什么是正余弦編碼器？

正余弦編碼器在設(shè)計(jì)和功能上類(lèi)似于增量編碼器。這兩種設(shè)備都可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)或線性位置變化和方向，并且都可以采用光學(xué)或磁傳感技術(shù)。

兩者之間的主要區(qū)別在于，正余弦編碼器以 1 伏峰峰值 (1 Vpp)模擬正弦波（通常稱(chēng)為“A”和“B”）形式提供正交的位置和方向信息。另一方面，增量編碼器以一對(duì)正交數(shù)字方波的形式提供位置和方向信息。 輸出波形的這種差異使得正余弦編碼器能夠提供比增量編碼器更高的分辨率。

當(dāng)兩個(gè)正弦波正交時(shí)，其中一個(gè)實(shí)際上是余弦波。這就是正余弦編碼器也被稱(chēng)為“正余弦”編碼器的原因。


來(lái)自正弦編碼器（上）和增量編碼器（下）的信號(hào)。

增量編碼器和正余弦編碼器都可以使用 X4 編碼將分辨率提高四倍。對(duì)于正余弦編碼器，這是通過(guò)計(jì)算每個(gè)周期波形過(guò)零的數(shù)量來(lái)完成的。對(duì)于增量編碼器，這需要對(duì)每個(gè)周期的兩個(gè)方波的上升沿和下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。但由于正余弦編碼器的模擬正弦波是連續(xù)的，而不是像增量編碼器的數(shù)字方波那樣的階躍函數(shù)，因此信號(hào)本身可以分解或內(nèi)插為非常精細(xì)的計(jì)數(shù)，以提供極高的位置分辨率。

為了減輕噪聲的影響，正余弦編碼器可以使用稱(chēng)為差分信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)，其中在每個(gè)通道上傳輸兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)。該技術(shù)還用于減輕增量編碼器中的噪聲，盡管正余弦編碼器的模擬信號(hào)比增量版本的數(shù)字信號(hào)更容易受到噪聲的影響。


正弦編碼器產(chǎn)生的模擬信號(hào)對(duì)噪聲敏感，但互補(bǔ)信號(hào)（Sin-、Cos- 和 Ref-）可以提供一定程度的抗共模噪聲能力。

這些互補(bǔ)信號(hào)（通常稱(chēng)為“A-”、“B-”和“R-”）與主信號(hào)相同，但具有 180 度相移。由于信號(hào)上的任何噪聲都是相同的（稱(chēng)為“共?！痹肼暎?，因此取兩個(gè)信號(hào)的差異可以消除噪聲，但保留信號(hào)波形。

正余弦編碼器是增量式還是絕對(duì)式？

與增量編碼器一樣，正余弦編碼器輸出可以包含參考信號(hào)——通常稱(chēng)為“R”或“Z”。參考信號(hào)的幅度略低于 A 和 B 信號(hào)，并且編碼器每轉(zhuǎn)一圈其峰值僅出現(xiàn)一次。一些制造商將帶有參考信號(hào)的正余弦編碼器吹捧為“絕對(duì)”編碼器，但實(shí)際上，它們只能提供軸一轉(zhuǎn)內(nèi)的絕對(duì)位置信息。然而，參考信號(hào)在啟動(dòng)期間是有益的，并且在某些情況下對(duì)于換向目的是有益的。

高分辨率分辨率可實(shí)現(xiàn)更好的伺服控制

正余弦編碼器通常用于伺服電機(jī)，較高的反饋分辨率有利于位置和速度控制環(huán)路。在速度環(huán)中，高分辨率改善了速度控制，并允許在控制環(huán)中使用更高的增益，同時(shí)降低噪聲。更高的增益還提供更好的系統(tǒng)剛度和更好的抗干擾能力。在位置環(huán)中，更高的反饋分辨率可提供更好的重復(fù)性并降低噪聲。

正余弦編碼器應(yīng)用的一項(xiàng)限制是編碼器輸出的頻率與接收電子設(shè)備可以處理的帶寬之間的關(guān)系。輸出頻率由編碼器的線數(shù)和機(jī)械速度決定，當(dāng)線數(shù)非常高的正余弦編碼器高速運(yùn)行時(shí)，編碼器的輸出頻率可能會(huì)超出驅(qū)動(dòng)器或控制器可以處理的帶寬。


如果具有高線數(shù)的編碼器高速運(yùn)行，其頻率可能會(huì)超過(guò)接收電子設(shè)備的帶寬。

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