Precisão da interpolação.

Para determinar a posição de um eixo linear, a cabeça de leitura de um encoder percorre uma escala e "lê" as variações de luz (no caso de encoders ópticos) ou de campo magnético (no caso de encoders magnéticos). À medida que a cabeça de leitura registra essas variações, ela produz sinais senoidais e cossenos defasados ​​em 90 graus um em relação ao outro (chamados de "sinais em quadratura"). Esses sinais analógicos senoidais e cossenos são convertidos em sinais digitais, que são então interpolados — em alguns casos, por um fator de 16.000 ou mais — para aumentar a resolução. No entanto, a interpolação só pode ser precisa se os sinais analógicos originais estiverem isentos de erros. Qualquer imperfeição nos sinais senoidais e cossenos — chamada de erro de subdivisão — degrada a qualidade da interpolação e reduz a precisão do encoder.

O erro de subdivisão 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 de subdivisão são imprecisões mecânicas e desalinhamento entre a escala e a cabeça de leitura, embora distúrbios harmônicos também possam causar distorções nos sinais senoidais e cossenos.

Utilizando um padrão de Lissajous para determinar o erro de subdivisão

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

Com o gráfico centrado na coordenada 0,0, se os sinais estiverem defasados ​​em exatamente 90 graus e tiverem uma amplitude de 1:1, o gráfico formará um círculo perfeito. O erro de subdivisão pode se manifestar como um deslocamento do ponto central ou como diferenças de fase (deslocamento entre seno e cosseno não exatamente de 90 graus) ou amplitude entre os sinais de seno e cosseno. Mesmo em encoders de alta qualidade, o erro de subdivisão pode chegar a 1% ou 2% do período do sinal; portanto, os circuitos eletrônicos de processamento de sinal geralmente incluem correções de ganho, fase e deslocamento para compensar os erros de subdivisão.

Os acionamentos diretos exigem encoders de alta precisão.

A precisão do encoder é importante para aplicações de posicionamento acionadas por motores rotativos com acoplamento mecânico, mas torna-se ainda mais crítica quando se utiliza um motor linear de acionamento direto. A diferença reside 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. Mas em aplicações de acionamento direto, não há encoder rotativo. O encoder linear fornece feedback tanto para velocidade quanto para posição, sendo a informação de velocidade derivada da posição do encoder. O erro de subdivisão — que prejudica a capacidade do encoder de reportar a posição com precisão e, portanto, derivar informações de velocidade — pode levar à oscilação de velocidade.

Além disso, os sistemas de acionamento direto podem operar com altos ganhos no laço 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 acompanhar o ritmo, e o motor consome mais corrente na tentativa de corrigir o erro, resultando em ruído audível e superaquecimento do motor.