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當(dāng)討論工業(yè)運(yùn)動控制中有關(guān)運(yùn)動速度、距離和方向以及反饋系統(tǒng)時，必然會涉及到運(yùn)動控制核心部件——編碼器。簡而言之，編碼器主要是記錄運(yùn)動技術(shù)指標(biāo)并傳達(dá)運(yùn)動信號，可用于監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制運(yùn)動狀態(tài)，從而滿足工業(yè)設(shè)備理想的運(yùn)動控制需求。
從定義上講，編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備，常應(yīng)用于各種運(yùn)動控制場景中，主要功能是將旋轉(zhuǎn)角度、位移及線速度等運(yùn)動參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號輸出，作用堪比工業(yè)運(yùn)動控制的“神經(jīng)中樞”。
編碼器種類繁多，按照讀出方式可分為接觸式和非接觸式兩種；按照檢測原理可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式四種；按照刻度方法及信號輸出形式可分為增量式、式以及混合式三種。在增量編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的編碼器有：旋變編碼器、磁編碼器、增量光編碼器和值光編碼器。
綜上所知，編碼器如此重要，故而在選擇時需綜合多方面因素整體考量。威科達(dá)建議選擇一款合適的運(yùn)動控制編碼器可從經(jīng)濟(jì)成本、可靠性和精度三個維度來全面考核，并根據(jù)企業(yè)應(yīng)用的實際需求擇優(yōu)選用。
接下來，針對旋變編碼器、磁編碼器、增量光編碼器和值光編碼器這四大類常見編碼器，從上述三個維度來重點分析。
01經(jīng)濟(jì)成本
在編碼器選擇中考慮經(jīng)濟(jì)成本時，可以分“編碼器成本”和“解角成本”兩個部分來看。
①編碼器成本部分
磁性編碼器成本，值光編碼器成本，增量式光編碼器和旋變編碼器成本居于中等水平。
②解角成本部分
該部分成本是磁性編碼器和值光編碼器，增量式光編碼器成本居中，旋變編碼器成本。據(jù)威科達(dá)冀工介紹，目前旋變編碼器解角成本在100元人民幣左右，如果能降低旋變的解角成本，國內(nèi)應(yīng)用旋變編碼器的會越來越多。
磁性編碼器簡圖
從經(jīng)濟(jì)成本來看，磁性編碼器價格優(yōu)勢明顯，單考慮成本因素磁性編碼器無疑是。近幾年，磁性編碼器因?qū)崿F(xiàn)了磁性芯片技術(shù)國產(chǎn)化，上游供應(yīng)鏈廠商增長較快；加上磁編結(jié)構(gòu)簡單，進(jìn)入門檻相對較低，入局磁編領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)量也大幅增加，磁編市場因此快速發(fā)展，技術(shù)逐漸穩(wěn)定。
目前在國產(chǎn)伺服領(lǐng)域，越來越多的企業(yè)更傾向于選擇磁性編碼器以降低伺服系統(tǒng)綜合成本。這對如今競爭激烈的伺服市場來說，可在一定程度上緩解企業(yè)成本壓力。
02可靠性
在許多運(yùn)動控制應(yīng)用中，溫度、振動和環(huán)境污染物是編碼器必須應(yīng)對的重要挑戰(zhàn)，所以編碼器的可靠性不容忽視。從可靠性來看，旋變編碼器水平，磁性編碼器次之，增量式光編碼器和值光編碼器則要遜色一些。
旋變編碼器結(jié)構(gòu)圖
旋轉(zhuǎn)編碼器采用變壓器原理測量角度，具有無觸點、長壽命、高精度、高可靠性、跟蹤速度快、耐高低溫、防水、防塵及耐腐蝕性氣體、耐振動、強(qiáng)電磁干擾等優(yōu)勢。廣泛應(yīng)用于對可靠性有要求的各種惡劣環(huán)境中。
如果企業(yè)對編碼器的可靠性有要求的話，只能選擇旋變編碼器。
03精度
編碼器的精度與運(yùn)動控制有著密切的聯(lián)系，精度用于衡量正常情況下實際值和設(shè)定值之間可重復(fù)的平均偏差的量值。因為值編碼器的位置是由數(shù)字碼確定，利用外部記圈器件可對多個位置進(jìn)行記錄，每個位置具有性，所以值編碼器無需記憶、無需參考點，即可測量360°范圍內(nèi)的角度，其分辨率和定位精度。
值光編碼器
旋變編碼器的細(xì)分度由反正切表決定，反正切表做得越細(xì)就能實現(xiàn)無限細(xì)分。所以，低速狀態(tài)下旋變編碼器的細(xì)分度要更好，噪音和抖動比較小，另外定位速度也更快。增量式編碼器的輸出信號與旋轉(zhuǎn)角度有直接的關(guān)系，可用于測量轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)速等，但不能確定位置。
增量式光編碼器
綜合來看，值光編碼器精度、旋變編碼器精度次之、增量式光編碼器精度中等、磁編碼器精度。此外，值光編碼的精度不會因斷電以及其他外部因素干擾而受到影響，其可靠性大幅提高。
如果企業(yè)重視編碼器的精度，值光編碼器無疑是選項。
綜合以上，可整理如下表格方便整體對比：
作為運(yùn)動控制整案定制專家，威科達(dá)自主研發(fā)的伺服驅(qū)動器，可以驅(qū)動以上四種編碼器，尤其在旋變編碼器的驅(qū)動上，有較深入的研究。威科達(dá)0.2-110KW的驅(qū)動器可以驅(qū)動多級旋變編碼器，實現(xiàn)百米長線驅(qū)動，這樣的旋變解角驅(qū)動器亦可實現(xiàn)Canopen Ether-cat profinet 總線控制。
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2025第21屆鄭州工業(yè)自動化展
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