為您的獨特系統，選擇合適的編碼器，對於獲得有效的反饋數據至關重要，而三個關鍵則是了解反饋的分辨率，準確性和可重複性

 

 

(圖1：光學編碼器包含標記的代碼盤。標記的密度越大，編碼器的分辨率越高。)

    

自動化行業依靠編碼器來提供高性能和複雜功能。將反饋編碼器結合到運動控制系統中，可以實現更高標準的系統性能。自動化過程彼此不同，因此需要多種不同的編碼器選項。為您的獨特系統選擇合適的編碼器對於獲得有效的反饋數據至關重要。選擇編碼器之前，您需要了解有關分辨率，準確性和可重複性如何影響系統性能。

 

編碼器分辨率

編碼器分辨率是指編碼器軸旋轉一圈，或線性刻度為1 in / mm時測量段或單位的數量。通常，對於增量式編碼器，我們用每轉脈衝數（ppr）來測量編碼器分辨率；對於絕對編碼器，我們用位來測量。

編碼器脈衝是指編碼器可以測量，或辨別為運動的給定角度或長度的最小段。可以將其視為錶盤邊緣周圍的分鐘標記。在光學編碼器盤上，刻劃的圖案越密集，例如在時鐘的前面添加更多的分鐘標記，分辨率就越高（圖1）。

旋轉編碼器可直接使用，分辨率高達每轉10,000個脈衝（ppr），通過插值可達到40,000 PPR。線性刻度尺可提供微米級的分辨率。工業控制的最常見分辨率是每轉1,024個脈衝。

關於編碼器的一個常見誤解，是假設最佳編碼器具有最高的分辨率。這個想法過於簡單，可能會對您的機器造成嚴重影響。不能認為更高的編碼器分辨率可以提高整個系統的精度。提高分辨率將無法補償某些類型的系統錯誤。隨著每轉增加更多的脈衝，編碼器報告位置的能力可能會提高。但是，如果存在系統錯誤，則更高的分辨率將無法糾正該錯誤，而可能會使問題產生混亂。圖2顯示了精度和分辨率之間的差異，這證明了高分辨率並不總是會帶來更高的精度。

圖2：提高分辨率將無法補償某些類型的系統錯誤。

 

 

編碼器精度

編碼器精度解決了編碼器讀取的值，與現實生活中的物理角度之間的差異。編碼器精度以分數或度來度量，例如弧分或弧秒。例如，20弧分（0.33°）或更好的角被認為是中等精度的編碼器。然而，某些精密設備約為5弧秒（0.0014°）。製造商還可以指定相對精度。增量編碼器通常具有信號佔空比和相位角的規範。

多個錯誤源可能會降低編碼器讀數的準確性。這些來源之一可能是編碼器本身的製造過程。光學編碼器盤上線的寬度將變化，但是變化可能很小。編碼器盤精確居中的差異，可能會在編碼器生成的脈衝時序中引入一個小的誤差。製造商竭盡全力以最小化或消除這些錯誤。有時，製造商會使用外部高精度科學級編碼器作為參考，以測量樣本編碼器的誤差量。然後可以對樣本編碼器進行微調和重新校準以提高準確性。合理地問：“如果有高精度編碼器，為什麼不使用那個？” 精度更高，分辨率更高的編碼器成本也更高，更堅固耐用且使用壽命更短。

在其他情況下，外部錯誤可能源於設備或機器本身。例如，變速箱可能存在反沖，或者導螺桿可能會運動。撓性聯軸器具有纏繞，而金屬框架或懸掛電纜會根據溫度而增長和收縮。通常，由外部因素引起的錯誤甚至比“低”精度編碼器還要重要得多。

 

系統重複性和編碼器

沒有重複性的附加特性的編碼器精度是多少？重複性是衡量系統一次又一次返回到相同命令位置的一致性的度量。對於編碼器，可重複性通常比絕對精度高2至10倍。編碼器的可重複性揭示了編碼器在準確性和不准確性方面保持一致的可能性。

如果脈衝記錄的脈衝比其餘脈衝稍長，並且在每次旋轉時都將其檢測為相同的較長角度，則認為該脈衝是可重複的。當編碼器具有出色的可重複性時，許多錯誤可以在系統控制器中平均或糾正。許多應用程序，例如經典的速度控制（變速馬達），在精度較低但可重複的編碼器上都可以很好地發揮作用。

圖3展示了三種與準確性相關的可重複性場景。

(圖3：這說明了三種與精度相關的可重複性場景。)

第一個示例簡單地顯示了具有偶數模式的準確脈衝。在此之下是第一組旋轉，其中顯示了不準確但可重複的脈衝。這被認為是良好的性能，因為編碼器可以解決可重複性的不准確性。

第二組旋轉顯示不精確且不可重複的脈衝，這不是理想的。

與絕對準確性一樣，外部來源也要對重複性的錯誤負責。編碼器的製造過程，所放置的設備甚至所採用的傳感技術都可能導致可重複性錯誤。某些類型的編碼器，例如模擬轉速表或某些版本的電容式編碼器，可能會在多個週期內積累累積誤差。這些是例外，而不是規則。光學和磁性編碼器旨在防止累積誤差。通常，光學編碼器比基於磁性的單元具有更高的總體精度。為什麼磁性系統如此受歡迎？它們往往更加堅固可靠，並具有更大的安裝靈活性和機械結構。

像絕對精度一樣，機械誤差（例如齒輪齒隙，滯後和皮帶張緊不當）會降低系統的可重複性。與分辨率一樣，用戶經常認為購買可重複性高的編碼器將獲得最佳效果。即使具有出色的可重複性的編碼器也無法在機械重現性較差的系統上得到改善。如果可以理解和糾正錯誤，那麼高度可重複但不准確的系統（機械和編碼器結合使用）通常可以達到完全可接受的性能水平。

編碼器可以成為運動控制系統中的強大元素。系統設計人員應考慮各種可用編碼器選項的優缺點。如果出現問題，了解錯誤的根源可以提高系統性能並簡化故障排除。

圖文參考: Control Design