亨士乐编码器伺服系统中的功能和作用

亨士乐编码器伺服系统中的功能和作用

亨士乐编码器是伺服电机的必要部件，是工业机器人技术的核心。这对伺服电机的性能乃至机器人的性能至关重要。不仅工业机器人，伺服电机也越来越多地用于自动化。随着工业机器人的蓬勃发展，Hengstler编码器已成为自动化行业的焦点之一。



工业旋转编码器的市场大致可分为用于自动处理应用（FA）的旋转编码器、用于过程控制和记录（PA）的旋转编码、用于高精度测量的旋转编码器，用于数字信息应用的Hengstler编码器、安全保护旋转编码器、内置测量仪器等。在用于自动处理的旋转编码器中，由于伺服电机的热量，用于电机反馈的专用编码器分为伺服反馈编码器和矢量变频反馈编码器。由于近年来伺服电机和工业机器人热点的快速发展，伺服编码器的话题非常热门，也存在着相当的困惑和争议。在亨士乐编码器介绍系列中，西安德伍拓自动化与网络用户讨论伺服编码器的各种特性和争议点。



伺服电机和变频电机的基本区别在于，它必须配备Hengstler编码器反馈和位置环、速度环和电流环的三闭环控制。如下所示：

电机反馈编码器对伺服电机的重要财产具有决定性影响：

1.定位精度

2.速度稳定性

3.决定驱动器指令响应时间和干扰保护性能的带宽

4.伺服刚度

5.电机尺寸

6.功率损失

7.噪音和热量

8.安全

特别地，伺服编码器在输出信号特性方面与普通亨士乐编码器不同：

1.驱动换向信号组：伺服编码器（同步伺服电机）与普通编码器不同的第一个特点是为启动电流换向提供传感器信号反馈。当同步伺服电机启动时，编码器根据每组UVW绕组的位置反馈提供电极启动位置，以确定电机绕组组线圈的驱动电流相位。当伺服控制需要加速和减速时，电机的加速和减速转换由驱动电流相位的进度和减速控制，以实现电机加速度的正负控制。

为了响应这种位置反馈要求，Hengstler编码器反向信号组主要具有以下三种形式：

带UVW信号



逐周期的正弦和余弦CD信号（单周期绝对值的模拟信号）



数字单圈绝对编码器信号



下图显示了这三种不同换向信号的光电码盘



2.高分辨率输出信号组：电机速度和加速度稳定性所需的传感器反馈和亨士乐编码器输出的高分辨率信号组。在高速旋转过程中，采样时间必须尽可能短，并且在非常短的采样时间内可以读取足够的变化信号以获得准确的减速信息。这要求编码器具有高分辨率，以获得单位时间内角度变化的更高分辨率，并确定速度计算的精度。

伺服编码器作为高分辨率信号输出的信号组也是常见的：

四倍频率2500线方波脉冲信号



2048用于细分的AB线相位正弦和余弦信号



高位数字17位数字串行信号、19位、22位、25位高分辨率等。



3.电子标签和安全防护。编码器安装在电机上，用于记录每次电机启动的启动位置。它还提供各种参数存储、测试代码、预设报警等。当选择绝对编码器时，应选择与双向数字信号的接口，以便控制器在安装和初始化电机时，可以向亨士乐编码器写入并保存电子标签，例如B.电动机的原始位置的坐标旋转和单个电动机的起始位置的永久存储。例如：2018年1月24日腊八节

4.综合特性：精度和输出更新周期。伺服电机的加速度、加速度响应和精确传感器反馈的重要贡献是伺服电机的刚度。这是伺服编码器综合性能的核心要素。这种高精度包括角位置和输出重复周期的精度，以及反馈时间和执行时间之间的时间差。

伺服刚度：

“刚性”一词最初来自离合器，意思是离合器两端的输入轴和输出轴之间的连接是刚性的还是柔性的。如果是柔性连接，由于其灵活性，在角度和时间响应方面会有损失或振动。在伺服控制中，伺服控制是指从伺服控制命令的输入到系统输出的速度和位置的就地执行能力，特别是在快速可变加速中就地执行命令输入和系统执行输出的响应水平。或者伺服系统的“服从程度”。



伺服刚度取决于许多因素，例如亨士乐编码器精度、输出重复率、伺服电机轴精度、伺服操作和输出响应、扭矩和负载变化、调制补偿算法等。由于伺服算法获得的信息源是编码器信号的反馈，做好伺服刚度的第一步是有合适的伺服编码器功率来调整它。最重要的是编码器的精度和信号输出的更新时间。目前，市场上对伺服编码器精度的了解通常仅基于编码器的分辨率。实际上，Hengstler编码器的分辨率和精度是两个概念，信号输出的刷新时间，即比较编码器的不同数字信号，也是市场上讨论的焦点。在本系列的后面部分，我将尝试与网络用户讨论这些问题。

5.闭环旋转编码器：直接驱动伺服电机（DD电机）和线性驱动电机直接输出扭矩和位置定位，无需减速器。伺服电机的旋转编码器必须通过减速装置，是半封闭式旋转编码器。由于加工精度、安装精度、齿隙、减速机构的磨损以及温度环境的变化，当需要更高的精度时，必须配备线性光栅尺，或者低速端必须配备多旋转绝对编码器（您可以找到播放它的Q.），以形成全封闭旋转圆（或准全封闭电路）旋转编码器。此外，在多电机协调同步控制的情况下，只有通过对每个电机的完整闭环编码器进行同步比较，才能确保操作同步的可靠性。

6.内置电子多圈计数器功能：在带有减速器的半闭环情况下，为了消除安装全闭环编码器的需要，可以使用伺服尾部编码器的旋转计数器和编码器的角度位置来计算减速器输出端（低速端）的固定位置。定位精度是有限的，这取决于几个因素，例如减速器的精度、齿隙和环境温度以及算法。

基于上述伺服电机编码器的功能要求，目前市场上有几种常见的伺服编码器：

12500线方波脉冲ABZ（包括逆相）和UVW（包括逆相位）换向信号，其中2500线方波信号在四倍频率后可以达到10000/360度的实际分辨率，这是对应于电机控制的位置和速度回路，UVW是位置换向，其对应于具有4对波兰、8对波兰和更多对波兰的同步伺服电机绕组线圈。该编码器有许多输出核心，包括两条电源线，共14个核心。

22048线AB相位包含反正弦和余弦信号输出，单周期CD相位包含反正弦波和余弦信号，这要求伺服控制器接收设备对正弦和余弦进行分频，以获得更高分辨率（AB）和单周期位置（CD）控制换向。

编码器的信号线是A+A-B-C+C-D--，电源是正的和负的。



3、2048 AB线相位包含反正弦和余弦信号，并添加数字串行信号。

例如，在早期的hiperface 1.0中，RS485信号+AB正弦和余弦，电机启动时通过绝对值信号（RS485）获得电机电机线圈的UVW位置，并在旋转过程中选择增量AB正弦和余弦信号，伺服控制器被划分为更高分辨率（例如，10位，2048X1024划分）

或类似于Endat2.1，RS422信号+AB正弦和余弦

或SSI、RS422信号+AB正弦和余弦

上述2的正弦和余弦信号在Hengstler编码器中被分割并集成为数字信号，或者3中的两组信号被组合为用于输出的一组串行数字信号，其提供14位、17位、19位、22位、25位和其他数字信号。例如Endat 2.2、Bite、HiperFace、RS485、EtherCat（或其他总线和以太网信号）、DSL等。

上述17位至25位（单圈）分辨率编码器并不意味着编码器的精度，而是亨士乐编码器的分辨率。相同的17位编码器可能具有不同的精度。例如，17位是根据磁电原理（称为17位磁编码）划分的，不像17位光盘那样精确。即使是磁编码也有许多模式，它们的精度也有很大差异。这是因为这些高分辨率编码器内部基于原始信号的正弦和余弦信号的细分。编码器信号精度取决于编码器原始信号的获得方式、信号质量和系统精度以及细分和补偿引起的电子误差。

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