旋轉(zhuǎn)變壓器與光電編碼器區(qū)別及工作原理

　　旋轉(zhuǎn)變壓器與光電編碼器是目前伺服領(lǐng)域應(yīng)用最廣的測(cè)量傳感器。

　　一、伺服系統(tǒng)

　　又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，精確的跟隨或者復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋系統(tǒng)。

　　使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨目標(biāo)（設(shè)定）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　1.伺服電機(jī)的三種控制方式

　?、偎俣瓤刂?模擬量

　　通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。

　?、谵D(zhuǎn)矩控制-模擬量

　　通過(guò)改變模擬量的設(shè)定或通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小。

　　③位置控制-脈沖量

　　通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度

　　也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值

　　2.伺服電機(jī)的控制

　　伺服電機(jī)一般為三個(gè)環(huán)控制，就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

　　從內(nèi)到外分別是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。

　　3.幾個(gè)量的區(qū)別、聯(lián)系

　　①模擬量：在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號(hào)（比如電壓、電流）。

　　經(jīng)過(guò)抽樣量化后就是數(shù)字量。

　?、跀?shù)字量：在時(shí)間和數(shù)值上都是離散信號(hào)。其表示的信號(hào)則為數(shù)字信號(hào)

　　數(shù)字量是由0和1組成的信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼形成有規(guī)律的信號(hào)。

　?、勖}沖量：在瞬間電壓或電流由某一值躍變到另一值的信號(hào)量。

　　在量化后，其連續(xù)規(guī)律的變化就是數(shù)字量

　　如果其由0變成某一固定值并保持不變，其就是開(kāi)關(guān)量

　?、荛_(kāi)關(guān)量：開(kāi)關(guān)量只有兩種狀態(tài)，0/1，包括開(kāi)入量和開(kāi)出量，反映的是狀態(tài)。

　　二、旋轉(zhuǎn)變壓器

　　簡(jiǎn)稱旋變，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。

　　勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度

　　①正余弦函數(shù)關(guān)系 ，②或保持一定比例關(guān)系，③或成線性關(guān)系（一定轉(zhuǎn)角范圍）

　　1.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器

　?、俅抛枋叫D(zhuǎn)變壓器輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系。

　?、趧?lì)磁繞組和輸出繞組安裝在定子槽，勵(lì)磁繞組和輸出繞組的繞線不一樣。

　　③兩相的輸出信號(hào)彼此相差90度。電壓幅值與轉(zhuǎn)角作正余弦變化。

　?、苻D(zhuǎn)子繞組隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)相差90度定子繞組固定，繞組就形成了一個(gè)具有角度依賴系數(shù)的變壓器。

　?、萃ㄟ^(guò)調(diào)解兩個(gè)信號(hào)，可獲得電機(jī)的角度位置信息。

　　2.旋變的輸入輸出電壓 函數(shù)關(guān)系：

　　設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為θ，勵(lì)磁頻率為f，Ea為信號(hào)幅度，時(shí)間為t

　?。▌?lì)磁輸入電壓）E（r1-r2） = Ea*Sin（2π*f*t）

　　設(shè)傳輸比為K，設(shè)轉(zhuǎn)子偏離原點(diǎn)角度為θ

　?。ɡ@組輸出電壓）E（s1-s3） = K*Ea*Sin（2π*f*t）Cosθ

　?。ɡ@組輸出電壓）E（s2-s4） = K*Ea*Sin（2π*f*t）Sinθ

　　旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓比：是指在規(guī)定勵(lì)磁條件下，最大空載輸出電壓的基波分量與勵(lì)磁電壓的基波分量之比。

　　三、光電編碼器

　　光電編碼器的主要工作原理為光電轉(zhuǎn)換，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字量的傳感器。

　　構(gòu)成：光柵盤和光電檢測(cè)裝置

　　工作原理：光柵盤與電動(dòng)機(jī)同軸使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)，光電檢測(cè)裝置輸出脈沖信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)速。

　　種類：刻度方法和信號(hào)輸出形式的不同可分為增量型、絕對(duì)型和混合型。

　　1.增量式編碼器

　　①工作原理：光電轉(zhuǎn)換

　?、谳敵龅氖茿、B、Z三組方波脈沖，其中A、B兩脈沖相位差相差90度以判斷電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，Z脈沖為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖以便于基準(zhǔn)點(diǎn)的定位。

　　2. 絕對(duì)式編碼器

　?、俟ぷ髟恚汗怆娹D(zhuǎn)換

　　②但其輸出的是數(shù)字量，在碼盤上有若干同心碼道，碼道由透光和不透光的扇形區(qū)間交叉構(gòu)成，碼道數(shù)是其碼盤的二進(jìn)制數(shù)碼位數(shù)，碼盤的兩側(cè)是光源和光敏元件，碼盤位置的不同光敏元件受光情況不同輸出不同二進(jìn)制數(shù)，來(lái)判斷碼盤位置。

　　四、小結(jié)

　　①光電編碼器直接輸出數(shù)字信號(hào)，處理簡(jiǎn)單，容易提高分辨率，缺點(diǎn)不耐沖擊，不耐高溫，易受輻射干擾。

　?、谛D(zhuǎn)變壓器具有耐沖擊、耐高溫、耐油污、高可靠、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是輸出為調(diào)制的模擬信號(hào)，輸出信號(hào)解算較復(fù)雜。

　　審核編輯：黃飛