Точность интерполяции.

Чтобы определить положение линейной оси, считывающая головка энкодера перемещается по шкале и «считывает» изменения света (для оптических энкодеров) или магнитного поля (для магнитных типов). Когда считывающая головка регистрирует эти изменения, она выдает синусоидальные и косинусоидальные сигналы, смещенные на 90 градусов друг относительно друга (называемые «квадратурными сигналами»). Эти аналоговые синусоидальные и косинусоидальные сигналы преобразуются в цифровые сигналы, которые затем интерполируются — в некоторых случаях в 16 000 раз или более — для повышения разрешения. Но интерполяция может быть точной только в том случае, если исходные аналоговые сигналы не содержат ошибок. Любое несовершенство синусоидальных и косинусоидальных сигналов — называемое ошибкой подразбиения — ухудшает качество интерполяции и снижает точность энкодера.

Ошибка суб-деления циклична, возникает с каждым интервалом шкалы или шагом сканирования (т. е. с каждым периодом сигнала), но она не накапливается и не зависит от шкалы или длины хода. Две основные причины SDE — механические неточности и несоосность между шкалой и считывающей головкой, хотя гармонические помехи также могут вызывать искажения в синусоидальных и косинусоидальных сигналах.

Использование фигуры Лиссажу для определения погрешности подразделения

Для анализа ошибки подразбиения величина синусоидального сигнала наносится на график XY в зависимости от величины косинусоидального сигнала с течением времени. Это создает то, что называется рисунком «Лиссажу».

При центре графика в координате 0,0, если сигналы сдвинуты по фазе ровно на 90 градусов и имеют амплитуду 1:1, график сформирует идеальный круг. Ошибка субдивизии может проявляться как смещение центральной точки или как разница в фазе (синусоидальный и косинусоидальный сдвиг не точно на 90 градусов) или амплитуде между синусоидальным и косинусоидальным сигналами. Даже в высококачественных энкодерах SDE может составлять от 1 до 2 процентов от периода сигнала, поэтому электроника обработки сигнала часто включает коррекции усиления, фазы и смещения для противодействия ошибкам субдивизии.

Для прямых приводов требуются высокоточные энкодеры

Точность энкодера важна для позиционирования приложений, приводимых в действие механически связанными роторными двигателями, но точность особенно важна, когда используется линейный двигатель с прямым приводом. Разница заключается в том, как контролируется скорость.

В традиционном применении роторного двигателя вращающийся энкодер, прикрепленный к двигателю, предоставляет информацию о скорости, в то время как линейный энкодер предоставляет информацию о положении. Но в применениях с прямым приводом вращающийся энкодер отсутствует. Линейный энкодер обеспечивает обратную связь как по скорости, так и по положению, причем информация о скорости выводится из положения энкодера. Ошибка подразбиения, которая ухудшает способность энкодера точно сообщать положение и, следовательно, выводить информацию о скорости, может привести к пульсации 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 ошибки контроллер не может справиться с ней, и двигатель потребляет больше тока, пытаясь отреагировать, что приводит к слышимому шуму и чрезмерному нагреву двигателя.