)器人中的編碼器用例。電機(jī)通過(guò)精密減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂中的每個(gè)關(guān)節(jié)。機(jī)器人關(guān)節(jié)角度通過(guò)安裝在電機(jī)上的精密軸角度編碼器（θm）和通常附加的臂式編碼器（θj).

對(duì)于機(jī)器人，數(shù)據(jù)表上列出的主要性能規(guī)格是可重復(fù)性，通常數(shù)量級(jí)為亞毫米級(jí)。通過(guò)了解重復(fù)性規(guī)格和機(jī)器人范圍，您可以推斷回旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格。

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