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编码器计数原理与电机测速原理

发布时间:2023-11-07 09:57:31   来源:博亿堂娱乐官方网站

  光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光源、光码盘和光敏元件组成。

  光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

  霍尔编码器是一种通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

  霍尔码盘是在一定直径的圆板上等分地布置有不同的磁极。霍尔码盘与电动机同轴,电动机旋转时,霍尔元件检测输出若干脉冲信号,为判断转向,一般输出两组存在一定相位差的方波信号。

  增量式编码器是将设备运动时的位移信息变成连续的脉冲信号,脉冲个数表示位移量的大小。其特点如下:

  一般会输出通道A和通道B 两组信号,并且有90° 的相位差(1/4个周期),同时采集这两组信号就可以计算设备的运动速度和方向。

  如下图,通道A和通道B的信号的周期相同,且相位相差1/4个周期,结合两相的信号值:

  除通道A、通道B 以外,还会设置一个额外的通道Z 信号,表示编码器特定的参考位置

  如下图,传感器转一圈后Z 轴信号才会输出一个脉冲,在Z轴输出时,能够最终靠将AB通道的计数清零,实现对码盘绝对位置的计算。

  绝对式编码器在总体结构上与增量式比较类似,都是由码盘、检测装置和放大整形电路构成,但是具体的码盘结构和输出信号含义不同。

  它是将设备运动时的位移信息通过二进制编码的方式(特殊的码盘)变成数字量直接输出。其特点如下:

  其码盘利用若干透光和不透光的线槽组成一套二进制编码,这些二进制码与编码器转轴的每一个不同角度是唯一对应的。

  ,每一条(圈)码道内部线槽数量和长度都不同。它们共同组成一套二进制编码,一条(圈)码道对应二进制数的其中一个位(通常是码盘最外侧的码道表示最低位,最内侧的码道表示最高位)。

  码道的数量决定了二进制编码的位数,一个绝对式编码器有N 条码道,则它输出二进制数的总个数是2的N次方个。

  在两组信号的临界区域,所有码道的值可能不会同时变化,或因为所有传感器检验测试存在微小的时间差,导致读到错误的值

  。比如从000跨越到111,理论上应该读到111,但如果从内到外的3条码道没有完全对齐,可能会读到如001或其它异常值。

  格雷码(相邻的两个2进制数只有1个位不同)码盘能够尽可能的防止二进制码盘的数据读取异常,因为

  ,就算制造工艺有误差导致信号读取有偏差,最多也只会产生1个偏差(相邻信号的偏差)。

  对于增量式编码器,其分辨率表示为编码器转轴旋转一圈所产生的脉冲数,即脉冲数/转(Pulse Per Revolution 或PPR)。

  对于绝对式编码器,内部码盘所用的位数就是它的分辨率,单位是位(bit),具体还分单圈分辨率和多圈分辨率。

  精度是指编码器每个读数与转轴实际位置间的最大误差,通常用角度、角分或角秒来表示。

  例如有些绝对式编码器参数表里会写±20′′,这个就表示编码器输出的读数与转轴实际位置之间有正负20 角秒的误差。

  精度由码盘刻线加工精度、转轴同心度、材料的温度特性、电路的响应时间等各方面因素共同决定。

  例如某电机的编码器的分辨率为100(即光电码盘一圈有100条栅格),轴转速为120转每分钟(即每秒转2圈),则响应频率为100*120/60=200Hz,即该转速下,编码器每秒输出200个脉冲(电机带动编码器转了2圈嘛)。

  编码器倍频是啥意思呢,比如某光栅编码器一圈有N个栅格,理论上电机带动编码器转一圈,只能输出N个信号,通过倍频技术,能轻松实现转一圈,却能输出N*n个信号,这里的n为倍频数。

  增量式编码器输出的脉冲波形一般为占空比50% 的方波,通道A 和B 相位差为90°。

  如果只使用通道A计数,并且只捕获通道A的上升沿,则一圈的计数值=码盘的栅格数,即为1倍频(没有倍频)

  如果只使用通道A计数,并且捕获了通道A的上升沿和下降沿,则编码器转一圈的计数值翻倍,实现2倍频

  如果既使用通道A计数,又使用通道B计数,且都捕获了上升沿和下降沿,则实现了4倍频

  假设某个增量式编码器它的分辨率是600PPR,能分辨的最小角度是0.6°,对它进行4 倍频之后就等于把分辨率提高到了600*4=2400PPR,此时编码器能够分辨的最小角度为0.15°。

  又叫做频率测量法。该方法是在一个固定的时间内(以秒为单位),统计最近一段时间的编码器脉冲数,计算速度值。M法适合测量高速。

  M0/C 即统计时间内有多少个编码器脉冲,再除以统计时间T0,即1s(单位时间)内转了多少圈

  例如:统计时间T0为3s,在3s内测得的脉冲M0为60,而编码器的单圈脉冲数C为20,则转速n=60/(20*3)=1圈每秒

  当转速较高时,每个统计时间T0内的计数值较大,能够获得较准确的转速测量值。

  当转速较低时,每个统计时间T0内的计数值较小,由于统计时间的起始位置与编码器脉冲的上升沿不一定对应,当统计时间的起始位置不同时,会有一个脉冲的误差(只统计上升沿时,最多会有1个脉冲误差,统计上升沿和下降沿时,最多会有2个脉冲的误差)。

  通过倍频提高单位时间测得的脉冲数能改善M 法在低速测量的准确性(比如原本捕获到的脉冲M0只有4 个,经过4 倍频后,相同电机状态M0变成了16 个),但也不能从根本上改变低速时的测量问题。

  又叫做周期测量法。这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数。T法适合测量低速。

  1/Te即1s内有多少个编码器脉冲,再除以一圈的脉冲数C,即1s内转了多少圈

  F0/M1即1s内的高频脉冲数除以两编码器脉冲间的高频脉冲数,也即1s内有多少个编码器脉冲,再除以一圈的脉冲数C,即1s内转了多少圈

  例如:高频脉冲的周期是1ms,即频率F0为1000Hz,在编码器的两个脉冲之间,产生的高频脉冲数M1为50个(即两个编码器脉冲的间隔Te为0.05s),编码器一圈的脉冲数C为20,则转n=1000/(50*20)=1圈每秒。

  当转速较高时,编码器两脉冲间的时间间隔变短,导致高频测量脉冲数M1较小,由于高频脉冲的上升沿位置与编码器脉冲的上升沿不一定对应,当两波的上升沿位置不同时,会有一个脉冲的误差。

  这种方法综合了M 法和T 法各自的优势,既测量编码器脉冲数又测量一段时间内的高频脉冲数。

  例如:在一个相对固定的时间内,编码器脉冲数 M0为3个;高频脉冲的周期是1ms,即频率F0为1000Hz,产生的高频脉冲数M1为150个;编码器一圈的脉冲数C为20,则转n=10003/(15020)=1圈每秒。

  由于M/T 法公式中的F0和C 是常数,所以转速n 就只受M0和M1的影响。

  分辨率;使用四倍频提高测量精度;代码见下载区。速度计算思路:单位时间内获得

  。它能够测量机械部件在旋转或直线运动时的位移位置或速度等信息,并将其转换成一系列电信号。

  控制设计(速度控制、位置控制、调速/调位置、PID控制)等相关联的内容,帮大家更好地理解

  --PID—arduino /

  模式 /

  收到脉冲,根据轴转的速度不同时,在单位时间内收到的脉冲总量是不一样的,速度就表现在这里了,根据脉冲量与实际转的长度就可以算了真实的速度米/分钟。

  。它能够测量机械部件在旋转或直线运动时的位移位置或速度等信息,并将其转换成一系列电信号。 1

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