|
昨天在「编码器的分辨率和精度是一回事吗」一文中，我们就国内某家伺服产品厂家在其宣传资料有关编码器分辨率与伺服定位精度的表述提出了一些疑问和看法，引发了圈内群众们小小的讨论。其中有留言提到“23 位高分辨率编码器是提高伺服精度的一种手段”。 那么，高分辨率编码器与伺服的定位精度究竟有着怎样的关系呢？23 位高分辨率编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗？本期，咱们就来听听老友 @Q 的观点。 公众号“智造商”文章「编码器的分辨率和精度是一回事吗」，提到了国内某家伺服产品厂家在其宣传资料中有关编码器分辨率与伺服定位精度的一段表述（图一），引起了行业内的热烈议论。 文章中，以 23 位单圈编码器的每圈分割度 8388608P/R 不能代表“精度”提出了疑问。 确实，正如文后的留言评论中所说到的：“关于精度和分辨率，做编码器的内行人大多知道，那不是一回事。... 他只是表明提高分辨率是提高'精度’的一种手段。” 看到这里，我也要凑个热闹了... 23 位高分辨率编码器，果真是提高伺服“精度”的一种手段吗？ 1 伺服电机用编码器，通常用来实现三类功能。 即伺服控制任务中的位置环、速度环、电流环的闭环：
2 传动机械、误差延时与定位精度 一般来说，在旋转和直线伺服传动系统的控制回路中，使用编码器参与闭环反馈的方式主要有这样几种： 旋转运动： 直线运动： 在半闭环机械结构设计中，因为减速机机械误差相比较太大，因此定位精度往往主要并不是由伺服电机编码器的分辨率或精度决定的。 而从图一资料图片和介绍内容来看，显然这台伺服电机不是直驱电机。 那“定位精度”是由减速机机械误差决定的。或者说，就算是“高精度”，是角秒的单位，而不是“分辨率”，这么微小的角度量，不是被减速机的机械间隙误差吃了，也会被减速机运转起来后的温度提升，哪怕很小一点点，也会因为材料的热涨冷缩，把这个微小的角度“精度”给吃了。那 23 位编码器的“高精度”与伺服定位精度还有什么关系吗？ 实际上伺服电机（执行器）的精度与定位控制准不准的关系如上图所示。 在半闭环上的编码器分辨率也好，是“高精度”也罢，中间经过了传动机械减速机和时间延时不确定性，如果没有全闭环编码器的支持，哪来的提高定位精度的一种手段？ 那么，为什么日系欧系的伺服电机都在追求高位数分辨率编码器的目的何在？ 3 说句坦白话，这家伺服电机宣传资料被批评的有点冤枉。那冤枉在哪里呢？原来是乌龙指，点错了。 高分辨率的编码器，原来是提供速度环的精度，或者加速度环的精度，而非定位精度。 我们从资料上看到，速度环的采样周期时间缩短了，而电流环（对应加速度）的采样周期时间更是大大缩短了（1.6 μs 微秒）。在越短的时间间隔采样，又想获得更多的脉冲采集数，以提高计算精度。 原来，23 位高分辨率的编码器，是为了提高速度环精度的。 但是，且慢高兴。 4 目前的很多编码器的高分辨率，是通过细分 - 算法补偿获得。而细分 - 算法补偿又会带出另两个问题： 响应 细分和算法补偿，因算法需要的采集时间间隔、平均算法与计算时间，必然带来了响应度损失，以此获得的分辨率实际上是“静态分辨率”，是位置环静态、速度环采样补偿静态（匀速）的。可这是伺服电机啊，伺服电机有多大比率是用在静态的呢？ 电子纹波扰动误差 细分会带来大约 1% 的电子纹波扰动误差（相当于 7 位），过高的细分看似提高了编码器分辨率，可以带来速度环的精度，但是在细分 7 位以后，因为电子纹波扰动与信号误差难以分离，又如何算法补偿呢？过高的细分后面的低位数早已失去了意义。 我尚不清楚这份资料里的 23 位编码器，其细分前原始的周期数是多少？ 海德汉公司提供的几种位置检测器件的主要性能比较 周期性误差对控制性能的影响 信号误差会非常明显地降低驱动系统的速度稳定性以及带来噪音。速度控制器会根据误差曲线计算加速度，以此计算电流来增加或减低驱动系统的速度。当需要更精确的电流环控制（刚性），就需要加快电流环采样周期频率，因此有资料中的高响应 625KHz，1.6 μs 微秒采样时间间隔！而在这么短的时间内，编码器的响应与精度的影响度，已经高于编码器分辨率的影响度。滞后的反馈与角度错误的反馈，将引起电流环调节的波动，产生电流无功损耗 - 发烫。电机发烫后带来材料热胀冷缩系数的热胀，再次对机械精度产生副作用。一边是要求加速度环的高响应度，一边是要为了编码器的高分辨率而运用电子与算法手段，牺牲了响应度。 因此，23 位伺服编码器果真是提高伺服精度的一种手段吗？ 最后，关于拿单圈绝对值编码器通过可以记忆 65536 圈，就不再是“绝对值编码器”了，仅仅是“多圈编码器” ，一种投机取巧的宣传手段罢了，我已批评过多次了。 部分图片来自海德汉 HEIDENHAIN 编码器资料。 以上内容纯属作者本人观点，如有雷同，纯属巧合。 任何疑问，欢迎随时通过本公众号与我们联系。 |
|
|
