如何理解亨士樂(lè)電機(jī)編碼器的開環(huán)與閉環(huán)控制？

在探討電機(jī)控制時(shí)，開環(huán)控制和閉環(huán)控制是兩種主要的方法。開環(huán)控制意味著系統(tǒng)的輸出信號(hào)不會(huì)對(duì)控制作用產(chǎn)生反饋影響，而閉環(huán)控制則是將Hengstler編碼器的輸出信號(hào)直接或間接地反饋到輸入端，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，從而參與控制過(guò)程。

圖為亨士樂(lè)RI41輕載增量編碼器在伺服系統(tǒng)中的使用照片

過(guò)去，許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用開環(huán)速度控制，特別是當(dāng)變頻電壓應(yīng)用于逆變器并采用脈沖寬度調(diào)制時(shí)。這種控制方法常見(jiàn)于較低性能的應(yīng)用中，并且無(wú)需編碼器。然而，隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于高效率、低能耗和更精準(zhǔn)控制的需求增加，編碼器與電機(jī)的結(jié)合變得日益緊密。

閉環(huán)電機(jī)控制與位置編碼器

不使用編碼器的開環(huán)控制存在明顯的局限性。由于缺乏反饋機(jī)制，電機(jī)所能達(dá)到的速度精度有限；同時(shí)，由于無(wú)法優(yōu)化電流控制，電機(jī)的效率難以達(dá)到高水平；此外，瞬態(tài)響應(yīng)的嚴(yán)格限制也是必要的，否則電機(jī)可能會(huì)丟步。因此，許多現(xiàn)代電機(jī)應(yīng)用逐漸放棄了開環(huán)控制，包括那些過(guò)去大量使用開環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)，如今也能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。

閉環(huán)電機(jī)控制通過(guò)提高電機(jī)和終端設(shè)備的使用效率，不僅提升了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，滿足了嚴(yán)苛應(yīng)用對(duì)質(zhì)量和同步功能的要求，還實(shí)現(xiàn)了顯著的能源節(jié)約。在閉環(huán)電機(jī)控制反饋系統(tǒng)中，功率級(jí)的功率逆變器、高性能位置檢測(cè)以及電流/電壓閉環(huán)反饋相互協(xié)作，共同提升了電機(jī)的性能和效率。

電機(jī)編碼器作為伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，對(duì)于決定伺服系統(tǒng)的性能上限起著至關(guān)重要的作用。它通過(guò)跟蹤旋轉(zhuǎn)軸的速度和位置來(lái)提供閉環(huán)反饋信號(hào)。光學(xué)和磁編碼器技術(shù)是兩種廣泛使用的編碼器類型。在通用伺服驅(qū)動(dòng)器中，編碼器用于測(cè)量軸位置，進(jìn)而推算出驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速。

光學(xué)編碼器由帶有精細(xì)光刻槽的碼道和碼盤組成，當(dāng)光線穿過(guò)或反射自圓盤時(shí)，光電二極管傳感器會(huì)檢測(cè)到光的變化，并將模擬輸出經(jīng)過(guò)放大和數(shù)字化處理后反饋給控制器。而磁編碼器則利用安裝在電機(jī)軸上的磁傳感器，提供正弦和余弦模擬輸出，這些輸出經(jīng)過(guò)放大和數(shù)字化處理后用于控制。

亨士樂(lè)編碼器關(guān)鍵性能指標(biāo)

不論是光電編碼器還是磁編碼器，它們都可以分為增量式和絕對(duì)值式兩種類型。增量式編碼器提供的信號(hào)只表示位置的變化，而絕對(duì)式編碼器則能同時(shí)表示位置的變化和提供絕對(duì)位置指示。

在選擇編碼器時(shí)，分辨率是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。它指的是電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)360°時(shí)編碼器可以區(qū)分的位置數(shù)量。光學(xué)技術(shù)常用于實(shí)現(xiàn)最高分辨率的編碼器，而磁編碼器或光學(xué)編碼器可用于中高分辨率，中低分辨率編碼器則可能采用旋變器或霍爾傳感器。高分辨率的編碼器更適合用于需要高精度的閉環(huán)控制。

除了分辨率，Hengstler編碼器的選擇還需考慮其在位置和速度反饋中的應(yīng)用。對(duì)于位置控制，絕對(duì)精度至關(guān)重要，以確保每個(gè)位置和每個(gè)輸出信號(hào)與實(shí)際位置相匹配。而速度控制則更依賴于差分精度。

此外，可重復(fù)性也是一個(gè)值得關(guān)注的指標(biāo)，它表示編碼器在多次返回到同一指令位置時(shí)的一致性。在需要執(zhí)行大量重復(fù)任務(wù)的閉環(huán)控制應(yīng)用中，編碼器的可重復(fù)性是一個(gè)關(guān)鍵的性能參數(shù)。

綜上所述，選擇編碼器時(shí)需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和運(yùn)動(dòng)類型來(lái)確定，同時(shí)結(jié)合分辨率、絕對(duì)精度、差分精度和可重復(fù)性等因素，為位置控制和速度控制選擇適當(dāng)?shù)木幋a器。

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