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如何使用編碼器進行速度測量?

時間:2019-04-12 13:39:01來源:運動控制平臺

導(dǎo)語:?編碼器最常用于測量角度或直線距離,但它也可用于執(zhí)行轉(zhuǎn)速或線速度測量。 這是因為編碼器的脈沖頻率與其旋轉(zhuǎn)速度之間存在線性關(guān)系。 當編碼器旋轉(zhuǎn)得更快時,脈沖頻率便以相同的速率增加。

編碼器最常用于測量角度或直線距離,但它也可用于執(zhí)行轉(zhuǎn)速或線速度測量。這是因為編碼器的脈沖頻率與其旋轉(zhuǎn)速度之間存在線性關(guān)系。當編碼器旋轉(zhuǎn)得更快時,脈沖頻率便以相同的速率增加。

編碼器速度可以通過兩種方法中的任何一種來確定:脈沖計數(shù)或脈沖計時。 

正交編碼

增量式編碼器通常在兩個通道上輸出信號-通常稱為“A”和“B”兩個相位之間偏移90度。旋轉(zhuǎn)的方向可以由哪個通道在前來確定。通常情況下,如果通道A在前,則方向取為順時針,如果通道B在前,則方向為逆時針。正交輸出還允許通過使用X2或X4解碼技術(shù)來增加編碼器的分辨率。使用X2解碼時,通道A的上升沿和下降沿都會被計數(shù),每轉(zhuǎn)計數(shù)的脈沖數(shù)加倍,因此編碼器的分辨率翻倍。使用X4解碼,通道A和B的上升沿河下降沿都會被計數(shù),從而將分辨率提高四倍。

6.1.jpg 

X4編碼,通道A和B的上升沿和下降沿都被計數(shù)

脈沖計數(shù)

脈沖計數(shù)使用采樣周期(t)和采樣周期內(nèi)計數(shù)的脈沖數(shù)(n)來確定一個脈沖(t/n)的平均時間。知道編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)(N),可以計算出速度。

ω=2πn/Nt

其中:

ω=角速度(rad/s)

n=脈沖數(shù)

t=采樣周期(s)

N=每轉(zhuǎn)脈沖

6.2.jpg 

在低速時,脈沖計數(shù)的分辨率較差,所以這種方法最適用于高速應(yīng)用。

脈沖時間

利用脈沖計數(shù)法,在一個編碼器周期(間距或兩個相鄰的行或窗口之間的間隔)期間計數(shù)高頻時鐘信號。時鐘信號(m)的周期數(shù)除以時鐘頻率(f)給出編碼器周期的時間(編碼器旋轉(zhuǎn)一個節(jié)距的時間)。如果編碼器PPR由N表示,則編碼器的角速度由下式給出:

ω=2πf/Nm

其中:

ω=角速度(rad/s)

f=時鐘頻率(Hz)

m=時鐘周期數(shù)

N=每轉(zhuǎn)脈沖

在高速情況下,脈沖時序(也稱為脈沖頻率)之間的時間可能太少,無法精確測量時鐘周期,所以此方法最適合低速應(yīng)用。

速度測量的準確性

編碼器速度測量的準確性可能受到各種因素的影響,包括儀器誤差,相位誤差和插值誤差。

儀器誤差包括編碼器中的機械缺陷和編碼盤或分劃板上的刻度誤差,例如線或窗口之間的間距變化。與儀器有關(guān)的誤差還包括基板的平直度,傳感器的不精確定位以及編碼器和電機軸之間缺乏同心度。

相位誤差源于脈沖或讀數(shù)之間沒有信息的事實。換句話說,正交編碼器只讀取一個或兩個通道(A和B)上信號的邊沿,并在這些讀數(shù)之間不傳送信息。相位誤差只是固定的測量步驟的±1/2或計數(shù)。

只有在編碼器分辨率超出正交編碼器固有的X4解碼的電子電平時,才會出現(xiàn)插值錯誤。插值誤差往往隨著編碼器速度的增加而增加。使用具有更高行數(shù)或更多窗口的編碼器可以減少插值和相位誤差。


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