Précision de l'interpolation.

Pour déterminer la position d'un axe linéaire, la tête de lecture d'un codeur se déplace le long d'une échelle et « lit » les variations de lumière (pour les codeurs optiques) ou de champ magnétique (pour les codeurs magnétiques). Lorsque la tête de lecture enregistre ces variations, elle produit des signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux décalés de 90 degrés (appelés « signaux en quadrature »). Ces signaux analogiques sinusoïdaux et cosinusoïdaux sont convertis en signaux numériques, qui sont ensuite interpolés – dans certains cas, par un facteur de 16 000 ou plus – pour augmenter la résolution. Cependant, l'interpolation ne peut être précise que si les signaux analogiques d'origine sont exempts d'erreurs. Toute imperfection des signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux – appelée erreur de subdivision – 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 d'erreur de subdivision sont les imprécisions mécaniques et le désalignement entre l'échelle et la tête de lecture, bien que des perturbations harmoniques puissent également entraîner des distorsions dans les signaux sinusoïdaux et cosinusoïdaux.

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

Pour analyser l'erreur de subdivision, l'amplitude du signal sinusoïdal est représentée sur un graphique XY en fonction de l'amplitude du signal cosinusoïdal, au fil du temps. Cela crée ce que l'on appelle un motif de « 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 inférieur à 90 degrés) ou d'amplitude entre les signaux sinus et cosinus. Même dans les encodeurs de haute qualité, l'erreur de subdivision peut représenter 1 à 2 % de la période du signal. C'est pourquoi l'électronique de traitement du signal intègre souvent des corrections de gain, de phase et de décalage pour compenser les erreurs de subdivision.

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 à couplage mécanique, mais elle est particulièrement cruciale lorsqu'un moteur linéaire à entraînement direct est utilisé. La différence réside dans le contrôle de la vitesse.

Dans une application de moteur rotatif classique, un codeur rotatif fixé au moteur fournit des informations de vitesse, tandis que le codeur linéaire fournit des informations de position. En revanche, dans les applications à entraînement direct, il n'y a pas de codeur rotatif. Le codeur linéaire fournit des informations de vitesse et de position, les informations de vitesse étant dérivées de la position du codeur. Une erreur de subdivision, qui altère la capacité du codeur à signaler précisément la position et, par conséquent, à déduire les informations de vitesse, peut entraîner des fluctuations de vitesse.

De plus, les systèmes à entraînement direct peuvent fonctionner avec des gains de boucle de régulation élevés, ce qui leur permet de réagir rapidement pour corriger les erreurs de position ou de vitesse. Cependant, lorsque la fréquence de l'erreur augmente, le contrôleur ne parvient plus à la gérer et le moteur consomme davantage de courant pour réagir, ce qui entraîne un bruit audible et un échauffement excessif du moteur.