文章:23位编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗?

所有者:TerryWang(呢称); 发布时间:2020-04-29 14:23:45; 更新时间:2020-04-29 14:25:38

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简介:昨天在「编码器的分辨率和精度是一回事吗」一文中,我们就国内某家伺服产品厂家在其宣传资料有关编码器分辨率与伺服定位精度的表述提出了一些疑问和看法,引发了圈内群众们小小的讨论。其中有留言提到“23 位高分辨率编码器是提高伺服精度的一种手段”。 那么,高分辨率编码器与伺服的定位精度究竟有着怎样的关系呢?23 位高分辨率编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗?本期,

高分辨率编码器与伺服的定位精度究竟有着怎样的关系呢?23 位高分辨率编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗?本期,我们就来讨论一下。





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速度环精度


说句坦白话,这家伺服电机宣传资料被批评的有点冤枉。那冤枉在哪里呢?原来是乌龙指,点错了。


高分辨率的编码器,原来是提供速度环的精度,或者加速度环的精度,而非定位精度。



我们从资料上看到,速度环的采样周期时间缩短了,而电流环(对应加速度)的采样周期时间更是大大缩短了(1.6 μs 微秒)。在越短的时间间隔采样,又想获得更多的脉冲采集数,以提高计算精度。


原来,23 位高分辨率的编码器,是为了提高速度环精度的。


但是,且慢高兴。


2

静态分辨率与响应度


目前的很多编码器的高分辨率,是通过细分 - 算法补偿获得。而细分 - 算法补偿又会带出另两个问题:


响应


细分和算法补偿,因算法需要的采集时间间隔、平均算法与计算时间,必然带来了响应度损失,以此获得的分辨率实际上是“静态分辨率”,是位置环静态、速度环采样补偿静态(匀速)的。可这是伺服电机啊,伺服电机有多大比率是用在静态的呢?


电子纹波扰动误差


细分会带来大约 1% 的电子纹波扰动误差(相当于 7 位),过高的细分看似提高了编码器分辨率,可以带来速度环的精度,但是在细分 7 位以后,因为电子纹波扰动与信号误差难以分离,又如何算法补偿呢?过高的细分后面的低位数早已失去了意义。


我尚不清楚这份资料里的 23 位编码器,其细分前原始的周期数是多少?


海德汉公司提供的几种位置检测器件的主要性能比较


周期性误差对控制性能的影响


信号误差会非常明显地降低驱动系统的速度稳定性以及带来噪音。速度控制器会根据误差曲线计算加速度,以此计算电流来增加或减低驱动系统的速度。当需要更精确的电流环控制(刚性),就需要加快电流环采样周期频率,因此有资料中的高响应 625KHz,1.6 μs 微秒采样时间间隔!而在这么短的时间内,编码器的响应与精度的影响度,已经高于编码器分辨率的影响度。滞后的反馈与角度错误的反馈,将引起电流环调节的波动,产生电流无功损耗 - 发烫。电机发烫后带来材料热胀冷缩系数的热胀,再次对机械精度产生副作用。一边是要求加速度环的高响应度,一边是要为了编码器的高分辨率而运用电子与算法手段,牺牲了响应度。


因此,23 位伺服编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗?


最后,关于拿单圈绝对值编码器通过可以记忆 65536 圈,就不再是“绝对值编码器”了,仅仅是“多圈编码器” ,一种投机取巧的宣传手段罢了,我已批评过多次了。





元芳,你怎么看?

部分图片来自海德汉 HEIDENHAIN 编码器资料。

智造商

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