¿Por qué un codificador de 2000 líneas puede obtener 8000 cuentas por revolución usando la decodificación por multiplicación?
Un codificador es un sensor que se utiliza para medir la rotación o el desplazamiento mecánico. Puede medir la posición de desplazamiento o la velocidad de piezas mecánicas durante la rotación o el movimiento lineal y convertirla en una serie de señales eléctricas.
1 Clasificación de codificadores
1.1 Clasificación basada en principios de monitorización.
1.1.1 Codificador fotoeléctrico
Un codificador fotoeléctrico es un sensor que convierte el desplazamiento geométrico mecánico en el eje de salida en pulsos o cantidades digitales mediante conversión fotoeléctrica. Este es el sensor más utilizado actualmente. El codificador fotoeléctrico consta de una fuente de luz, un disco de código óptico y un elemento fotosensible.
La placa de rejilla es una placa circular de cierto diámetro, con múltiples orificios rectangulares abiertos uniformemente sobre ella. Dado que el disco codificador fotoeléctrico es coaxial con el motor, cuando el motor gira, el disco de rejilla gira a la misma velocidad que el motor. El dispositivo de detección compuesto por componentes electrónicos como diodos emisores de luz detecta y emite varias señales de pulso. el número de pulsos emitidos por el codificador fotoeléctrico por segundo. El número de pulsos refleja la velocidad actual del motor.
Además, para determinar el sentido de giro, la rueda codificada también puede proporcionar dos señales de impulsos con una diferencia de fase de 90°.
1.1.2 Codificador Hall
El codificador Hall es un sensor que convierte el desplazamiento geométrico mecánico sobre el eje de salida en pulsos o cantidades digitales mediante conversión magnetoeléctrica.
El codificador Hall está compuesto por un disco codificador Hall (anillo magnético) y un elemento Hall.
El disco de código Hall es un disco con diferentes polos magnéticos dispuestos uniformemente sobre una placa circular de un determinado diámetro. El codificador Hall es coaxial con el motor. Cuando el motor gira, el elemento Hall detecta y emite varias señales de pulso. Para juzgar la dirección de la dirección, generalmente se emiten dos conjuntos de señales de onda cuadrada con una cierta diferencia de fase.
1.2 Clasificación por señal de salida
1.2.1 Codificador incremental
El codificador incremental cambia la información de desplazamiento en una señal de pulso continuo cuando el equipo se mueve. de pulsos representa el desplazamiento. Sus características son las siguientes:
La señal se emitirá sólo cuando el dispositivo se mueva.
Generalmente, se emiten dos conjuntos de señales del canal A y del canal B, con una diferencia de fase de 90° (1/4 de ciclo). Al recopilar estos dos conjuntos de señales al mismo tiempo, el movimiento. Se pueden calcular la velocidad y dirección del dispositivo.
Como se muestra en la figura siguiente, los períodos de señal del canal A y del canal B son los mismos y la diferencia de fase es 1/4 de período. Combine los valores de señal de las dos fases:
Cuando la fase B y la fase A leen el nivel alto (1 1), entonces B lee el nivel alto y A lee el nivel bajo (1 0), y así on La manecilla de las horas se mueve.
Cuando tanto la fase B como la fase A leen nivel bajo (0 0), entonces B lee nivel alto y A lee nivel bajo (1 0), gira en sentido antihorario.
Además del canal A y el canal B, se configurará una señal adicional del canal Z para indicar la posición de referencia específica del codificador.
Como se muestra en la figura siguiente, la señal del eje Z emitirá un pulso solo después de que el sensor gire una vez. Cuando se genera el eje Z, la posición absoluta de la rueda de códigos se puede calcular borrando el recuento del canal AB.
El codificador incremental solo genera el cambio de posición y la dirección de movimiento del dispositivo, pero no genera la posición absoluta del dispositivo.
1.2.2 Codificador absoluto
La estructura general del codificador absoluto es similar a la del codificador incremental, que consta de un disco de código, un dispositivo de detección y un circuito de amplificación y conformación, pero lo específico La estructura del disco de código y el significado de la señal de salida son diferentes.
Convierte la información de desplazamiento del equipo en movimiento en cantidades digitales mediante codificación binaria (disco de código especial) y la genera directamente. Sus características son las siguientes:
Su disco de código utiliza un conjunto de códigos binarios compuestos por varias ranuras lineales transparentes y transmisoras de luz. Estos códigos binarios corresponden de forma única a cada ángulo diferente del eje del codificador.
El disco de código del codificador absoluto tiene muchas ranuras de bobina, llamadas pistas de código, y el número y la longitud de cada ranura de bobina son diferentes. Ellos * * * forman un conjunto de códigos binarios, y un canal de código (círculo) corresponde a un bit del número binario (generalmente el canal de código más externo del disco de código representa el bit más bajo y el canal de código más interno representa el bit más alto). ).
El número de canales de código determina el número de bits del código binario. Si el codificador absoluto tiene n canales de código, el número total de números binarios que genera es 2 elevado a la enésima potencia.
Mediante la lectura de estos códigos binarios se puede conocer la posición absoluta del dispositivo, por lo que se denomina codificador absoluto.
Generalmente, se utiliza como método de codificación binario natural, código Gray o código BCD.
La rueda de código binario natural es fácil de entender, pero cuando el proceso de fabricación de la rueda de código sale mal, en el área crítica de los dos conjuntos de señales, los valores de todos Es posible que los canales de código no cambien al mismo tiempo, o debido a la falla de todos los sensores, hay una ligera diferencia de tiempo entre ellos y se pueden leer valores incorrectos. Por ejemplo, al cruzar de 000 a 111, en teoría debería leerse 111. Sin embargo, si los tres carriles de códigos de barras desde el interior hacia el exterior no están completamente alineados, es posible leer 001 u otros valores atípicos.
El disco de código Gray (solo hay diferencias de 65, 438+0 bits entre dos números binarios adyacentes) puede evitar la lectura anormal de datos del disco de código binario, porque los dos discos de código Gray adyacentes solo 65,438+0 Los bits cambiarán entre grupos de señales. Incluso si la lectura de la señal se desvía debido a errores en el proceso de fabricación, solo se generarán como máximo 65,438+0 desviaciones (desviaciones de señales adyacentes).
2 parámetros del codificador
2.1 Resolución
Se refiere a la unidad más pequeña que el codificador puede resolver.
Para los codificadores incrementales, la resolución se expresa como el número de pulsos producidos por una revolución del eje del codificador, es decir, pulsos por revolución o PPR.
De hecho, el número de ranuras transmisoras de luz en el disco de código es igual a la resolución, también llamada número de líneas. Los más comunes son de 5 a 6 mil líneas.
Para los codificadores absolutos, el número de bits utilizados por el codificador interno es su resolución y la unidad es el bit, que se divide en resolución de una sola vuelta y resolución de varias vueltas.
2.2 Precisión
En primer lugar, está claro que precisión y resolución son dos conceptos diferentes.
La precisión se refiere al error máximo entre cada lectura del codificador y la posición real del eje giratorio, generalmente expresado en grados, minutos de arco o segundos de arco.
Por ejemplo, algunos codificadores absolutos escribirán 20 ' ' en la tabla de parámetros, lo que significa que hay un error de más o menos 20 segundos de arco entre la lectura de salida del codificador y la posición real del eje giratorio.
La precisión está determinada por muchos factores, como la precisión del procesamiento del disco de código, la concentricidad del eje giratorio, las características de temperatura del material, el tiempo de respuesta del circuito, etc.
2.3 Frecuencia máxima de respuesta
Se refiere al número de pulsos emitidos por el codificador por segundo, en Hz. La fórmula de cálculo es:
Frecuencia de respuesta máxima = resolución * velocidad del eje/60
Por ejemplo, la resolución del codificador de un motor es 100 (es decir, el codificador fotoeléctrico tiene 100 pulgadas). una revolución) rejilla), la velocidad del eje es 120 rpm (es decir, 2 rpm), entonces la frecuencia de respuesta es 100*120/60=200Hz.
2.4 Forma de salida de señal
Para los codificadores incrementales, cada señal se emite de forma independiente. La forma del circuito de salida generalmente incluye salida de colector abierto, salida push-pull, salida diferencial, etc.
Para codificadores absolutos, dado que generan directamente docenas de números binarios, para garantizar la velocidad de transmisión y la calidad de la señal, generalmente se utiliza salida en serie o salida de bus, como la interfaz en serie síncrona (SSI), RS485. , CANopen o EtherCAT, algunos tienen salida paralela y la forma del circuito de salida es la misma que la del codificador incremental.
Principio de medición de la velocidad del disco de tres códigos
3.1 Duplicación de la frecuencia del codificador
¿Qué significa duplicación de la frecuencia del codificador? Por ejemplo, un codificador ráster tiene n cuadrículas en un círculo. En teoría, el motor impulsa el codificador para que haga una revolución y solo puede emitir N señales. A través de la tecnología de multiplicación de frecuencia, se puede lograr un círculo, pero se pueden emitir N * n señales, donde N es el número de multiplicación de frecuencia.
La salida de forma de onda de pulso de un codificador incremental es generalmente una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50% y la diferencia de fase entre el canal A y el canal B es de 90°.
Si solo se usa el canal A para contar y solo se captura el flanco ascendente del canal A, el valor de conteo de un círculo = el número de cuadrículas en la rueda de códigos, es decir, 1 vez la frecuencia ( sin multiplicación de frecuencia).
Si solo se utiliza el canal A para contar, se capturan el flanco ascendente y el flanco descendente del canal A, y el valor de conteo de una revolución del codificador se duplica, logrando duplicar la frecuencia.
Si utiliza el conteo del canal A y el conteo del canal B al mismo tiempo, y captura los flancos ascendentes y descendentes, puede lograr 4 veces la multiplicación de frecuencia.
Suponiendo que la resolución del codificador incremental es 600PPR, el ángulo mínimo resoluble es 0,6°. Cuadruplicarlo equivale a aumentar la resolución a 600*4=2400PPR. En este momento, el ángulo mínimo que puede resolver el codificador es 0,15.
Medición de la velocidad mediante el método de los 3,2 metros
También se llama medición de frecuencia. Este método cuenta el número de pulsos del codificador dentro de un tiempo fijo (en segundos) y calcula el valor de la velocidad. El método m es adecuado para medir altas velocidades.
Supuesto:
El número total de pulsos en una sola revolución del codificador es c (constante)
El tiempo estadístico es T0 (valor fijo, unidad segundo).
El número de pulsos del codificador contados esta vez es M0 (valor medido).
Entonces, la fórmula para calcular la velocidad n (revoluciones por segundo) es:
Cómo entender esta fórmula:
M0/C es el codificador dentro el tiempo estadístico El número de pulsos se divide luego por el tiempo estadístico T0, es decir, el número de revoluciones en 1s (unidad de tiempo).
Por ejemplo, si el tiempo estadístico T0 es 3 s, el número de pulsos M0 medidos en 3 s es 60 y el número de pulsos por revolución del codificador c es 20, entonces la velocidad n=60/( 20*3)=1 rpm.
Como c es una constante, la velocidad de rotación n es proporcional a M0. Esto hace que:
A alta velocidad, M0 se vuelve más grande durante la medición y se puede obtener una mejor precisión y estabilidad de la medición.
Pero a velocidades bajas (tan sólo unos pocos pulsos por T0), el error de velocidad calculado será grande e inestable.
Como se muestra en la figura siguiente, la onda cuadrada es el pulso emitido por un determinado canal del codificador.
Cuando la velocidad de rotación es alta, el valor de conteo en cada tiempo estadístico T0 es grande y se puede obtener un valor de medición de la velocidad de rotación más preciso.
Cuando la velocidad de rotación es baja, el valor de conteo en cada tiempo estadístico T0 es menor. Dado que la posición inicial del tiempo estadístico no corresponde necesariamente al flanco ascendente del pulso del codificador, cuando la posición inicial del tiempo estadístico es diferente, habrá un error de pulso (cuando solo se cuenta el flanco ascendente, habrá al menos como máximo 1 error de pulso, contando el flanco ascendente y el flanco descendente Hay como máximo 2 errores de pulso).
Al aumentar el número de pulsos medidos por unidad de tiempo duplicando la frecuencia, se puede mejorar la precisión del método M en mediciones de baja velocidad (por ejemplo, originalmente solo se capturaron cuatro pulsos, pero después de cuatro frecuencias multiplicaciones, el mismo estado del motor M0 cambia a Se convirtió en 16), pero no puede cambiar fundamentalmente el problema de medición a baja velocidad.
Medición de velocidad método 3.3 T
También se denomina medición periódica. Este método consiste en crear un pulso de alta frecuencia con una frecuencia conocida y contarlo. El método de prueba es adecuado para medir velocidades bajas.
Supuesto:
El número total de pulsos en una sola revolución del codificador es c (constante)
La frecuencia de los pulsos de alta frecuencia es F0 ( valor fijo, unidad Hz).
El intervalo entre dos pulsos adyacentes del codificador es Te, y el valor de conteo entre ellos es M1 (valor de medición).
Entonces; la fórmula de cálculo de la velocidad n es:
Cómo entender esta fórmula:
1/Te, es decir, cuántos pulsos del codificador hay en 1, dividido por El número de pulsos en una revolución, c, es cuántas revoluciones hace 1.
F0/M1 es el número de pulsos de alta frecuencia en 1 dividido por el número de pulsos de alta frecuencia entre dos pulsos del codificador, es decir, cuántos pulsos del codificador hay en 1, dividido por el número de pulsos en una revolución Número, es decir, cuántos círculos hay en 1.
Por ejemplo, si el período del pulso de alta frecuencia es 1 ms, es decir, la frecuencia es 1000 Hz, el número de pulsos de alta frecuencia generados entre los dos pulsos del codificador es 50 (es decir, el El intervalo entre los dos pulsos del codificador es 0,05 s), el número de pulsos en un ciclo del codificador es 20, entonces la velocidad es n = 1000/(50 * 20).
Dado que cy F0 son constantes, la velocidad de rotación n es inversamente proporcional a M1. Esto hace que:
A alta velocidad, el intervalo de pulso del codificador te sea muy pequeño, de modo que el valor de conteo de pulso de alta frecuencia M1 dentro del período de medición también sea muy pequeño, lo que resulta en un gran error de medición.
A baja velocidad, Te es lo suficientemente grande y M1 también es suficiente durante el período de medición, por lo que el método T es exactamente lo opuesto al método M y es más adecuado para medir velocidades bajas.
Como se muestra en la figura siguiente, la onda cuadrada negra es el pulso emitido por un determinado canal del codificador, y la onda cuadrada amarilla es el pulso de medición de alta frecuencia.
Cuando la velocidad de rotación es baja, el número de pulsos de medición de alta frecuencia M1 es grande y se puede obtener un valor de medición de velocidad de rotación más preciso.
Cuando la velocidad de rotación es mayor, el intervalo de tiempo entre los dos pulsos del codificador se vuelve más corto, lo que resulta en una pequeña cantidad de pulsos de medición de alta frecuencia M1. Dado que la posición del flanco ascendente del pulso de alta frecuencia no corresponde necesariamente al flanco ascendente del pulso del codificador, habrá un error de pulso cuando las posiciones del flanco ascendente de las dos ondas sean diferentes.
Medición de velocidad mediante el método de 3,4 metros/tonelada
Este método combina las ventajas del método M y del método T. No solo mide el número de pulsos del codificador, sino que también mide el número de impulsos del codificador. También mide el número de pulsos de alta frecuencia dentro de un cierto período de tiempo.
En un tiempo relativamente fijo, supongamos:
El número de pulsos del codificador produce M0 (valor de medición).
Cuente un pulso de alta frecuencia con una frecuencia conocida de F0 (valor fijo, unidad Hz), el valor de conteo es M1 (valor medido real) y calcule el valor de velocidad.
El número total de pulsos en una sola revolución del codificador es c (constante)
La fórmula de cálculo de la velocidad n es:
Por ejemplo, dentro un tiempo relativamente fijo, el número de pulsos del codificador M0 es 3, el período del pulso de alta frecuencia es 1 ms, es decir, la frecuencia F0 es 1000 Hz y el número de pulsos de alta frecuencia generados es 150. Cuando el número de pulsos c en una revolución del codificador es 20, la velocidad de rotación n = 1000 * 3/(150 * 20) = 1 revolución/segundo.
Dado que F0 yc en la fórmula del método M/T son constantes, la velocidad n solo se ve afectada por M0 y M1.
Aumenta y disminuye a alta velocidad, lo que equivale al método M.
Aumenta y disminuye a baja velocidad, lo que equivale al método T.
Respuesta el 07-12-2022
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¿Cuál es la multiplicación de frecuencia de un codificador incremental?
Multiplicación de frecuencia del codificador incremental: se refiere a la multiplicación de frecuencia del codificador de la retroalimentación del motor, que se realiza mediante procesamiento de software o hardware en el circuito. Generalmente, lo más común es cuatro veces la frecuencia. Por ejemplo, si el motor está equipado con un codificador de 2500 líneas, el motor puede generar 2500 pulsos por revolución sin multiplicación de frecuencia; si se procesa con un circuito de frecuencia cuádruple, puede obtener una salida de 10,000 pulsos por revolución; El motor por revolución es 360, entonces la posición representada por cada pulso es 360/10000, que es 4 veces mayor que 360/2500.
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¿Por qué un codificador de 2000 líneas puede usar decodificación multiplicativa? cuenta de 8000 veces por revolución?
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¿Cuántos pulsos necesita el servomotor para girar una vez?
Está relacionado con el número de dígitos del codificador y del engranaje electrónico, y se puede configurar a través de la relación de engranaje electrónico. Si el número de pulsos AB devueltos por el codificador es 8000 por revolución del servomotor, alcanzará 10000 después de 4 veces la multiplicación de frecuencia, lo que significa que a menudo se dice que la relación de regulación de velocidad alcanza 1:10000. Control de posición significa control de pulso. Por ejemplo, si el servomotor es de 1500 rpm a 250 KHz, entonces necesita dar 250/25 = 10000 pulsos por revolución, y cada pulso requiere 1/10000 pasos. Si la resolución del codificador también es 10000, entonces la frecuencia de 250K es la frecuencia máxima dada del servo. El servomotor de datos extendidos puede controlar la velocidad y la precisión de la posición con mucha precisión y puede convertir la señal de voltaje en torque y velocidad para impulsar el objeto controlado. La velocidad del rotor del servomotor está controlada por la señal de entrada y responde rápidamente. En los sistemas de control automático, se utiliza como actuador y tiene las características de constante de tiempo electromecánica pequeña, alta linealidad y alto voltaje de arranque. La señal eléctrica recibida se puede convertir en una salida de desplazamiento angular o velocidad angular en el eje del motor. Se puede dividir en dos categorías: servomotor de CC y servomotor de CA. Su característica principal es que cuando el voltaje de la señal es cero, no hay rotación y la velocidad de rotación disminuye a velocidad constante a medida que aumenta el par.