原创编码器选型的主要考虑

 2012-2-16 17:38  1449 7 12 分类: 消费电子

主要考虑磁编码器和光电编码器

工作环境、分辨率、绝对精度、最大速度、控制器的最大输入频率、输出信号类型。

工作环境：

磁编码器通常能在恶劣的环境下工作，而光电编码器需要的环境比较高。要求比较洁净，但其分辨率通常要高于磁编码器。

分辨率：

最重要的一个参数，是多方面因素综合考虑的结果。通常需要在精度（重复定位精度）、刚性、超调、速度控制和稳定性之间做折中。在不考虑成本的前提下，在硬件系统能够保证的情况下，分辨率越高越好，因为分辨率越高，位置控制器能够得到的信息越充分（位置、速度、加速度），从而系统的可控性越好。

编码器分辨率与采样率的关系：

假设加速度分辨率要求能够达到a,采样率为f，则速度分辨率为a/f，进而编码器分辨率为a/f2;

以1g加速10k采样率为例，速度分辨率为10/10k=1mm/s，编码器分辨率为1mm/10kHz = 0[tzw1] .1um。

所以编码器分辨率是综合位置环精度、分辨率要求；速度分辨率要求、加速度分辨率要求，以及位置环和速度环采样率等多个因素后确定的结果。

可重复定位精度：

编码器的分辨率必须高于系统的可重复定位精度，系统的可重复定位精度是指电机运行一段行程并稳定后，位置误差波动的范围，以分辨率的计数值表示。虽然，+/- 1个计数值的可重复定位精度是可能，但对大多数的应用来说，更通常的做法是将其设定在+/-10个计数值。在高负载和强摩擦的应用场合，+/-100个计数值甚至更高都是可能的。分辨率越高，实现越高的可重复定位精度越有利。

伺服刚性

伺服刚性是对伺服系统这样一种抗扰动能力的一种描述：外部负载加入的情况下，位置控制器维持在稳定位置的能力；通常以N/mm来描述。因为控制器通常是误差驱动的，高的分辨率意味着在相同误差情况下将由更多的误差计数，假定数字控制器的增益恒定，则意味着更大的控制输出，所以对外部扰动的响应更快，强度更高。高度伺服更新速度对伺服刚性也是有利的。

速度控制

速度控制可以通过提高编码器的分辨率得到改善，因为高的位置分辨率能够提高速度计算的分辨率，在低速时这种影响尤其明显，因为此时在一个更新周期内，位置计数数值变化很小，速度计算的离散性变得更加明显。长的更新周期能够提高速度分辨率，但是短的更[tzw2] 系统的伺服刚性。

大数值

使用高分辨率编码器时，放大器（控制器）的规格应该重新确认，以确保其能处理大动态范围的数据（高的分辨率意味着反馈部分有高的动态范围，进而要求控制器本身能够有大的动态范围）；这对换向、最高速度、最大加速度和最大跟踪误差的影响尤其明显。控制器各个变量和寄存器的饱和需要重点考虑。

决对定精度

对大多数的应用来说，并不需要太考虑绝对精度，但对特殊应用，又不得不考虑。编码条的热胀冷缩、滑轨和背衬的直线度，都会影响到系统的绝对精度。通常只要环境温度满足读头的工作温度要求，读头不会影响到系统的绝对精度。磁编码器的绝对精度通常低于光电编码器。

最大速度

选择编码器时，编码器能够工作的最大速度始终都是一个需要校验的参数，应确保控制器或者解算器的最大输入频率要高于编码器的最大输出频率，甚至是2倍以上（考虑超调、性能漂移等）。控制器的输入频率要注意是4倍频前的还是倍频后的。

[tzw1]应该反过来看，编码器分辨率决定速度和加速度分辨率

[tzw2]原因是更新周期决定相移，相移影响稳定性，影响带宽，进而影响环路增益和伺服刚性