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眾所周知,對(duì)于伺服控制系統(tǒng)都需要配備速度反饋及位置反饋的編碼器,我們?cè)谶x擇編碼器時(shí),不僅要考慮編碼器的類型,還要考慮編碼器的接口、分辨率、精度、防護(hù)等級(jí)等方面,以滿足用戶的控制要求。尤其是編碼器的分辨率和精度與運(yùn)動(dòng)控制有著密切的聯(lián)系,今天德普瑞小編就跟大家聊聊伺服編碼器的分辨率和精度。
1、分辨率
分辨率是指編碼器每個(gè)計(jì)數(shù)單位之間產(chǎn)生的距離,它是編碼器可以測(cè)量到的最小的距離。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)說(shuō),分辨率一般定義為編碼器旋轉(zhuǎn)一圈所測(cè)量的單位或者脈沖(如,PPR)。而對(duì)于直線編碼器來(lái)說(shuō),分辨率常常被定義為兩個(gè)量化單位之間產(chǎn)生的距離,通常給定的單位是微米(μm)或者納米(nm)。
絕對(duì)值編碼器分辨率一般被定義為位的形式,因?yàn)榻^對(duì)值編碼器輸出是基于編碼器實(shí)際位置的二進(jìn)制“字”。一位是一個(gè)二進(jìn)制單位,如16位等于216,或者65536。因此,一個(gè)16位編碼器每圈提供65536個(gè)量化單位。
2、精度
精度用于衡量正常情況下實(shí)際值和設(shè)定值之間可重復(fù)的平均偏差的量值,對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)說(shuō),一般被定義為角秒或者角分,同時(shí)對(duì)于直線編碼器來(lái)說(shuō)精度一般為微米。
一個(gè)很重要的需要注意的一點(diǎn)是,高的分辨率并不代表高的精度。例如,兩個(gè)同樣精度的旋轉(zhuǎn)編碼器,一個(gè)分辨率是3600PPR,而另外一個(gè)是10000PPR。低分辨率的編碼器(3600PPR)可以提供0.1°的測(cè)量距離,而高分辨率的編碼器可以提供一個(gè)更小的測(cè)量距離,但是二者的精度是相同的,高分辨率編碼器僅僅是具有將0.1°縮小到更小的增量距離的能力。
編碼器分辨率和精度是兩個(gè)獨(dú)立的概念,兩個(gè)編碼器具有相同的分辨率(24PPR)但是具有不同的精度。
當(dāng)我們討論精度的時(shí)候,一般還會(huì)涉及到另外一個(gè)編碼器的性能指標(biāo)—“可重復(fù)性”。精度是指測(cè)量值與真實(shí)值之間的接近程度,不與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,精度就無(wú)從談起?!翱芍貜?fù)性”是指在外部狀態(tài)不變的情況下,重現(xiàn)相同結(jié)果的能力。
某些情況下,“可重復(fù)性”可能比精度更加重要。這是因?yàn)?,如果系統(tǒng)具有可重復(fù)性,那么可以通過(guò)補(bǔ)償取消掉誤差。一般來(lái)說(shuō)編碼器的可重復(fù)性被定義為編碼器精度的倍率,常常是5到10倍的編碼器精度值。
而我們通常討論精度的時(shí)候,常常將“精度”和“可重復(fù)性”二者合二為一,我們往往認(rèn)為精度更傾向于用“真實(shí)度”來(lái)表示。當(dāng)我們討論精度時(shí)往往指的是“可重復(fù)性高的高精度”。
3、影響編碼器分辨率的因素
一個(gè)編碼器的分辨率依賴于其編碼器的刻線數(shù)(增量編碼器)或者編碼器碼盤(pán)模式(絕對(duì)值編碼器)。一般來(lái)說(shuō),分辨率是一個(gè)固定值,一旦編碼器被制造出來(lái)就沒(méi)辦法再增加刻線數(shù)或者編碼。
但是增量編碼器可以通過(guò)信號(hào)細(xì)分來(lái)增加分辨率,例如,方波增量編碼器(HTL/TTL)輸出增量方波信號(hào),通過(guò)每次記錄每個(gè)增量通道(信號(hào)A)的上升沿和下降沿,可以提高兩倍的編碼器分辨率。這樣當(dāng)我們記錄兩個(gè)通道(信號(hào)A和B)的上升沿和下降沿時(shí),我們可以提高四倍的編碼器分辨率(4倍頻)。
對(duì)于采用sin/cos信號(hào)的編碼器,相對(duì)于方波信號(hào),我們可以通過(guò)θ來(lái)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行細(xì)分以提供更高的分辨率。
4、影響編碼器精度的因素
當(dāng)編碼器的線數(shù)和測(cè)量單位確定以后,精度受到這些刻線或者測(cè)量單位的寬度和間距的影響,不一致的寬度或者間距會(huì)導(dǎo)致脈沖的誤差。同時(shí),一些外部因素同樣會(huì)影響編碼器的精度。旋轉(zhuǎn)編碼器的精度主要取決以下幾方面:
1)徑向光柵的方向偏差
2)刻線碼盤(pán)相對(duì)軸承的偏心
3)軸承徑向偏差
4)與聯(lián)軸器的連接導(dǎo)致的誤差
對(duì)于直線編碼器來(lái)說(shuō),由于溫度引起的刻線和安裝表面的擴(kuò)張同樣會(huì)影響編碼器的精度,一致的寬度和測(cè)量間隙是影響增量編碼器精度的關(guān)鍵因素。
對(duì)于伺服電機(jī)編碼器來(lái)說(shuō),分辨率與精度的關(guān)系非常容易讓人混淆。精度主要取決于編碼器的制造工藝,而分辨率可以通過(guò)細(xì)分來(lái)提高,但不是說(shuō)高的分辨率就代表編碼器可以達(dá)到高的精度。例如:通過(guò)使用sin/cos增量信號(hào),西門(mén)子伺服電機(jī)編碼器可以將分辨率提高到高達(dá)24位(分辨率16777216),轉(zhuǎn)換后編碼器可以描述的最小單位為0.07角秒,但是其物理精度僅僅可以達(dá)到±40角秒,分辨率能提供的精度遠(yuǎn)大于編碼器的實(shí)際物理精度。
但是對(duì)于使用HTL或者TTL類型的西門(mén)子伺服電機(jī)編碼器來(lái)說(shuō),分辨率只能提高4倍。如1024SR或者2048SR類型編碼器,可提供的最高分辨率為4096或者8192,轉(zhuǎn)換后編碼器可以描述的最小單位為5.27角分或者2.63角分,但是其物理精度可以提供達(dá)到±1角分,分辨率提供的精度小于編碼器的實(shí)際物理精度。