Pohonnatechnika.cz

 

Domů / ŠKOLA / Škola - Encoder

Princip - Encoder

Rotační senzory / Encodery mají za úkol měřit rychlost  nebo polohu. Základní druhy jsou DC-tachogenerátor, encoder generující pulzy a resolver.


Tachogenerátor (TG)

Kotva tachogenerátoru ma vysokoohmové vinutí a TG je optimalizován, aby dodával rovnoměrný signál bez rušivých prvků. Vysokoohmové vinutí se používá, aby proud byl nízké hodnoty, aby TG nebrzdil motor nebo aby se vinutí nezahřívalo. Napětí musí být zcela lineárně závislé na otáčkách. Snímací kartáčky obsahují stříbro aby se dosáhlo nejlepšího možného kontaktu s kolektorem. Opotřebení je téměř neznatelné, protože zátěž je nízká, když jsou uhlíky optimalizovány na nejnižší tření. Životnost bývá 20.000 hodin a více.

Nejdůležitější vlastnosti TG :

Linearita
Vyjadřuje se v procentech odchylky od ideálně proporcionálního signálu   signál/rychlost. Linearita bývá  0,5 %, raději mnohem méně.

VF střídavá složka
Procentuální vysokofrekvenční odchylka od strřední hodnoty výst. napětí. Příčinou této střídavé složky je komutace a její frekvence je tedy přímo dána aktuální rychlosti otáčení. (počet otáček x počet kolektorových lamel.   Hodnota do 5% je běžná ale pro skutečně dobrou regulaci by měla být lepší.

Koeficient teploty

KT vyjadřuje vliv teploty na signál v procentech na stupeň Celsia. (% / ° C). Normální je 0,02 procenta na stupeň Celsia nebo nižší. Číslo je v souladu s samariumkoboltovým teplotním koeficientem. Tachogenerátory s nižším teplotním koeficientem mají teplotní kompenzace. K tomu se používá rezistor, jehož odpor je závislý na teplotě.
Když tachogenerátor je namontován na motoru, který se zahřívá, nestačí vzít v úvahu okolní teplotu, teplotu motoru je také třeba započítat. Aby se motor nezahříval může být dobré předimenzovat motor, pokud aplikace vyžaduje velmi dobrou regulaci otáček.



Optické encodery

Optické encodery jsou dnes velmi rozšířené, hlavně proto, že jsou digitální a digitální systémy jsou stále oblíbenější.Optický encoder je zdroj impulzů, které vytváří systém zdroje světla, skleněný disk s nějakým kódem a snímače /přijímače. Encodery se dělí na inkrementální a absolutní, a rotační a lineární.





 
 

Rotační inkrementální snímač



Díky vysokému rozlišení lze encodery použít pro zpětnou vazbu u regulace rychlosti s elektronicky řízenými pohony. V digitálních systémech, jak to je signál jako na obrázku níže, u analogových se přes D / A převodník získá signál pro zpětnou vazbu.
Rotační snímače může poskytovat od několika set do mnoha tisíců pulzů na otáčku. Často mají dva kanály, jejichž sled impulzů je posunut o 90 stupňů. To umožňuje elektronice získat informaci, jakým směrem se encodér otáčí.
Č
asto mají nulový pulz (index puls). Tento třetí kanál generuje jeden pulz na otáčku a slouží jako reference. Tento pulz má šířku jako ostatní pulsy (A a B) nebo užší. Indexový pulz u encodéru s 2000 vyrytými čárkami na skleněném disku není širší než o 8000-ina jedné otáčky, což odpovídá 0,045°.
Indexový pulz udává výchozí polohu s vysokou přesností a opakovatelností.

Pulzy z inkrementálního encoderu



Zdroj
světla pro snímače jsou obvykle LED a pulzní generátor tvoří světlocitlivá elektronika .Na plochý disk je nanesena vrstva materiálu se vzorkem,který vytváří požadovaný kod.   Deska je nejčastěji skleněná, mylarová nebo plastová.


Princip inkrementálního encoderu


Encodery poskytují různé typy signálů. V zařízeních s malými vzdálenostmi a nízkou úrovní rušení se často používá konvenční 5V TTL logika. V průmyslových aplikacích se používá buď diferenciální 5 V  nebo 24 V logika.


Lineární inkrementální enkodéry


Lineární inkrementální snímač funguje stejně jako rotační, ale rotční disk je protažen podélně. Délky 3 metry jsou k dispozici. Lineární snímače jsou obvykle vybaveny několika indexovými impulzy, které jsou kódovány různými způsoby, aby je elektronika mohla rozeznat.
Lineární snímače jsou používány především při aplikacích, kdy výsledek měření je velmi důležitý a náročnost na přesnost je vysoká. Pak nelze akceptovat vliv převodů a spojení mezi motorem a měřeným objektem. Nevýhodou lineárního snímače je, že při jejich velikosti je obtížné je chránit. a montáž může bźt problematická. To může také způsobit problémy, pokud bude používán pro hlášení poloh v servosystému, protože přenos mezi hřídelí motoru a lineárním pohybem může být uvolněný a mohou vzniknout vlastní oscilace.

Lineární inkrementální encoder


Rotační absolutní encodery

Výrazem absolutní se míní, že každá poloha je unikátní. Snímač generuje systém signálů, které spolu definují kde se poloha encoderu nachází. Skládá se z několika kanálů, které jsou binárně zkombinované. První kanál určuje, která polovina je aktuální, další definuje  čtvrtinu, další osminu atd. Pokud absolutní snímač bude poskytovat vysoké rozlišení je třeba mnoho kanálů. U encoderu s 10ti kanály, tzv. 10-bitový snímač, umožňuje 210 = 1024 jedinečných pozic v řadě, 12-bitů dává 4096 atd.



Výhodou absolutního snímače je, že systém nepotřebuje najít referenční bod při zapnutí systému. Jakmile encoder může komunikovat s napěťovým řídicím systémem, může udat přesnou polohu. Nevýhodou je, že to je docela drahý, a vyžaduje více elektroniky. Také může  obvykle jen určit pozici v JEDNÉ otáčce motoru. Varianty jsou k dispozici - např. encoder s prevodem, který zvyšuje rozlišení. Podobně existují verze s elektronickým přenosem a kódováním velkého množství zatáček, to ale  vyžaduje více elektroniky

.

Kódový kotouč pro rotující absolutní encoder




Resolver

Resolver se skládá ze statoru a rotoru s vinutím. Tato funkce se podobá do jisté míry transformátoru, ale mění své vlastnosti, když se otáčí.
Na jednoho z vinutí statoru se připojí nosná frekvence 1-20 kHz. Tato frekvence vytváří v dalších fázích sinus signál nebo kosinus signál. Pomocí elektroniky lze fázový úhel mezi sinus- a cosinus-signaly měřit a získat tak úhlovou polohu rotoru.


Resolver pro montáž na hřídel


Zapouzdřený resolver


Signál je generován i při klidovém stavu, kdy se encoder neotáčí a proto je resolver i absolutnim encoderem behem jedné otáčky.


Resolver našel komerční využití především ve střídavých servo systémech . Jeho výhodou je, že je robustní a má zanedbatelnou teplotní citlivost a dále skutečnost, že je absolutní. Servo pohon nevyžaduje žádné další senzory, aby měl informaci o rychlosti a poloze.


Víceotáčkový absolutní snímač

Encoder má více otočných kotoučů připojených k hřídeli pomocí mechanického převodu.Obvyklý poměr konečného převodového stupně je 4096:1.

Pokud jsou signály z jednotlivých kotoučů zkombinovány dostaneme absolutní hodnoty během 4096 otáček.

Za prvé se získají naměřené hodnoty v podobě sin a cos signálů sloužíci k jemnému určení pozice pro servo smyčku. Systém rozlišení je dán počtem signálů na otáčku v kombinaci s A-DC převodníkovým rozlišením. 512 signálů a 12-bitový A-DC poskytuje jako systém rozlišení 4,194,304 pulzů na otáčku.
Víceotáčková absolutní hodnota, která je přidána do sin-cos signalu se zašlou do servopohonu přes RS-485 kanál, který může být také použit pro čtení / zápis hodnot do vyrovnávací paměti, jako je hranice proudu, údaje o vinutí a další údaje, které servo potřebuje pro ovládání motoru.





 



 
 

Copyright © Pohonnatechnika.cz 2007-2017. All rights reserved