继续哇啦之电机杂谈编码器

浅风无影

伺服电机少了编码器，就像麻辣烫少了辣，缺少了灵魂。一个好的编码器才能实现高精度的电机控制。之前想过一个问题，为什么伺服电机用的是永磁同步电机，而不是BLDC了？后来仔细看看想想到伺服是控三环的，电流环，速度环，力矩环。而BLDC由于本身的方波反电势，是很难控位置的。但是BLDC的功率密度相对更高，在做纯速度控制时是有优势的。而这种精确的位置控制控制，就需要编码器配合 PMSM来舔砖加瓦了。
现在市面上常用的编码器有绝对式，增量式的。绝对式每次直接反馈精确的位置，增量式往往反馈脉冲个数，按分辨率就可以累计得到精确位置。编码器按是否能记忆多圈位置，又分为单圈的和多圈的，多圈的编码器需要配置电池盒，这样在驱动器断电后由于本身的记忆功能也能再下次上电后得到准确的位置信息。按编码器的工作原理分，主流的编码器有光学编码器和磁性编码器，旋变等。光学编码器精度高但价格贵，因为有易污染的 码盘及里面通常有的一个精密小轴承。磁性编码器耐温高一点，价格便宜，也是非常考验信号处理算法的。旋变是耐温能力最强的，但精度比较差，通过对感生电压信号的反正切解码得到位置信息。现在机器人上的伺服电机很多用的旋变，扛足够高 的温度。编码器比较牛逼的编码器厂家诸如海德汉，多摩川，松下了。
这里想仔细说的就是磁性编码器了。磁性编码器的原理是通过设计磁场分布，然后用传感器检测，因为不同位置的磁场不同可以解算出转子的位置，这个是绝对式的。对磁场的检测使用的是霍尔传感器。在传统的磁编中，设计磁场正旋分布，成90度布置两个霍尔，转子转一圈得到的两个信号，相差90度相位，然后做反正切可以得到角度信息。为了消除误差，可以使用4个霍尔传感器，相对两个做差分得到信号，然后再做反正切计算。
为了继续提高精度，想办法构造更加复杂的磁场波形，采用更多的霍尔传感器，将采集的信号进行处理得到最终的位置信号。
从电路原理上来说其实不复杂，霍尔传感器感应出来的电压，通过运算放大器放大后经过ADC采样进入DSP运算，再由dsp按通讯协议发送到驱动器进行控制。主要的难点就在于算法了，可见做算法的人实在是太牛逼了。
对于伺服厂家来说，自己做编码器的少，主要是外购。我去年基本上就是在跟以色列折腾磁编了，不过算法是人家的，我就是一个人身传话筒，太憋屈了。还是想自己玩东西，还是自己去做电机控制好。

迷茫的维修

高人

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