一文讀懂
編碼器分辨率的三種形式
在選擇編碼器時,我們不僅要考慮編碼器的類型,還要考慮編碼器的接口、分辨率、精度、保護級別等方面,以滿足用戶的控制要求。尤其是編碼器的分辨率和精度與運動控制密切相關(guān)。今天我們將討論伺服編碼器的分辨率。
什么是編碼器分辨率
分辨率是指編碼器的每個計數(shù)單元之間產(chǎn)生的距離,即編碼器可以測量的最小距離。
上圖顯示了四個具有不同行數(shù)的光電編碼器盤,可以觀察到行的密度不同。
編碼器的分辨率決定了編碼器可以測量的最小距離。編碼器的分辨率通常用“CPR”來描述,線性編碼器的分辨率用“x um”來描述。在本文中,我們將解釋編碼器的分辨率和分辨率的三種形式:原始分辨率、插值分辨率和倍頻程分辨率。
編碼器的原始分辨率
增量光電編碼器的工作原理更便于視覺解讀,因此本文使用增量光電編碼器來解釋分辨率。磁編碼器和感應編碼器的分辨率也與光電編碼器相同。
分辨率的最基本形式:原始分辨率。光電編碼器內(nèi)部的LED照亮帶有線條的透明碼盤上的光線。碼盤上的行數(shù)決定了編碼器的原始分辨率,也稱為每轉(zhuǎn)循環(huán)數(shù)(CPR)。原始分辨率最容易觀察到。文章開頭的圖像有四個代碼盤,左側(cè)代碼盤上有64行,對應于64CPR的原始分辨率;其他三個碼盤的行數(shù)更多,原始分辨率分別為100CPR、200CPR和400CPR,與每個碼盤上的行數(shù)相同。
如果編碼器的分辨率和行數(shù)始終相同,則分辨率將非常簡單明了,不會那么容易被誤解。
編碼器插值分辨率
編碼器插值信號處理可以有效地提高分辨率,超過原來的CPR。
光電編碼器使用LED陣列而不是單個LED來內(nèi)部掃描編碼器盤。LED陣列將代碼板上的多行視圖信號發(fā)送到信號處理器(子分配器)。如果實際位置在兩條線之間,則信號處理器可以進行插值以找到該位置。
這就像拿一把以毫米為單位的尺子,在每毫米之間添加標記,讀取較小的值,而不實際添加一行。
插值測量可在不需要更多導線的情況下產(chǎn)生更高的分辨率。
如果制造商告訴編碼器的分辨率,那么給定的分辨率就是插值后的分辨率。例如,如果編碼器的額定分辨率為10000CPR,但編碼器磁盤上只有2500行,則需要知道內(nèi)部模塊進行插值以找到“中間”位置,從而生成更高的分辨率。
左圖顯示插值前的分辨率,右圖顯示插值后的分辨率
為什么制造商使用插值來提高分辨率?對于原始分辨率,更高的分辨率意味著需要更多更細的線條,這意味著更高的成本,也限制了物理限制。通過插值,制造商可以在不增加編碼器盤尺寸的情況下生產(chǎn)更高分辨率的編碼器?;蛘?,制造具有相同分辨率的編碼器,同時減小編碼器盤的尺寸,對于需要小型化產(chǎn)品的用戶來說至關(guān)重要。
原始分辨率基于編碼器碼盤的標線片的分辨率,而插值分辨率基于編碼器信號處理的分辨率,兩者都由編碼器內(nèi)部處理。事實上,分辨率也可以在編碼器之外進行更改。
編碼器倍頻分辨率
增量編碼器的輸出信號都是正交信號:信號A和信號B,信號A和B之間有90°e(電角度)。通過正交信號,與CPR相比,分辨率加倍的技術(shù)可以用于每轉(zhuǎn)產(chǎn)生四倍的位置信息。
請注意,此處理發(fā)生在輸出信號離開編碼器之后。為了實現(xiàn)這一點,我們需要一個編碼器到計數(shù)器的接口芯片,如LS7183N。許多可以接收編碼器信號的控制器都內(nèi)置了具有正交計數(shù)功能的模塊,無需自行處理正交信號。
需要特別注意的是:不同的制造商以不同的方式使用不同的術(shù)語,尤其是上圖中的CPR(每轉(zhuǎn)周期或每轉(zhuǎn)計數(shù))和PPR(每每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)或每轉(zhuǎn)周期數(shù)),它們特別容易混淆。不同制造商給出的相同縮寫可能有不同的含義,最好將其區(qū)分開來,并與制造商核實。
下圖顯示了不同分辨率在運動控制系統(tǒng)中的位置,包括原生分辨率、插值分辨率和倍頻分辨率。
在市場上,線性編碼器的制造商給出的分辨率通常對應于四次之后的分辨率,而編碼器的制造商給定的分辨率一般對應于每轉(zhuǎn)的行數(shù)或每轉(zhuǎn)的輸出脈沖數(shù)。
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