Точность интерполяции.

Для определения положения линейной оси считывающая головка энкодера перемещается по шкале и «считывает» изменения освещенности (в случае оптических энкодеров) или магнитного поля (в случае магнитных энкодеров). Регистрируя эти изменения, считывающая головка вырабатывает синусоидальные и косинусоидальные сигналы, сдвинутые на 90 градусов относительно друг друга (так называемые «квадратурные сигналы»). Эти аналоговые синусоидальные и косинусоидальные сигналы преобразуются в цифровые, которые затем интерполируются — в некоторых случаях в 16 000 и более раз — для повышения разрешения. Однако интерполяция может быть точной только в том случае, если исходные аналоговые сигналы не содержат ошибок. Любое несовершенство синусоидальных и косинусоидальных сигналов, называемое ошибкой субразбиения, ухудшает качество интерполяции и снижает точность энкодера.

Ошибка субделения циклична и возникает с каждым интервалом шкалы или шагом сканирования (то есть с каждым периодом сигнала), но не накапливается и не зависит от шкалы или длины хода. Двумя основными причинами SDE являются механические неточности и несоосность шкалы и считывающей головки, хотя гармонические помехи также могут вызывать искажения синусоидальных и косинусоидальных сигналов.

Использование фигуры Лиссажу для определения погрешности дробления

Для анализа погрешности субдробления на графике XY отображается амплитуда синусоидального сигнала в зависимости от амплитуды косинусоидального сигнала во времени. Это создаёт так называемую фигуру Лиссажу.

Если центр графика находится в точке с координатами 0,0, то, если сигналы сдвинуты по фазе ровно на 90 градусов и имеют амплитуду 1:1, график образует идеальную окружность. Ошибка суб-деления может проявляться в смещении центральной точки или в разнице фаз (синусоидальный и косинусоидальный сдвиг не равен точно 90 градусам) или амплитуд между синусоидальным и косинусоидальным сигналами. Даже в высококачественных энкодерах SDE может составлять от 1 до 2 процентов периода сигнала, поэтому электронные системы обработки сигналов часто включают корректировки усиления, фазы и смещения для компенсации ошибок суб-деления.

Прямые приводы требуют высокоточных энкодеров

Точность энкодера важна для позиционирования, осуществляемого механически соединёнными роторными двигателями, но она особенно важна при использовании линейного двигателя с прямым приводом. Разница заключается в способе управления скоростью.

В традиционных роторных двигателях вращающийся энкодер, подключенный к двигателю, обеспечивает информацию о скорости, а линейный энкодер — о положении. Однако в системах с прямым приводом вращающийся энкодер отсутствует. Линейный энкодер обеспечивает обратную связь как по скорости, так и по положению, при этом информация о скорости определяется положением энкодера. Ошибка субдробления, которая ухудшает способность энкодера точно определять положение и, следовательно, скорость, может привести к пульсациям скорости.

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