亨士樂(lè)編碼器是如何做到精確測(cè)量電機(jī)位置的？

生活中經(jīng)常使用的電梯是如何將人們精確地帶到預(yù)定樓層的？這臺(tái)機(jī)床到底是如何切割材料的？伺服電機(jī)如何確保旋轉(zhuǎn)位置精度？所有這些都源于一個(gè)工件——編碼器，但什么是編碼器？他到底是如何測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的位置的？今天西安德伍拓就來(lái)談?wù)劸幋a器精確測(cè)量電機(jī)位置的一些知識(shí)。


1、什么是編碼器？

編碼器是一種將信號(hào)或數(shù)據(jù)編譯并轉(zhuǎn)換為可用于通信、傳輸和存儲(chǔ)的波形的設(shè)備。編碼器將角位移或線性位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，前者稱為碼盤(pán)，后者稱為碼尺。它是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的電機(jī)定位裝置，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)電機(jī)的角位移和旋轉(zhuǎn)位置。

2、編碼器分類

根據(jù)工作原理，編碼器可分為兩類：增量編碼器和絕對(duì)編碼器。增量編碼器將位移轉(zhuǎn)換為周期性電信號(hào)，然后將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖，脈沖數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)編碼器的每個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的數(shù)字代碼，因此其指示僅與測(cè)量的開(kāi)始和結(jié)束位置有關(guān)，與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。

增量式編碼器

增量編碼器通常有3個(gè)輸出端口，即A相位、B相位和Z相位輸出。A相和B相之間的脈沖輸出延遲1/4個(gè)周期。根據(jù)延遲關(guān)系可以區(qū)分正反轉(zhuǎn)。取A相和B相的上升沿和下降沿，頻率可以乘以2或4；

增量測(cè)量法的網(wǎng)格由周期網(wǎng)格組成。位置信息是通過(guò)計(jì)算從一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始的增量（測(cè)量步數(shù)）來(lái)獲得的。由于必須使用絕對(duì)參考點(diǎn)來(lái)確定位置值，旋轉(zhuǎn)編碼器也有一個(gè)參考點(diǎn)軌跡。

絕對(duì)值編碼器

絕對(duì)編碼器對(duì)應(yīng)一個(gè)圓，每個(gè)參考的角度輸出一個(gè)與該角度對(duì)應(yīng)的唯一二進(jìn)制值，外圓標(biāo)記裝置可以記錄和測(cè)量多個(gè)位置。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器打開(kāi)時(shí)，位置值立即可用，并可由下游信號(hào)處理電子設(shè)備讀取。無(wú)需移動(dòng)軸即可執(zhí)行原點(diǎn)返回。絕對(duì)位置信息來(lái)自由一系列絕對(duì)代碼組成的圓形編碼器盤(pán)。細(xì)分單獨(dú)的增量軌道信號(hào)以生成位置值；也可以選擇生成增量信號(hào)。

單圈編碼器的絕對(duì)位置值信息在每次旋轉(zhuǎn)時(shí)重復(fù)。多圈編碼器還可以區(qū)分每轉(zhuǎn)的位置值。

它們有最大的區(qū)別：對(duì)于增量編碼器，位置由從零位開(kāi)始計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)決定，而對(duì)于絕對(duì)編碼器，位置由讀取輸出代碼決定。讀取每個(gè)位置的輸出代碼在一圈內(nèi)是唯一的，因此如果電源中斷，絕對(duì)編碼器將不會(huì)與實(shí)際位置斷開(kāi)。當(dāng)電源再次打開(kāi)時(shí)，位置顯示仍然是最新的和有效的，這與增量編碼器不同，增量編碼器必須達(dá)到零位。

3、編碼器的工作原理

四組正弦波信號(hào)由一個(gè)中心軸上有環(huán)形和暗劃線的光電碼盤(pán)獲得，并由光電發(fā)射和接收設(shè)備讀取，對(duì)于a、B、C、D，每個(gè)正弦波的相位差為90度（相對(duì)于一個(gè)周期360度），C和D信號(hào)被反轉(zhuǎn)并疊加在A和B相位上，以增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)，此外，每轉(zhuǎn)一圈都有一個(gè)Z相位脈沖輸出，代表零參考位。

由于相位A和B相差90度，因此可以通過(guò)比較相位A或相位B來(lái)預(yù)先判斷編碼器的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)，并且可以通過(guò)零脈沖獲得編碼器的零參考位置。編碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬和塑料。玻璃碼盤(pán)是應(yīng)用在玻璃上的一條細(xì)刻線，具有良好的熱穩(wěn)定性和高精度。但由于金屬具有一定的厚度，其精度受到限制，其熱穩(wěn)定性比玻璃低一個(gè)數(shù)量級(jí)。塑料碼盤(pán)經(jīng)濟(jì)、成本低，但其精度、熱穩(wěn)定性和耐久性較差。

分辨率——編碼器每360度旋轉(zhuǎn)提供的通過(guò)數(shù)或暗線數(shù)稱為分辨率，也稱為分辨率分割，或直接指多少線，通常為每旋轉(zhuǎn)5到10000線。

4、位置測(cè)量和反饋控制原理

編碼器在電梯、機(jī)床、材料加工、電機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備中起著極其重要的作用。編碼器使用光柵和紅外光源通過(guò)接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL（HTL）電信號(hào)。通過(guò)分析TTL電平頻率和高電平數(shù)，可以直觀地回放電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)位置。

由于角度和位置可以精確測(cè)量，編碼器和逆變器可以組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使控制更精確，這就是為什么電梯、機(jī)床等可以如此精確地使用。

總之，我們知道編碼器根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為兩種類型：增量和絕對(duì)，它們也將其他信號(hào)（如光信號(hào)）轉(zhuǎn)換為可以分析和控制的電信號(hào)。我們生活中常用的電梯和機(jī)床正是基于對(duì)電機(jī)的精確調(diào)整。通過(guò)電信號(hào)的反饋控制，Hengstler編碼器與逆變器一起工作，自然實(shí)現(xiàn)精確控制。