三种编码器技术的相关技术与应用介绍

2020-05-07来源: eefocus关键字:电机  bldc  编码器

编码器用户传统上一直不愿意改变,有很好的理由。在工厂或工业设施电机控制不是创新,使性能和可靠性要求,但缺乏一个跟踪记录和实质性的历史备份它们的地方。虽然光学和磁编码器早已确立,并聘请了可能看起来“更有形的”物理概念,电容式编码器还采用了经过全面测试的原则,通过许多年的成功的实地验证。这种替代方法运动传感,被数字化,开辟了一系列的好处和提供情报的利用旋转编码器的换向设计一个新的水平。


旋转编码器是几乎所有的运动控制应用的关键,并且对它们的需要,进一步,由于越来越多地使用直流无刷(BLDC)电机的,这使在控制,精度和效率方面的好处扩大。编码器的任务是简单,原则:指示电动机轴到系统控制器(图1)的位置。使用此信息,控制器可精确地和高效电机绕组换相以及确定速度,方向和加速度 - 参数,一个运动控制环路需要保持所需的电机性能。


崔旋转编码器图片

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图1:旋转编码器提供马达轴的方向,位置,速度,和加速度信息。


编码器可以基于各种技术,所有这些都提供A和一个索引输出在一些模型中(图2a)的标准数字输出乙正交信号,加。换流编码器(描述充分下文)还提供的U,V和W的换向相信道输出(图2b)。


标准A和B正交信号图像

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图2a:标准A和B正交信号加上一个索引信号,这里示出的光学编码器。


U,V和W的波形图像

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图2b:本U,V和由一个换向编码器产生W¯¯波形。


编码器技术

三种最知名的编码器的方法是使用光,磁,或电容的技术。简言之,该光学方法使用开槽盘,与在一侧和光电晶体管上的相反侧的LED。当盘转动时,光路被中断,并且将所得的脉冲指示轴的旋转和方向。虽然成本低和有效,光学编码器的可靠性降低由两个因素:污染物,如污垢,灰尘,和油可以与光路干涉,并且LED的使用寿命有限,典型地在几个丢失一半的亮度多年并最终烧毁。


磁性编码器的结构是类似的光学编码器,所不同的是它使用了一个磁场,而不是光的光束。代替开槽的光学轮,它具有一个磁化磁盘其中旋转过度的磁阻传感器的阵列。车轮的任何旋转产生在这些传感器的响应,其中进到一个信号调节前端电路,以确定轴的位置。同时它提供的耐久性较高的水平,在磁性编码器不准确,容易受到由电动机产生的磁场干扰。


第三种方法,电容式编码,提供了光学和磁编码器设计的所有优点,但没有他们的弱点。这种技术使用相同的原则,行之有效的,低成本而精确的数字游标卡尺。它具有条或线的两个模式,与一组固定元件上和移动元件上的另一组,一起形成配置为发射机/接收机配对的可变电容器(图3)。作为编码器旋转时,一个整体的ASIC计数这些线路的变化,也内插找到轴和旋转方向的位置,以创建标准正交输出,并且还换向输出,其他编码器提供,以控制无刷直流(BLDC)电机。


这种电容式技术的优点是,有没有衣服穿出来,它不受污染物,如尘埃,污垢和油脂,这是在工业环境中很常见,使得它本质上超过光学器件可靠。容性编码器也提供从他们的数字控制功能导出的性能优点 - 这包括以调节编码器的分辨率(每转数的脉冲),而不需要更改为更高,或更低,高分辨率编码器的能力。


电容式编码器的图像计数接收到的脉冲

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图3:一个电容编码器计数从被连接到电机轴由转子所发送的信号的调制而产生的接收脉冲。


所有世界最佳

崔新AMT31系列是国家的最先进的电容式编码器的一个例子,提供了A和B正交信号,索引信号,以及U,V和W换相信号。可用每转48到4096个脉冲(PPR)和7个电机极对之间的2至20二十可选增量分辨率。该AMT31系列还具有易于安装的锁定枢纽,从5 V电压轨工作,并要求供电电流只有16毫安。


然而,电容编码器的好处远远超过优越的性能,灵活性和短期和长期的可靠性。与光学和磁编码器,其数字输出端采用系统设计进入21世纪,在编码器使用的所有阶段提供了许多独特的系统优势,从产品开发,安装,甚至维护。


为什么会这样?光学或磁性编码器的输出是功能但“哑”,并为用户提供没有灵活性,洞察力,或操作上的优点。与此相反,电容编码器是基于数字的,并使用内置的ASIC和微控制器,以提供附加的功能和增强的性能。在很多方面这种智能输出改变了用户和性能的情况下,同时仍然有标准编码器输出100%兼容。


充实,有益的变化是到位

让我们来看看在得以实现的ASIC和微控制器的增强功能,其中有一个电容编码器的一部分,如崔AMT31系列的更多详细信息:

崔电容编码器的数字特性使简单快捷的“一键通”归零。这个过程是简单的:通过激励适当的电机相锁定轴到所需位置,并命令编码器“零”在这一位置;的总时间是只是一到两分钟并且不需要专用仪器。


与此相反,回零以机械地对准整流信号与使用光学或磁性编码器的电机绕组是一个多步骤的,复杂的,并且经常令人沮丧的过程。它要求锁定转子,物理对齐,然后向后驱动,同时用示波器观察反电动势和编码器的波形进行适当的零交叉排列的电机。这通常是一个反复的过程与步骤通常需要被重复进行微调和验证,所以整个周期需要15至20分钟。


在AMT系列的数码功能,也大大提高了系统的设计过程中,提供了灵活性,诊断和实现了电机和电机控制器的性能进行评估。特别是,由于单一电容编码器可以支持广泛的分辨率和极对值,设计人员可以使用该可编程分辨能力来动态地调整PID控制回路的控制器和算法开发期间的响应和性能,而不必购买并安装一个全新的编码器。


内置于AMT系列智能还允许车载诊断更快现场故障分析,争行业第一。编码器可以查询,以指示是否运行正常,或者如果有某种故障,由于在轴或其他问题的机械错位。因此,设计人员可以迅速判断编码器有故障,如果没有,找其他地方的问题的根源,从而排除了编码器本身可能存在问题。此外,工程师可以使用此功能的预防措施 - 例如,运行应用程序之前执行的“编码器好”的测试序列。这些能力,在光学和机械编码器无法使用,让设计人员能够将停机时间降至最低,同时又满足使用单位在现场可能发生的问题。


最后的数字接口,也简化了物料清单(BOM)的议案。由于编码器可以在软件中针对所需要的具体变化(PPR,极对,和换向方向),就没有必要列出和库存需要在一个多电机产品的不同版本,或对多个产品,或在安装位置。


智能编码器以及GUI:强大的配对

在基于Windows PC的AMT视点™软件,崔电容式编码器的加速发展,也变成耗时平凡的任务,如确定型号和版本,到简单的操作。它仅需要一个USB电缆接口到编码器,并实现了简单的串行数据格式。


图形用户界面允许用户定制和自定义编码器到应用程序的需要(图4)。


崔的AMT观点软件Image

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图4:崔的AMT观点软件提供了一个易于使用的开发接口。


在GUI中的设置屏幕可以让用户看到钥匙编码器波形和时序,具有自动调整,编码器选项被改变。编程通过GUI编码器只需几个按键约30秒为周期来完成。最引人注目的,校准和归零编码器用于为A,B,指数或减刑模式下只需几秒钟,形成了鲜明对比,以完成这个任务不可编程的编码器。


在演示模式下,用户可以通过图形用户界面也进行编码器相关的操作就如同实际的编码器连接,一种方便的方式来熟悉之前,任何购买或动手使用的编码器和工具。最后,图形用户界面还支持特定的编码器的版本,其中包括在输出格式,套(孔)适配器选项,安装底座,其中包括创建订购的部件编号。


崔的AMT31编码

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图5:崔的AMT31 Encoder提供的耐用性和柔韧性的独特组合。

关键字:电机  bldc  编码器 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic496304.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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