编码器是用来干嘛的（编码器有什么作用）

理查德安斯洛和迈克尔杰克逊

据估计，电动机消耗了世界发电量的50% 左右，这使其成为可持续发展的明显目标，而编码器将在实现这一目标中发挥关键作用。本博客系列将回答有关电机编码器的一些最常见问题，涵盖编码器技术（包括相对优缺点）、特定于应用的性能指标和规格、信号链电子器件和电机控制设计挑战，并探讨一些新兴趋势。第一篇博客探讨了运动控制应用不断变化的性质如何推动对高性能电机编码器的需求，并比较了不同类型编码器技术的优势。

开环和闭环电机控制

近几十年来，工业旋转设备经历了从并网电机到逆变器驱动电机的稳定但重大的转变。随着电机驱动的终端设备变得更加高效，这会节省大量的工艺成本和能源。开环电机速度控制可以通过向电机施加变频电压（通过逆变器上的脉宽调制）来实现。这种方法在稳态或缓慢变化的动态条件下工作得很好，并且在使用开环速度控制的低性能应用中的许多电机驱动器中都可以找到。然而，这种方法也有几个缺点：

由于没有反馈，电机速度精度受到限制

由于无法优化电流控制而导致电机效率低下

必须严格限制瞬态响应，以防止电机失去同步

通过将功率逆变器与高性能电机速度/位置传感和功率级的电流/电压闭环反馈相结合，可以显着提高电机性能和效率（图1）。实施这种方法需要电机编码器，但即使在最苛刻的应用中，也能提供更高质量的电机控制性能和同步。

图1 闭环逆变器供电的电机控制反馈系统

编码器有什么作用？

编码器跟踪旋转轴的速度和位置——可以在闭合反馈环中提供的信息。在通用伺服驱动器中，编码器测量轴位置，还可以推断速度。编码器提供机器人和离散控制系统所需的精确且可重复的轴位置信息。

主要的编码器技术有哪些？

带有光学或磁性传感器的编码器是使用最广泛的编码器，但也可以使用电容式编码器。

光学编码器（图2）通常由不透明玻璃（或塑料）圆盘组成，圆盘上有细小的透明光刻凹槽，连接到旋转轴上。当磁盘旋转时，LED 发出的光要么被阻挡，要么被允许通过插槽。光电二极管检测到这种光并将其转换为电信号，该信号被放大和数字化并通过有线电缆发送到电机控制器。光学编码器具有高分辨率和高精度，但容易受到灰尘和污垢的影响，从而遮挡光源。此外，它们的玻璃或塑料结构使其容易受到强烈振动和高温的影响。

图2 使用光学传感器的电机编码器

磁性编码器（图3）由具有交替磁极的旋转金属盘和霍尔效应或磁阻传感器组成。它的工作原理是检测磁盘旋转时磁通量场的变化。磁场传感器提供正弦和余弦模拟输出信号，这些信号在发送到控制器之前经过放大和数字化。与光学编码器相比，磁性编码器在存在油和污垢等污染物的情况下仍能提供坚固的性能，并且不易受到冲击和振动的影响。然而，磁性编码器对电动机引起的磁干扰敏感，并且工作温度范围有限。虽然磁性编码器的性能最近有所提高，但它们通常也比光学编码器提供较低的分辨率和精度。

图3 使用磁传感器的电机编码器

审稿编辑：郭婷