关于光电编码器和旋转变压器应用

shanhua

通过最近的了解，我发现光电编码器精度是比旋变精度高的，但是在高精度应用环境中为什么大部分都用的是旋转变压器类呢？
是什么原因不用高精度光电编码器。
抛开价格原因，是什么阻止了光电编码器的应用？

cne53102

光电编码器会灰尘很敏感，进一点油污或灰尘就会出问题。
线数越高的光电编码器就越脆弱，有些码盘还是玻璃的，可能会碎，而旋变可靠性就高一些。
旋变不一定分辨率比光电的低，光电的是多少线就多少线，这个定死了，而旋变是正弦信号的，它的分辨率完全看电路部分，ADC分辨率高，它就高，而且为了追求速度，可以动态的调整分辨率，在成本不变的情况下牺牲一些精度以达到更高的响应速度。
如果以牺牲速度为代价获取精度的话，旋变的分辨率可以轻松超越光电编码器

Edwin_Sun

按照我的经验，高精度伺服领域光电编码器的应用是很普遍的，现在我知道的高一些的可以达到32bit，常见23bit左右，主要问题是温升和抗震性吧

旋变对制造工艺要求很高，但可以承受的温升和振动较大，现常用于电动汽车上，其它低端的伺服也有些应用，常见的精度如多摩川的配合其自己的R2D之后一般在10bit到16bit，再高的我没见过。

shanhua

cne53102 发表于 2016-3-18 14:14
光电编码器会灰尘很敏感，进一点油污或灰尘就会出问题。
线数越高的光电编码器就越脆弱，有些码盘还是玻璃 ...

谢谢你的回答。
其实也就是说，在电机振动比较小的情况下。可靠性是阻止光电编码器在高精度场合的应用主要原因。
你说的到提醒我了，我对旋变有一点不理解的是速度跟旋变的精度有什么关系？

shanhua

Edwin_Sun 发表于 2016-3-18 16:34
按照我的经验，高精度伺服领域光电编码器的应用是很普遍的，现在我知道的高一些的可以达到32bit，常见23bit ...

谢谢你的回答。
我可以理解为位数Bit即决定了精度？
我还有一个问题是关于旋变文献中提到双通道旋转变压器精度很高，用于航空航天等等场合。既然光电可以做这么高为什么不用光电而用旋变呢？

cne53102

shanhua 发表于 2016-3-18 19:38
谢谢你的回答。
其实也就是说，在电机振动比较小的情况下。可靠性是阻止光电编码器在高精度场合的应用主 ...

最主要的区别在于可靠性，至于精度，其实大多数地方用不到那么高的精度。
光电编码器的精度受限于码盘，速度受限于光电元件。
旋变精度受限于其自身结构和电子器件的精度。
旋变的话信号是正弦的，读它就像示波器那样，所以你电路给力的话，分辨率和速度都可以高。
电路是可变的，我可以在低速时使用24位对它的信号采样，这样分辨率非常高，但是一般的分辨率ADC速度较慢。
如需要高速，又不想成本太高，那可以用8位的ADC，这样采样速度飞快。
实现动态的变位数也是可以的，高速模式用低分辨率的，低速模式用高分辨率的。

位数决定分辨率，而不是精度。
精度与分辨率是不一样的。

像24位的，可以表达2^24次方，16777216个位置，这是不是比光电高得多呢？

航空航天场合很重要，总不能码盘上落个灰，飞机就掉下来吧？旋变的话不会的。

shanhua

cne53102 发表于 2016-3-18 21:35
最主要的区别在于可靠性，至于精度，其实大多数地方用不到那么高的精度。
光电编码器的精度受限于码盘， ...

非常感谢专业的回答。
我想我基本对这个有所了解了。

Edwin_Sun

cne53102 发表于 2016-3-18 21:35
最主要的区别在于可靠性，至于精度，其实大多数地方用不到那么高的精度。
光电编码器的精度受限于码盘， ...

老大，不管光电编码器还是旋变，用的时候一般都有壳子的，都有防护等级要求的，到IP68两者都是没问题的。。。什么叫落灰。。。

市面上常用的就是多摩川的旋变，精度一般在12位，不知道兄台能否推荐个厂家的旋变+RDC芯片能达到你算的24位精度？我可以联系下厂家，这个我们产品里用的蛮多的。

低精度8位的AD，没用过，采过来要算两个乘法，再做比较，不知道里面的积累误差多少。。。兄台有没有和12位的AD比较过误差？

Edwin_Sun

shanhua 发表于 2016-3-18 19:50
谢谢你的回答。
我可以理解为位数Bit即决定了精度？
我还有一个问题是关于旋变文献中提到双通道旋转变 ...

位数决定了精度

你看的文献是南航写的吧。。。南航的特点就是什么什么电机，适合用于航空航天；什么什么电力电子，适用于航空航天；什么什么控制，适用于航空航天。。。

cne53102

Edwin_Sun 发表于 2016-3-21 13:07
老大，不管光电编码器还是旋变，用的时候一般都有壳子的，都有防护等级要求的，到IP68两者都是没问题的。 ...

不要依赖那个壳子，有些场合出了问题就惨了，旋变本身是抗污的，编码器不是，落灰指的是码盘。

达不到24位的精度，位数决定分辨率，而不是精度。精度与分辨率是不一样的。

旋变本身精度是多少，你最高也就只可能达到多少。

这就像一把分辨率0.02的卡尺，误差±0.1一样，这是两回事。

8位AD确实会导致整体误差增大，这是为了获取更高速度的代价，此时追求的是速度，精度是不考虑的，鱼和熊掌不可兼得呀（受限的情况下）。

吐泡泡的鱼

非常好的解答，回答了我今天的疑问！！

baton400

光电编码器除了码盘里面还有一些芯片处理信号的，所以耐高低温性能差，一般也就-20度---90度或110度

航空航天的话轻松就零下60了，零上150度貌似也有可能，所以光电编码器就不行了。旋变比较抗造。

Edwin_Sun

cne53102 发表于 2016-3-18 21:35
最主要的区别在于可靠性，至于精度，其实大多数地方用不到那么高的精度。
光电编码器的精度受限于码盘， ...

不知道兄弟对旋变解码器里面一个参数settling time有没有研究？这个对实际系统有什么影响？感觉这个时间会限制你的最高转速，不知道对不对

cne53102

Edwin_Sun 发表于 2016-11-30 16:38
不知道兄弟对旋变解码器里面一个参数settling time有没有研究？这个对实际系统有什么影响？感觉这个时间 ...

ADI对在其旋变解码器即RDC中“settling time”“建立时间”或“稳定时间”的定义是：特定分辨率下针对 179°步进变化（阶跃）的转换器响应时间。
另外，在系统启动或重启时，输出位置也需要一段建立时间，是不能立即得到位置信息的。

我认为可以简单理解为一个延迟，或者是解码器的响应速度，是评价解码器性能的一个参数。
这个参数会影响最高转速，但实际上限制最高转速的应该是解码器中跟踪环路的性能。我的理解是，有点延迟不要紧，也许还可以通过软件修正，但位置跟丢了，那完蛋了。

解码芯片的速度还是很快的，就一般的应用范围内而言，应该不至于受到这一参数的限制。

Edwin_Sun

cne53102 发表于 2016-11-30 17:34
ADI对在其旋变解码器即RDC中“settling time”“建立时间”或“稳定时间”的定义是：特定分辨率下针对 17 ...

那一个settling time 5ms的RDC，加上一个1对极的旋变，最高转速可以理解为必须小于0.5r/5ms=100rps=6000rpm么？或者超过6000rpm，延迟会很大，必须做补偿？有点搞不明白啊，书本里讲的也比较少

cne53102

Edwin_Sun 发表于 2016-12-1 09:34
那一个settling time 5ms的RDC，加上一个1对极的旋变，最高转速可以理解为必须小于0.5r/5ms=100rps=6000r ...

仅个人理解，没有做过这样的实验。

我的理解是，在那个5ms内，位置变化超出一个（应该说半个？）“周期”的话，会丢失位置，如果没超过的话，最终停下来的位置是正确的，但在这之前，它在到达我们期望位置的路上是没有精度可言的。

如果说补偿，也只能是在很有限的情况下进行补偿，或者说是根据速度在旋变没有报告正确位置之前猜测此时的位置。
说“很有限”是因为这个解码器它不是模拟电路，它数字电路是有时钟的，所以不只是延迟的问题，它看不到过快的变化。

过快的拉动（大幅度敲动）数显游标卡尺可以很方便的看到类似的问题，它跟踪的位置丢失之后，输出的数据总是错开一个或多个栅距。

所以我认为要提高速度，就要牺牲分辨率，或者说，在高速情况下牺牲分辨率，而这样的设计，就不能使用已有的那些RDC芯片，多个ADC+FPGA或CPLD应该是个好选择，之前本要做这个东西的，但现在卡在电机本体设计上，这个一直放置着没有搞。

Edwin_Sun

cne53102 发表于 2016-12-1 11:21
仅个人理解，没有做过这样的实验。

我的理解是，在那个5ms内，位置变化超出一个（应该说半个？）“ ...

我们关于settling time的理解差不多，只是我要说服别人，就需要拿出一些专业的文章或者书籍里的东西，特别是一些实测数据，暂时还没找到呢

多摩川的专利里，与你的想法相同，也是速度与分别率是相左的，速度高了，分辨率就要下来

cne53102

Edwin_Sun 发表于 2016-12-1 13:14
我们关于settling time的理解差不多，只是我要说服别人，就需要拿出一些专业的文章或者书籍里的东西，特 ...

嗯这是个麻烦的问题，但有时却也不得不为此浪费些时间。

盛茂

光电编码器在伺服电机行业很广的。旋转变压器也有应用，比如ABB伺服。确实光电弱些，很多恶劣场合还是用旋转变压器；但也得看电机整体防护等级。

asus123098

好好学习，天天向上