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光電編碼器在電機(jī)控制中的應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):173
核心提示:

  電機(jī)的位置檢測(cè)在電機(jī)控制中是十分重要的,特別是需要根據(jù)精確轉(zhuǎn)子位置控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)合,如位置伺服系統(tǒng)。電機(jī)控制系統(tǒng)中的位置檢測(cè)通常有:微電機(jī)解算元件,光電元件,磁敏元件,電磁感應(yīng)元件等。這些位置檢測(cè)傳感器或者與電機(jī)的非負(fù)載端同軸連接,或者直接安裝在電機(jī)的特定的部位。其中光電元件的測(cè)量精度較高,能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置,從而間接的反映出與電機(jī)連接的機(jī)械負(fù)載的準(zhǔn)確的機(jī)械位置,從而達(dá)到精確控制電機(jī)位置的目的。在本文中我將主要介紹高精度的光電編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理與位置檢測(cè)的方法。

    一、光電編碼器的介紹:

  光電編碼器是通過(guò)讀取光電編碼盤(pán)上的圖案或編碼信息來(lái)表示與光電編碼器相連的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的。根據(jù)光電編碼器的工作原理可以將光電編碼器分為絕對(duì)式光電編碼器與增量式光電編碼器,下面我就這兩種光電編碼器的結(jié)構(gòu)與工作原理做介紹。

  (一)、絕對(duì)式光電編碼器

  絕對(duì)式光電編碼器如圖所示,他是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的二進(jìn)制的編碼信息來(lái)表示絕對(duì)位置信息的。

  編碼盤(pán)是按照一定的編碼形式制成的圓盤(pán)。圖1是二進(jìn)制的編碼盤(pán),圖中空白部分是透光的,用“0”來(lái)表示;涂黑的部分是不透光的,用“1”來(lái)表示。通常將組成編碼的圈稱為碼道,每個(gè)碼道表示二進(jìn)制數(shù)的一位,其中最外側(cè)的是最低位,最里側(cè)的是最高位。如果編碼盤(pán)有4個(gè)碼道,則由里向外的碼道分別表示為二進(jìn)制的23、22、21和20,4位二進(jìn)制可形成16個(gè)二進(jìn)制數(shù),因此就將圓盤(pán)劃分16個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù),如0000、0001、…、1111。

  

                 

                                                     圖1

  按照碼盤(pán)上形成的碼道配置相應(yīng)的光電傳感器,包括光源、透鏡、碼盤(pán)、光敏二極管和驅(qū)動(dòng)電子線路。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí),扇區(qū)中透光的碼道對(duì)應(yīng)的光敏二極管導(dǎo)通,輸出低電平“0”,遮光的碼道對(duì)應(yīng)的光敏二極管不導(dǎo)通,輸出高電平“1”,這樣形成與編碼方式一致的高、低電平輸出,從而獲得扇區(qū)的位置腳。

  (二)、增量式光電編碼器

  增量式光電編碼器是碼盤(pán)隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號(hào),然后根據(jù)位置變化的方向用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行加/減計(jì)數(shù),以此達(dá)到位置檢測(cè)的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤(pán)、鑒向盤(pán)、光敏元件和電子線路組成。

  增量式光電編碼器的工作原理是是由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤(pán)旋轉(zhuǎn),在主光柵碼盤(pán)的上面有與其平行的鑒向盤(pán),在鑒向盤(pán)上有兩條彼此錯(cuò)開(kāi)90o相位的窄縫,并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤(pán)透過(guò)來(lái)的信號(hào)。工作時(shí),鑒向盤(pán)不動(dòng),主光柵碼盤(pán)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),光源經(jīng)透鏡平行射向主光柵碼盤(pán),通過(guò)主光柵碼盤(pán)和鑒向盤(pán)后由光敏二極管接收相位差90o的近似正弦信號(hào),再由邏輯電路形成轉(zhuǎn)向信號(hào)和計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。為了獲得絕對(duì)位置角,在增量式光電編碼器有零位脈沖,即主光柵每旋轉(zhuǎn)一周,輸出一個(gè)零位脈沖,使位置角清零。利用增量式光電編碼器可以檢測(cè)電機(jī)的位置和速度。

二、光電編碼器的測(cè)量方法:

  光電編碼器在電機(jī)控制中可以用來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)位置和機(jī)械位置以及轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)和機(jī)械位置的變化速度與變化方向。下面就我就光電編碼器在這幾方面的應(yīng)用方法做一下介紹。

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