Precisão da interpolação.

Para determinar a posição de um eixo linear, a cabeça de leitura de um codificador percorre uma escala e "lê" as mudanças na luz (para codificadores ópticos) ou no campo magnético (para tipos magnéticos). À medida que a cabeça de leitura registra essas mudanças, ela produz sinais de seno e cosseno que são deslocados 90 graus um do outro (chamados de "sinais de quadratura"). Esses sinais analógicos de seno e cosseno são convertidos em sinais digitais, que são então interpolados — em alguns casos, por um fator de 16.000 ou mais — para aumentar a resolução. Mas a interpolação só pode ser precisa se os sinais analógicos originais estiverem isentos de erros. Qualquer imperfeição nos sinais de seno e cosseno — chamada de erro subdivisional — degrada a qualidade da interpolação e reduz a precisão do codificador.

O erro subdivisional é cíclico, ocorrendo a cada intervalo da escala ou passo de varredura (ou seja, a cada período do sinal), mas não se acumula e é independente da escala ou do comprimento do percurso. As duas principais causas do erro subdivisional são imprecisões mecânicas e desalinhamento entre a escala e a cabeça de leitura, embora distúrbios harmônicos também possam causar distorções nos sinais de seno e cosseno.

Usando um padrão de Lissajous para determinar erro subdivisional

Para analisar o erro subdivisional, a magnitude do sinal da onda senoidal é plotada em um gráfico XY em relação à magnitude do sinal da onda cosseno, ao longo do tempo. Isso cria o que é conhecido como padrão de "Lissajous".

Com o gráfico centralizado na coordenada 0,0, se os sinais forem defasados ​​em exatamente 90 graus e tiverem uma amplitude de 1:1, o gráfico formará um círculo perfeito. O erro subdivisional pode se manifestar como um deslocamento do ponto central ou como diferenças de fase (deslocamento do seno e cosseno não exatamente 90 graus) ou de amplitude entre os sinais de seno e cosseno. Mesmo em codificadores de alta qualidade, o desvio padrão (SDE) pode ser de 1 a 2% do período do sinal, portanto, a eletrônica de processamento de sinais frequentemente inclui correções de ganho, fase e deslocamento para neutralizar erros subdivisionais.

Acionamentos diretos requerem codificadores de alta precisão

A precisão do encoder é importante para aplicações de posicionamento acionadas por motores rotativos acoplados mecanicamente, mas é especialmente crítica quando se utiliza um motor linear de acionamento direto. A diferença está na forma como a velocidade é controlada.

Em uma aplicação tradicional de motor rotativo, um encoder rotativo acoplado ao motor fornece informações de velocidade, enquanto o encoder linear fornece informações de posição. Já em aplicações de acionamento direto, não há encoder rotativo. O encoder linear fornece feedback tanto para velocidade quanto para posição, com as informações de velocidade sendo derivadas da posição do encoder. Erros de subdivisão — que prejudicam a capacidade do encoder de relatar a posição com precisão e, portanto, derivar informações de velocidade — podem levar à ondulação de velocidade.

Além disso, os sistemas de acionamento direto podem ser operados com altos ganhos de malha de controle, o que lhes permite responder rapidamente para corrigir erros de posição ou velocidade. No entanto, à medida que a frequência do erro aumenta, o controlador não consegue acompanhá-lo, e o motor consome mais corrente na tentativa de responder, resultando em ruído audível e aquecimento excessivo do motor.