Управляемые сервоприводы используются во многих областях технологий автоматизации, преобразования, печати, погрузочно-разгрузочных работ и робототехники, включая производственные машины и станочные инструменты. Выбор поворотного энкодера или технологии энкодирования для использования в системе зависит от требований к точности приложения и от того, будет ли приложение использовать управление положением, регулирование скорости или и то, и другое.

Хайденхайн

Прежде чем принимать решение о выборе энкодера, инженеры должны изучить это и все основные свойства энкодера, которые оказывают наибольшее влияние на важные характеристики двигателя. К ним относятся:

Нужна помощь в выборе поворотного энкодера для проекта автоматизации? Используйте Heidenhain’sинструмент выбора чтобы быстро сузить область поиска.

Точность позиционирования зависит исключительно от требований применения. Преобразователи, например, в основном имеют один период сигнала на оборот. Поэтому разрешение определения местоположения крайне ограничено, а точность обычно находится в диапазоне ±500 угловых секунд. Предполагая интерполяцию в электронике привода, это обычно приводит в общей сложности к 16 384 позициям за оборот.

С другой стороны, система индуктивного сканирования, которая используется во многих поворотных энкодерах, обеспечит значительно более высокое разрешение, обычно в диапазоне 32 периодов сигнала на оборот, что обеспечивает точность в диапазоне ±280 угловых секунд. Интерполяция в этом случае является внутренней по отношению к кодеру, что приводит к 131 072 позициям на оборот.

Оптические поворотные энкодеры основаны на очень точной градуировке, обычно с 2048 периодами сигнала на оборот, и, следовательно, с помощью встроенной электроники интерполяции возможны еще более высокие разрешения. Выходное разрешение здесь составляет 25 бит, что означает 33 554 432 абсолютных положения на оборот с точностью в диапазоне ±20 угловых секунд.

Чтобы обеспечить плавную работу привода, энкодер должен обеспечивать большое количество шагов измерения на оборот в качестве первого элемента головоломки. Однако инженеры также должны обращать внимание на качество сигналов кодера. Для достижения требуемого высокого разрешения сигналы сканирования должны быть интерполированы. Неадекватное сканирование, загрязнение эталона измерения и недостаточная подготовка сигнала могут привести к отклонению сигналов от идеальной формы. Во время интерполяции могут возникать ошибки, периодический цикл которых находится в пределах одного периода сигнала. Следовательно, эти ошибки позиционирования в течение одного периода сигнала также называются “ошибками интерполяции”. В высококачественных кодерах эти ошибки обычно составляют 1-2 процента от периода сигнала, как показано в Рисунки 1 и 2.

Ошибка интерполяции отрицательно влияет на точность позиционирования и значительно ухудшает стабильность скорости и слышимый шум поведение накопителя. Регулятор скорости вычисляет номинальные токи, используемые для торможения или ускорения привода, в зависимости от кривой погрешности. При низких скоростях подачи привод подачи задерживает ошибку интерполяции. При увеличении скоростей частота ошибки интерполяции также увеличивается. Поскольку двигатель может отслеживать ошибку только в пределах полосы пропускания управления, его влияние на стабильность скорости уменьшается с увеличением скорости. Однако возмущения в токе двигателя продолжают увеличиваться, что приводит к нарушающим шумам в приводе при высоких коэффициентах усиления контура управления.

Более высокое разрешение и точность также уменьшают помехи в токе двигателя за счет тепловыделение и потери мощности. Рисунок 3 показано простое сравнение трех различных технологий сканирования и результирующий текущий результат.

Полоса пропускания (относительно отклика на команды и надежности управления) может быть ограничена жесткостью соединения между валом двигателя и валом энкодера, а также собственной частотой соединения. Энкодеры квалифицированы для работы в заданном диапазоне ускорений. Значения обычно варьируются от 55 до 2000 Гц. Однако, если применение или некачественный монтаж вызовут длительную резонансную вибрацию, это ограничит производительность и, возможно, приведет к повреждению энкодера.

Собственные частоты варьируются в зависимости от конструкции муфты статора. Эта частота должна быть как можно выше для оптимальной производительности.

Главное — убедиться, что подшипник энкодера и подшипник двигателя находятся как можно ближе к идеальной центровке. Рисунок 4 показан пример того, как это достигается. Совпадающие конусы вала двигателя и энкодера обеспечивают практически идеальное выравнивание по осевой линии.

Такая механическая конфигурация приведет к удерживающему моменту, примерно в четыре раза превышающему стандартный энкодер с полым валом с муфтой статора с 2-мя монтажными выступами, как показано на Рисунок 5. Это увеличит срок службы подшипника энкодера и обеспечит исключительные свойства собственной частоты и ускорения. Кроме того, такая конфигурация практически устранит любые ограничения на пропускную способность накопителя!

Таким образом, на выбор подходящего поворотного энкодера для использования в управляемых сервоприводах влияет множество факторов. И хотя требования к точности позиционирования имеют первостепенное значение в процессе рассмотрения, важно знать, как другие свойства — такие как стабильность скорости, шум, возможные потери мощности и пропускная способность — повлияют на применение. Хорошая подгонка с самого начала обеспечит положительную производительность системы двигатель/привод в конечном итоге.