一、?位置檢測元件的要求和種類(lèi)

位置伺服系統的位置控制將通過(guò)插值計算的理論位置與實(shí)際反饋位置進(jìn)行比較，并使用該差值控制進(jìn)給電機。實(shí)際的反饋位置是由一些位置感應設備收集的。這些傳感設備包括旋轉變壓器，感應同步器，脈沖編碼器，光柵，磁柵.

對于具有半閉環(huán)控制的位置伺服系統，閉環(huán)不包括機械傳動(dòng)鏈和位置傳感設備。進(jìn)紙電機或絲杠末端安裝了旋轉變壓器或高分辨率脈沖編碼器。旋轉變壓器（或脈沖編碼器）的每個(gè)角度嚴格匹配一定的運動(dòng)距離。儀器。測量電動(dòng)機或螺釘的角位移。即，間接測量運動(dòng)機構的線(xiàn)性位移。

在采用閉環(huán)控制系統的位置伺服系統的情況下，必須直接測量工作臺的線(xiàn)性位移，并且可以使用電感，柵極，磁柵等測量裝置。感應同步器的滑尺由工作臺直接驅動(dòng)，但是工作臺的實(shí)際位置是通過(guò)固定在機床上的固定長(cháng)度來(lái)測量的。

您可以看到位置測量設備是位置伺服系統的重要組成部分。它的功能是測量位移和速度，發(fā)送反饋信號，并形成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 CNC機床的加工精度在很大程度上取決于檢測系統的精度。

位移檢測系統可以測量的小位移稱(chēng)為分辨率。分辨率不僅取決于傳感元件本身，而且取決于測量電路。對傳感設備的位置伺服系統的主要要求如下：

（1）高可靠性和高抗干擾性；

（2）滿(mǎn)足精度和速度要求

（3）易于使用和維護，適合機床操作環(huán)境。

（4）低成本。

二、感應同步器 感應同步器的原理是兩個(gè)平面繞組的互感取決于它們的位置。它可以用來(lái)測量線(xiàn)性或角位移。用于測量線(xiàn)性位移的長(cháng)度感應同步裝置和用于角位移測量的圓形感應同步裝置。圓形感應同步裝置由轉子和定子組成。兩種類(lèi)型的感應同步設備均使用相同的處理方法制造。在正常情況下。首先，使用絕緣粘合劑將銅箔涂在金屬（或玻璃）基板上，然后根據設計要求用具有不同鋸齒形形狀的扁平繞組腐蝕銅箔。這種繞組稱(chēng)為印刷電路繞組。固定長(cháng)度和滑動(dòng)比例，轉子和定子繞組的分布是不同的。固定長(cháng)度和轉子是連續繞組，滑動(dòng)標尺和定子是分體繞組。分段繞組分為兩組，并以相角為900的空間布置，也稱(chēng)為正弦繞組和余弦繞組。感應同步器的分段繞組和連續繞組與變壓器的初級繞組和次級繞組相同，并根據交變電磁場(chǎng)和互感原理工作。

安裝后，將固定長(cháng)度和滑動(dòng)刻度的扁平繞組，轉子和定子彼此相對放置。氣隙的變化會(huì )影響電磁耦合程度的變化，因此通常應將氣隙保持在0.25±0.05mm的范圍內。當在工作期間向一個(gè)繞組施加交流激勵電壓時(shí)，通過(guò)電磁耦合在另一繞組中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。電動(dòng)勢取決于定子和滑尺（或轉子和定子）的相對位置，并且正弦和余弦函數會(huì )發(fā)生變化。然后，該信號的檢測和處理可以測量直線(xiàn)或拐角的位移。

感應同步器的優(yōu)點(diǎn)如下。

①具有很高的精度和分辨率。測量精度首先取決于印刷電路繞組的處理精度，而溫度變化對測量精度的影響很小。 Inductosyn由許多同時(shí)參與工作的音高組成，平均音高誤差的影響會(huì )減小局部誤差的影響。當前，長(cháng)電感的精度為±1.5μm，分辨率為0.0 5μm，可重復性為0.2μm。直徑為300mm的圓形感應同步裝置可實(shí)現高精度，分辨率和可重復性。

②抗干擾能力強。感應同步器是絕對的音調內測量設備，它可以隨時(shí)提供與位置相對應的單值電壓信號，因此瞬時(shí)起作用的間歇性干擾信號在消失后不再具有進(jìn)一步的作用。平面繞組的阻抗很小，并且外部干擾電場(chǎng)的影響也很小。

③使用壽命長(cháng)，維護簡(jiǎn)單。固定長(cháng)度和滑尺，定子和轉子不相互接觸，并且沒(méi)有摩擦或磨損，因此使用壽命非常長(cháng)。它不怕油，灰塵，沖擊和振動(dòng)的影響，因此不需要經(jīng)常清潔。但是，必須安裝防護罩，以防止鐵弦進(jìn)入空隙。

④可用于遠距離位移測量。根據長(cháng)度測量的需要，可以將幾個(gè)固定長(cháng)度鏈接在一起。拼接后，全長(cháng)的精度可能會(huì )比單個(gè)長(cháng)度的精度稍低或保持不變。當前，大型機床工作臺位移的線(xiàn)性測量范圍從幾米到幾十米不等，大多數是通過(guò)感應同步裝置實(shí)現的。

⑤成分好，成本低，易于復制和批量生產(chǎn)。

由于電感器的上述優(yōu)點(diǎn)，長(cháng)電感器目前廣泛用于大位移靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量，例如三坐標測量機，可編程數控機床，高精度重型機床和測量裝置。加工。圓形感應同步裝置廣泛用于機床和機械的轉盤(pán)和各種旋轉伺服控制系統中。

三、光電脈沖編碼器 根據信號原理，編碼器可以分為增量編碼器和絕對編碼器。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們以增量編碼器為例。

1．工作原理

如圖10.11所示，一個(gè)以中心軸為中心的光電代碼盤(pán)具有環(huán)形的暗負線(xiàn)，要讀取的光電發(fā)射器和接收器單元，得到4組由A組合的正弦波信號。B，C，D。每個(gè)正弦波的相位差為90度（基于360度的周期）。將C和D信號反相并疊加在A(yíng)和B相上，以增強穩定的信號。同樣，Z相脈沖為：每轉輸出。代表零參考位置。

由于相位A和相位B之間存在90度的差異，因此可以通過(guò)比較A相位是前相還是B相位是前相來(lái)確定編碼器的正向/反向旋轉。位獲取。

編碼器代碼盤(pán)的材料是玻璃，金屬和塑料。由于玻璃上附著(zhù)的細刻線(xiàn)，玻璃簾線(xiàn)盤(pán)具有良好的熱穩定性和高精度。金屬線(xiàn)盤(pán)直接劃線(xiàn)。它不是易碎的，但是由于金屬具有一定的厚度，因此其精度受到限制，并且其熱穩定性比玻璃差得多。塑料簾線(xiàn)輪既經(jīng)濟又便宜，但是精度，熱穩定性和壽命都與此有關(guān)。

編碼器每360度旋轉提供的開(kāi)放或深色雕刻線(xiàn)的數量稱(chēng)為分辨率，也稱(chēng)為分辨率索引，是直接線(xiàn)的數量（通常每旋轉5到10,000條線(xiàn)）。

2．信號輸出

信號輸出具有正弦波（電流或電壓），方波（TTL，HTL），集電極開(kāi)路（PNP，NPN），推挽多形式，并且TTL是長(cháng)線(xiàn)差分驅動(dòng)器（對稱(chēng)A，A- ; B，B-; Z，Z-），HTL也稱(chēng)為推挽，推挽輸出，并且編碼器的信號接收設備接口必須與編碼器匹配。

編碼器的脈沖輸出信號一般連接到計數器，PLC和計算機，連接到PLC和計算機的模塊分為低速模塊和高速模塊，開(kāi)關(guān)頻率低。還是很高。

與單相連接一樣，它用于單向計數和單向速度測量。它用于A(yíng)，B兩相連接，正向和反向計數，正向和反向判斷以及速度測量。用于A(yíng)，B，Z三相連接，帶有參考位置校正的位置測量。 A，A-，B，B-，Z，Z-連接由于對稱(chēng)的負信號連接而使電流對電纜產(chǎn)生的電磁場(chǎng)為零，衰減小，干擾保護，且距離長(cháng)傳播是可能的。對于帶有對稱(chēng)負信號輸出的TTL編碼器，信號傳輸距離可以達到150米。對于具有對稱(chēng)負信號輸出的HTL編碼器，信號傳輸距離可以達到300米。

3．增量式編碼器的問(wèn)題

增量編碼器無(wú)累積誤差，抗干擾功能差。必須關(guān)閉接收設備并在關(guān)機時(shí)記住該設備，并且在啟動(dòng)時(shí)必須找到更改位置或參考位置。這些問(wèn)題可以通過(guò)以下方式解決。使用絕對編碼器。