全新的智能化水平:利用旋转式换向编码器

来源:未知    日期:2017/12/04    浏览量:


        编码器用户通常不愿意接受改变—即使理由充分。 有些创新声称能够提供卓越性能和可靠性,但缺乏跟踪记录和实质性的历史记录作为支持,因此不适合工厂车间或工业装置的电机控制。 尽管光学和磁性编码器由来已久,并采用了看起来“更加有形”的物理概念,但电容式编码器也采用经过充分验证的理论,凭借多年来在该领域的不断成功而成为一种成熟的技术。 这种运动检测替代方法基于数字技术,实现了众多优势,为利用旋转式换向编码器的设计人员展示了一个全新的智能化水平。

        旋转编码器对几乎所有运动控制应用都非常重要,并且由于无刷直流 (BLDC) 电机的使用日益增长,对这种编码器的需求也在不断增加,这将有益于控制、精度和效率。 编码器的任务原理简单,即为系统控制器指示电机轴的位置。 使用此信息,控制器能准确、有效地为电机绕组换向,并决定速度、转向和加速度等参数,运动控制回路需要利用这些参数来保持所需的电机性能。

        编码器可以基于各种技术,所有这些技术都提供标准 A、B 正交信号的数字输出,以及某些模式下的下标输出。 换向编码器还提供 U、V、W 换向相位通道输出。

        最著名的三种编码器方法分别是采用光学、磁性或电容式技术。 简言之,光学方法采用带槽圆盘,一侧是 LED,对侧是光电晶体管。 圆盘旋转时,光路被中断,得到的脉冲指示轴的旋转和转向。 尽管这种方法成本低并且有效,但以下两个因素会使光学编码器的可靠性下降:污垢、灰尘和油脂会干扰光路;LED 的使用寿命有限,通常在几年内亮度会下降一半,并最终烧坏。

        磁性编码器的结构类似于光学编码器,只是它利用的是磁场而非光束。 它使用磁性圆盘替代带槽光轮,磁性圆盘在磁阻传感器阵列上转动。 滚轮的任何转动会在这些传感器中产生响应,这些响应信号传递给信号调节前端电路,以确定轴的位置。 虽然很耐用,但磁性编码器不够准确,且易受电机磁场干扰。

        第三种方法,即电容式编码,兼具光学和磁性编码器设计的所有优点,但却没有它们的弱点。 这种技术与成熟、精确的低成本数字游标卡尺的原理相同。 它有杆状或线状两种型式,一个位于固定元件,另一个位于活动元件上,共同构成配置为接收器/发射器配对的可变电容器。 编码器旋转时,集成 ASIC 对这些线路变化计数,并利用插值法找到轴的位置和旋转方向,以建立标准正交输出以及其他编码器提供的换向输出,用于控制无刷直流 (BLDC) 电机。

        这种电容式技术的魅力在于,不会产生磨损,不会受到工业环境中常见的灰尘、污垢和油脂等的污染,因此本质上比光学器件更加可靠。 电容式编码器还具有数字控制特性所带来的性能优势 – 包括调节编码器分辨率(每转计数的脉冲)的能力,无需更换更高或更低分辨率的编码器。
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