淺析編碼器在閉環(huán)電機控制中的作用

在討論電機時，編碼器控制是一個不可避免的話題，通常有兩種控制類型：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制的特點是系統(tǒng)的輸出不影響系統(tǒng)的控制效果。閉環(huán)控制是將輸出直接或間接返回到輸入端以形成閉環(huán)并參與控制的控制過程。



過去，通過向具有脈寬調(diào)制電機的變頻器施加可變頻率電壓，可以容易地實現(xiàn)電機的開環(huán)速度控制。在許多功率較低的應(yīng)用中，許多電機驅(qū)動器使用不需要Hengstler編碼器的開環(huán)速度控制。隨著電機朝著更高的效率、更低的能耗和更精確的控制方向發(fā)展，亨士樂編碼器和電機越來越多地交織在一起。

帶閉環(huán)和位置Hengstler編碼器的電機控制

在不使用亨士樂編碼器的開環(huán)控制中存在幾個明顯的弱點。由于缺乏反饋，電機所能達到的速度精度非常有限；由于無法優(yōu)化電流控制，很難實現(xiàn)高電機效率；必須嚴格限制瞬態(tài)響應(yīng)，否則電機將失去階躍。因此，許多電機應(yīng)用不再使用開環(huán)控制。例如，過去步進電機廣泛使用開環(huán)控制，但現(xiàn)在也可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。

電機閉環(huán)控制通過提高電機和終端效率，不僅提高了電機性能，提高了高要求應(yīng)用的質(zhì)量和同步功能，還節(jié)省了大量能源。整個閉環(huán)電機控制系統(tǒng)的功率變頻器、強大的位置檢測和功率級的電流/電壓反饋共同提高了電機的性能和效率。

編碼器作為伺服系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一，一直在決定伺服系統(tǒng)的上限方面發(fā)揮著重要作用。編碼器通過跟蹤旋轉(zhuǎn)軸的速度和位置在閉合電路中提供反饋信號，光學(xué)和磁性編碼器技術(shù)被廣泛使用。在通用伺服驅(qū)動器中，編碼器用于測量軸的位置，驅(qū)動速度可以從編碼器提供的數(shù)據(jù)中得出。

光學(xué)編碼器由一個代碼軌道和一個帶有精細光刻槽的代碼盤組成。當光穿過光盤或從光盤反射時，光電二極管傳感器檢測光的變化。光電二極管的模擬輸出在返回到控制器之前被放大和數(shù)字化。磁性編碼器由安裝在電機軸上的磁性傳感器組成，提供正弦和余弦模擬輸出。輸出被放大和數(shù)字化以進行控制。

亨士樂編碼器的關(guān)鍵性能指標

無論是用于檢測旋轉(zhuǎn)還是線性位移的光電編碼還是磁性編碼，電機編碼器都可以通過增量值和絕對值來區(qū)分。兩者的結(jié)構(gòu)和輸出信號完全不同?？傊?，增量信號并不表示特定的位置，而僅表示位置已經(jīng)改變。絕對信號可以指示位置已經(jīng)改變，以及提供絕對位置信息。

有幾個非常重要的績效指標，包括絕對績效指標和增量績效指標。首先是分辨率，它是指在電機軸旋轉(zhuǎn)360°時可以區(qū)分的位置數(shù)量。目前，高分辨率編碼器需要使用光學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)這一點，而中高編碼器可以是磁性的或光學(xué)的，而中低編碼器使用陀螺儀或霍爾傳感器。編碼器分辨率越高，就越適合高精度閉環(huán)控制。

當然，這只是從編碼器的角度來確定其分辨率與具有不同精度的閉環(huán)控制之間的對應(yīng)比率。不與其他控制硬件、算法等因素相結(jié)合。目前，有許多應(yīng)用不適合光學(xué)編碼，并且允許高精度閉環(huán)控制。

此外，Hengstler編碼器可用于位置和速度反饋，這涉及到不同的編碼器精度。位置控制必須確保絕對精度，以確保每個循環(huán)中每個位置的唯一信號輸出不會偏離實際位置。速度控制更多地基于差動精度。

另一個很少提及的指標是可重復(fù)性，它指的是亨士樂編碼器返回相同命令位置的一致性。許多閉環(huán)控制應(yīng)用需要設(shè)備執(zhí)行大量重復(fù)任務(wù)，而編碼器在多次重復(fù)后是否偏離也是一個重要指標。

總結(jié)

Hengstler編碼器的選擇仍然取決于應(yīng)用情況和運動類型，并且在分辨率匹配期間為位置和速度控制選擇適當?shù)木?。目前的編碼器，尤其是磁編碼芯片，具有ASIC級的整體解決方案和特殊的感應(yīng)和解碼芯片，它們非常協(xié)調(diào)，為電機控制提供了強大的支持。

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