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绝对值编码器的“绝对”定义

供稿:上海精浦机电有限公司 2013/12/30 15:13:35

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旋转编码器是工业中重要的机械位置角度、长度、速度反馈并参与控制的传感器,旋转编码器分增量值编码器、绝对值编码器、绝对值多圈编码器。

从外部接收的设备上讲(如伺服控制器、PLC),增量值是指一种相对的位置信息的变化,从A点变化到B点的信号的增加与减少的计算,也称为“相对值”,它需要后续设备的不间断的计数,由于每次的数据并不是独立的,而是依赖于前面的读数,对于前面数据受停电与干扰所产生的误差无法判断,从而造成误差累计;而“绝对式工作模式”是指在设备初始化后,确定一个原点,以后所有的位置信息是与这个“原点”的绝对位置,它无需后续设备的不间断的计数,而是直接读取当前位置值,对于停电与干扰所可能产生的误差,由于每次读数都是独立不受前面的影响,从而不会造成误差累计,这种称为接收设备的“绝对式”工作模式。

而对于绝对值编码器的内部的“绝对值”的定义,是指编码器内部的所有位置值,在编码器生产出厂后,其量程内所有的位置已经“绝对”地确定在编码器内,在初始化原点后,每一个位置独立并具有唯一性,它的内部及外部每一次数据刷新读取,都不依赖于前次的数据读取,无论是编码器内部还是编码器外部,都不应存在“计数”与前次读数的累加计算,因为这样的数据就不是“独立”“唯一”“量程内所有位置已经预先绝对确立”了,也就不符合“绝对”这个词的含义了。

所以,真正的绝对编码器的定义,是指量程内所有位置的预先与原点位置的绝对对应,其不依赖于内部及外部的计数累加而独立、唯一的绝对编码。

关于“绝对式”编码器的概念的“故意混淆”与认识的误区

   关于绝对值编码器,很多人的认识还是停留在“停电”的位置保存这个概念,这个是片面而有局限性的,“绝对值”编码器不仅仅是停电的问题,对于接收设备,真正的“绝对值”的意义在于其数据刷新与读取无论在编码器内部还是外部,每一个位置的独立性、唯一性、不依赖于前次读数的“绝对编码”,对于这个“绝对”的定义市场上还是模糊不清的,为此有些商家就会对于此概念的“故意混淆”:

混淆一:将接收设备的“绝对式工作模式”与绝对值编码器的“绝对式”的混淆。接收设备的“绝对式”是指接收设备的无需不间断计数累加,所有位置对于设备原点的“绝对”工作模式,事实上这种模式通过增量编码器+自身的计数累加装置+电池记忆,一样可以提供给设备“绝对式”的位置信息,它与绝对值编码器的“绝对编码”完全不是一个概念,它存在计数的误差及累加误差的可能性、计数装置供电故障可能性、高速时计数无法响应等可能性。

混淆二:将绝对值单圈编码器+内部及外部的计数累加装置与真正意义的绝对值真多圈编码器的混淆。绝对值单圈+计圈计数装置,它在360度以内是绝对值的,但是超过360度以后,它的位置就不是“独立”“唯一”了,它是依靠内部或外部的计数来判断多少圈内的单圈绝对位置信息的,这种内部或外部的“计数装置”,与增量编码器+计数装置+电池记忆的性质是一样的,任何计数上的误差,或者计数装置工作时电源的瞬间故障,都会造成误差而累计而无法判断,造成欺骗性假绝对化信息。而真正的绝对值多圈编码器,除了360度内的位置都是绝对唯一的以外,在超过360度后继续有齿轮机械带动的绝对值码盘,仍然提供“独立”“唯一”、不依赖于前次数据刷新读取累加的绝对编码。实际上从“绝对”这个定义上讲,前面的那种单圈绝对+计数累加装置的“假多圈绝对值编码器”,它就不能再叫“绝对值多圈编码器”了,尽管在360度以内是绝对的,但是超过360度的工作量程,就不再是“绝对值编码”了。

关于为什么要强调绝对值编码器的“绝对”概念的定义,其意义在于:

第一,      可以为每个轴位置提供一个绝对的码值。特别是在位置控制中,绝对值编码器无需计数,可以实现直接的内部高速读数与外部输出,此为绝对值编码器的“高速”及“经济”的特征,其可减轻了后续接收设备控制器的计算任务,并且降低了其他附加的输入部件的成本。 例如在多轴并行工作的工业机器人,可以实现高速多轴的并行同步工作。以及各种需要多轴同步的控制领域。

第二,     无需计数的绝对值编码器在电源启动后或者内部及外部电源故障,不需要参考驱动,在电源正常后即可获得当前的准确位置。而在各种工业电气环境下的复杂干扰情况下(例如变频器与电机的干扰),由于绝对值编码器其原始的位置信息是绝对的,而不会受干扰的影响。上述特征,决定了这种编码器的安全可靠性特征,可使用在具有安全要求的场合,例如风力发电变桨系统、港口机械同步于定位、起重机械、建筑机械(塔吊)、电梯、工程机械、钢铁冶金、石油化工、水利电力、医疗设备雷达火炮回转装置、太阳能跟踪回转装置等,以及重工业、核工业、汽车制造等领域的大型工业机器人。

第三,     在今天,快速可靠的数字化的数据传输已经是绝对值编码器的核心要素之一,工业用的标准的CanopenProfibus-DP现场总线,ProfinetEerthnet工业以太网Endat2.2HiperfaceBiss专用高速含CRC数据安全的RS485等伺服与机器人专用高速数据传输协议,原来用“脉冲”方式发送信息的增量值编码器是无法实现的。此为绝对值编码器的高速总线式特征。

第四,     绝对值编码器高位数的分辨率特征,由于无需内部与外部的计数而直接输出数字信号,所以不再受读取“脉冲”及“累加”而在高速中响应速度跟不上的困惑,先进的数字与模拟技术的混合,绝对值编码器已经能够做到高位数分辨率,例如德国绝对值编码器的单圈的25位(360度内225次方分割),这种高分辨率可满足于伺服电机与机器人高速精确定位及最小步距抖动。例如在加速度、加加速度等高位次位置导数的精确计算(运动刚性),机器人手臂前端的最小晃动准确定位等。

综合上述的对于绝对值编码器“绝对”的定义,在具有高速、安全性等特征的应用场合要求下,一定不能使用那种有混淆意义的“绝对编码器”或“假绝对值多圈编码器”,而必须用真正意义上的绝对值编码器或绝对值真多圈编码器,及任何不依赖于计数的(无论内部还是外部,有电池无电池的),所有的位置独立、唯一、绝对,以确保数据的绝对可靠与高速准确性。

请广大用户在选型及使用绝对值编码器时,请确定其内部是否为上述介绍的“绝对编码”,以保证使用的绝对效用。

更多内容请访问 上海精浦机电有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=35272)

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