Wat is een encoder?
Tijdens de werking van de motor wordt de status van de motor bepaald door middel van realtime monitoring van parameters zoals stroomsterkte, rotatiesnelheid en de relatieve positie van de omtreksrichting van de roterende as.motorHet systeem houdt rekening met de carrosserie en de te trekken apparatuur, en zorgt bovendien voor realtime besturing van de motor en de bedrijfsomstandigheden van de apparatuur, waardoor servobesturing, snelheidsregeling en vele andere specifieke functies mogelijk worden.
Het gebruik van een encoder als front-end meetelement vereenvoudigt hier niet alleen het meetsysteem aanzienlijk, maar maakt het ook nauwkeurig, betrouwbaar en krachtig.
Een encoder is een roterende sensor die de positie en verplaatsing van roterende onderdelen omzet in een reeks digitale pulssignalen. Deze signalen worden verzameld en verwerkt door het besturingssysteem om een reeks commando's te genereren voor het aanpassen en wijzigen van de bedrijfsstatus van de apparatuur. Indien de encoder gecombineerd wordt met een tandwielstang of schroef, kan deze ook gebruikt worden om de fysieke grootheden van positie en verplaatsing van lineair bewegende onderdelen te meten.
Basisclassificatie van encoders
Een encoder is een mechanische en elektronische combinatie van precisie-meetinstrumenten voor het coderen, converteren, communiceren, verzenden en opslaan van signalen of gegevens.
Een encoder is een precisie-meetinstrument dat mechanische en elektronische componenten combineert om signalen en gegevens te coderen, om te zetten, te communiceren, te verzenden en op te slaan. Encoders worden op basis van hun eigenschappen als volgt geclassificeerd: - Codeerschijf- en codeschaal-encoders: deze zetten lineaire verplaatsing om in elektrische signalen (codeerschaal-encoders), en hoekverplaatsing in telecommunicatiesignalen (codeerschijf-encoders). - Incrementele encoders: deze leveren positie, hoek en aantal omwentelingen, enz., waarbij het aantal pulsen per omwenteling de snelheid bepaalt. - Absolute encoders: deze leveren informatie zoals positie, hoek en aantal omwentelingen in hoekstappen, waarbij elke hoekstap een unieke code krijgt.
- Hybride absolute encoders: Hybride absolute encoders leveren twee sets informatie: één set informatie wordt gebruikt om de positie van de magnetische polen te detecteren, met de functie van absolute informatie; de andere set is exact dezelfde informatie als de uitvoer van incrementele encoders.
Veelgebruikte encoders voormotoren
Incrementele encoder
Door direct gebruik te maken van het principe van foto-elektrische conversie worden drie sets blokgolfpulsen (A, B en Z) gegenereerd. De pulsen A en B hebben een faseverschil van 90°, waardoor de draairichting eenvoudig kan worden bepaald. De Z-fase genereert elke omwenteling een puls, die gebruikt wordt voor positionering op een referentiepunt. Voordelen: eenvoudig constructieprincipe, gemiddelde mechanische levensduur van tienduizenden uren of meer, sterke storingsbestendigheid, hoge betrouwbaarheid, geschikt voor transmissie over lange afstanden. Nadelen: kan geen absolute positie-informatie van de asrotatie leveren.
Absolute encoders
Directe digitale sensor met directe output. De sensor heeft een cirkelvormige codeschijf met een aantal concentrische codekanalen in radiale richting. Elk kanaal is opgebouwd uit lichtdoorlatende en lichtondoorlatende sectoren. Het aantal aangrenzende codekanaalsectoren is tweeledig: het aantal codekanalen op de codeschijf is gelijk aan het aantal binaire cijfers, en het aantal codekanalen is gelijk aan het aantal bits van de codeschijf. Aan de kant van de lichtbron op de codeschijf bevindt zich aan de andere kant een lichtgevoelig element dat overeenkomt met elk codekanaal. Wanneer de codeschijf zich in een andere positie bevindt, zet het lichtgevoelige element, afhankelijk van de lichtinval, het corresponderende signaal om in een binair getal.
Dit type encoder kenmerkt zich door het feit dat er geen teller nodig is en dat een vaste digitale code, corresponderend met de positie, op elke positie van de roterende as kan worden uitgelezen. Hoe meer codekanalen, hoe hoger de resolutie. Voor een encoder met een binaire resolutie van N bits moet de codeschijf N barcodekanalen hebben. Momenteel zijn er 16-bits absolute encoders verkrijgbaar.
Werkingsprincipe van de encoder
In het midden van de fotocelplaat, die een ring met donkere lijnen heeft, bevinden zich fotocelzenders en -ontvangers. Deze lezen vier sets sinusgolfsignalen, gecombineerd tot A, B, C en D, waarbij elke sinusgolf een faseverschil van 90 graden heeft (ten opzichte van een cirkelgolf van 360 graden). De signalen C en D worden omgekeerd en gesuperponeerd op de tweefasige signalen A en B, wat de stabilisatie van het signaal bevordert. De overige signalen genereren bij elke omwenteling een Z-fasepuls die de nulpositie als referentiepositie vertegenwoordigt.
Omdat faseverschil tussen A en B 90 graden is, kan de encoder, door de fase A naar voren of fase B naar voren te vergelijken, de positieve en negatieve draaiing van de encoder bepalen. Via de nulpuls kan de nulreferentiepositie van de encoder worden verkregen.
Encoder-schijven kunnen gemaakt zijn van glas, metaal of kunststof. Bij een glazen schijf wordt een zeer dunne, in het glas gegraveerde lijn aangebracht. Deze schijf heeft een goede thermische stabiliteit en een hoge precisie. Bij een metalen schijf wordt de gegraveerde lijn direct aangebracht, waardoor deze minder snel breekt. De precisie is echter beperkt vanwege de dikte van het metaal en de thermische stabiliteit is een factor tien slechter dan die van glas. Kunststof schijven zijn economisch gezien goedkoper, maar de nauwkeurigheid, thermische stabiliteit en levensduur zijn minder goed.
Resolutie - de resolutie van de encoder geeft aan hoeveel doorlopende of donkere lijnen er per 360 graden rotatie worden weergegeven. Dit wordt ook wel de resolutie van de index genoemd, of simpelweg het aantal lijnen. Over het algemeen ligt dit tussen de 5 en 10.000 lijnen per omwenteling.
Principes van positiemeting en feedbackregeling
Encoders spelen een uiterst belangrijke rol in liften, werktuigmachines, materiaalbewerking, motorterugkoppelingssystemen en meet- en regelapparatuur. Encoders gebruiken optische roosters en infraroodlichtbronnen om optische signalen om te zetten in TTL (HTL) elektrische signalen via een ontvanger. Deze ontvanger geeft visueel de rotatiehoek en -positie van de motor weer door de frequentie van het TTL-niveau en het aantal hoge niveaus te analyseren.
Doordat de hoek en positie nauwkeurig gemeten kunnen worden, is het mogelijk om met de encoder en de frequentieomvormer een gesloten regelkring te vormen voor een nog preciezere besturing. Dit verklaart waarom liften, werktuigmachines, enzovoort, zo nauwkeurig gebruikt kunnen worden.
Samenvatting
Samenvattend begrijpen we dat encoders, afhankelijk van hun structuur, worden onderverdeeld in incrementele en absolute encoders. Beide zetten ook andere signalen, zoals optische signalen, om in elektrische signalen die geanalyseerd en aangestuurd kunnen worden. In de praktijk maken liften en werktuigmachines gebruik van nauwkeurige motorregeling via een gesloten regelkring met terugkoppeling van elektrische signalen. Een encoder met frequentieomvormer is dan ook een logische keuze voor nauwkeurige aansturing.
Geplaatst op: 23 februari 2024