位置回授系統的精度基本要素

B0  2015年 10月18日 23:35


位置回授元件提供了運動控制中伺服控制的一個關鍵功能,它告知運動控制系統現在工件所在的參考位置,它的精度就決定了大部份的運動精度。

最常見的位置回授系統,我們也許聽過叫做光學尺,光學編碼器,大陸叫光柵(ㄕㄢ)尺,英文叫optical encoder或optical scale,它的精度的不完美基本上可歸因於兩個部分: 系統性的誤差與局部的線性度不良。

怎麼說系統性的精度?光學尺基本上在尺身上面具有極微小的刻畫,我們可以把它想像是一支尺的格子,每隻尺由大量的格子所堆砌成,這些尺身上的格子是在製作過程中一一刻畫上去的標記,在製作上如果刻畫的期間,負責刻畫的設備一邊移動卻一邊伴隨越來越大的移動誤差時,當然刻到尺身的格子就不盡然從頭到尾具有一致性。這樣的誤差就可以歸類為系統誤差。

另一方面,什麼是線性度(linearity)?光學尺的原理是由兩個相差固定的信號電氣角的弦波,利用三角函數的原理計算反推出一個局部位置而來,也就是前述的格子裡面透過三角函數的計算求得遠遠高於格子間距離的解析度。這個反推的過程,極為依存兩個弦波信號的完美與否,如果有絲毫偏離三角函數的不完美波形產生,那麼推估出來的局部位置就會不好,具體而言就是不線性,不線性意味著,計算出來的局部位置會有小幅度的誤差,而這樣的誤差在每個格子會週而復始地重複。

整個光學尺的精度最主要就由這兩大因素主宰,他們兩者共同貢獻了誤差或精度這個性能指標。
  • 9
  • 6382
  • 2
  • 3

B1  2015年 12月04日 14:59


光學尺要裝需要額外的花費,那為什麼現在馬達編碼器(Encoder)還沒辦法完全取代光學尺?

原 PO - B2  2015年 12月05日 23:35


很高興hckring提出了討論。為什麼旋轉馬達後面掛著的編碼器無法完全替代光學尺呢? 由於旋轉運動並不直接對應線性運動,而是由某些轉換機構的方式把轉動的運動換成線性運動,在這個轉換的過程中,可能會有程度不一的扭曲,例如皮帶與小齒輪帶動的運動轉換可能因為皮帶本身的日久運轉而有材料的劣化,可能就造成精度的變化。縱使旋轉編碼器非常精準,也會因為前述的運動轉換而被拖累,使得精度變差,所以有些設計者就希望在定位系統中多加入線性光學尺的輔助,藉以提升精度。

而如此的額外追加線性編碼器的情形,例如市面上找到的D2驅動器就具有全閉環,或是稱為Dual Loop雙迴路的功能,可以提升定位精度。

如果不想追加光學尺,又想提高精度,在該驅動器中,也有誤差補償的功能,可以解決機構本身的系統誤差,也不失為一種便宜的方案。
馬上回應....

共 2 則回應