工業電機效率提升的關鍵——編碼器

電子發燒友網報道（文/李寧遠）作為伺服系統中最關鍵的零部件之一，編碼器一直以來扮演著能夠決定伺服系統上限的重要角色。編碼器本質上其實也是一種傳感器，測量旋轉或者位移，并將其轉換成電信號用于確定位置、計數、速度或方向。

為了提高電機控制性能，將功率逆變器和高性能位置、電流檢測環路用于功率反饋級是必須的，否則電機性能和效率很難提高。位置和速度編碼器反饋正是工業設備提升性能的關鍵一環。

編碼器——提供準確的反饋信息

眾所周知，將變頻電壓作用域使用脈沖寬度調制的電機，可以實現對電機的開環速度控制，在逆變器處于穩態或緩慢變化的動態條件下，工況也是比較平穩的。很多相對要求不高的應用會使用這種開環的速度控制，不需要編碼器，設計相對簡單，成本也更低。

但是開環控制需要嚴格的瞬態響應來讓電機同步，而且開環控制的缺點也很明顯，因為不存在內部的反饋，對速度的控制精度很有限，而且此后操作者對受控對象的變化便不能做進一步的控制，無法優化電流控制來提高電機效率。如果僅僅是低性能的控制，那么開環比卻可以勝任

為了提高設備效率，閉環反饋被引入進來。在閉環反饋控制中，存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。自動控制建立在閉環反饋之上。

那如何提供這個閉環反饋信號，答案是編碼器?，F在應用在高精度位置編碼信號鏈的編碼器解決方案非常多。光學傳感器、旋變器、線性可變差動變壓器（LVDT）和磁傳感器（AMR、GMR、TMR、霍爾）等都有相應的應用。

這些器件的應用，為驅動器提供了位置信號，驅動器基于這些反饋信號保證電機優良的速度、轉矩輸出性能。

從低到高分辨率的編碼器選擇

一般來說，最高分辨率的編碼器使用光學技術的編碼器，而中高分辨率的編碼器使用磁或光學傳感器（磁越來越多）。中低分辨率編碼器使用旋變器（旋轉變壓器）或霍爾傳感器。

現在磁性編碼器的應用很常見，但是要說需要最高分辨率的應用，光電式對比電磁式無疑擁有更高分辨率而且結構更緊湊。光電編碼器的精度和分辨率和碼道的直接相關，增加碼道分辨率和精度就越高。不過碼道的增加和光電檢測、通孔加工等一系列高精核心技術相關，難度很高。

在中高分辨率的應用中，隨著磁編碼器技術的發展，磁編碼的應用已經成為主流。磁編碼在以往很多利用光學編碼器的應用里展現出了更耐用的特性，很多廠商有專用的感應芯片和解碼芯片，為編碼器提供ASIC級整體解決方案。不論是AMR、GMR還是TMR都已經能提供極精準且快速響應的位置傳感，最普通的霍爾也是性價比很高的選擇。

在中低分辨率應用里，旋轉變壓器是很常見的選擇，雖然其分辨率上限沒有那么高，但是在很多環境相對嚴苛的工業應用里，它倍受青睞。因為旋轉變壓器在極端環境條件（如高溫以及沖擊和振動）下非?？煽?，獨有的優勢也讓其應用非常穩定。

小結

編碼器在電機性能的升級中發揮了重要且不可替代的作用。編碼器等閉環反饋器件的應用對于工業設備來說是重要且意義重大的改變，這一改變使得電機和其他終端設備的使用效率變高，節省了大量能耗。