伺服電機編碼器基礎簡介

1 什么是伺服電機編碼器

伺服電機編碼器是安裝在伺服電機上用來測量磁極位置和伺服電機轉角及轉速的一種傳感器，從物理介質的不同來分，伺服電機編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器，另外旋轉變壓器也算一種特殊的伺服編碼器，市場上使用的基本上是光電編碼器，不過磁電編碼器作為后起之秀，有可靠，價格便宜，抗污染等特點，有趕超光電編碼器的趨勢。

編碼器類型非常多，最常用的是絕對值編碼器、增量編碼器和旋轉變壓器，還有一些更高的通訊編碼器。對于伺服來講，要想獲得非常高的性能和精度，必須提高編碼器的分辨率，常用的伺服編碼器2000－2500線（脈沖數/轉），但線數越高，編碼器價格就越貴，所以必須了解控制系統的要求，以選擇最合適的編碼器。

對于增量性編碼器，最為常用，但最大的問題是：掉電位置丟失，所以要保持掉電位置，可以采用絕對值編碼器；如果機械振動大，則選用光電編碼器就不合適了，這是需采用旋轉變壓器或者磁性編碼器。

編碼器示意圖

2 伺服電機和編碼器的關系

伺服驅動器和編碼器是構成伺服系統的兩個必要組成部分，伺服驅動器控制部分通過讀取編碼器獲得：轉子速度，轉子位置和機械位置，可以完成：

伺服電機的速度控制

伺服電機的轉矩控制

機械位置同步跟蹤（多個傳動點）

定點停車

伺服電機和編碼器的關系圖

3 光編碼器特點和應用要點

光學編碼器一直都是運動控制應用市場的熱門選擇。它由LED光源（通常是紅外光源）和光電探測器組成，二者分別位于編碼器碼盤兩側。碼盤由塑料或玻璃制成，上面間隔排列著一系列透光和不透光的線或槽。碼盤旋轉時，LED光路被碼盤上間隔排列的線或槽阻斷，從而產生兩路典型的方波A和B正交脈沖，可用于確定軸的旋轉和速度。

光編碼器靠旋轉碼盤和光收發器配合工作。它們的距離非常近，但又不能接觸。但是在振動下和結構的間隙變大的情況下，碼盤會和光收發器碰撞。當光編碼器的運動部件互相撞擊后，它們的位置就發生了變化從而導致精度降低。

光編碼器必須在無塵的環境里生產，任何粉塵掉在碼盤上，光編碼器就失效了。通過嚴格的密封，通常光編碼器要在軸承，外殼和接線處密封。但是密封非常容易受溫度影響。由于環境和編碼器自身的發熱，當溫度高時編碼器里面的空氣和水汽被排出，當溫度低時外界的空氣和水汽又被吸入。這些水汽凝結在碼盤上直接導致光編碼器的失效。

光編碼器示意圖

4 磁性編碼器的特點和適用場景

磁性編碼器的結構與光學編碼器類似，但它利用的是磁場，而非光束。磁性編碼器使用磁性碼盤替代帶槽光電碼盤，磁性碼盤上帶有間隔排列的磁極，并在一列霍爾效應傳感器或磁阻傳感器上旋轉。碼盤的任何轉動都會使這些傳感器產生響應，而產生的信號將傳輸至信號調理前端電路以確定軸的位置。相較于光學編碼器，磁性編碼器的優勢在于更耐用、抗振和抗沖擊。而且，在遇到灰塵、污垢和油漬等污染物的情況下，光學編碼器的性能會大打折扣，磁性編碼器卻不受影響，因此非常適合惡劣環境應用。

不過，電機（尤其是步進電機）產生的電磁干擾會對磁性編碼器造成極大的影響，并且溫度變化也會使其產生位置漂移。此外，磁性編碼器的分辨率和精度相對較低。

另外，磁性編碼器響應速度較慢，不能勝任高速運動負載的位置反饋。因此，磁性編碼器適用于如下應用場景：

定位精度要求不高的點對點往復定位，例如物料搬運，物料分揀，大型設備定位控制，一般機器人定位。

速度波動要求不高的連續運轉，例如AGV車輪，輸送帶傳輸，變頻電機反饋。

單向高速運行，例如電主軸。

負載慣量比較小的運動控制場景。

步進電機和無刷電機的反饋。

磁性編碼器示意圖

審核編輯：湯梓紅