В области промышленной автоматизации и точного управления сервомотор как основной исполнительный элемент, его производительность напрямую определяет точность системы и динамическую способность реагировать. аинкрементный кодерКак « орган восприятия» сервосистемы, обратная связь в режиме реального времени с информацией о положении и скорости ротора стала ключевой технической поддержкой для реализации управления замкнутым контуром.
Принцип работы и основные преимущества инкрементного кодера
Инкубационный кодер преобразует механический угол вращения в электрический импульсный сигнал, обнаруживая периодические изменения растрового диска или магнитной полосы. Его основной выход состоит из трех наборов сигналов:
Фазовые импульсы A / B: ортогональные импульсы с разностью фаз 90 ° для расчета смещения и направления вращения (дифференциация по часовой стрелке / против часовой стрелки путем определения последовательности восхода / падения);
Z - фазный нулевой сигнал: на каждый вращающийся круг выводится импульс, который служит абсолютной точкой отсчета для механической исходной точки и решает проблему потери положения инкрементного кодера после отключения.
По сравнению с абсолютным кодером инкрементный кодер имеет три основных преимущества:
Эффективно с точки зрения затрат: простая структура, без сложного кодового диска, цена только 1 / 3 ~ 1 / 2 от абсолютного кодера с той же точностью;
Сильная антиинтерференционная способность: магнитный инкрементный кодер может стабильно работать в суровых условиях, таких как сильные электромагнитные помехи, загрязнение нефтью и пыль;
Быстрый динамический ответ: низкая задержка передачи импульсного сигнала, подходящая для высокоскоростных сценариев управления движением.
Контроль местоположения: от подсчета импульсов до нанометровой точности
Инкубационный кодер реализует управление замкнутым контуром положения с помощью импульсного счета, основной процесс которого выглядит следующим образом:
Сбор импульсов: единица разрешения на вращение кодера (например, 1024 линейных кодера, которые выводят 1024 импульса на круг), контроллер регистрирует количество импульсов через высокоскоростной порт подсчета;
Преобразование положения: преобразование числа импульсов в фактический угол или линейное смещение в зависимости от положения формулы = число импульсов / разрешение (требуется сочетание отношения шестерни или направления винта);
Компенсация ошибок: накапливающаяся ошибка регулярно калибруется сигналом нулевого положения фазы Z, в сочетании с алгоритмом управления подачей для устранения нелинейных факторов, таких как механический зазор и упругая деформация.
Типичный случай применения:
Система подачи станков с ЧПУ: 17 - разрядный инкрементный кодер (с разрешением 131072 импульса / вращения), с растровой линейкой для достижения точности позиционирования микронного уровня для удовлетворения потребностей точной обработки;
Роботизированное управление суставами: повышение разрешения кодера до 4096 импульсов / оборотов с помощью технологии 4 - кратного увеличения частоты (с учетом равномерного увеличения импульса A / B фазы по восходящей / нисходящей линии) для достижения субдугового управления углом сустава;
Полупроводниковое оборудование: В роботе передачи на кристаллической окружности инкрементный кодер работает с линейным двигателем для достижения точности повторного позиционирования ±0,1 мкм с помощью импульсного счета.
Измерение скорости вращения: техническая эволюция от частотного метода к методу МТ
Инкубационный кодер измеряет скорость вращения с помощью временных рядов импульсного сигнала, основные методы включают:
1. Частотный метод (метод М)
Принцип: Количество импульсов подсчитывается в фиксированном временном окне, а скорость вращения вычисляется по формуле = количество импульсов / (разрешение × окно времени).
особенности:
Высокоскоростные измерения с высокой точностью (например, 1000rpm, 1024 линейный кодер может захватывать 17 импульсов на 10 мс с погрешностью всего 0,6%);
Ошибки при низких скоростях значительны (например, при 10 rpm, всего 0,17 импульса в 10 мс, что требует удлинения цикла подсчета или использования технологии умножения частоты).
Оптимизация программы:
Аппаратное умножение частоты: 4 - кратное и 16 - кратное увеличение частоты с помощью FPGA или специального чипа для улучшения низкоскоростного разрешения;
Программная фильтрация: использование алгоритма скольжения для подавления дрожания импульсов.
2. Периодический метод (метод Т)
Принцип: Измеряйте временные интервалы соседних импульсов, рассчитывайте скорость вращения по формуле = 1 / (разрешение × интервал времени).
особенности:
Высокая точность измерений низкой скорости (например, при 1rpm, 1024 - линейный кодер с интервалом импульсов 60 мс, ошибка измерения может контролироваться в пределах 0,1%);
Погрешность увеличивается при высоких скоростях (например, при 1000rpm интервал импульсов составляет всего 0,6ms, что ограничено точностью часов).
Оптимизация программы:
Интерполяция высокочастотных часов: использование часов выше 100 МГц для разделения интервалов импульсов, повышения точности высокоскоростных измерений;
Многоимпульсное синхронное измерение: захват нескольких импульсных циклов одновременно, получение среднего значения для уменьшения случайной ошибки.
3. Смешанный метод (метод МТ)
Принцип: в сочетании с частотным методом и периодическим методом, в течение фиксированного времени подсчитывается количество импульсов (метод М), одновременно измеряется количество импульсов высокочастотных часов (метод Т), скорость вращения по формуле = частота высокочастотных часов × количество импульсов / (разрешение × количество высокочастотных часов).
особенности:
Равновесие точности по всему диапазону скоростей (например, погрешность в диапазоне от 1rpm до 10000 rpm составляет менее 0,01%);
Алгоритм отличается высокой сложностью и требует специальной аппаратной поддержки.
Типичный сценарий применения:
Трактор лифта: измерение скорости двигателя методом МТ для достижения точности управления скоростью 0,01 м / с, обеспечения комфорта лестницы;
Основной привод нового энергетического автомобиля: через инкрементный кодер и избыточную конструкцию вращающегося трансформатора, в сочетании с методом MT для достижения низкоскоростного управления ползанием 0,1 rpm;
Система вращения ветрогенератора: в широком диапазоне скоростей от 0,1 rpm до 15 rpm метод MT обеспечивает точность управления углом лопасти ± 0,1 °.
IV. ТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ТЕНДЕНЦИИ
Несмотря на преимущества инкрементного кодера с точки зрения затрат и надежности, его зависимость от внешних счетчиков, после отключения электроэнергии, чтобы найти нулевые и другие недостатки, по - прежнему ограничивают расширение применения. В настоящее время развитие технологий характеризуется двумя основными тенденциями:
Интеллектуальная интеграция: интегрированный дизайн кодера и привода, аппаратное обеспечение подсчета импульсов, расчета скорости и компенсации ошибок через встроенный чип DSP, снижение нагрузки контроллера;
Интеграция с несколькими датчиками: в сочетании с инкрементным кодером и абсолютным кодером, датчиком тока, создание многомодальной системы обратной связи для повышения отказоустойчивости системы (например, переключение на управление токовым кольцом при сбое кодера).
инкрементный кодерБлагодаря своей высокой рентабельности и надежности, доминирует в области управления положением сервомотора и измерения скорости вращения. По мере того, как Индустрия 4.0 улучшает требования к точности и интеллекту оборудования, инкрементные кодеры постоянно преодолевают границы производительности с помощью технологических инноваций, чтобы обеспечить более точные решения для управления движением для интеллектуального производства.