Точность интерполяции.

Для определения положения линейной оси считывающая головка энкодера перемещается вдоль шкалы и «считывает» изменения света (для оптических энкодеров) или магнитного поля (для магнитных энкодеров). По мере регистрации этих изменений считывающая головка генерирует синусоидальные и косинусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 градусов (так называемые «квадратурные сигналы»). Эти аналоговые синусоидальные и косинусоидальные сигналы преобразуются в цифровые сигналы, которые затем интерполируются — в некоторых случаях, в 16 000 раз и более — для повышения разрешения. Но интерполяция может быть точной только в том случае, если исходные аналоговые сигналы не содержат ошибок. Любое несовершенство в синусоидальных и косинусоидальных сигналах — называемое ошибкой деления — ухудшает качество интерполяции и снижает точность энкодера.

Деление сигнала на части имеет циклический характер, возникая с каждым интервалом шкалы или шагом сканирования (т.е. с каждым периодом сигнала), но оно не накапливается и не зависит от шкалы или длины перемещения. Двумя основными причинами деления сигнала на части являются механические неточности и смещение между шкалой и считывающей головкой, хотя гармонические возмущения также могут вызывать искажения синусоидальных и косинусоидальных сигналов.

Использование диаграммы Лиссажу для определения ошибки деления.

Для анализа ошибок подразделения амплитуда синусоидального сигнала отображается на графике XY в зависимости от амплитуды косинусоидального сигнала во времени. Это создает так называемый «шаг Лиссажу».

Если центр графика находится в точке с координатами 0,0, и сигналы сдвинуты по фазе ровно на 90 градусов и имеют амплитуду 1:1, график образует идеальный круг. Ошибка деления может проявляться как смещение центральной точки или как разница в фазе (сдвиг синуса и косинуса не ровно на 90 градусов) или амплитуде между синусоидальными и косинусоидальными сигналами. Даже в высококачественных энкодерах ошибка деления может составлять от 1 до 2 процентов от периода сигнала, поэтому в электронике обработки сигналов часто используются коррекции усиления, фазы и смещения для противодействия ошибкам деления.

Для прямых приводов требуются высокоточные энкодеры.

Точность энкодера важна для систем позиционирования, приводимых в движение механически связанными вращающимися двигателями, но точность особенно критична при использовании линейного двигателя с прямым приводом. Разница заключается в способе управления скоростью.

В традиционных системах с вращающимся двигателем информация о скорости передается с помощью поворотного энкодера, а информация о положении — с помощью линейного энкодера. Однако в системах с прямым приводом поворотный энкодер отсутствует. Линейный энкодер обеспечивает обратную связь как по скорости, так и по положению, при этом информация о скорости получается из положения энкодера. Ошибка деления — которая ухудшает способность энкодера точно сообщать о положении и, следовательно, получать информацию о скорости — может привести к пульсациям скорости.

Кроме того, системы прямого привода могут работать с высокими коэффициентами усиления контура управления, что позволяет им быстро реагировать на исправление ошибок положения или скорости. Но по мере увеличения частоты ошибок контроллер не справляется с их устранением, и двигатель потребляет больше тока, пытаясь отреагировать, что приводит к появлению слышимого шума и чрезмерному нагреву двигателя.