增量式编码器原理.doc

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1、增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。增量式旋转编码器的内部工作原理增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相。A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用90度相位差的A、B两路信号进行

2、倍频或更换高分辩率编码器。Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为S2,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。通过输出波形图可知每个运动周期的时序为顺时针运动逆时针运动AB11010010AB11100001我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向。如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹

3、角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消耗的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。我们常用的鼠标也是这个原理。增量式旋转编码器选型参考速度计与长度计一般采用增量式编码器，以下就其参数范围作简要的介绍，供选型参考。（1）光栅线数：常用线数30、60、100、120、200、250、2

4、56、300、360、400、480、500、512、600、700、800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、5400（2）五种输出方式：l集电极开路输出（通用型）l互补输出l电压输出l长线驱动器输出lUVW输出（3）工作电压：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V（4）防护性能：常规为防油、防尘、抗震型。（5）弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时

5、，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩<1N.m,不同轴度<0.2mm，轴向偏角<1.5度。弹性联轴器常用规格为：编码器端孔径（mm）用户端孔径（mm）Φ4、Φ5、Φ6、Φ8、Φ10、Φ15Φ4、Φ5、Φ6、Φ6.35、Φ8、Φ10、Φ15（6）安装使用及注意事项：编码器属于高精密仪器，安装时不得敲击和碰撞。轴端联接避免钢性联接，而应采用弹性联轴器、尼龙齿轮或同步带联接传动。使用转速不要超过标称转速，否则伺服电机编码器与转子磁极相位对齐方式永磁交流伺

6、服电机的编码器相位为何要与转子磁极相位对齐？其唯一目的就是要达成矢量控制的目标，使d轴励磁分量和q轴出力分量解耦，令永磁交流伺服电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场，从而获得最佳的出力效果，即“类直流特性”，这种控制方法也被称为磁场定向控制（FOC），达成FOC控制目标的外在表现就是永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致，如下图所示：图1因此反推可知，只要想办法令永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致，就可以达成FOC控制目标，使永磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁

7、场正交，即波形间互差90度电角度，如下图所示：图2如何想办法使永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致呢？由图1可知，只要能够随时检测到正弦型反电势波形的电角度相位，然后就可以相对容易地根据电角度相位生成与反电势波形一致的正弦型相电流波形了。 在此需要明示的是，永磁交流伺服电机的所谓电角度就是a相（U相）相反电势波形的正弦（Sin）相位，因此相位对齐就可以转化为编码器相位与反电势波形相位的对齐关系；另一方面，电角度也是转子坐标系的d轴（直轴）与定子坐标系的a轴（U轴）或α轴之间的夹角，这一点有助于图形

8、化分析。 在实际操作中，欧美厂商习惯于采用给电机的绕组通以小于额定电流的直流电流使电机转子定向的方法来对齐编码器和转子磁极的相位。当电机的绕组通入小于额定电流的直流电流时，在无外力条件下，初级电磁场与磁极永磁场相互作用，会相互吸引并定位至互差0度相位的平衡位置上，如下图所示：图3对比上面的图3和图2可见