伺服编码器有何特点-如何连接呢视频（伺服编码器有何特点-如何连接呢图片）

恩达特

EnDat（Encoder Data）是指变频器通过时钟信号实现串行通信的同步传输。它不仅可以传输位置值，还可以传输参数值。编码器内部有一个专门的存储区域，用于存储编码器参数。制造商可以使用该存储区域来存储编码器参数。上位机可以向编码器发送控制字。 EnDat编码器具有以下特点：

可读取实际位置；

电机通讯时实现零点补偿；

增量信号并行输出，可以减少对动态特性要求较高的系统的延迟时间；

数据传输可靠性高；

存储编码器参数，控制器可自动读取编码器参数。下图为Starter软件中的设置；

支持监控和诊断功能；

传输时间短

在Starter 中配置电机时自动代码识别的示例

SSI

当多圈编码器检测4096转（12位），每转有8092个数据（13位）时，按照正常逻辑需要25个码道。传输如此多的码道需要25根电缆。为了克服多电缆传输的缺点，需要SSI（同步串行接口EIARS-422A或RS-485）通过串行端口进行通信。只需4 根电缆即可传输所有数据。更少的电缆延长了编码器信号的传输距离。数据传输格式为二进制或格雷码，触发由SSI控制器的时钟控制。不仅可以输出绝对位置，还可以输出增量信号数据（脉冲数最大可达512）。

如果驱动SSI编码器，则需要上位机对接收到的信号进行计算，如下图所示。

SSI计算软件

在Sinamics S120的控制单元中，还有SSI接收编程软件，如下图所示。

S120中编码器接收功能图

除了具有SSI接口的编码器外，西门子等公司还提供具有Profibus-DP接口的编码器，可以通过DP与控制器传输数据。编码器的传输数据速率和地址文件应参考相应编码器的配置文件。

正弦/余弦编码器

与脉冲编码器一样，正弦编码器通常有两个信号输出通道，A和B。其特点是可以进一步细化每个正弦/余弦波形。细化是根据正弦波的电压值来计算的，这样增强了编码器的分辨率，如下图所示。

A、B:0.6~1.2V（峰峰值）

~1V（峰峰值）：表示正弦增量编码器信号的幅度为1V，信号峰值到参考点的电压值约为0.5V，如下图所示。

正弦编码器分段

转换码通道：通常在选择编码器时，还会发现A/BR后面标有C/D的字符。这是正弦编码器的两个辅助正弦/余弦编码通道，用于提供一转内的绝对值转换。位置，同时为驱动器提供电机的磁极位置，以进行更精确的控制，这就是前面提到的混合编码器，如下图所示。

正弦编码器C/D通道

另外，正余弦编码器的模拟通道还可以与串口通道同时共存，如下图所示。

带数据通道的正弦/余弦编码器

可以说，正弦/余弦编码器是增量编码器和绝对编码器的结合体。绝对位置采用串行通信传输，而正弦/余弦信号仍然采用模拟信号传输，因为模拟信号传输所需的频率带宽比较窄，易于实现，并且可以保证高速长距离传输。

编码器相位调整

在电机闭环控制过程中，需要知道同步电机的磁极位置，包括增量编码器、绝对编码器、正弦/余弦编码器、旋转变压器等。很多情况下，编码器是集成的进入电机中，因此在安装编码器时，必须注意编码器相位的调整。事实上，需要保证编码器的零脉冲与磁极方向一致。

对于输出信号为方波信号的增量编码器，除了两相正交方波脉冲输出信号A、B和零信号Z外，还有电子换相信号U、V、W，分别为120 彼此不同。U、V、W每转的周期数与电机转子磁极对数一致。带换向信号的增量编码器U、V、W信号相位与转子磁极相位的对准方法如下：

用直流电源向电机UV绕组U in、V out通小于额定电流的直流电流，使电机轴定向到平衡位置；

用示波器观察编码器的U信号和Z信号；

调整编码器轴与电机轴的相对位置；

调整时，观察编码器U信号和Z信号的跳变沿，直至Z信号稳定在高电平（此处Z信号默认状态为低电平），锁定编码器与Z信号的相对位置关系。电机；

前后扭转电机轴。松开手后，如果每次电机轴自由返回平衡位置时，Z 信号都能稳定在高电平，则对中有效。

对于具有C和D通道的编码器，除了上述正交的正弦和余弦信号外，它们还具有相互正交的1V（峰峰值）正弦形C和D信号，这些信号仅在一个信号周期中出现圆圈。信号，如果C信号是正弦波，那么D信号是余弦波。另外，带有C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供更高的每转绝对位置信息，如每转2048个绝对位置。因此，带有C、D信号的正弦/余弦编码器的C、D信号正弦/余弦编码器可以看作是模拟单圈绝对值编码器。该编码器的极点排列如下：

用直流电源向电机UV绕组U in、V out通小于额定电流的直流电流，使电机轴定向到平衡位置；

用示波器观察正余弦编码器的C信号波形；

调整编码器轴与电机轴的相对位置；

调整时，观察C信号波形，直至过零点由低到高准确出现在电机轴的方向平衡位置，锁定编码器与电机的相对位置关系；

前后扭转电机轴。松开手后，如果每次电机轴自由返回到平衡位置时都能准确再现过零点，则对中是有效的。

对于没有C、D通道的编码器，可以在磁极位置处读取编码器的实际反馈位置值，然后将该值写入编码器的内部存储器，例如EnDat模式的绝对编码器。

对于旋转编码器，有两组正弦和余弦线圈（90相位差）。当转子感应出高频信号时，它随电机旋转并在定子上感应出正弦和余弦信号。根据正弦和余弦波形，可以计算出角，从而确定转子的位置，如下图所示。

旋转变压器极位置对准

调整方法：将示波器的一个通道接旋转变压器的定子电压信号，另一通道接编码器位置信号。利用其他装置带动电机旋转，使电机处于发电状态。调整编码器位置，使其位于定子电压零点。此外，还可以通过验证旋转变压器正弦信号包络的零交叉点与电机UV线反电动势波形的零交叉点从低到高一致来实现对准。

编码器乘法器

编码器的脉冲数决定了位置控制和速度控制的精度。对于2048脉冲的编码器，在不倍频的情况下，每个脉冲对应的精度为0.175。因此，这种编码器反馈的位置精度必须大于0.175，很难实现精确定位。要求控制精度高、响应速度快的精密仪器伺服系统需要更高的编码器分辨率。

无论编码器信号是正弦信号还是脉冲信号，信号都可以进一步细分，即倍频。倍频是通过编码器信号接收装置对编码器的每个脉冲进行进一步细分。通过正弦和余弦信号的高倍细分技术，正弦/余弦编码器可以获得比原始信号周期更精细的标称值。检测分辨率，例如2048线的正弦/余弦编码器细分到2048后可以达到每转400万线以上的标称检测分辨率。目前很多欧美伺服厂商都提供这种高分辨率的伺服系统，但国内厂家还很少见。

对于分割，也存在错误。细分误差不仅影响电机的定位精度，还会给电机带来高频噪声信号。例如，Johannes Heidenhain 撰写的《用于伺服驱动器高动态性能的旋转编码器》一文中，进一步分析了细分误差的影响。

编码器特性参数

通常，编码器的特性参数包括分辨率、最大支持速度、精度和工作电压。增量编码器的参数包括最大扫描频率，绝对编码器还有传输速率和通信位数。增量编码器的特性参数如下表所示。

增量式编码器特性参数

绝对式编码器的特性参数如下表所示。

带通讯绝对式编码器特性参数

几种编码器的特点如下图所示。

几种编码器的特点

驱动器与编码器的连接

(1) 西门子S120

S120是西门子新一代驱动产品，既可以驱动伺服轴，也可以驱动矢量轴。驱动矢量轴时，对于DC/AC设备，可以通过SMC30连接TTL/HTL和SSI接口编码器接收；对于AC/AC设备，有专用的脉冲编码器接口X23来接收编码器信号。用于伺服控制时，可连接的编码器类型包括旋转变压器、增量（正弦/余弦）编码器和绝对值编码器。

S120的控制单元CU320可以与其他模块实现Drive-CLiQ通信，可以直接从西门子生产的具有Drive-CLiQ接口的电机读取数据，如下图所示。

带Drive-CLiQ 接口的电机连接图

对于没有Dirve-CLiQ接口的编码器，驱动器可以通过接口模块SMC接收编码器信号，如下图所示。

3 种编码器适配器SMC

补充：Sinamics G150变频器可以通过SMC30连接编码器实现矢量控制。连接方法如下图所示。

不带Drive-CLiQ 接口的电机连接图

此外，还可以通过SME接口模块接收未集成在电机中的编码器。下图是三个SME接口的示意图。

编码器接收适配器SME

外部编码器接口的电机连接图如下图所示。

外部编码器接口电机连接图

2）编码器配置

当编码器集成到西门子电机中时，带有Drive-CLiQ 接口的电机将电机和编码器数据存储在电机内部嵌入的芯片上。因此，在配置过程中，只需选择Drive-CLiQ接口即可。读。下图显示了Starter 中的电机配置。

启动器中的电机配置

对于没有集成Drive-CLiQ 接口的电机，选择电机后，还必须根据电机订单号选择相应的编码器。下图显示了Starter 中的编码器配置。

Starter 中的编码器配置

对于不带集成编码器的电机或非西门子电机，需要单独设置编码器数据。下图是Starter中第三方编码器的配置。

Starter 中的第三方编码器配置

除了旋转编码器之外，S120 还可以接收线性编码器的信号，通常与线性电机配合使用。线性编码器也分为绝对式和增量式，参数设置与旋转编码器类似。

(3) 带Profibus-DP接口的编码器

除了常规接口编码器外，西门子还为用户提供带有Profibus-DP接口的编码器，即集成脉冲接收和处理电路的编码器。该编码器可通过从站与Profibus-DP主站进行通讯。此时编码器作为标准从站，通过报文与主站交换数据。硬件配置如下图所示。

编码器作为从站的硬件配置

审稿人：刘庆