Précision de l'interpolation.

Pour déterminer la position d'un axe linéaire, une tête de lecture d'encodeur se déplace le long d'une échelle et détecte les variations de lumière (pour les encodeurs optiques) ou de champ magnétique (pour les encodeurs magnétiques). Lors de la détection de ces variations, la tête de lecture génère des signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux déphasés de 90 degrés (appelés « signaux en quadrature »). Ces signaux analogiques sont convertis en signaux numériques, puis interpolés – parfois par un facteur de 16 000 ou plus – afin d'améliorer la résolution. Cependant, la précision de l'interpolation dépend de la qualité des signaux analogiques d'origine. Toute imperfection dans les signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux – appelée erreur de subdivision – dégrade la qualité de l'interpolation et réduit la précision de l'encodeur.

L'erreur de subdivision est cyclique ; elle se produit à chaque intervalle de l'échelle ou du pas de balayage (c'est-à-dire à chaque période du signal), mais elle ne s'accumule pas et est indépendante de l'échelle ou de la longueur de déplacement. Les deux principales causes de cette erreur sont les imprécisions mécaniques et le défaut d'alignement entre l'échelle et la tête de lecture, bien que des perturbations harmoniques puissent également provoquer des distorsions dans les signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux.

Utilisation d'un motif de Lissajous pour déterminer l'erreur de subdivision

Pour analyser l'erreur de subdivision, on représente graphiquement, sur un graphique XY, l'amplitude du signal sinusoïdal en fonction de l'amplitude du signal cosinusoïdal, au fil du temps. On obtient ainsi une figure dite de Lissajous.

Avec un graphique centré sur l'origine (0,0), si les signaux sont déphasés de 90 degrés et ont une amplitude de 1:1, le graphique formera un cercle parfait. L'erreur de subdivision peut se manifester par un décalage du point central, ou par des différences de phase (déphasage des signaux sinus et cosinus non exactement de 90 degrés) ou d'amplitude entre ces signaux. Même dans les codeurs de haute qualité, l'erreur de subdivision peut atteindre 1 à 2 % de la période du signal ; c'est pourquoi les circuits électroniques de traitement du signal intègrent souvent des corrections de gain, de phase et de décalage pour compenser ces erreurs.

Les entraînements directs nécessitent des codeurs de haute précision.

La précision de l'encodeur est importante pour les applications de positionnement entraînées par des moteurs rotatifs à couplage mécanique, mais elle est particulièrement critique lorsqu'un moteur linéaire à entraînement direct est utilisé. La différence réside dans le mode de contrôle de la vitesse.

Dans une application de moteur rotatif classique, un codeur rotatif fixé au moteur fournit l'information de vitesse, tandis que le codeur linéaire fournit l'information de position. En revanche, dans les applications à entraînement direct, il n'y a pas de codeur rotatif. Le codeur linéaire fournit un retour d'information à la fois sur la vitesse et la position, l'information de vitesse étant déduite de la position du codeur. L'erreur de subdivision, qui altère la capacité du codeur à mesurer précisément la position et, par conséquent, à déduire l'information de vitesse, peut engendrer des ondulations de vitesse.

De plus, les systèmes à entraînement direct peuvent fonctionner avec des gains de boucle de régulation élevés, ce qui leur permet de corriger rapidement les erreurs de position ou de vitesse. Cependant, à mesure que la fréquence de l'erreur augmente, le contrôleur peine à suivre le rythme et le moteur consomme davantage de courant pour tenter de compenser, ce qui engendre un bruit audible et une surchauffe.