前言

眾所周知，對于伺服控制系統都需要配備速度反饋及位置反饋的編碼器，我們在選擇編碼器時(shí)，不僅要考慮編碼器的類(lèi)型，還要考慮編碼器的接口、分辨率、精度、防護等級等方面，以滿(mǎn)足用戶(hù)的控制要求。尤其是編碼器的分辨率和精度與運動(dòng)控制有著(zhù)密切的聯(lián)系，今天我們就跟大家聊聊伺服編碼器的分辨率和精度。

分辨率(resolution)

分辨率是指編碼器每個(gè)計數單位之間產(chǎn)生的距離，它是編碼器可以測量到的最小的距離。

對于旋轉編碼器來(lái)說(shuō)，分辨率一般定義為編碼器旋轉一圈所測量的單位或者脈沖(如,PPR)。而對于直線(xiàn)編碼器來(lái)說(shuō)，分辨率常常被定義為兩個(gè)量化單位之間產(chǎn)生的距離，通常給定的單位是微米(μm)或者納米(nm)。

絕對值編碼器分辨率一般被定義為位的形式，因為絕對值編碼器輸出是基于編碼器實(shí)際位置的二進(jìn)制“字”。一位是一個(gè)二進(jìn)制單位，如16位等于216，或者65536。因此，一個(gè)16位編碼器每圈提供65536個(gè)量化單位。

精度(accuracy)

精度用于衡量正常情況下實(shí)際值和設定值之間可重復的平均偏差的量值，對于旋轉編碼器來(lái)說(shuō)，一般被定義為角秒或者角分，同時(shí)對于直線(xiàn)編碼器來(lái)說(shuō)精度一般為微米。

一個(gè)很重要的需要注意的一點(diǎn)是，高的分辨率并不代表高的精度。例如，兩個(gè)同樣精度的旋轉編碼器,一個(gè)分辨率是3600 PPR, 而另外一個(gè)是10000 PPR。低分辨率的編碼器(3600 PPR)可以提供 0.1°的測量距離，而高分辨率的編碼器可以提供一個(gè)更小的測量距離，但是二者的精度是相同的，高分辨率編碼器僅僅是具有將0.1°縮小到更小的增量距離的能力。

編碼器分辨率和精度是兩個(gè)獨立的概念，如上圖所示，兩個(gè)編碼器具有相同的分辨率(24PPR)但是具有不同的精度。

當我們討論精度的時(shí)候，一般還會(huì )涉及到另外一個(gè)編碼器的性能指標—“可重復性”。精度是指測量值與真實(shí)值之間的接近程度，不與標準進(jìn)行比較，精度就無(wú)從談起。“可重復性”是指在外部狀態(tài)不變的情況下，重現相同結果的能力。某些情況下, “可重復性”可能比精度更加重要。這是因為，如果系統具有可重復性，那么可以通過(guò)補償取消掉誤差。一般來(lái)說(shuō)編碼器的可重復性被定義為編碼器精度的倍率，常常是5到10倍的編碼器精度值。

下邊我們通過(guò)一幅圖來(lái)感受一下三者的關(guān)系：

而我們通常討論精度的時(shí)候，常常將“精度”和“可重復性”二者合二為一，我們往往認為精度更傾向于用“真實(shí)度”來(lái)表示。當我們討論精度時(shí)往往指的是“可重復性高的高精度”。

影響編碼器分辨率的因素

 一個(gè)編碼器的分辨率依賴(lài)于其編碼器的刻線(xiàn)數(增量編碼器)或者編碼器碼盤(pán)模式(絕對值編碼器)。一般來(lái)說(shuō)，分辨率是一個(gè)固定值，一旦編碼器被制造出來(lái)就沒(méi)辦法再增加刻線(xiàn)數或者編碼。但是增量編碼器可以通過(guò)信號細分來(lái)增加分辨率，例如，方波增量編碼器(HTL/TTL)輸出增量方波信號，通過(guò)每次記錄每個(gè)增量通道(信號A)的上升沿和下降沿，可以提高兩倍的編碼器分辨率。這樣當我們記錄兩個(gè)通道(信號A和B)的上升沿和下降沿時(shí)，我們可以提高四倍的編碼器分辨率(4倍頻)，如下圖所示。

對于采用sin/cos信號的編碼器，相對于方波信號，我們可以通過(guò)θ來(lái)對電信號進(jìn)行細分以提供更高的分辨率，如下圖所示。

影響編碼器精度的因素

當編碼器的線(xiàn)數和測量單位確定以后，精度受到這些刻線(xiàn)或者測量單位的寬度和間距的影響，不一致的寬度或者間距會(huì )導致脈沖的誤差。同時(shí)，一些外部因素同樣會(huì )影響編碼器的精度。旋轉編碼器的精度主要取決以下幾方面：

1)  徑向光柵的方向偏差

2)  刻線(xiàn)碼盤(pán)相對軸承的偏心

3)  軸承徑向偏差

4)  與聯(lián)軸器的連接導致的誤差

對于直線(xiàn)編碼器來(lái)說(shuō)，由于溫度引起的刻線(xiàn)和安裝表面的擴張同樣會(huì )影響編碼器的精度，一致的寬度和測量間隙是影響增量編碼器精度的關(guān)鍵因素。 

對于伺服電機編碼器來(lái)說(shuō)，分辨率與精度的關(guān)系非常容易讓人混淆。精度主要取決于編碼器的制造工藝，而分辨率可以通過(guò)細分來(lái)提高，但不是說(shuō)高的分辨率就代表編碼器可以達到高的精度。例如:通過(guò)使用sin/cos增量信號，西門(mén)子伺服電機編碼器可以將分辨率提高到高達24位(分辨率16777216)，轉換后編碼器可以描述的最小單位為0.07角秒,但是其物理精度僅僅可以達到±40角秒，分辨率能提供的精度遠大于編碼器的實(shí)際物理精度。

但是對于使用HTL或者TTL類(lèi)型的西門(mén)子伺服電機編碼器來(lái)說(shuō)，分辨率只能提高4倍。如 1024 SR或者2048 SR類(lèi)型編碼器，可提供的最高分辨率為 4096 或者 8192，轉換后編碼器可以描述的最小單位為 5.27角分或者 2.63角分，但是其物理精度可以提供達到±1角分, 分辨率提供的精度小于編碼器的實(shí)際物理精度。

文章來(lái)源：西家傳動(dòng)