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(dá)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(yán)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(xì)光刻槽的代碼盤組成。當(dāng)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(biāo)
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??傊隽啃盘柌⒉槐硎咎囟ǖ奈恢?,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(biāo),包括絕對績效指標(biāo)和增量績效指標(biāo)。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(dāng)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(biāo)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(biāo)。
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(dāng)?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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