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伺服电机编码器常见的几种类型增量式、ABS、旋变、正余弦等解

来源:火狐体育娱乐  作者:火狐体育全站APP  2022-08-11 06:03:32


  一般在伺服电机使用中有A、B、Z、U、V、W六路差分信号,加上2路电源,一共14条线,AB信号是编码器分辨率作用,一般的在码盘上有一道光栅片上有均匀的2500个刻度或者5000个刻度,接受端AB有两个光电接收传感器,他们相互间物理位置相差90度,这样就输出了一个相差90度的光电高低电平信号,目前比较多的是分辨率是2500P/R和5000P/R的分辨率,根据AB相位的相差关系,可以用来做分辨率和做马达的正反转判断。Z信号每一圈有一个脉冲,一般的用来做伺服电机的原点来使用。UVW信号是来做电机的转子的磁极信号,用来控制伺服电机的UVW的相电流的方向,提供伺服器的转子位置使用。

  编码器一般都用差分信号,所以每个信号有+、-两条线条线,在使用中很不方便,所以随着单片机的发展,有些人就想着能不能把这些信号打包编码来用两条线做通讯,出现了松下A系列伺服器把频率很低的UVW信号打包解码成RX+和RX-信号,其余的ABZ不打包,节省了4条线,还有些用时分复用的办法来用8条线秒把UVW的磁极位置信号发给伺服器,伺服器根据UVW信号来判断磁极位置,马达可以通旋转磁场正常旋转,在使用中在通过Z信号做调整修正,0.1秒后切断UVW的通讯,直接输出ABZ信号,以后信号就一直被ABZ占用,这样ABZ和UVW公用一条线,节省了一半的线,所以叫省线式。

  增量式编码器一般用TTL电平差分信号来传输,但是他有缺点,就是通电以后马达不知道自己的位置在哪里,需要通过转动一周寻找原点后才能确定马达的具置。有些机床每次通电后就要进行回零,建立坐标系,一般都使用增量式。

  绝对值编码器根据名字来看就是绝对位置的意思,一般的分辨率是2的次方,比如有些伺服器说编码器分辨率是2的17次方,意思是编码器分辨率是131072,把马达均匀分成131072份,开机就知道自己的位置在哪里,一般的绝对值编码器没有ABZ和UVW,他直接通过读取绝对值位置来判断正反转和马达磁极位置,一般的绝对值编码器作为绝对值来说需要两个条件,一个是单圈的位置,一个是多圈计数器数值,两个结合起来才能做成一个完整的绝对值系统。有些伺服电机用ABS的方法来编码,但是没有多圈计数器,这样即使是2的多少次方的分辨率,照样也是增量式编码器,只不过单圈绝对值而已。

  旋转变压器也可以用来做伺服电机的编码器,由6条线组成,分别是R+/R-励磁信号,SIN+/SIN-和COS+/COS-信号,励磁信号提供一个大概3-6V,10K左右的交流电压信号,编码器的输出信号就产生一个相差90度的正余弦信号,随着角度的变化,出现的正余弦的电压信号的包络也会不同,把正余弦两路信号提供给专用的解码信号,比如12位多磨川解码芯片,多磨川芯片就会解码出一个12位的数据,相当于把一个周期(如果是2P旋变)分解成4096分,这种解码有点像绝对值解码,这样就知道马达目前的位置在哪里,0-4095的信号完全可以提供给伺服器,就知道是正传还是翻转,根据编码器的数值可以准确的知道电机的位置。很多人认为旋转变压器的分辨率是固定的,其实是错误的理解,他的分辨率取决于解析芯片,如果解析芯片是12位的他的分辨率就是4096,如果是13位更高精度的解析芯片,那么马达分辨率就是8192。也就是编码器本身无分辨率,伺服器解码芯片的精度就是分辨率。

  一般的正余弦编码器可以有绝对值和增量式两种,光电的编码器,一般的对应伺服器的要求,有AB两路,这个信号可以用来做分辨率,相当于增量编码器的AB信号,只不过不是TTL电平,而是1V的正余弦信号,每圈的正余弦波形的个数就是分辨率,一样的可以做4倍频,这两路信号可以做分辨率,还可以判断马达正反转,根据相位超前滞后的关系来判断出马达运行。还有一路R信号,每周一个波形,周期和AB相一样,用来做原点用,ABR有了但是没有提供马达所需要的磁极信号,所以就出现了CD信号,CD信号其实也是个正余弦信号,每周一个脉冲,根据这个信号可以分解出马达的位置,用来磁极信号。很多欧美马达喜欢使用正余弦信号,和ABZUVW一样,这些信号也可以打包调制解调,因为通讯线太多了会造成不稳定,线路越少越好,比如SICK,海德汉,很多吧R/C/D信号调制成一路485信号,这样一个编码器8条线的波特率固定,海德汉还一路脉冲信号做对比波特率来使用,早期的ABRCD信号的编码器一般的可以直接使用,比如电梯中使用的2048编码器就是这种,目前国产的还不能替代。走通讯的编码器可以吧存储块的一部分空间提供给客户使用,里面存储了电机的型号,序列号,编码器原点偏移角度等。很多编码器不用调原点,用软件设置。

  安川7代伺服器分辨率为2的24次方,三菱的也是很高的,基本上日系的分辨率近几年都是越来越大,真的都是把一个码盘能这么细分么?本人作为一个物理系毕业生来说给大家分析一下,三菱码盘光栅有效的半径8mm,周长是25.12mm,把这个周长分成16777216份,那么每份就是1.497nm,每份还要刻一个明暗的条纹就要分半,所以要刻录一个0.75nm的条纹出来,一般的编码器的激光波长为375nm-1650nm,这么大的波长你想要穿过一个0.75nm的缝隙,怎么可能穿过去呢,目前的光刻机很先进的才14纳米左右,想刻出1nm的刻度线出来臣妾做不到啊。所以肯定是骗人的,那么他们怎么实现16777216的分辨率出来的呢,肯定是电子细分,思路我说一遍,对不对欢迎指正,首先编码器刻录一个512的刻度出来是很容易的,那么分辨率是2的9次方,再把每份512的刻度分成正余弦波形,这样也比较容易做到,那么每一份正余弦波形可以通过解码芯片解析出一个数值,如果解码芯片是12位的,那么可以解析出2的12次方4096个脉冲,2的9次方乘以2的12次方等于2的21次方,也就是分辨率是2097152。如果芯片分辨率再高一点达到15位,那么马达的编码器分辨率就是2的9次方乘以2的15次方,正好等于2的24次方,分辨率为16777216,所以目前市面上高分辨率的编码器都是先用9位刻度去粗分频,再用正余弦编码器来做电子分频。

  普通感应式马达一般的定子线圈产生一个旋转磁场后,转子会感应出一个磁场出来与之相对应,这样马达就旋转起来,但是伺服电机很多都是磁铁做转子的,他的磁场不是靠定子感应的,所以需要定子产生的磁场来作用转子时候需要判断磁铁的位置,如果位置产生出同极的磁场出来马达就会飞车,如果磁极相差90度马达会卡动一下就不动了,如果角度相差不大,马达可以旋转,但是马达的力分成垂直方向的力和水平方向的力,角度不大马达可以转动,但是力气不够,时间长了发热严重,一样不能使用,很多人换完轴承后马达就不能正常工作了就是这个道理。