Kodētāju skaidrojums: principi, veidi un rūpnieciskie pielietojumi

Kodētāja pārskats

Kodētājs ir elektromehāniska ierīce, kas uzstādīta uz motora vārpstas, kas izseko un padod atpakaļ motora ātrumu un pozīciju, izvadot digitālos impulsus. Tās darbības pamatprincips ir šāds: skaitot kodētāja ģenerētos impulsus, sistēma var aprēķināt motora pašreizējās pozīcijas pārvietojumu attiecībā pret pēdējo zināmo pozīciju, tādējādi pārbaudot, vai motors ir precīzi sasniedzis mērķa pozīciju.

Kodētāja pamatstruktūra sastāv no gaismas avota, diska (koda diska) ar iegravētiem slotiem gar tā malu un gaismas uztvērēja. Kad koda disks griežas kopā ar motora vārpstu, spraugas sasmalcina nepārtraukto statisko gaismas avotu mirgošanas sērijā. Gaismas uztvērējs nosaka šīs izmaiņas starp gaišo un tumsu un pārvērš tos ciparu kvadrātveida{2} viļņu impulsa signālos, kas pēc tam tiek izvadīti galvenajam kontrollerim. Ja kodētāja izšķirtspēja atbilst motora soļu izšķirtspējai, kodētājs ģenerēs vienu atbilstošu impulsu katram motora kustības posmam.

I. Inkrementālie kodētāji

1. Darbības princips un izejas signāli

Inkrementālais kodētājs darbojas, kustības laikā ģenerējot impulsu sēriju. Tā koda diskā ir vienmērīgi sadalīti sloti. Kad vārpsta griežas, fiksēts fotoelektrisks uztvērējs nosaka izmaiņas pārraidītajā gaismā un izvada nepārtrauktu impulsu secību. Standarta inkrementālais kodētājs parasti nodrošina divus kvadrātveida-viļņu signālus ar 90 grādu fāzes atšķirību (kanāls A un B kanāls), ko sauc par “kvadratūras signāliem”. Fāzes attiecības starp šiem diviem signāliem tiek izmantotas, lai precīzi noteiktu griešanās virzienu.

2. Pozīcijas informācijas relativitāte un izslēgšanas{1}}zaudējuma problēma

Inkrementālā kodētāja izvadirelatīvā nobīdeinformācija, nevis absolūta pozīcija. Pēc sistēmas ieslēgšanas kodētājs sāk skaitīt un izvadīt impulsus, un ārējais skaitītājs vai kontrolleris uzkrāj šos impulsus, lai aprēķinātu pašreizējo pozīciju. Tomēr, kad tiek zaudēta jauda, ​​impulsa izvade apstājas, un, ja ārēji saglabātajai skaitīšanas vērtībai nav rezerves jaudas, tā tiks zaudēta. Pēc strāvas atjaunošanas kodētājs nevar automātiski uzzināt pašreizējo vārpstas pozīciju, un skaitīšanas vērtība atkal sāksies no nulles.

3. Mājas noteikšanas nepieciešamība (atgriežoties pie atsauces)

Iepriekš minēto īpašību dēļ sistēmām, kurās tiek izmantoti inkrementālie kodētāji, ir jāveic “homing” darbība katru reizi, kad tās tiek iedarbinātas vai restartētas pēc strāvas padeves pārtraukuma. Šī darbība parasti liek motoram kustēties, līdz tiek aktivizēts iepriekš noteikts fiziskais atskaites punkts, piemēram, gala slēdzis, magnētiskais slēdzis vai Z-fāzes indeksa impulss kodētāja diskā. Kad šis punkts ir atrasts, sistēma atiestata vai iestata pozīcijas skaitītāju uz zināmu vērtību, kas pēc tam kalpo kā absolūta atsauce visām turpmākajām kustībām.

4. Priekšrocības, trūkumi un lietojumprogrammas

Priekšrocības:Salīdzinoši vienkārša struktūra, zemas izmaksas un augsta uzticamība.
Trūkumi:Atrašanās vietas informācija tiek zaudēta pēc strāvas-izslēgšanas un ir atkarīga no pārvietošanas darbības; pret-traucējumu spēja ir salīdzinoši vāja, un trokšņu impulsi var tikt kļūdaini ieskaitīti pozīcijā.
Risinājums:Lietojumprogrammām, kurām pēc strāvas-izslēgšanas nepieciešama pozīcijas saglabāšana, skaitītāja vai atmiņas bloka barošanai var izmantot rezerves akumulatoru.

II. Absolūtais kodētājs

1. Pamatprincips: unikāls absolūtās pozīcijas kodējums

Absolūtā kodētāja pamatīpašība ir tāda, ka katrai mehāniskajai pozīcijai tā koda diskā ir piešķirta aunikāls digitālais kods. To parasti panāk, diskā izveidojot vairākus koncentriskus koda celiņus (katrs celiņš apzīmē vienu bināro bitu) un izmantojot vairākus neatkarīgus fotoelektriskos sensorus. Tāpēc, pat ja tas ir nekustīgs vai izslēgts, izejas signāls tieši atbilst vārpstas absolūtajam leņķiskajam stāvoklim.

2. Pozīcijas saglabāšana pēc izslēgšanas-un tūlītēja pieejamība ieslēgšanas-ieslēgšanas gadījumā

Tā kā pozīcijas informāciju unikāli nosaka koda diska fiziskais modelis, absolūtais kodētājs nezaudē pozīciju pēc strāvas-izslēgšanas. Kad sistēma atkal tiek ieslēgta, kontrolieris var nekavējoties nolasīt pašreizējās absolūtās pozīcijas kodu, neveicot nekādas pārvietošanas darbības, panākot "ieslēgšanu un gatavību-lietot-", kas ievērojami uzlabo palaišanas efektivitāti un drošību.

3. Viena-pagrieziena un vairāku-pagriezienu veidi

Viena{0}}pagrieziena absolūtā kodētājinodrošina unikālu pozīcijas vērtību vienā 360 grādu rotācijā un ir piemērotas lietojumiem, kur pārvietošanās diapazons ir mazāks par vienu apgriezienu.
Vairāku{0}}pagriezienu absolūtais kodētājsne tikai nodrošina unikālu vērtību viena apgrieziena laikā, bet arī reģistrē apgriezienu skaitu, izmantojot iekšējo pārnesumkārbu vai elektronisko skaitīšanas mehānismu. Tie var nodrošināt globālu absolūto pozīciju vairākos pagriezienos (piemēram, līdz 4096 pagriezieniem) un ir piemēroti ilgstošas ​​-ceļojuma pozicionēšanas lietojumprogrammām.

4. Signāli un priekšrocības

Izvades kods:Parasti tiek izmantots pelēkais kods, kurā tikai viens bits mainās starp blakus esošajām pozīcijām, efektīvi novēršot lasīšanas kļūdas.
Pret{0}}traucējumu iespēja:Pozīciju nosaka tūlītēja koda diska raksta nolasīšana, tāpēc neregulāri elektrisko trokšņu impulsi netiek uzkrāti, kā rezultātā rodas spēcīga trokšņu imunitāte.
Augsta drošība un elastība:Pozīciju var pārbaudīt uzreiz pēc ieslēgšanas{0}}, izvairoties no riskiem, ko rada starts no nezināmas pozīcijas; jebkuru punktu var izmantot kā programmējamu atsauci, padarot sistēmas dizainu elastīgāku.

III. Mehāniskie absolūtā kodētāji (magnētiskais tips)

Šis ir jauna veida absolūtās pozīcijas noteikšanas risinājums, kura pamatā ir magnētiskās uztveršanas principi, kas apvieno strāvas-atmiņu ar augstu vides toleranci.

1. Viena -pagrieziena pozīcijas noteikšanas princips

Tās kodols sastāv no īpaša kompozītmateriāla magnēta, kas uzstādīts motora vārpstas centrā (ar bipolāru magnetizāciju centrā un daudzpolu magnetizāciju perifērijā) un atbilstošiem magnetorezistīviem sensoriem. Sensors nolasavirzienscentrālā magnētiskā lauka, lai iegūtu rupju absolūto leņķi (piemēram, izšķirts līdz 180 grādiem), un tajā pašā laikā nosakafāzes izmaiņasaugsta{0}}blīvuma perifēro magnētisko lauku, lai iegūtu augstas-izšķirtspējas leņķa sadalījumu. Apvienojot abus, var aprēķināt precīzu viena -pagrieziena absolūto pozīciju.

2. Vairāk{1}}Pagrieziena pozīcijas noteikšanas princips

Lai panāktu vairāku{0}}pagriezienu absolūtās pozīcijas noteikšanu, sistēma ievieš precīzu pārnesumu vilcienu. Galvenais pārnesums ir uzstādīts uz motora vārpstas, un tam seko virkne reduktora pārnesumu ar noteiktu zobu attiecību. Katrs pārnesums ir aprīkots ar savu magnētu un sensoru.

Darbības princips:Kad motora vārpsta griežas, katrs pārnesums griežas ar atšķirīgu ātrumu. Šo zobratu magnēti rada unikālu kombinācijufāžu atšķirībaskas saistīti ar viņu amatiem. Sistēma nosaka katra zobrata magnētiskās plūsmas fāzi un, dekodējot šo fāzu atšķirību kopu, var unikāli noteikt motora vārpstas absolūto mehānisko stāvokli diapazonā līdz pat vairākiem tūkstošiem apgriezienu.
Dizaina iezīmes:Zobu skaitītāji ir īpaši izstrādāti tā, lai fāzu starpības kombinācija atkārtojas tikai pēc maksimālā nosakāmā apgriezienu skaita (piemēram, 1800 apgriezienu) sasniegšanas, tādējādi nodrošinot pozīcijas koda unikalitāti. Pārnesumus izmanto tikai noteikšanai, un tiem nav jaudas slodzes. Tie ir izgatavoti no pašeļļojošiem-sveķu materiāliem, nodrošinot ilgu kalpošanas laiku.

3. Galvenās priekšrocības un pielietojuma scenāriji

Bez akumulatora, pastāvīgā atmiņa:Pozīcijas informāciju nosaka mehānisko zobratu fiziskās pozīcijas un magnētu modeļi, un tā nekad netiek zaudēta pat pēc pilnīgas jaudas zuduma.
Augsta vides tolerance:Bez precīzām optiskām sastāvdaļām un pilnībā slēgta magnētiskā sensora konstrukcija nodrošina daudz labāku izturību pret putekļiem, eļļas piesārņojumu, kondensāciju, vibrāciju un noteiktiem temperatūras triecieniem nekā optiskie kodētāji.
Līdzsvars starp izmaksām un uzticamību:Lai gan izšķirtspēja var neatbilst augstākā līmeņa -optisko kodētāju izšķirtspējai, tā robustā struktūra, augsta uzticamība un apkopes-bez akumulatora-konstrukcija padara to par ideālu izvēli rūpnieciskiem lietojumiem, kuriem nepieciešama izturība, drošība un akumulatora apkopes novēršana.

IV. Kopsavilkums un atlases atsauce

Secinājums

Atvērtas{0}}cilpas soļu motoriem vai standarta servo sistēmām,inkrementālie kodētājijoprojām ir galvenā izvēle to augstās izmaksu{0}}efektivitātes dēļ. Lietojumprogrammās, kurām nepieciešama “ieslēgta- un gatava-lietot-”, augsta drošība vai sarežģītas pozicionēšanas funkcijas,absolūtie kodētājiir neaizstājami. Starp absolūtajiem risinājumiemmehāniskie absolūtā kodētājinodrošināt inženieriem jaudīgu alternatīvu, kas var vienkāršot sistēmas izstrādi un uzlabot{0}}ilgtermiņa uzticamību, pateicoties viņuakumulatora-brīva pastāvīgā atmiņaunlieliska rūpnieciskā izturība.