编码器在伺服的作用与常见伺服编码器一样吗（伺服系统中编码器的作用）

伺服编码器是工业机器人技术核心的伺服电机的必备品。它对伺服电机的性能乃至机器人的性能起着极其关键的作用。不仅是工业机器人，伺服电机也越来越多地应用于自动化领域。随着工业机器人的普及，其中的伺服编码器也成为自动化行业关注的焦点之一。

（图片来源于网络）

工业编码器市场大致可分为自动处理应用（FA）编码器、过程控制和记录（PA）编码器、高精度测量编码器、数字信息应用编码器和安全保护编码器。在自动化加工应用的编码器中，由于伺服电机的普及，用于电机反馈的专用编码器分为伺服反馈编码器和矢量变频反馈编码器。由于近年来伺服电机的快速发展和工业机器人的热点，伺服编码器的话题非常热门，同时也颇为混乱和争议。在这个伺服编码器介绍系列中，我和网友们讨论了伺服编码器的各种特点和争议点。

伺服电机与变频电机的根本区别在于，它们必须配备编码器反馈以及每个时刻的位置环、速度环和电流环三个闭环控制。如下所示：

伺服反馈编码器对伺服电机的重要特性具有决定性影响：

1、定位精度

2.速度稳定性

3、带宽，决定了驱动命令的响应时间和抗干扰性能

4、伺服刚性

5、电机尺寸

6. 断电

7. 噪音和热量

8. 安全

特别是伺服编码器的输出信号特性与普通编码器不同：

1、驱动换相信号组：伺服编码器（同步伺服电机）与普通编码器不同的第一个特点是它提供启动电流换向的传感器信号反馈。同步伺服电机启动时，电极起始位置由编码器提供，对应每组UVW绕组的位置反馈，以确定电机绕组线圈驱动电流相位。当伺服控制需要加速或减速时，通过驱动电流相位的超前和滞后来控制电机的加减速转换，实现电机加速度的正负控制。

为了应对这样的位置反馈要求，伺服编码器换相信号组主要有以下三种形式：

带UVW信号

一周期正弦余弦CD信号（模拟单圈绝对值信号）

数字单圈绝对值编码器信号

下图为这三种不同换向信号的光电码盘。

2、高分辨率输出信号组：电机速度和加速度稳定性所需的传感器反馈需要编码器输出高分辨率信号组。在高速旋转过程中，要求采样周期尽可能短，在较短的采样周期内能够解析并读取足够多的变化信号，以获得准确的速度反馈信息。这就要求编码器具有高分辨率，以获得单位时间内更多的角度变化分辨率，决定速度计算的准确性。

伺服编码器输出的常见高分辨率信号包括以下几种：

2500线方波脉冲信号——四倍频

2048线AB相正弦余弦信号——细分

高位数字串行信号——17位、19位、22位、25位高分辨率等

3、电子标签及安全防护。电机上安装了编码器来记录初始位置，使每次启动电机更加容易。它还提供各种参数存储、校验码、预设报警等。如果选择绝对编码器，则应选择具有双向数字信号的接口。这允许控制器将电子标签写入编码器并在电机安装和初始化时保存。例如，旋转电机转子原点位置坐标，永久保存单电机初始位置。地点。例如保存：2018年1月24日腊八节@Q

4.综合特性：精度和输出刷新周期。伺服电机的加速度、加加速度响应和精密传感器反馈是重要的贡献，即伺服的刚性。 —— 这是伺服编码器整体性能的核心要素。这就要求编码器同时具有高分辨率和高精度。这种高精度包括角位置的精度以及输出刷新周期、反馈时间和执行时间之间的时间差。

伺服刚性：

刚性一词最初来源于联轴器，是指联轴器两端输入轴与输出轴的连接是刚性的还是柔性的。如果是刚性连接，那么当输入轴旋转时，输出轴响应旋转角度和时间。没有损失。如果是柔性连接，由于柔性，角度和时间响应会出现损失或振荡。在伺服控制中，伺服刚性是指输入的伺服控制指令对系统输出的速度和位置到位的能力，特别是快速加速时指令输入和系统执行输出到位的响应程度变化。换句话说，就是舵机的“服从”。

伺服刚性取决于多种因素，如编码器的精度、输出刷新率、伺服电机的轴系精度、伺服运行和输出响应、扭矩和负载的变化、调制补偿算法等。伺服算法得到的信息就是编码，因此，要实现良好的伺服刚性，首先要有合适的伺服编码器性能与其相匹配。其中最重要的是编码器的精度和信号输出刷新时间。目前市场上伺服编码器的精度往往仅从编码器的分辨率来理解。其实编码器的分辨率和精度是两个概念，信号输出的刷新周期就是编码器的各种数字信号。对比也是市场讨论的焦点。在本系列接下来的几篇文章中，我将尝试与网友们讨论和交流这些问题。

5、全闭环编码器：直驱伺服电机（DD电机）和直线驱动电机不需要减速机构，直接输出扭矩和位置定位。它们配备的编码器是角度编码器或者直线光栅尺，都是全闭环编码。设备。对于需要经过减速装置的伺服电机，其配备的编码器是半闭环编码器。由于减速机构的加工精度、安装精度、反向间隙、使用磨损、温度环境等变化，要求有更高的精度。需要配直线光栅尺，或者低速端加装多圈绝对编码器（想玩这个可以找@Q），形成全闭环（或准全闭环）编码器。另外，在多电机协调同步控制中，只有各电机全闭环编码器的同步比较才能保证运行同步的可靠性。

6、内置电子多圈计数器功能：在带减速机半闭环的情况下，为了省去安装全闭环编码器，伺服尾部编码器的转数计数器和编码器的角度位置用于计算减速机输出端（低速端）的定位位置。定位精度有限，受减速装置精度、间隙、环境温度、算法等多种因素影响。

基于上述伺服电机编码器的功能需求，目前市场上常见的伺服编码器包括以下几种：

1、2500线方波脉冲ABZ（含反相）、UVW（含反相）换相信号。 2500线方波脉冲信号一次四倍即可达到10000/360度的实际分辨率，对应电机控制的位置和速度环，UVW对应同步伺服电机绕组线圈的位置换向，有4对极、8对极和更多对极等。这种编码器输出芯线较多，其中包括两根电源线，共14芯线。

2、2048线AB相包含反正弦余弦信号输出，单周期CD相包含反正弦余弦信号。这就需要伺服控制器接收设备对正弦和余弦信号进行细分，以获得更高分辨率。 （AB）和单匝位置（CD）控制换向。

信号线为A+A-、B+B-、C+C-、D+D-，电源正负极。

3. 2048线的AB相包含反相的正弦和余弦信号，并添加了数字串行信号。

比如早期的hiperface1.0，RS485信号+AB正弦余弦，电机启动时，通过绝对值信号（RS485）获取电机转子线圈的UVW位置。旋转过程中，使用增量AB正弦和余弦信号，伺服控制器接收正弦和余弦。然后将信号细分为更高分辨率（例如10 位细分，2048 X 1024）

或者类似Endat2.1，RS422信号+AB正弦余弦

或SSI、RS422信号+AB正弦余弦

4、将上述2中的正弦、余弦信号细分并在编码器内部集成为数字信号，或者将3中的两组信号组合为一组串行数字信号输出，提供14位、17位、19位、22 位和25 位。位和其他数字信号。例如Endat2.2、Biss、HiperFace、RS485、EtherCat（或其他总线或以太网信号）、DSL等。

我们上面提到的17位到25位（单圈）分辨率编码器并不是指编码器的精度，而是指编码器的分辨率。同样是17位编码器，很可能精度它们是不同的。例如，利用磁电原理的17位细分（简称17位磁编码）就不如17位光学编码器精确。即使磁编码也有多种模式，其精度差异也很大。这是因为这些高比特分辨率编码器的高分辨率是基于对原始正弦和余弦信号进行细分而获得的。编码器信号的精度取决于编码器原始信号的获取方式、信号质量和系统精度以及细分和补偿带来的电子误差。