Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, el cabezal de lectura de un codificador se desplaza a lo largo de una escala y "lee" los cambios en la luz (en el caso de los codificadores ópticos) o en el campo magnético (en el caso de los de tipo magnético). A medida que el cabezal de lectura registra estos cambios, produce señales seno y coseno desplazadas 90 grados entre sí (denominadas "señales de cuadratura"). Estas señales analógicas seno y coseno se convierten en señales digitales, que posteriormente se interpolan (en algunos casos, por un factor de 16 000 o más) para aumentar la resolución. Sin embargo, la interpolación solo puede ser precisa si las señales analógicas originales no presentan errores. Cualquier imperfección en las señales seno y coseno (denominada error de subdivisión) degrada la calidad de la interpolación y reduce la precisión del codificador.

El error de subdivisión es cíclico y se produce con cada intervalo de la escala o paso de escaneo (es decir, con cada período de la señal), pero no se acumula y es independiente de la escala o la longitud del recorrido. Las dos causas principales del error de subdivisión son las imprecisiones mecánicas y la desalineación entre la escala y el cabezal de lectura, aunque las perturbaciones armónicas también pueden causar distorsiones en las señales seno y coseno.

Uso de un patrón de Lissajous para determinar el error de subdivisión

Para analizar el error de subdivisión, se representa la magnitud de la señal sinusoidal en un gráfico XY frente a la magnitud de la señal cosenoidal, a lo largo del tiempo. Esto crea lo que se conoce como un patrón de Lissajous.

Con el gráfico centrado en la coordenada 0,0, si las señales presentan un desfase de exactamente 90 grados y una amplitud de 1:1, el gráfico formará un círculo perfecto. El error de subdivisión puede manifestarse como un desfase del punto central o como diferencias de fase (desfase de seno y coseno no exactamente de 90 grados) o de amplitud entre las señales seno y coseno. Incluso en codificadores de alta calidad, el SDE puede representar entre el 1 % y el 2 % del periodo de la señal, por lo que los sistemas electrónicos de procesamiento de señales suelen incluir correcciones de ganancia, fase y desfase para contrarrestar los errores de subdivisión.

Los accionamientos directos requieren codificadores de alta precisión

La precisión del codificador es importante para aplicaciones de posicionamiento impulsadas por motores rotativos acoplados mecánicamente, pero es especialmente crucial cuando se utiliza un motor lineal de accionamiento directo. La diferencia radica en cómo se controla la velocidad.

En una aplicación tradicional de motor rotatorio, un codificador rotatorio conectado al motor proporciona información de velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información de posición. Sin embargo, en aplicaciones de accionamiento directo, no hay codificador rotatorio. El codificador lineal proporciona retroalimentación tanto de velocidad como de posición, y la información de velocidad se deriva de la posición del codificador. El error de subdivisión, que afecta la capacidad del codificador para informar con precisión la posición y, por lo tanto, obtener información de velocidad, puede provocar una ondulación de velocidad.

Además, los sistemas de accionamiento directo pueden operar con altas ganancias de lazo de control, lo que les permite responder rápidamente para corregir errores de posición o velocidad. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia del error, el controlador no puede controlarlo y el motor consume más corriente al intentar responder, lo que genera ruido audible y un calentamiento excesivo del motor.