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超低速运动控制编码器的使用要点

来源:控制工程网2016.12.28阅读 4005

  当设计工程师使用“运动控制”这个词的时候,第一反应可能是快速变换方向和速度的高速系统。高速和高动态的运动控制应用具有技术上的挑战,不过对于另一个极端情况——非常低速的运动控制也一样具有挑战。精确的低速控制对于许多运动控制应用来说都是很重要的问题,例如工业实验和测量、自动化以及安全监控系统。
  对于今天的应用来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,高变焦光学系统清楚地聚焦到一个20公里以外的目标并不罕见。但是当那个远距离的目标移动时www.cechina.cn,事情就变得不好办了,因为视野受限的原因,而且如果对目标跟随不顺畅的话,目标会快速从视野里消失。
  如果目标在20公里的范围内以每小时20公里的速度移动www.cechina.cn,这相当于0.05 rpm的转速,超级慢的速度。要想将目标保持在用户视野的中央,就要对该低速进行精确的控制,并且对于目标速度和方向的变化做出很好的响应。要保持目标在视野的中央,这意味着20公里的范围内的0.3米,需要大于200K的编码点或者18位的编码位置。要保持平稳的运动,需要20位。


采用云台系统追踪远距离移动目标的例子。图片来源:Zettlex公司


  传统的方法是在系统传动电机上使用编码器,并与通过连接到电机上的减速箱测量的每转计数相乘。齿轮的减速比越高,相乘的结果就会受到越大的影响。这也意味着反冲的量更大以及伺服系统整体的响应更差。这样的一个系统会限制动态范围,而且通常在小于1公里的合适距离上不能跟踪快速运动的物体,就像在更高转速的情况下不能获得所要求的性能一样。
  更新的做法是在变速箱输出轴上使用高分辨率的位置编码器,这会在最大程度发挥伺服的动态性能的同时有助于避免反冲效应。由于高分辨率编码器不再那么昂贵,这种方式被使用得越来越广。
  因为传统的高分辨率位置传感技术有一些限制条件控制工程网版权所有,设计工程师转而采用新型的传感器。这些传感器可以被看作是新一代感应式编码器,特别是可以提供高达每转400万计数(22位)的高分辨率测量。感应式编码器将相同的基础物理应用于解码器CONTROL ENGINEERING China版权所有,这让它们可以在恶劣的运行环境下提供高分辨率的、非接触式的测量。对于运行在脏的或潮湿的环境下,工程师就不再需要光学编码器或电容式编码器所需要的密封、垫圈或O型圈。


为危险环境设计的新一代感应式编码器的例子。


  与在解码器里面见到的传统的绕线式变压器结构不同,编码器采用印刷电路板作为其主要部件。这减少了形状因数、轴向高度、并可以使用大口径。新方法采用的设计更方便电缆、轴和管道穿过传感器中央。同时,编码器提供的简单的电气接口具有如下特性:直流供电以及绝对值的、数字化的输出。(作者:Mark Howard)

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