直線電動機(jī)71直線直流電動機(jī)711工作原理課件

第五章軸角編碼裝置任課教師：李正強(qiáng)2014－2015學(xué)年第二學(xué)期第五章軸角編碼裝置任課教師：李正強(qiáng)2014－2015學(xué)年第二2一、教學(xué)要求：本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對值碼盤的結(jié)構(gòu)工作原理;掌握增量碼盤和絕對值碼盤、光柵的工作原理;二、教學(xué)時(shí)間安排：2學(xué)時(shí)2一、教學(xué)要求：本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對值碼盤的結(jié)構(gòu)工3第一節(jié)編碼器第二節(jié)光柵本章重點(diǎn)：增量碼盤工作原理本章難點(diǎn)：碼盤的精度本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：3第一節(jié)編碼器本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：4第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器位移測量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵4第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器位移測量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵5第一節(jié)編碼器概述功能：編碼器俗稱碼盤，用來測量轉(zhuǎn)角并把它轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字形式的輸出信號。分類：1.根據(jù)輸出信號的基本形式：增量式和絕對式2.根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理：接觸式、光電式、電磁式5第一節(jié)編碼器概述功能：分類：6第一節(jié)編碼器概述1

增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)6第一節(jié)編碼器概述1增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)7第一節(jié)編碼器概述1

增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)大圓盤上刻有均勻分布的輻射狀窄縫，分布的周期稱為節(jié)距。兩組檢測窄縫節(jié)距和圓盤上的相同，窄縫的位置相隔k±1/4節(jié)距，兩個(gè)輸出信號在相位上相差90°。7第一節(jié)編碼器概述1增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)大圓81

增量碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述81增量碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述91

增量碼盤（2）工作原理當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，光線透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器A

和B上。通過的光線強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)角作周期性的變化，所以光電轉(zhuǎn)換器輸出的電流信號隨轉(zhuǎn)角作周期變化，變化周期為窄縫的節(jié)距L。周期信號可分解為基波與諧波之和，諧波小時(shí)，用基波的正弦信號作為光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號。光電轉(zhuǎn)換器A

和B這兩路信號經(jīng)邏輯電路處理、計(jì)數(shù)后就能得到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，并可以辨別轉(zhuǎn)動方向。第一節(jié)編碼器概述91增量碼盤（2）工作原理當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，光線透過圓101

增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述微分裝置，信號由低向高跳變時(shí)輸出一個(gè)脈沖。正轉(zhuǎn)時(shí)輸出正轉(zhuǎn)脈沖,反轉(zhuǎn)時(shí)輸出反轉(zhuǎn)脈沖。每輸出1個(gè)脈沖，表示轉(zhuǎn)過了一個(gè)節(jié)距。為了判別轉(zhuǎn)動方向，信號b是不可缺少的，這是用兩個(gè)檢測窄縫的原因。101增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述微分裝置，信11將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器就能正確計(jì)算出脈沖數(shù)N，再乘以一個(gè)脈沖對應(yīng)的角度增量Δ，就得到相對初始位置的角度—角位移增量NΔ。如何獲得絕對位置信息?計(jì)算軸的轉(zhuǎn)角要有基準(zhǔn)。增量碼盤事先規(guī)定一個(gè)基準(zhǔn)零點(diǎn)，稱為零位。相對這個(gè)零位的轉(zhuǎn)角位置稱為絕對位置。如何找到基準(zhǔn)?增量碼盤有3個(gè)輸出端，分別稱為A、B和Z。Z相送出的脈沖就是零位脈沖。1

增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述11將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器就能正確計(jì)算出脈121

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時(shí)，一個(gè)方向轉(zhuǎn)，一圈之內(nèi)就可找到零位脈沖轉(zhuǎn)角受限時(shí)，一個(gè)方向轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到頭還找不到就反轉(zhuǎn)只作速度控制，是否需要尋零？121增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時(shí)，一131

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述有沒有更快的尋零方法？131增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述有沒有更快的尋零141

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述141增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述151

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述一個(gè)脈沖對應(yīng)的轉(zhuǎn)角表示碼盤的分辨率和靜態(tài)誤差。所以分辨率為如何提高碼盤的分辨率？151增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述一個(gè)161

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述細(xì)分技術(shù)能在不增加碼盤刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高碼盤的分辨率。細(xì)分前，碼盤的分辨率對應(yīng)一個(gè)節(jié)距。采用4細(xì)分技術(shù)后，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。在脈沖傳輸過程中，若由于干擾而丟失脈沖或竄入脈沖時(shí)將會產(chǎn)生累計(jì)誤差。161增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述171

增量碼盤（6）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)精度高（可用倍頻電路進(jìn)一步提高精度）構(gòu)造簡單，成本較低既適合測角也適合測速無接觸測量，可靠性高，壽命長缺點(diǎn)?開機(jī)后先要尋零。?在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計(jì)誤差。?需要計(jì)數(shù)器、速度受到一定限制。171增量碼盤（6）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)181

增量碼盤（7）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1考慮尋零問題2考慮可能出現(xiàn)因干擾引起的累計(jì)誤差3考慮最大轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾4考慮計(jì)數(shù)器溢出問題181增量碼盤（7）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1考慮191

絕對值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié)編碼器概述三大部分，旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。光學(xué)碼道，每個(gè)碼道上按一定規(guī)律分布著透明和不透明區(qū)。191絕對值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié)編碼器概述三大部201

絕對值碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述光源的光通過光學(xué)系統(tǒng)，穿過碼盤的透光區(qū)被窄縫后面的光敏元件接收，輸出為“1”；若被不透明區(qū)遮擋，光敏元件輸出為“0”。各個(gè)碼道的輸出編碼組合就表示碼盤的轉(zhuǎn)角位置。201絕對值碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述光211

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述碼道布局：二進(jìn)制編碼盤，每一個(gè)碼道代表二進(jìn)制的一位，最外層的碼道為二進(jìn)制的最低位.分辨率：用N表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進(jìn)制位數(shù)，則角度分辨率為211絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述碼道布221

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述221絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述231

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述問題：兩個(gè)位置交換處可能產(chǎn)生很大的誤差如何解決這一問題？231絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述問題：241

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述循環(huán)碼（格雷碼）的碼盤相鄰兩個(gè)代碼間只有一位數(shù)變化。二進(jìn)制數(shù)有一個(gè)最小位數(shù)的增量時(shí)，只有一位改變狀態(tài)，誤差不超過最小的“1”個(gè)單位。但是轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼需要一個(gè)附加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。241絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述循環(huán)251

絕對值碼盤（4）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)：精度高,無接觸，壽命長開機(jī)不需要尋零沒有累計(jì)誤差不需要計(jì)數(shù)器、允許轉(zhuǎn)速高缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格貴251絕對值碼盤（4）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：261

絕對值碼盤（5）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1供電電源要可靠，注意長線傳輸時(shí)壓降2考慮對于誤碼的處理3考慮過零點(diǎn)的處理261絕對值碼盤（5）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1供271混合式碼盤第一節(jié)編碼器概述新型絕對值碼盤，內(nèi)部具有增量碼盤的結(jié)構(gòu)。基本結(jié)構(gòu)是絕對值碼盤，但碼道較少，精度較低，起“粗測”作用。而增量碼盤部分起到“精測”作用。從碼盤輸出到信號處理裝置是模擬信號，抗干擾能力優(yōu)于純光電增量碼盤的脈沖信號。一通電就知道絕對位置，不必“尋零”。采用增量碼盤結(jié)構(gòu)，可對輸出信號進(jìn)行倍頻處理提高精度。體積要比同精度的純絕對值碼盤小。271混合式碼盤第一節(jié)編碼器概述新型絕對值碼盤，內(nèi)部281概述第二節(jié)光柵281概述第二節(jié)光柵292工作原理第二節(jié)光柵透射光柵和反射光柵兩大類。透射光柵是用光學(xué)玻璃作成的，透光與不透光線條。金屬反射光柵是在長條形金屬鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的密集線紋。292工作原理第二節(jié)光柵透射光柵和反射光柵兩大類。303位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理第二節(jié)光柵（1）位移大小的確定光柵任一點(diǎn)處的莫爾條紋亮度是位移的周期函數(shù)，周期為柵距a。用光敏元件檢測莫爾條紋的移動情況。光敏電元件輸出信號變化的周期個(gè)數(shù)為N

，則位移x為可以采用倍頻電路提高光柵的分辨率和精度。303位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理第二節(jié)光柵（1）位移大小的確定光柵313位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理第二節(jié)光柵（2）位移方向的確定采用兩個(gè)光敏元件判斷位移方向，其中心距離為W/4。與光電碼盤的情況完全相同。313位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理第二節(jié)光柵（2）位移方向的確定32謝謝32謝謝第五章軸角編碼裝置任課教師：李正強(qiáng)2014－2015學(xué)年第二學(xué)期第五章軸角編碼裝置任課教師：李正強(qiáng)2014－2015學(xué)年第二34一、教學(xué)要求：本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對值碼盤的結(jié)構(gòu)工作原理;掌握增量碼盤和絕對值碼盤、光柵的工作原理;二、教學(xué)時(shí)間安排：2學(xué)時(shí)2一、教學(xué)要求：本章教學(xué):了解增量碼盤和絕對值碼盤的結(jié)構(gòu)工35第一節(jié)編碼器第二節(jié)光柵本章重點(diǎn)：增量碼盤工作原理本章難點(diǎn)：碼盤的精度本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：3第一節(jié)編碼器本章教學(xué):三、主要內(nèi)容：四、教學(xué)過程：36第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器位移測量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵4第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器位移測量元件光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)型數(shù)字型光柵37第一節(jié)編碼器概述功能：編碼器俗稱碼盤，用來測量轉(zhuǎn)角并把它轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字形式的輸出信號。分類：1.根據(jù)輸出信號的基本形式：增量式和絕對式2.根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理：接觸式、光電式、電磁式5第一節(jié)編碼器概述功能：分類：38第一節(jié)編碼器概述1

增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)6第一節(jié)編碼器概述1增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)39第一節(jié)編碼器概述1

增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)大圓盤上刻有均勻分布的輻射狀窄縫，分布的周期稱為節(jié)距。兩組檢測窄縫節(jié)距和圓盤上的相同，窄縫的位置相隔k±1/4節(jié)距，兩個(gè)輸出信號在相位上相差90°。7第一節(jié)編碼器概述1增量碼盤（1）結(jié)構(gòu)大圓401

增量碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述81增量碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述411

增量碼盤（2）工作原理當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，光線透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉(zhuǎn)換器A

和B上。通過的光線強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)角作周期性的變化，所以光電轉(zhuǎn)換器輸出的電流信號隨轉(zhuǎn)角作周期變化，變化周期為窄縫的節(jié)距L。周期信號可分解為基波與諧波之和，諧波小時(shí)，用基波的正弦信號作為光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號。光電轉(zhuǎn)換器A

和B這兩路信號經(jīng)邏輯電路處理、計(jì)數(shù)后就能得到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，并可以辨別轉(zhuǎn)動方向。第一節(jié)編碼器概述91增量碼盤（2）工作原理當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，光線透過圓421

增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述微分裝置，信號由低向高跳變時(shí)輸出一個(gè)脈沖。正轉(zhuǎn)時(shí)輸出正轉(zhuǎn)脈沖,反轉(zhuǎn)時(shí)輸出反轉(zhuǎn)脈沖。每輸出1個(gè)脈沖，表示轉(zhuǎn)過了一個(gè)節(jié)距。為了判別轉(zhuǎn)動方向，信號b是不可缺少的，這是用兩個(gè)檢測窄縫的原因。101增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述微分裝置，信43將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器就能正確計(jì)算出脈沖數(shù)N，再乘以一個(gè)脈沖對應(yīng)的角度增量Δ，就得到相對初始位置的角度—角位移增量NΔ。如何獲得絕對位置信息?計(jì)算軸的轉(zhuǎn)角要有基準(zhǔn)。增量碼盤事先規(guī)定一個(gè)基準(zhǔn)零點(diǎn)，稱為零位。相對這個(gè)零位的轉(zhuǎn)角位置稱為絕對位置。如何找到基準(zhǔn)?增量碼盤有3個(gè)輸出端，分別稱為A、B和Z。Z相送出的脈沖就是零位脈沖。1

增量碼盤（3）信號處理第一節(jié)編碼器概述11將正、反轉(zhuǎn)脈沖分別送入可逆計(jì)數(shù)器就能正確計(jì)算出脈441

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時(shí)，一個(gè)方向轉(zhuǎn)，一圈之內(nèi)就可找到零位脈沖轉(zhuǎn)角受限時(shí)，一個(gè)方向轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到頭還找不到就反轉(zhuǎn)只作速度控制，是否需要尋零？121增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述轉(zhuǎn)角不受限時(shí)，一451

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述有沒有更快的尋零方法？131增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述有沒有更快的尋零461

增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述141增量碼盤（4）尋零第一節(jié)編碼器概述471

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述一個(gè)脈沖對應(yīng)的轉(zhuǎn)角表示碼盤的分辨率和靜態(tài)誤差。所以分辨率為如何提高碼盤的分辨率？151增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述一個(gè)481

增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述細(xì)分技術(shù)能在不增加碼盤刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高碼盤的分辨率。細(xì)分前，碼盤的分辨率對應(yīng)一個(gè)節(jié)距。采用4細(xì)分技術(shù)后，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。在脈沖傳輸過程中，若由于干擾而丟失脈沖或竄入脈沖時(shí)將會產(chǎn)生累計(jì)誤差。161增量碼盤（5）分辨率與倍頻電路第一節(jié)編碼器概述491

增量碼盤（6）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)精度高（可用倍頻電路進(jìn)一步提高精度）構(gòu)造簡單，成本較低既適合測角也適合測速無接觸測量，可靠性高，壽命長缺點(diǎn)?開機(jī)后先要尋零。?在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計(jì)誤差。?需要計(jì)數(shù)器、速度受到一定限制。171增量碼盤（6）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)501

增量碼盤（7）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1考慮尋零問題2考慮可能出現(xiàn)因干擾引起的累計(jì)誤差3考慮最大轉(zhuǎn)速和分辨率矛盾4考慮計(jì)數(shù)器溢出問題181增量碼盤（7）使用注意事項(xiàng)第一節(jié)編碼器概述1考慮511

絕對值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié)編碼器概述三大部分，旋轉(zhuǎn)的碼盤、光源和光電敏感元件。光學(xué)碼道，每個(gè)碼道上按一定規(guī)律分布著透明和不透明區(qū)。191絕對值碼盤（1）結(jié)構(gòu)第一節(jié)編碼器概述三大部521

絕對值碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述光源的光通過光學(xué)系統(tǒng)，穿過碼盤的透光區(qū)被窄縫后面的光敏元件接收，輸出為“1”；若被不透明區(qū)遮擋，光敏元件輸出為“0”。各個(gè)碼道的輸出編碼組合就表示碼盤的轉(zhuǎn)角位置。201絕對值碼盤（2）工作原理第一節(jié)編碼器概述光531

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述碼道布局：二進(jìn)制編碼盤，每一個(gè)碼道代表二進(jìn)制的一位，最外層的碼道為二進(jìn)制的最低位.分辨率：用N表示碼盤的碼道數(shù)目，即二進(jìn)制位數(shù)，則角度分辨率為211絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述碼道布541

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述221絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述551

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述問題：兩個(gè)位置交換處可能產(chǎn)生很大的誤差如何解決這一問題？231絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述問題：561

絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述循環(huán)碼（格雷碼）的碼盤相鄰兩個(gè)代碼間只有一位數(shù)變化。二進(jìn)制數(shù)有一個(gè)最小位數(shù)的增量時(shí)，只有一位改變狀態(tài)，誤差不超過最小的“1”個(gè)單位。但是轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼需要一個(gè)附加的邏輯處理轉(zhuǎn)換裝置。241絕對值碼盤（3）編碼方式第一節(jié)編碼器概述循環(huán)571

絕對值碼盤（4）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)：精度高,無接觸，壽命長開機(jī)不需要尋零沒有累計(jì)誤差不需要計(jì)數(shù)器、允許轉(zhuǎn)速高缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格貴251絕對值碼盤（4）優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)編碼器概述優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：58