超慢动作控制编码器

当设计工程师使用“运动控制”这个术语时，第一反应可能是快速改变方向和速度的高速系统。高速和高度动态的运动控制应用存在技术挑战，但在速度非常慢的另一端也是如此。对于许多运动控制应用，如工业测试和测量、自动化、安全和监控系统，慢速的严格控制是一个重要的问题。

在今天的应用中，高变焦光学系统清楚地聚焦在20公里外的目标物体上并不罕见。当远处的目标物体移动时，事情开始变得棘手，因为视野是有限的，如果没有顺畅地跟踪目标，目标将很快从视野中消失。

如果目标在20公里范围内以20公里/小时的速度移动，这相当于0.05转的转速——换句话说，非常慢。为了将目标保持在用户的中心视野内，这种低速需要随着目标物体的速度和方向的变化而准确和响应地控制。为了保持视场中的中心位置，相当于在20公里范围内0.3米，则需要>200 k编码点或18位编码位置。为了保持流畅的运动，需要20个比特，比上面提到的例子多4倍。

传统的方法是在系统的驱动电机上使用编码器，并通过连接到电机的减速箱来增加每转速的计数。齿轮减速器越高，倍增效果越大。这也意味着更大的反弹和响应较差的伺服系统整体。这样的系统动态范围有限，通常无法跟踪不到一公里距离内快速移动的物体，因为它在较高转速时缺乏所需的性能。

另一种更现代的方法是在变速箱的输出轴上使用高分辨率的位置编码器，这有助于避免间隙效应，同时最大限度地提高伺服的动态性能。这种方法直到最近才被广泛采用，因为高分辨率编码器非常昂贵。

传统的高分辨率位置编码器

多速解析器、精密光学或电容式编码器传统上提供高分辨率(>18位)位置传感。精密解析器价格昂贵，由于体积、重量和安装精度公差，工程师可能会遇到包装问题。同样，高分辨率光学环或电容式编码器也很昂贵，也需要精密的机械安装。与通常非常坚固的解析器不同，光学编码器对冲击或振动的弹性有限(由于使用了玻璃刻度)，而且其工作温度也有限。光学器件和电容器件的可靠性受到外来物质的影响，如灰尘或冷凝物。高精度光学器件特别容易受到异物的影响，因为它们使用精细的光学光栅来实现每转的高计数。它们的绝对位置输出可以由尺寸近似于光栅特征的粒子抛出。

下一代感应式编码器

由于传统的高分辨率位置传感技术存在局限性，设计工程师正在转向一种新型传感器。该传感器可以被认为是新一代的感应编码器，可提供高达每转400万次(22位)的高分辨率测量。感应编码器使用与解析器相同的基本物理原理，这使得它们能够在恶劣的工作环境中提供高分辨率、非接触测量。在肮脏或潮湿的环境中可靠地工作，使设计工程师能够消除保护光学或电容编码器所需的密封圈、衬套或o形圈。

编码器使用印刷电路作为其主要元件，而不是在解析器中发现的传统绕线变压器结构。这在外形、低轴向高度和大孔方面提供了进一步的优势。这种设计使得电缆、轴和管道可以很容易地穿过传感器的中间。编码器提供了一个简单的电气接口，具有直流电源和绝对数字输出。

马克•霍华德， Zettlex英国有限公司总经理。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com．

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关键概念

严格控制速度慢是许多运动控制应用的一个重要问题，特别是那些涉及远距离监控的应用。

归纳编码器是下一代解决方案，可在恶劣的工作环境中提供高分辨率、非接触式测量。

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