【2017年整理】旋转编码器伺服电机.doc

旋转编码器旋 转 编 码 器 是 用 来 测 量 转 速 的 装 置 它 分 为 单 路 输 出 和 双 路 输 出 两 种 技 术 参 数 主要 有 每 转 脉 冲 数 （ 几 十 个 到 几 千 个 都 有 ） ， 和 供 电 电 压 等 单 路 输 出 是 指 旋 转 编 码 器 的输 出 是 一 组 脉 冲 ， 而 双 路 输 出 的 旋 转 编 码 器 输 出 两 组 相 位 差 90 度 的 脉 冲 ， 通 过 这 两组 脉 冲 不 仅 可 以 测 量 转 速 ， 还 可 以 判 断 旋 转 的 方 向 编 码 器 如 以 信 号 原 理 来 分 增 量 脉 冲 编 码 器 :SPC 绝 对 脉 冲 编 码 器 :APC 两 者 一 般 都 应 用 于 速 度 控 制 或 位 置 控 制 系 统 的 检 测 元 件 . 增 量 型 编 码 器 与 绝 对 型 编 码 器 的 区 分工 作 原 理 : 由 一 个 中 心 有 轴 的 光 电 码 盘 ， 其 上 有 环 形 通 、 暗 的 刻 线 ， 有 光 电 发 射 和 接 收 器 件 读取 ,获 得 四 组 正 弦 波 信 号 组 合 成 A、 B、 C、 D,每 个 正 弦 波 相 差 90 度 相 位 差 （ 相 对 于一 个 周 波 为 360 度 ） ， 将 C、 D 信 号 反 向 ， 叠 加 在 A、 B 两 相 上 ， 可 增 强 稳 定 信 号 ；另 每 转 输 出 一 个 Z 相 脉 冲 以 代 表 零 位 参 考 位 。

由 于 A、 B 两 相 相 差 90 度 ， 可 通 过 比 较 A 相 在 前 还 是 B 相 在 前 ， 以 判 别 编 码 器的 正 转 与 反 转 ， 通 过 零 位 脉 冲 ， 可 获 得 编 码 器 的 零 位 参 考 位 编 码 器 码 盘 的 材 料 有 玻 璃 、 金 属 、 塑 料 ， 玻 璃 码 盘 是 在 玻 璃 上 沉 积 很 薄 的 刻 线 ， 其热 稳 定 性 好 ， 精 度 高 ， 金 属 码 盘 直 接 以 通 和 不 通 刻 线 ， 不 易 碎 ， 但 由 于 金 属 有 一 定 的 厚度 ， 精 度 就 有 限 制 ， 其 热 稳 定 性 就 要 比 玻 璃 的 差 一 个 数 量 级 ， 塑 料 码 盘 是 经 济 型 的 ， 其成 本 低 ， 但 精 度 、 热 稳 定 性 、 寿 命 均 要 差 一 些 分 辨 率 —编 码 器 以 每 旋 转 360 度 提 供 多 少 的 通 或 暗 刻 线 称 为 分 辨 率 ， 也 称 解 析 分度 、 或 直 接 称 多 少 线 ， 一 般 在 每 转 分 度 5~10000 线 信 号 输 出 : 信 号 输 出 有 正 弦 波 （ 电 流 或 电 压 ） ,方 波 （ TTL、 HTL） ,集 电 极 开 路（ PNP、 NPN） ,推 拉 式 多 种 形 式 ， 其 中 TTL 为 长 线 差 分 驱 动 （ 对 称 A,A-;B,B-;Z,Z-） ,HTL 也 称 推 拉 式 、 推 挽 式 输 出 ， 编 码 器 的 信 号 接 收 设 备 接 口 应 与 编 码 器 对 应 。

信 号 连 接 —编 码 器 的 脉 冲 信 号 一 般 连 接 计 数 器 、 PLC、 计 算 机 ， PLC 和 计 算 机连 接 的 模 块 有 低 速 模 块 与 高 速 模 块 之 分 ， 开 关 频 率 有 低 有 高 如 单 相 联 接 ， 用 于 单 方 向 计 数 ， 单 方 向 测 速 A.B 两 相 联 接 ， 用 于 正 反 向 计 数 、 判 断 正 反 向 和 测 速 A、 B、 Z 三 相 联 接 ， 用 于 带 参 考 位 修 正 的 位 置 测 量 A、 A-， B、 B-， Z、 Z-连 接 ， 由 于 带 有 对 称 负 信 号 的 连 接 ， 电 流 对 于 电 缆 贡 献 的电 磁 场 为 0， 衰 减 最 小 ， 抗 干 扰 最 佳 ， 可 传 输 较 远 的 距 离 对 于 TTL 的 带 有 对 称 负 信 号 输 出 的 编 码 器 ， 信 号 传 输 距 离 可 达 150 米 旋 转 编 码 器 由 精 密 器 件 构 成 ， 故 当 受 到 较 大 的 冲 击 时 ， 可 能 会 损 坏 内 部 功 能 ， 使 用上 应 充 分 注 意 。

　 　 注 意 的 事 项 是 ： （ 1） 安 装 安 装 时 不 要 给 轴 施 加 直 接 的 冲 击 编 码 器 轴 与 机 器 的 连 接 ， 应 使 用 柔 性 连 接 器 在 轴 上 装 连 接 器 时 ， 不 要 硬 压 入 即使 使 用 连 接 器 ， 因 安 装 不 良 ， 也 有 可 能 给 轴 加 上 比 允 许 负 荷 还 大 的 负 荷 ， 或 造 成 拨 芯 现象 ， 因 此 ， 要 特 别 注 意 轴 承 寿 命 与 使 用 条 件 有 关 ， 受 轴 承 荷 重 的 影 响 特 别 大 如 轴 承 负 荷 比 规 定 荷 重 小 ，可 大 大 延 长 轴 承 寿 命 不 要 将 旋 转 编 码 器 进 行 拆 解 ， 这 样 做 将 有 损 防 油 和 防 滴 性 能 防 滴 型 产 品 不 宜 长 期浸 在 水 、 油 中 ， 表 面 有 水 、 油 时 应 擦 拭 干 净 （ 2） 振 动 加 在 旋 转 编 码 器 上 的 振 动 ， 往 往 会 成 为 误 脉 冲 发 生 的 原 因 因 此 ， 应 对 设 置 场 所 、安 装 场 所 加 以 注 意 。

每 转 发 生 的 脉 冲 数 越 多 ， 旋 转 槽 圆 盘 的 槽 孔 间 隔 越 窄 ， 越 易 受 到 振动 的 影 响 在 低 速 旋 转 或 停 止 时 ， 加 在 轴 或 本 体 上 的 振 动 使 旋 转 槽 圆 盘 抖 动 ， 可 能 会 发生 误 脉 冲 （ 3） 关 于 配 线 和 连 接 误 配 线 ， 可 能 会 损 坏 内 部 回 路 ， 故 在 配 线 时 应 充 分 注 意 ： ① 配 线 应 在 电 源 OFF 状 态 下 进 行 ， 电 源 接 通 时 ， 若 输 出 线 接 触 电 源 ， 则 有 时 会损 坏 输 出 回 路 ② 若 配 线 错 误 ， 则 有 时 会 损 坏 内 部 回 路 ， 所 以 配 线 时 应 充 分 注 意 电 源 的 极 性 等 3 若 和 高 压 线 、 动 力 线 并 行 配 线 ， 则 有 时 会 受 到 感 应 造 成 误 动 作 成 损 坏 ， 所 以 要分 离 开 另 行 配 线 ④ 延 长 电 线 时 ， 应 在 10m 以 下 并 且 由 于 电 线 的 分 布 容 量 ， 波 形 的 上 升 、 下 降时 间 会 较 长 ， 有 问 题 时 ， 采 用 施 密 特 回 路 等 对 波 形 进 行 整 形 。

⑤ 为 了 避 免 感 应 噪 声 等 ， 要 尽 量 用 最 短 距 离 配 线 向 集 成 电 路 输 入 时 ， 特 别 需 要注 意 6 电 线 延 长 时 ， 因 导 体 电 阻 及 线 间 电 容 的 影 响 ， 波 形 的 上 升 、 下 降 时 间 加 长 ， 容易 产 生 信 号 间 的 干 扰 （ 串 音 ） ， 因 此 应 用 电 阻 小 、 线 间 电 容 低 的 电 线 （ 双 绞 线 、 屏 蔽 线 ） 对 于 HTL 的 带 有 对 称 负 信 号 输 出 的 编 码 器 ， 信 号 传 输 距 离 可 达 300 米伺服电动机伺 服 电 动 机 servomotor用 作 自 动 控 制 装 置 中 执 行 元 件 的 微 特 电 机 又 称 执 行 电 动 机 其 功 能 是 将 电 信 号 转换 成 转 轴 的 角 位 移 或 角 速 度 　 　 伺 服 电 动 机 分 交 、 直 流 两 类 交 流 伺 服 电 动 机 的 工 作 原 理 与 交 流 感 应 电 动 机 相 同 在 定 子 上 有 两 个 相 空 间 位 移 90°电 角 度 的 励 磁 绕 组 Wf 和 控 制 绕 组 WcoWf 接 一 恒 定交 流 电 压 ， 利 用 施 加 到 Wc 上 的 交 流 电 压 或 相 位 的 变 化 ， 达 到 控 制 电 动 机 运 行 的 目 的 。

交 流 伺 服 电 动 机 具 有 运 行 稳 定 、 可 控 性 好 、 响 应 快 速 、 灵 敏 度 高 以 及 机 械 特 性 和 调 节 特性 的 非 线 性 度 指 标 严 格 （ 要 求 分 别 小 于 10％ ～ 15％ 和 小 于 15％ ～ 25％ ） 等 特 点 直流 伺 服 电 动 机 的 工 作 原 理 与 一 般 直 流 电 动 机 相 同 电 动 机 转 速 n 为n＝ E／ K1j＝ （ Ua－ IaRa） ／ K1j 式 中 E 为 电 枢 反 电 动 势 ； K 为 常 数 ； j 为 每 极磁 通 ； Ua， Ia 为 电 枢 电 压 和 电 枢 电 流 ； Ra 为 电 枢 电 阻 改 变 Ua 或 改 变 φ， 均 可 控制 直 流 伺 服 电 动 机 的 转 速 ， 但 一 般 采 用 控 制 电 枢 电 压 的 方 法 在 永 磁 式 直 流 伺 服 电 动 机中 ， 励 磁 绕 组 被 永 久 磁 铁 所 取 代 ， 磁 通 φ恒 定 直 流 伺 服 电 动 机 具 有 良 好 的 线 性 调 节 特 性 及 快 速 的 时 间 响 应 。

伺 服 电 动 机 伺 服 ： 一 词 源 于 希 腊 语 “奴 隶 ”的 意 思 人 们 想 把 “伺 服 机 构 ”当 个 得 心 应 手 的 驯 服工 具 ， 服 从 控 制 信 号 的 要 求 而 动 作 在 讯 号 来 到 之 前 ， 转 子 静 止 不 动 ； 讯 号 来 到 之 后 ，转 子 立 即 转 动 ； 当 讯 号 消 失 ， 转 子 能 即 时 自 行 停 转 由 于 它 的 “伺 服 ”性 能 ， 因 此 而 得名 伺 服 电 动 机一 般 分 为 直 流 伺 服 和 交 流 伺 服 . 对 于 直 流 伺 服 马 达 优 点 :精 确 的 速 度 控 制 ,转 矩 速 度 特 性 很 硬 ,原 理 简 单 、 使 用 方 便 ,价 格 优 势 缺 点 :电 刷 换 向 ,速 度 限 制 ,附 加 阻 力 ,产 生 磨 损 微 粒 (对 于 无 尘 室 ) 对 于 交 流 伺 服 马 达 优 点 :良 好 的 速 度 控 制 特 性 ， 在 整 个 速 度 区 内 可 实 现 平 滑 控 制 ， 几 乎 无 振 荡 ;高 效率 ， 90%以 上 ， 不 发 热 ;高 速 控 制 ;高 精 确 位 置 控 制 （ 取 决 于 何 种 编 码 器 ） ;额 定 运 行 区域 内 ， 实 现 恒 力 矩 ;低 噪 音 ;没 有 电 刷 的 磨 损 ， 免 维 护 ;不 产 生 磨 损 颗 粒 、 没 有 火 花 ， 适用 于 无 尘 间 、 易 暴 环 境 惯 量 低 ; 缺 点 :控 制 较 复 杂 ,驱 动 器 参 数 需 要 现 场 调 整 PID 参 数 整 定 ,需 要 更 多 的 连 线直 流 伺 服 电 动 机 的 应 用直 流 伺 服 电 机 的 特 性 较 交 流 伺 服 电 机 硬 。

通 常 应 用 于 功 率 稍 大 的 系 统 中 ， 如 随。