编码器是如何做到精确测量电机位置的？

亨士乐编码器是如何做到精确测量电机位置的？

生活中经常使用的电梯是如何将人们精确地带到预定楼层的？这台机床到底是如何切割材料的？伺服电机如何确保旋转位置精度？所有这些都源于一个工件——编码器，但什么是编码器？他到底是如何测量发动机的位置的？今天西安德伍拓就来谈谈编码器精确测量电机位置的一些知识。


1、什么是编码器？

编码器是一种将信号或数据编译并转换为可用于通信、传输和存储的波形的设备。编码器将角位移或线性位移转换为电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。它是一种广泛应用于工业中的电机定位装置，能够准确地检测电机的角位移和旋转位置。

2、编码器分类

根据工作原理，编码器可分为两类：增量编码器和绝对编码器。增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，脉冲数表示位移的大小。绝对编码器的每个位置对应一个特定的数字代码，因此其指示仅与测量的开始和结束位置有关，与测量的中间过程无关。

增量式编码器

增量编码器通常有3个输出端口，即A相位、B相位和Z相位输出。A相和B相之间的脉冲输出延迟1/4个周期。根据延迟关系可以区分正反转。取A相和B相的上升沿和下降沿，频率可以乘以2或4；

增量测量法的网格由周期网格组成。位置信息是通过计算从一个点开始的增量（测量步数）来获得的。由于必须使用绝对参考点来确定位置值，旋转编码器也有一个参考点轨迹。

绝对值编码器

绝对编码器对应一个圆，每个参考的角度输出一个与该角度对应的唯一二进制值，外圆标记装置可以记录和测量多个位置。

当旋转编码器打开时，位置值立即可用，并可由下游信号处理电子设备读取。无需移动轴即可执行原点返回。绝对位置信息来自由一系列绝对代码组成的圆形编码器盘。细分单独的增量轨道信号以生成位置值；也可以选择生成增量信号。

单圈编码器的绝对位置值信息在每次旋转时重复。多圈编码器还可以区分每转的位置值。

它们有最大的区别：对于增量编码器，位置由从零位开始计数的脉冲数决定，而对于绝对编码器，位置由读取输出代码决定。读取每个位置的输出代码在一圈内是唯一的，因此如果电源中断，绝对编码器将不会与实际位置断开。当电源再次打开时，位置显示仍然是最新的和有效的，这与增量编码器不同，增量编码器必须达到零位。

3、编码器的工作原理

四组正弦波信号由一个中心轴上有环形和暗划线的光电码盘获得，并由光电发射和接收设备读取，对于a、B、C、D，每个正弦波的相位差为90度（相对于一个周期360度），C和D信号被反转并叠加在A和B相位上，以增强稳定信号，此外，每转一圈都有一个Z相位脉冲输出，代表零参考位。

由于相位A和B相差90度，因此可以通过比较相位A或相位B来预先判断编码器的正向旋转和反向旋转，并且可以通过零脉冲获得编码器的零参考位置。编码盘的材料有玻璃、金属和塑料。玻璃码盘是应用在玻璃上的一条细刻线，具有良好的热稳定性和高精度。但由于金属具有一定的厚度，其精度受到限制，其热稳定性比玻璃低一个数量级。塑料码盘经济、成本低，但其精度、热稳定性和耐久性较差。

分辨率——编码器每360度旋转提供的通过数或暗线数称为分辨率，也称为分辨率分割，或直接指多少线，通常为每旋转5到10000线。

4、位置测量和反馈控制原理

编码器在电梯、机床、材料加工、电机反馈系统以及测量和控制设备中起着极其重要的作用。编码器使用光栅和红外光源通过接收器将光信号转换为TTL（HTL）电信号。通过分析TTL电平频率和高电平数，可以直观地回放电机的旋转角度和旋转位置。

由于角度和位置可以精确测量，编码器和逆变器可以组成闭环控制系统，使控制更精确，这就是为什么电梯、机床等可以如此精确地使用。

总之，我们知道编码器根据其结构分为两种类型：增量和绝对，它们也将其他信号（如光信号）转换为可以分析和控制的电信号。我们生活中常用的电梯和机床正是基于对电机的精确调整。通过电信号的反馈控制，Hengstler编码器与逆变器一起工作，自然实现精确控制。