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 « lit » les changements de lumière (pour les encodeurs optiques) ou de champ magnétique (pour les types magnétiques). Lorsque la tête de lecture enregistre ces changements, elle produit des signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux décalés de 90 degrés l'un par rapport à l'autre (appelés « signaux en quadrature »). Ces signaux analogiques sinus et cosinus sont convertis en signaux numériques, qui sont ensuite interpolés — dans certains cas, par un facteur de 16 000 ou plus — pour augmenter la résolution. Mais l’interpolation ne peut être précise que si les signaux analogiques d’origine sont exempts d’erreurs. Toute imperfection dans les signaux sinus et cosinus — appelée erreur de sous-division — dégrade la qualité de l'interpolation et réduit la précision du codeur.

L'erreur de subdivision est cyclique, se produisant 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 du SDE sont les imprécisions mécaniques et le désalignement entre l'échelle et la tête de lecture, bien que les perturbations harmoniques puissent également provoquer des distorsions des signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux.

Utiliser un modèle de Lissajous pour déterminer l'erreur de sous-division

Pour analyser l'erreur de sous-division, l'amplitude du signal d'onde sinusoïdale est tracée sur un graphique XY en fonction de l'amplitude du signal d'onde cosinusoïdale, au fil du temps. Cela crée ce que l'on appelle un motif « Lissajous ».

Avec le tracé centré sur la coordonnée 0,0, si les signaux sont déphasés d'exactement 90 degrés et ont une amplitude de 1:1, le tracé formera un cercle parfait. L'erreur de subdivision peut se manifester par un décalage du point central, ou par des différences de phase (décalage sinus et cosinus pas exactement de 90 degrés) ou d'amplitude entre les signaux sinus et cosinus. Même dans les codeurs de haute qualité, le SDE peut représenter 1 à 2 % de la période du signal, de sorte que l'électronique de traitement du signal inclut souvent des corrections de gain, de phase et de décalage pour contrer les erreurs de sous-division.

Les entraînements directs nécessitent des encodeurs de haute précision

La précision du codeur est importante pour les applications de positionnement entraînées par des moteurs rotatifs couplés mécaniquement, mais la précision est particulièrement critique lorsqu'un moteur linéaire à entraînement direct est utilisé. La différence réside dans la manière dont la vitesse est contrôlée.

Dans une application de moteur rotatif traditionnelle, un encodeur rotatif fixé au moteur fournit des informations sur la vitesse, tandis que l'encodeur linéaire fournit des informations sur la position. Mais dans les applications à entraînement direct, il n'y a pas de codeur rotatif. Le codeur linéaire fournit un retour d'informations sur la vitesse et la position, les informations de vitesse étant dérivées de la position du codeur. Une erreur de subdivision – qui altère la capacité du codeur à signaler avec précision la position et, par conséquent, à dériver des informations sur la vitesse – peut entraîner une ondulation de la vitesse.

De plus, les systèmes à entraînement direct peuvent fonctionner avec des gains de boucle de contrôle élevés, ce qui leur permet de réagir rapidement aux erreurs de position ou de vitesse corrigées. Mais à mesure que la fréquence de l'erreur augmente, le contrôleur est incapable de suivre l'erreur et le moteur consomme plus de courant pour tenter de répondre, ce qui entraîne un bruit audible et un échauffement excessif du moteur.