Огляд кодера
Енкодер — це електромеханічний пристрій, встановлений на валу двигуна, який відстежує та передає швидкість і положення двигуна шляхом виведення цифрових імпульсів. Його основний принцип роботи полягає в наступному: шляхом підрахунку імпульсів, які генерує кодер, система може обчислити зміщення поточного положення двигуна відносно останнього відомого положення, тим самим перевіряючи, чи двигун точно досяг цільового положення.
Основна структура кодера складається з джерела світла, диска (кодового диска) з прорізами, вигравіруваними вздовж його краю, і приймача світла. Коли кодовий диск обертається разом з валом двигуна, щілини поділяють безперервне статичне джерело світла на серію спалахів. Приймач світла виявляє ці зміни між світлом і темрявою та перетворює їх у цифрові прямокутні-імпульсні сигнали, які потім виводяться на головний контролер. Якщо роздільна здатність кодера збігається з роздільною здатністю кроку двигуна, кодер генеруватиме один відповідний імпульс для кожного кроку руху двигуна.
I. Інкрементні кодери
1. Принцип роботи та вихідні сигнали
Інкрементальний кодер працює, генеруючи серію імпульсів під час руху. Його кодовий диск має рівномірно розподілені слоти. Коли вал обертається, фіксований фотоелектричний датчик виявляє зміни світла, що проходить, і видає безперервну послідовність імпульсів. Стандартний інкрементний кодер зазвичай забезпечує два прямокутні-сигнали з різницею фаз на 90 градусів (канал A і канал B), відомі як "квадратурні сигнали". Фазове співвідношення між цими двома сигналами використовується для точного визначення напрямку обертання.
2. Відносність інформації про місцезнаходження та проблема-втрати живлення
Виходи інкрементального кодеравідносне зміщенняінформація, а не абсолютна позиція. Після ввімкнення системи кодер починає рахувати та видавати імпульси, а зовнішній лічильник або контролер накопичує ці імпульси для обчислення поточної позиції. Однак після втрати живлення імпульсний вихід припиняється, і якщо збережене назовні значення підрахунку не має резервного живлення, воно буде втрачено. Після відновлення живлення кодер не може автоматично знати поточне положення валу, і значення підрахунку знову почнеться з нуля.
3. Необхідність виведення (повернення до посилання)
Через наведені вище характеристики системи, що використовують інкрементні кодери, повинні виконувати операцію «наведення» щоразу, коли вони запускаються або перезапускаються після збою живлення. Ця операція зазвичай змушує двигун рухатися, доки не спрацює попередньо визначена фізична контрольна точка, наприклад кінцевий вимикач, магнітний вимикач або імпульс індексу фази Z-на диску кодера. Коли ця точка знайдена, система скидає або встановлює лічильник позицій на відоме значення, яке потім служить абсолютним посиланням для всіх наступних рухів.
4. Переваги, недоліки та застосування
Переваги:Відносно проста конструкція, низька вартість і висока надійність.
Недоліки:Інформація про місцезнаходження втрачається після-вимкнення живлення та залежить від операції наведення; здатність проти-перешкод відносно слабка, і шумові імпульси можуть бути помилково зараховані в позицію.
рішення:Для додатків, які вимагають збереження положення після-вимкнення живлення, можна використовувати резервну батарею для живлення лічильника або накопичувача.
II. Абсолютні кодери
1. Основний принцип: унікальне кодування абсолютної позиції
Фундаментальною характеристикою абсолютного кодера є те, що кожній механічній позиції на його кодовому диску призначається aунікальний цифровий код. Зазвичай це досягається шляхом виготовлення кількох концентричних доріжок коду на диску (кожна доріжка представляє один двійковий біт) і використання кількох незалежних фотоелектричних датчиків. Таким чином, навіть коли він нерухомий або вимкнений, вихідний сигнал безпосередньо відповідає абсолютному кутовому положенню вала.
2. Збереження положення після-вимкнення та миттєва доступність після-ввімкнення
Оскільки інформація про позицію однозначно визначається фізичною структурою кодового диска, абсолютний кодер не втрачає позиції після -вимкнення живлення. Коли система знову вмикається, контролер може негайно зчитувати поточний абсолютний код позиції, не виконуючи жодних операцій наведення, досягаючи «ввімкнення-живлення та готовності-до-використання», що значно підвищує ефективність запуску та безпеку.
3. Однообертові-та багато-обертові типи
Однообертові-абсолютні кодеризабезпечують унікальне значення положення в межах одного повороту на 360 градусів і підходять для застосувань, де діапазон ходу становить менше одного оберту.
Багато{0}}оборотні абсолютні кодерине тільки забезпечує унікальне значення в межах одного оберту, але й фіксує кількість обертів через внутрішню коробку передач або електронний механізм підрахунку. Вони можуть забезпечувати глобальне абсолютне положення за кілька поворотів (наприклад, до 4096 поворотів) і підходять для -додатків позиціонування в далеких подорожах.
4. Сигнали та переваги
Вихідний код:Зазвичай використовується код Грея, у якому лише один біт змінюється між сусідніми позиціями, ефективно запобігаючи помилкам читання.
Анти{0}}можливість перешкод:Положення визначається миттєвим зчитуванням шаблону кодового диска, тому випадкові імпульси електричного шуму не накопичуються, що забезпечує високу завадостійкість.
Висока безпека та гнучкість:Позицію можна перевірити відразу після-ввімкнення, уникаючи ризиків, спричинених стартом із невідомої позиції; будь-яку точку можна використовувати як програмовану еталонну, що робить дизайн системи більш гнучким.
III. Механічні абсолютні кодери (магнітного типу)
Це новий тип рішення для вимірювання абсолютного положення, заснованого на принципах магнітного датчика, що поєднує-пам’ять від живлення та високу стійкість до навколишнього середовища.
1. Принцип визначення положення за-один поворот
Його сердечник складається зі спеціального композитного магніту, встановленого в центрі вала двигуна (з біполярним намагніченням у центрі та мультипольним намагніченням на периферії), і відповідних магніторезистивних датчиків. Датчик зчитуєнапрямокцентрального магнітного поля, щоб отримати грубий абсолютний кут (наприклад, розділений на 180 градусів), і в той же час виявляєфазові змінипериферійного магнітного поля високої-щільності для отримання кутового поділу високої-роздільності. Поєднавши обидва, можна обчислити точне абсолютне положення-оберта.
2. Багато{1}}принцип визначення положення
Щоб досягти багатообертового визначення абсолютного положення, система використовує точну зубчасту передачу. Головна шестерня встановлена на валу двигуна, за нею йде серія редукторів із певним числом зубців. Кожна шестерня оснащена власним магнітом і датчиком.
Принцип роботи:Коли вал двигуна обертається, кожна шестерня обертається з різною швидкістю. Магніти на цих шестернях створюють унікальну комбінаціюрізниці фазпов'язані з їх посадами. Система визначає фазу магнітного потоку кожної шестерні та, декодуючи цей набір різниць фаз, може однозначно визначити абсолютне механічне положення вала двигуна в діапазоні до кількох тисяч обертів.
Особливості конструкції:Підрахунок зубців шестерні спеціально розроблений таким чином, що комбінація різниці фаз повторюється лише після досягнення максимальної кількості обертів, яку можна виявити (наприклад, 1800 обертів), таким чином забезпечуючи унікальність коду позиції. Шестерні використовуються тільки для виявлення і не несуть силового навантаження. Вони виготовлені зі смоляних матеріалів, що самозмащуються, що забезпечує тривалий термін служби.
3. Основні переваги та сценарії застосування
Без акумулятора, постійна пам'ять:Інформація про положення визначається фізичним положенням механічних передач і магнітних моделей і ніколи не втрачається навіть після повної втрати живлення.
Висока екологічна стійкість:Не маючи точних оптичних компонентів і повністю закриту конструкцію магнітного датчика, він забезпечує набагато кращу стійкість до пилу, масляного забруднення, конденсації, вібрації та певних температурних ударів, ніж оптичні кодери.
Баланс між вартістю та надійністю:Незважаючи на те, що роздільна здатність може не збігатися з оптичними кодерами найвищого{0}}рівня, його міцна структура, висока надійність і конструкція,-необслуговувана-необслуговувана, роблять його ідеальним вибором для промислових застосувань, які вимагають довговічності, безпеки та виключають обслуговування акумулятора.
IV. Короткий зміст і довідка з вибору
| Особливість | Інкрементний кодер | Оптичний абсолютний кодер | Механічний (магнітний) абсолютний кодер |
|---|---|---|---|
| Інформація про посаду | Відносне зміщення | Абсолютне положення доступне під час-увімкнення | Постійне абсолютне положення (без акумулятора) |
| Після-вимкнення | Позиція втрачена, потрібно наведення | Позиція зберігається (залежить від батареї або-незалежної пам’яті) | Положення зберігається назавжди, живлення не потрібне |
| Перешкодозахищеність | Середнє (шумові імпульси можуть бути неправильно враховані) | Добре (позиція зчитується миттєво, шум не накопичується) | добре |
| Толерантність до навколишнього середовища | добре | Середній (чутливий до пилу та конденсату) | Відмінно (стійкість до масла, вібрації, перепадів температури) |
| Вартість | Низький | Від середнього до високого | Середній |
| Типові застосування | Системи,-чутливі до вартості, де вихід на початок є прийнятним, відкритий-контур або простий замкнутий-контур керування | Високоточна-ЧПК, робототехніка, чисте середовище, що потребує готовності-увімкнення | Обладнання на відкритому повітрі, важка техніка, логістичне обладнання та суворі промислові середовища або програми, які стурбовані обслуговуванням батареї |
Висновок
Для крокових-двигунів із відкритим контуром або стандартних сервосистем,інкрементні кодеризалишаються основним вибором завдяки високій-рентабельності. У програмах, які вимагають «увімкнення-живлення та готовності-до-використання», високого рівня безпеки або складних функцій позиціонування,абсолютні кодериє незамінними. Серед абсолютних розчинівмеханічні абсолютні кодеринадати інженерам потужну альтернативу, яка може спростити проектування системи та підвищити-довгострокову надійність завдяки їхнімпостійна пам’ять-без акумулятораівідмінна промислова довговічність.
