电机速度位置控制与光电值编码器

*，电机的自动控制对象要主要三个是扭矩，速度，位置。

扭矩涉及的是驱动电流控制，本文仅谈速度与位置自动控制离不开的旋转编码器。

旋转编码器的主要作用是通过光电磁作用，将转轴的角度转化数字或模拟信号，反馈回控制系统中，起着传感器的作用。

常见的旋转编码器有增量编码器，霍尔编码器，磁编码器，光电编码器；

这里略谈光电编码器的速度.

目前的光电编码器能反馈单圈值值和多圈值值数字信号，单圈值就是转轴旋转一圈360角度按分辨率编码的值，换言之，360度角可分解为2的N次方个值，这个N就是编码器的比特数，17比特就是2的17次方，23比特就是2的23次方,25比特就是2的25次方的精度，换句话来说，单个一圈360度角<一度（°）＝60角分（′）＝3600角秒（〃）>

可以细分为 2的N次方分之一，您看，这是不是精密的电机转轴角度？

同时，通过rs485通讯口和高 波特率<2.5M/s或更高>，能实时反馈报告这些值给CPU 转轴的角度信息，实现速度控制；多圈值是转轴转了多少圈的值，也是2的M次方编码. 再加上多圈值反馈，不就知道转轴的位置信息，即使突然断电，只要记录单圈值和多圈值位置，也能下次开电机时恢复上次电机的位置。精加工电机是有这方面的要求的；

设计会遇到的问题

一）如何实现编码器实时通讯报告CPU角度？

多比特位数字并口虽然理想，够快，但存在:

1)可靠性差问题，多线束通讯，只要有一根线断或脱焊，编码器就不能用，何况电机工作环境多半恶劣振荡。

2)PIO 端口资源占用过多，故绝多数光电编码器都是高速比特率串口通讯<2.5M/s，5M/s或更高>

要实时接收这些值，CPU 通讯要注意的要点：

1）串口通讯波特率要求匹配，CPU 串口时钟要满足波特率要求，不要用低频时钟；

2）串口接收发送数据，命令时间长度，建议不能超过波特率设置周期长度的1/5；

3）其他中断处理不能过长时间，避免影响串口接收/发送；

二）编码器精度检测方法：

完成CPU与编码器通讯后，固定定编码器在电机转轴上，设置电机在固定转速运行，收集单位时间内电机单圈数原始值，

1）角速度计算： 计算相邻数据增量差值 即单圈数增量，除以时间，不就是角速度吗？注意单圈值，是16进制值，从零到2的N次方，每转一圈又重复从零到2的N次方。

2）角速度偏差，再次计算相邻数据增量差值的差值， 就可以得到相邻速度偏差大小了，就这么简单。

如过通过上传数据到上位机，在波形图上显示，就更直观看到速度波动图了。

设置不同电机速度，来测试各个速度<例如 30 ,100,200，500,800，1000,2000，3000,6000 rpm>上的速度偏差。

比较不同品牌的相同比特率编码器在相同速度点上的速度偏差值大小，不就知道编码器精度优劣了，当然，速度波动小的编码器就是好的编码器。

三）编码器选择要点：

电器参数要求：1）分辨率越高越好。

              2）误差越小越好；

                 如相邻节距误差<adjioning pitch error>；+-小于60” ，

                 累计节距误差<acumulated pitch error>；越小越好 +-小于100”

              3）大值越大越好

              4）功率匹配就好

四）光电编码器 使用注意事项：

与转轴固定要求一般厂家都有安装说明规定，这里不述。

光电编码器里面是光电盘编码，要密封，有IP密封值，如果被油水尘污染的话，光电编码器虽有反馈值，事实是不对的，光电编码器就报费了。事实上很多厂家将低IP值的光电编码器用在易被污染的环境下，所以要匹配IP值。过热温度：一般不低于90度C。

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