伺服电机编码器基础简介

发布时间:2023-02-27  

是安装在上用来测量磁极位置和转角及转速的一种传感器,从物理介质的不同来分,伺服电机可以分为光电和磁电编码器,另外旋转变压器也算一种特殊的伺服编码器,市场上使用的基本上是光电编码器,不过磁电编码器作为后起之秀,有可靠,价格便宜,抗污染等特点,有赶超光电编码器的趋势。

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编码器类型非常多,最常用的是绝对值编码器、增量编码器和旋转变压器,还有一些更高的通讯编码器。对于伺服来讲,要想获得非常高的性能和精度,必须提高编码器的分辨率,常用的伺服编码器2000-2500线(脉冲数/转),但线数越高,编码器价格就越贵,所以必须了解控制系统的要求,以选择最合适的编码器。


对于增量性编码器,最为常用,但最大的问题是:掉电位置丢失,所以要保持掉电位置,可以采用绝对值编码器;如果机械振动大,则选用光电编码器就不合适了,这是需采用旋转变压器或者磁性编码器。


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编码器示意图


伺服电机和编码器的关系


伺服驱动器和编码器是构成伺服系统的两个必要组成部分,伺服驱动器控制部分通过读取编码器获得:转子速度,转子位置和机械位置,可以完成:


●   伺服电机的速度控制

●   伺服电机的转矩控制

●   机械位置同步跟踪(多个传动点)

●   定点停车


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伺服电机和编码器的关系图


光编码器特点和应用要点


光学编码器一直都是运动控制应用市场的热门选择。它由LED光源(通常是红外光源)和光电探测器组成,二者分别位于编码器码盘两侧。码盘由塑料或玻璃制成,上面间隔排列着一系列透光和不透光的线或槽。码盘旋转时,LED光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断,从而产生两路典型的方波A和B正交脉冲,可用于确定轴的旋转和速度。


光编码器靠旋转码盘和光收发器配合工作。它们的距离非常近,但又不能接触。但是在振动下和结构的间隙变大的情况下,码盘会和光收发器碰撞。当光编码器的运动部件互相撞击后,它们的位置就发生了变化从而导致精度降低。


光编码器必须在无尘的环境里生产,任何粉尘掉在码盘上,光编码器就失效了。通过严格的密封,通常光编码器要在轴承,外壳和接线处密封。但是密封非常容易受温度影响。由于环境和编码器自身的发热,当温度高时编码器里面的空气和水汽被排出,当温度低时外界的空气和水汽又被吸入。这些水汽凝结在码盘上直接导致光编码器的失效。


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光编码器示意图


磁性编码器的特点和适用场景


磁性编码器的结构与光学编码器类似,但它利用的是磁场,而非光束。磁性编码器使用磁性码盘替代带槽光电码盘,磁性码盘上带有间隔排列的磁极,并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转。码盘的任何转动都会使这些传感器产生响应,而产生的信号将传输至信号调理前端电路以确定轴的位置。相较于光学编码器,磁性编码器的优势在于更耐用、抗振和抗冲击。而且,在遇到灰尘、污垢和油渍等污染物的情况下,光学编码器的性能会大打折扣,磁性编码器却不受影响,因此非常适合恶劣环境应用。


不过,电机(尤其是步进电机)产生的电磁干扰会对磁性编码器造成极大的影响,并且温度变化也会使其产生位置漂移。此外,磁性编码器的分辨率和精度相对较低。


另外,磁性编码器响应速度较慢,不能胜任高速运动负载的位置反馈。因此,磁性编码器适用于如下应用场景:


a. 定位精度要求不高的点对点往复定位,例如物料搬运,物料分拣,大型设备定位控制,一般机器人定位。

b. 速度波动要求不高的连续运转,例如AGV车轮,输送带传输,变频电机反馈。

c. 单向高速运行,例如电主轴。

d. 负载惯量比较小的运动控制场景。

e. 步进电机和无刷电机的反馈。


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磁性编码器示意图

文章来源于:电子产品世界    原文链接
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