角度編碼器：如何使用編碼器測量角度

角度編碼器測量負載相對于軸或點的旋轉(zhuǎn)位置。角度編碼器提供與位移相對應的輸出，讀取設備（PLC、計數(shù)器等）將該數(shù)據(jù)處理為角度讀數(shù)。使用Dynapar編碼器測量角度的三種方法：

1、使用安裝在負載樞軸點上的編碼器進行直接角度測量
2、使用安裝在電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)上的編碼器進行間接角度測量
3、使用沿負載圓周安裝的多圈編碼器進行間接角度測量

通過跟蹤負載直接測量角度

為了直接測量負載的角位移，Dynapar編碼器應安裝在負載的中心樞軸點上。隨著負載轉(zhuǎn)動，編碼器將信號中繼到接收設備。該數(shù)據(jù)僅包含位移脈沖（增量編碼器）或初始和最終絕對位置（絕對編碼器）。讀取設備，無論是驅(qū)動器、控制器還是某種類型的計數(shù)器/顯示設備，都需要將原始數(shù)據(jù)處理成有用的信息。


在增量編碼器的情況下，角度α可以表示為


其中 P 等于脈沖數(shù)，PPR 等于每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)

在絕對編碼器的情況下，角度α可以表示為


其中 C 等于計數(shù)，CPR 等于每轉(zhuǎn)計數(shù)。

通過跟蹤電機軸進行間接角度測量

也可以通過監(jiān)控電機軸或惰輪來測量負載的角位移。在這種情況下，我們通過將電機軸轉(zhuǎn)動一定次數(shù)并將其與負載的位移相關(guān)聯(lián)以得出轉(zhuǎn)換系數(shù)來獲得最佳結(jié)果。


這是旋轉(zhuǎn)編碼器的傳統(tǒng)用例。它具有通過直接反饋提高電機性能的好處。缺點是它可能無法準確跟蹤負載的移動。由聯(lián)軸器、齒輪箱等引入的機械順應性可能會引入間隙和滯后等誤差。理論上，轉(zhuǎn)換因子考慮了這一點，但機械效應會隨著時間而漂移。

通過跟蹤負載邊緣進行間接測量

某些負載與中心樞軸編碼器安裝不兼容。例如，衛(wèi)星天線需要旋轉(zhuǎn)以指向感興趣的信號方向，以進行高度控制。機械設計和通過中心軸的電氣電纜的存在使得無法在樞軸點安裝編碼器以直接監(jiān)控位置。根據(jù)控制程度，可能還需要極高分辨率的丹納帕編碼器。解決方案是沿著它們的圓周跟蹤這些設備。


在間接圓周方法中，連接到多圈絕對編碼器的齒輪與負載的圓周嚙合以跟蹤其角位移。

當負載上的帶子移動過去時，它會轉(zhuǎn)動輪子，并且編碼器會記錄運動。齒輪箱的減速比使其能夠為齒輪的每轉(zhuǎn)提供大量的旋轉(zhuǎn)。這提供了最終分辨率 RF，由下式給出：


其中 RB 是帶上的計數(shù)，N 是多圈編碼器上齒輪箱的減速比。接觸可以包括與負載上的齒帶嚙合的齒輪?；蛘?，它可能是來自編碼器測量輪甚至皮帶的摩擦接觸。

誤差源包括機械聯(lián)軸器、齒輪箱的間隙、軸跳動和偏心、摩擦接觸情況下的皮帶打滑等。齒輪箱的高減速比將機械誤差的影響降至最低。例外情況是齒輪箱的傳動裝置和密封件中的摩擦。在這種情況下，摩擦的影響乘以圈數(shù)。

增量與絕對角度編碼器

增量角度編碼器只能記錄從啟動時建立的一些任意定義的起始位置的位移。這個原始位置，通常稱為索引，在代碼盤的一整圈旋轉(zhuǎn)中僅產(chǎn)生一個脈沖。這使處理編碼器信號的設備能夠跟蹤丹納帕編碼器盤從原始位置開始的整圈數(shù)。但是，索引脈沖不是唯一的，因此如果設備斷電并且必須在啟動時重新歸位，則計數(shù)的完整旋轉(zhuǎn)次數(shù)通常會丟失。

絕對角度編碼器為碼盤的每個位置輸出一個唯一的數(shù)字字。多圈絕對角度編碼器還使用數(shù)字字跟蹤整圈的總數(shù)。因此，無需歸位，并且在設備斷電時信息不會丟失。打開絕對角度編碼器的那一刻，它可以通過讀取該特定角度的數(shù)字字來準確報告它的位置。

使用正交角編碼器實現(xiàn)更高的分辨率

對正交角度編碼器的信號進行插值還可以顯著提升性能，具體取決于實現(xiàn)方式。如果接收設備的處理器將 A 脈沖和 B 脈沖的前沿和后沿視為單獨的脈沖，它將使角度編碼器的有效分辨率提高四倍。例如，這種插值技術(shù)可以使行業(yè)標準的 1024 PPR 正交編碼器解析僅 0.088 度的角度。

但是，應該注意的是，任何錯誤都會與分辨率一起成倍增加。這些可能會降低性能，這意味著通過插值創(chuàng)建更高分辨率來提高系統(tǒng)精度的嘗試可能會產(chǎn)生放大錯誤和降低系統(tǒng)性能的意外結(jié)果。這是更高的分辨率如何不提高準確性的一個例子。在此處了解有關(guān)編碼器精度與編碼器分辨率的更多信息。

正交角度編碼器還允許監(jiān)控旋轉(zhuǎn)方向。在正交編碼器中，圓盤有兩組獨立的標記（通道），它們是偏移的，因此 B 通道的信號與 A 通道的信號相位相差 90 度（正交）。這使得接收設備能夠確定旋轉(zhuǎn)方向。

覺見問題：如何測量角度到 0.1 度？

答：假設您直接測量旋轉(zhuǎn)軸，首先確定所需的分辨率。如果要測量到 0.1 度，首先確定該數(shù)字是否適用于分辨率或準確度。如果是分辨率，則需要每度 10 個脈沖的丹納帕編碼器。將其乘以 360 度，您將獲得所需的 3600 PPR 分辨率。

因此，可以使用 3600PPR 角度編碼器。或者，解碼正交編碼器的 A 通道和 B 通道的上升沿和下降沿，您可以將 900PPR 角度編碼器的分辨率提高四倍，以實現(xiàn)相同的有效分辨率，盡管任何錯誤也會被放大。

可惜的是，這只是理論上的準確性。評估Dynapar編碼器控制系統(tǒng)中任何可能的錯誤，包括對齊、機械連接、系統(tǒng)間隙等。如果系統(tǒng)無法物理定位到 0.1 度，您可能需要降低分辨率規(guī)格。

了解更多關(guān)于編碼器知識，請關(guān)注Dynapar編碼器(注：丹納帕經(jīng)過品牌變更后，現(xiàn)歸屬Hengstler品牌旗下)國內(nèi)正規(guī)授權(quán)代理西安德伍拓自動化傳動系統(tǒng)有限公司網(wǎng)站。公司專業(yè)技術(shù)團隊為您免費提供Hengstler編碼器的選型、安裝、調(diào)試、保養(yǎng)等技術(shù)指導服務，盡量避免企業(yè)因為編碼器技術(shù)人員的短缺帶來的損失，采取“線上+線下”服務的服務形式，幫助企業(yè)解決技術(shù)難題。