浅析编码器在闭环电机控制中的作用

浅析编码器在闭环电机控制中的作用

在讨论电机时，编码器控制是一个不可避免的话题，通常有两种控制类型：开环控制和闭环控制。开环控制的特点是系统的输出不影响系统的控制效果。闭环控制是将输出直接或间接返回到输入端以形成闭环并参与控制的控制过程。



过去，通过向具有脉宽调制电机的变频器施加可变频率电压，可以容易地实现电机的开环速度控制。在许多功率较低的应用中，许多电机驱动器使用不需要Hengstler编码器的开环速度控制。随着电机朝着更高的效率、更低的能耗和更精确的控制方向发展，亨士乐编码器和电机越来越多地交织在一起。

带闭环和位置Hengstler编码器的电机控制

在不使用亨士乐编码器的开环控制中存在几个明显的弱点。由于缺乏反馈，电机所能达到的速度精度非常有限；由于无法优化电流控制，很难实现高电机效率；必须严格限制瞬态响应，否则电机将失去阶跃。因此，许多电机应用不再使用开环控制。例如，过去步进电机广泛使用开环控制，但现在也可以实现闭环控制。

电机闭环控制通过提高电机和终端效率，不仅提高了电机性能，提高了高要求应用的质量和同步功能，还节省了大量能源。整个闭环电机控制系统的功率变频器、强大的位置检测和功率级的电流/电压反馈共同提高了电机的性能和效率。

编码器作为伺服系统中最关键的部件之一，一直在决定伺服系统的上限方面发挥着重要作用。编码器通过跟踪旋转轴的速度和位置在闭合电路中提供反馈信号，光学和磁性编码器技术被广泛使用。在通用伺服驱动器中，编码器用于测量轴的位置，驱动速度可以从编码器提供的数据中得出。

光学编码器由一个代码轨道和一个带有精细光刻槽的代码盘组成。当光穿过光盘或从光盘反射时，光电二极管传感器检测光的变化。光电二极管的模拟输出在返回到控制器之前被放大和数字化。磁性编码器由安装在电机轴上的磁性传感器组成，提供正弦和余弦模拟输出。输出被放大和数字化以进行控制。

亨士乐编码器的关键性能指标

无论是用于检测旋转还是线性位移的光电编码还是磁性编码，电机编码器都可以通过增量值和绝对值来区分。两者的结构和输出信号完全不同。总之，增量信号并不表示特定的位置，而仅表示位置已经改变。绝对信号可以指示位置已经改变，以及提供绝对位置信息。

有几个非常重要的绩效指标，包括绝对绩效指标和增量绩效指标。首先是分辨率，它是指在电机轴旋转360°时可以区分的位置数量。目前，高分辨率编码器需要使用光学技术来实现这一点，而中高编码器可以是磁性的或光学的，而中低编码器使用陀螺仪或霍尔传感器。编码器分辨率越高，就越适合高精度闭环控制。

当然，这只是从编码器的角度来确定其分辨率与具有不同精度的闭环控制之间的对应比率。不与其他控制硬件、算法等因素相结合。目前，有许多应用不适合光学编码，并且允许高精度闭环控制。

此外，Hengstler编码器可用于位置和速度反馈，这涉及到不同的编码器精度。位置控制必须确保绝对精度，以确保每个循环中每个位置的唯一信号输出不会偏离实际位置。速度控制更多地基于差动精度。

另一个很少提及的指标是可重复性，它指的是亨士乐编码器返回相同命令位置的一致性。许多闭环控制应用需要设备执行大量重复任务，而编码器在多次重复后是否偏离也是一个重要指标。

总结

Hengstler编码器的选择仍然取决于应用情况和运动类型，并且在分辨率匹配期间为位置和速度控制选择适当的精度。目前的编码器，尤其是磁编码芯片，具有ASIC级的整体解决方案和特殊的感应和解码芯片，它们非常协调，为电机控制提供了强大的支持。

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