运动控制系统安装与调试（第2版）课件 2.3.3速度检测模块简介 b2

运动控制系统安装与调试主讲：南工机电教学团队高等教育出版社2.3.1闭环控制方案设计增量式光电编码器1增量式光电码盘是自动控制统中广泛应用的编码式数字传感器，主要用于角位移、角速度等的检测。如图采用增量式光电编码盘作为速度检测模块，来准确地检测电动机的转速并形成反馈信号。

2.3.1闭环控制方案设计增量式编码器由码盘基片、光栅板、光学系统和光敏元件等组成。码盘基片周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。图中下部两个光栅板与码盘基片平行，并分别刻有a、b透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使a、b对应的两个光敏元件的输出信号在相位上相差90°。工作时，光栅板静止不动，码盘基片与转轴一起转动，光源发出的光投射到码盘基片与光栅板上。2.3.1闭环控制方案设计

当码盘基片上的不透明区正好与光栅板上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光敏元件输出电压为最小；当码盘基片上的透明区正好与光栅板上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光敏元件输出电压为最大。

图中上部还有一个与码盘基片平行的光栅板，刻有z透明检测窄缝，用来表示码盘的零位和计量码盘基片旋转的圈数。2.3.1闭环控制方案设计

当码盘基片转动时，每个和a、b、z光栅板对应的光敏元件将有一系列脉冲输出。如图2-44下部分图所示。左边B信号超前A信号，码盘逆时针旋转；右边A信号超前B信号，码盘顺时针旋转。2.3.1闭环控制方案设计当规格为

n线/转，即分辨率（分辨角）α，其计算方法为现在市场上提供的增量式光电编码盘规格从36线/转（P/r）到10万线/转都有。选择时应考虑：（1）伺服系统要求的分辨率；（2）考虑机械传动系统的参数。增量式编码器的缺点：（1）有可能产生计数错误（由于噪声或其它外界干扰）；（2）若因停电、刀具破损而停机，事故排除后不能找到事故前执行部件的正确位置。2.3.3速度检测模块简介绝对式光电编码器2鉴于增量式编码器的缺点，人们发明了绝对脉冲式编码器。它是在透明材料的圆盘上精确地印制上代表二进制编码的黑白刻线图是四位二进制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，对应每圈都有光电传感器。在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码。黑色不透光区和自色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围内可编数码为24=16个。每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接收光信号，并转换成相应的电信号，经放大整形后，成为相应的数码信号。但由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数误差。例如，当码盘顺时针方向旋转、由位置“0111”变为“1000”时，这四位数必须耍同时变化，很可能将数码误读成16种代码中的任意一种，如读成1011、0001等，从而产生无法估计的很大的数值误差，这种误差称为非单值性误差。为了消除非单值性误差，可采用以下方法。2.3.3速度检测模块简介（1）循环码盘

循环码又称为格雷码，它也是一种二进制编码。

2.3.3速度检测模块简介它是一种二进制形式编码。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，从“0”变为“1”或“1”变为“0”。因此，在两数变换过程中，所产生的读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。与二进制数的比较如表（1）循环码盘图2-47所示为四位二进制循环码盘。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，从“0”变为“1”或“1”变为“0”。

因此，在两数变换过程中，所生的读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。所以，它是消除非单值性误差的一种有效方法

码盘由外至内表征的数制的权位分别是20、21、22、23，其表述的数值是0-15或者十六进制的0-F。2.3.3速度检测模块简介（2）带判位光电装置的二进制循环码盘这种码盘是在四位二进制循环码盘的最外圈再增加一圈信号位。如图2-48所示，该码盘最外圈的信号位上正好与状态交线错开，只有当信号位所处的光电元件有信号时才读数，这样就不会产生非单值性误差。当规格为n道，分辨率（分辨角）为α，其计算方法为：绝对式码盘的规格与码盘码道数n有关，现在市场上提供从4道到21道都有。选择时应考虑：（1）伺服系统要求的分辨率；（2）考虑机械传动系统的参数。2.3.3速度检测模块简介旋转变压器2（1）旋转变压器定义旋转变压器（Resolver）又称回转变压器、同步分解器，是一种将转子转角变换成与之呈某函数关系的电信号的元件，是一种精度很高、结构和工艺要求十分严格和精细的控制微发电机。特点：其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。2.3.3速度检测模块简介（2）旋转变压器结构

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。

两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极;

四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统中。

除此之外，还有多极旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。如右图2.3.3速度检测模块简介

两极绕组的：在定子上有励磁绕组和辅助绕组，它们的轴线互成90度，在转子上有两个输出绕组一正弦输出绕组和余弦输出绕组，这两个绕组的轴线也互成90度。如图2-50所示。一般将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接2.3.3速度检测模块简介3）旋转变压器工作原理

定子绕组Dl-D2接交流电源励磁，如图2-51所示

绕组中将产生磁通Φ1；转子绕组Zl-Z2接负载ZL，当主轴带动转子转过θ角时，通过电磁耦合，转子绕组中磁通Φ2，产生感应电压ur，其计算如下：式中，k1为定转子绕组有效匝数比（变比）。ur可以测量出来，仅有θ一个未知数。若用转子绕组励磁，则定子绕组输出时表达式相同（只是k值不同）。采用不同接线方式或不同的绕组结构，可以获得与转角成不同函数关系的输出电压。2.3.3速度检测模块简介（4）旋转变压器应用

旋转变压器适用于所有使用光电编码器的场合，特别是高温、严寒、