US digital編碼器,編碼器的分辨率,精度,精確度,在為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)選擇編碼器時(shí)，您會(huì)面臨許多技術(shù)術(shù)語(yǔ)。可用的數(shù)據(jù)量可能令人不知所措。哪些關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)應(yīng)該首先關(guān)注，哪些可以稍后再考慮？

本文探討了三個(gè)值得您關(guān)注的重要概念：分辨率、精度和精確度。

乍一看，這三個(gè)術(shù)語(yǔ)似乎意思相近。您可能會(huì)懷疑它們是否可以互換；事實(shí)上，許多人確實(shí)將它們視為可以互換的術(shù)語(yǔ)。畢竟，如果編碼器具有高分辨率，這是否意味著它是精確的？如果它是精確的，那么它一定也是準(zhǔn)確的，對(duì)嗎？（請(qǐng)注意：這兩個(gè)問(wèn)題的答案都是否定的。）

實(shí)際上，這些術(shù)語(yǔ)是相互獨(dú)立的。每個(gè)術(shù)語(yǔ)都指代編碼器的特定特性，它們不能互換。為了澄清任何混淆，我們將首先解釋分辨率在增量編碼器中的含義，然后指出線性和絕對(duì)編碼器的不同之處。接著我們將討論精度，最后是精確度。在此過(guò)程中，我們將提供一些建議，幫助您利用每個(gè)術(shù)語(yǔ)的知識(shí)做出最佳的編碼器選擇，并在編碼器安裝后如何校準(zhǔn)系統(tǒng)。

分辨率

在數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程中，分辨率指的是可以測(cè)量或觀察到的最小距離。

增量編碼器與分辨率
制造增量編碼器時(shí)，制造商會(huì)在磁盤(pán)上創(chuàng)建一個(gè)圖案。該圖案將磁盤(pán)劃分為不同的區(qū)域。例如，一種常見(jiàn)的圖案是在透明磁盤(pán)上印刷的線條和窗口。

當(dāng)LED將光線投射到磁盤(pán)上時(shí)，光線會(huì)照射到窗口或線條。窗口允許光線通過(guò)磁盤(pán)到達(dá)另一側(cè)的光電傳感器，而線條則會(huì)阻擋光線。隨著磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)，編碼器模塊的輸出——通道A——是一系列高低信號(hào)；信號(hào)的值取決于光電傳感器是否接收到光線（高）或沒(méi)有接收到光線（低）。

通道A的輸出波形如下所示：

增量編碼器輸出波形

分辨率，當(dāng)應(yīng)用于光學(xué)編碼器時(shí)，指定了每轉(zhuǎn)輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖降拇螖?shù)。這個(gè)數(shù)字可以與磁盤(pán)上的線條數(shù)量相匹配；或者，特別是在高分辨率的情況下，它可以是線條數(shù)量的倍數(shù)。（我們將在下面的可擴(kuò)展性部分進(jìn)一步討論這一點(diǎn)。）

磁盤(pán)上的線條數(shù)量始終與分辨率相關(guān)。典型值范圍從低數(shù)值如32或64到更高的分辨率，如5,000或10,000甚至更高。

下圖顯示了幾個(gè)編碼器磁盤(pán)：左側(cè)是較低分辨率，右側(cè)是較高分辨率。

編碼器磁盤(pán)

編碼器的分辨率以**每轉(zhuǎn)周期數(shù)（CPR）**為單位進(jìn)行測(cè)量。周期這個(gè)詞既有物理意義，也有電氣意義。

-物理上，在磁盤(pán)上，一個(gè)周期由一條線和一個(gè)窗口組成；因此，在最基本的形式中，CPR與線條數(shù)量、窗口數(shù)量或線/窗口對(duì)的數(shù)量相同。

-電氣上，一個(gè)周期指的是編碼器輸出波形的一個(gè)完整周期：一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖。一個(gè)周期等于360°電氣角度。

因此，CPR可以指磁盤(pán)上的線條和窗口數(shù)量，或者每轉(zhuǎn)的電氣周期數(shù)。原生CPR在這兩種情況下是相同的數(shù)字，因?yàn)槊總€(gè)線/窗口對(duì)正是生成每個(gè)電氣周期的原因。

CPR還告訴我們可測(cè)量的最小距離。將360°機(jī)械角度除以每轉(zhuǎn)的周期數(shù)，結(jié)果將是每個(gè)周期的機(jī)械角度。例如，對(duì)于分辨率為3,600 CPR的編碼器：

360°/轉(zhuǎn) = 0.1°/周期
3,600 周期/轉(zhuǎn)

雖然每轉(zhuǎn)周期數(shù)（CPR）是用于指定增量編碼器分辨率的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)，但一些制造商使用諸如“每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)（CPR）”、“每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（PPR）”或“每轉(zhuǎn)位置數(shù)（PPR）”等術(shù)語(yǔ)。為了避免混淆，在本文中我們將使用每轉(zhuǎn)周期數(shù)（CPR）。

在下一節(jié)中，我們將使用PPR來(lái)表示每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)——但在不同的上下文中：分辨率倍增。

分辨率倍增

磁盤(pán)的分辨率與物理現(xiàn)實(shí)相關(guān)——磁盤(pán)上的物理線條。在最基本的形式中，線條的數(shù)量就是分辨率。然而，運(yùn)動(dòng)控制器可以解釋由這些線條產(chǎn)生的輸出波形，并產(chǎn)生更高的分辨率——從同一個(gè)磁盤(pán)上。

增量編碼器通常使用正交編碼。制造商添加了另一個(gè)LED和光電傳感器，與第一個(gè)LED相隔90°電氣角度。請(qǐng)注意，90°電氣角度是1/4相位或象限——這就是正交名稱(chēng)的由來(lái)。

帶有2個(gè)光電傳感器和LED的編碼器磁盤(pán)

這產(chǎn)生了第二個(gè)輸出波形，通道B，與通道A相差90°電氣角度。

添加通道B帶來(lái)了兩個(gè)重要結(jié)果：

-方向現(xiàn)在可以確定：例如，“A領(lǐng)先B”可以表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

-更重要的是，與我們的討論相關(guān)——分辨率可以乘以2或4倍。

使用通道A和B的偏移波形實(shí)現(xiàn)4倍倍增

這被稱(chēng)為分辨率倍增。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)使用編碼器計(jì)數(shù)器接口芯片（如LS7183N）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

舉個(gè)例子，假設(shè)我們有一個(gè)磁盤(pán)上有100條線和窗口的編碼器。編碼器的分辨率為100 CPR。

x1——如果我們計(jì)算磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)通道A脈沖的上升沿，我們將得到100個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)（100 PPR）。這與100 CPR的分辨率相同，正如預(yù)期的1倍倍增。

x2——如果我們計(jì)算通道A的每個(gè)上升沿和下降沿，我們將得到每個(gè)周期2個(gè)脈沖，總計(jì)200個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)（200 PPR）。

x4——如果我們計(jì)算通道A和通道B的每個(gè)上升沿和下降沿，我們將得到每個(gè)周期4個(gè)脈沖，總計(jì)400個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)（400 PPR）。

請(qǐng)注意，我們并沒(méi)有改變磁盤(pán)的分辨率；它仍然由每轉(zhuǎn)周期數(shù)決定。但通過(guò)以不同的方式解碼輸出波形，我們能夠獲得比磁盤(pán)上線條數(shù)量多4倍的脈沖/轉(zhuǎn)。

線性編碼器與分辨率

到目前為止，我們討論的所有關(guān)于分辨率的內(nèi)容也適用于增量線性編碼器。這是有道理的；線性編碼器使用線性條帶，相當(dāng)于沿半徑切割并拉直的圓形磁盤(pán)。線性編碼器的分辨率使用每英寸周期數(shù)（CPI）來(lái)表示，盡管有時(shí)也使用每英寸線數(shù)（LPI）。

絕對(duì)編碼器與分辨率

到目前為止，我們討論的是增量光學(xué)編碼器，其線條和窗口表示磁盤(pán)上的相對(duì)位置；每個(gè)線/窗口對(duì)看起來(lái)都與其他線/窗口對(duì)相同。它們彼此無(wú)法區(qū)分。重要的是當(dāng)每條線和窗口經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)產(chǎn)生的高/低輸出轉(zhuǎn)換。

絕對(duì)編碼器的操作方式不同。它們?yōu)榇疟P(pán)上的每個(gè)位置輸出一個(gè)唯一的代碼——每個(gè)代碼都是絕對(duì)的，這意味著它與磁盤(pán)上的任何其他代碼不同，指定了磁盤(pán)上的唯一絕對(duì)位置。下圖顯示了一個(gè)傳統(tǒng)絕對(duì)編碼器的磁盤(pán)。它有四個(gè)軌道，以及一個(gè)LED陣列，傳感器從每個(gè)軌道讀取圖案。

絕對(duì)編碼器的分辨率定義為磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)360°時(shí)的每轉(zhuǎn)位置數(shù)。有時(shí)也使用等效術(shù)語(yǔ)每轉(zhuǎn)代碼數(shù)。

您經(jīng)常會(huì)看到絕對(duì)編碼器的分辨率以位數(shù)表示。例如，上圖中的磁盤(pán)具有4位分辨率，每個(gè)位置從四個(gè)軌道中的每一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)位。更高的分辨率將需要更多的軌道；例如，10位分辨率將需要10個(gè)軌道。

在某些設(shè)計(jì)中，每個(gè)絕對(duì)編碼器都設(shè)置為一個(gè)特定的分辨率。然而，一些制造商采用不同的方法，制作具有單一帶的磁盤(pán)，每個(gè)位置包含一個(gè)獨(dú)特的條形碼，如下圖所示。

帶有條形碼的絕對(duì)編碼器可以提供可編程分辨率：例如，一個(gè)12位編碼器（每轉(zhuǎn)4,096個(gè)位置）可以編程為輸出從2到4,096個(gè)代碼/轉(zhuǎn)。下表顯示了分辨率位數(shù)與每轉(zhuǎn)位置數(shù)以及每個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。

分辨率（位）? ? ? ? ? ? ?每轉(zhuǎn)位置數(shù)? ? ? ? ? ? ? ?每個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)角度
8位? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?256? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.41°
10位? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1,024? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.35°
12位? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4,096? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0.09°
對(duì)于12位絕對(duì)編碼器，請(qǐng)注意每個(gè)唯一位置占據(jù)磁盤(pán)圓周的不到1/10度，即不到6弧分。

絕對(duì)編碼器不使用正交編碼，因此沒(méi)有增量編碼器中可用的分辨率倍增等效功能。

可擴(kuò)展性：磁盤(pán)尺寸與編碼器分辨率

小型化是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一個(gè)強(qiáng)勁趨勢(shì)。設(shè)計(jì)人員通常試圖將更多功能集成到越來(lái)越小的封裝中。這導(dǎo)致了對(duì)微型編碼器的需求，以滿足尺寸減小的要求。減小編碼器尺寸是否會(huì)降低可用分辨率？對(duì)于傳統(tǒng)編碼器，答案是肯定的。

上圖顯示，對(duì)于傳統(tǒng)編碼器，高分辨率需要編碼器磁盤(pán)上有更多的線條。如果沒(méi)有足夠的空間容納這些線條，那么唯一的解決方案是制作更大的磁盤(pán)。要將分辨率提高一倍，您必須將磁盤(pán)的直徑增加一倍。

然而，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，制造商可以在不增加磁盤(pán)尺寸的情況下提高磁盤(pán)的分辨率。這被稱(chēng)為可擴(kuò)展性，它非常適合小型化。

上圖顯示了一個(gè)1英寸的磁盤(pán)，具有1,250條線（1,250 CPR）。通過(guò)電子插值技術(shù)（在編碼器內(nèi)部進(jìn)行的信號(hào)處理），CPR可以通過(guò)x2插值增加到2,500 CPR；通過(guò)x4插值增加到5,000 CPR。

在這個(gè)例子中，通過(guò)使用插值和可擴(kuò)展性，我們從同一個(gè)小型編碼器磁盤(pán)中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)越來(lái)越高的分辨率。

此外，使用分辨率倍增（前面討論過(guò)），5,000 CPR的編碼器可以被解碼為產(chǎn)生10,000個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)（PPR）或20,000 PPR。

然而，并非所有編碼器技術(shù)都具有相同的可擴(kuò)展性：

–透射式光學(xué)編碼器——非常可擴(kuò)展

-反射式光學(xué)編碼器——非常可擴(kuò)展

-磁性編碼器——可擴(kuò)展

-電容式編碼器——不易擴(kuò)展

光學(xué)編碼器是最靈活的，最適合小型化。然而，對(duì)于電容式編碼器，可擴(kuò)展性要難得多；在大多數(shù)情況下，要獲得更高的分辨率，您必須購(gòu)買(mǎi)更大的編碼器——如果有的話。

插值是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性的一種絕佳方式，但也有其局限性。在越來(lái)越高的分辨率下，抖動(dòng)可能會(huì)成為問(wèn)題，波形對(duì)稱(chēng)性可能會(huì)受到影響。

如果您希望在小型封裝中獲得更高的分辨率，請(qǐng)與您的編碼器制造商合作。他們可能會(huì)為您提供定制解決方案，既能滿足您所需的分辨率，又能避免抖動(dòng)或電氣噪聲引起的信號(hào)退化。

您需要多少分辨率？

任何特定型號(hào)的編碼器都可能提供一系列分辨率。例如，快速調(diào)查制造商可能會(huì)顯示，單個(gè)編碼器提供20種不同的分辨率，范圍從64 CPR到10,000 CPR。

最佳實(shí)踐是否總是選擇最高分辨率？令人驚訝的是，答案是否定的。通常，最好評(píng)估您的應(yīng)用，并選擇能夠滿足您需求的最低分辨率——即使有更高的分辨率可用。

以下是一些高分辨率可能不是最佳選擇的原因：

-成本：更高的分辨率可能更昂貴。

-處理時(shí)間：讀取每個(gè)周期需要時(shí)間。更高的CPR = 更多時(shí)間。

-高速應(yīng)用：讀取每個(gè)周期的可用時(shí)間更短。

-抖動(dòng)：敏感系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)高分辨率信息過(guò)度響應(yīng)。

-尺寸：在某些情況下，更高的分辨率可能會(huì)影響尺寸。

分辨率與精度：預(yù)覽

在選擇分辨率時(shí)，新手設(shè)計(jì)人員可能會(huì)查看可用分辨率范圍中的特定選項(xiàng)，并說(shuō)：“不，我需要比這更高的精度。”設(shè)計(jì)人員真正想表達(dá)的可能是：“我需要更高的分辨率。”

分辨率和精度：這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被誤解并互換使用——但它們并不相同。有什么區(qū)別？我們將在下一節(jié)介紹精度，然后重新審視分辨率與精度之間的關(guān)系。

精度

編碼器旨在提供關(guān)于位置的反饋，這些反饋用于計(jì)算角度、距離和速度。當(dāng)您命令系統(tǒng)移動(dòng)并停在特定位置時(shí)，您可能會(huì)想：編碼器是否從確切的目標(biāo)位置報(bào)告？或者它是否超出了目標(biāo)位置，或者未達(dá)到目標(biāo)位置？

精度是用來(lái)描述目標(biāo)位置與實(shí)際位置之間差異的術(shù)語(yǔ)。在理想情況下，它們應(yīng)該是相同的——但在現(xiàn)實(shí)世界中，存在差異。實(shí)際位置——編碼器實(shí)際所在的位置——可能與目標(biāo)位置相差一小部分，如編碼器精度規(guī)格中所示的范圍。

測(cè)量編碼器精度涉及一個(gè)細(xì)致的程序，需要精密校準(zhǔn)的設(shè)備。例如，您可以使用第二個(gè)高度精確的“校準(zhǔn)”編碼器來(lái)測(cè)量中等精度的編碼器。如果您記錄每個(gè)編碼器位置的目標(biāo)與實(shí)際位置，然后評(píng)估結(jié)果，您可以確定被測(cè)編碼器的精度。（如果您通過(guò)第二次或第三次旋轉(zhuǎn)評(píng)估編碼器，結(jié)果會(huì)相同嗎？請(qǐng)參見(jiàn)下面的精確度部分。）

對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器，精度以度、弧分或弧秒為單位進(jìn)行測(cè)量。使用哪種單位取決于被測(cè)編碼器。對(duì)于低精度編碼器，度可能足夠；對(duì)于中等精度編碼器，使用分?jǐn)?shù)度或弧分；而對(duì)于超高精度編碼器，則可能使用弧秒。

例如，以下是一個(gè)絕對(duì)光學(xué)軸編碼器的規(guī)格：

典型值? ? ? ? ? ? ?最大值? ? ? ? ? ? ?單位
絕對(duì)精度? ? ? ? 0.18? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.25? ? ? ? ? ? ? ? ?度
在這種情況下，編碼器的典型精度為0.18度，等于10.8弧分。

以下是另一個(gè)制造商對(duì)另一個(gè)編碼器（光學(xué)增量無(wú)軸模型）的精度規(guī)格：

典型值? ? ? ? ? ? ?最大值? ? ? ? ? ? ? 單位
位置誤差? ? ? ? ?10? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 40? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 弧分
該制造商使用位置誤差來(lái)表示精度，以弧分為單位。它是實(shí)際軸位置與編碼器周期計(jì)數(shù)指示的位置之間的角度差異。

這兩個(gè)編碼器的典型精度相似，大約為0.18度或10弧分。

誰(shuí)控制精度？——編碼器規(guī)格與系統(tǒng)精度
您可能會(huì)考慮評(píng)估編碼器的精度規(guī)格，但精度并不止于此。編碼器通常是更大運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)的非編碼器部分可能對(duì)整體系統(tǒng)精度產(chǎn)生重大影響。

編碼器制造商控制一些影響精度的因素，而最終用戶控制應(yīng)用特定的因素。

制造商控制的因素：

-圖案在磁盤(pán)上的位置：居中或偏心

-輪轂與磁盤(pán)的安裝

-磁盤(pán)與軸的安裝（對(duì)于軸式編碼器）

-光學(xué)元件的對(duì)齊

 

最終用戶控制的因素：

-編碼器磁盤(pán)與電機(jī)軸的安裝（對(duì)于編碼器套件）

-編碼器模塊的安裝（對(duì)于編碼器套件）

-編碼器與系統(tǒng)的耦合（對(duì)于軸式編碼器）

-安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性/剛性

-齒輪公差和間隙

-電機(jī)軸承的游隙

-機(jī)械部件的軸向、徑向、側(cè)向等運(yùn)動(dòng)

-振動(dòng)、溫度、金屬疲勞、腐蝕等

 

從上面的部分列表中可以看出，編碼器精度的變化可能只是整個(gè)系統(tǒng)精度的一小部分。

 

您需要多少精度？

正如上面的列表所示，整個(gè)系統(tǒng)的精度可能遠(yuǎn)低于編碼器。在系統(tǒng)精度較低的應(yīng)用中，編碼器精度可能只需要單調(diào)性——隨著編碼器旋轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)不斷增加或不斷減少。

單調(diào)計(jì)數(shù)：…127…128…129…130…131…132…

非單調(diào)計(jì)數(shù)：…127…128…129…128…132…131…

低精度編碼器可能成本較低，只要它提供可靠、單調(diào)的計(jì)數(shù)，它可能就是您所需要的。

隨著整體系統(tǒng)精度的提高，可能需要中等精度的編碼器。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，編碼器精度在0.1°或8-10弧分范圍內(nèi)是足夠的。上面討論的兩個(gè)示例編碼器都在這個(gè)范圍內(nèi)，并且價(jià)格合理。

對(duì)于具有極其嚴(yán)格公差的應(yīng)用，可以使用精度規(guī)格為弧秒的高精度編碼器——但隨著精度的提高，成本也會(huì)相應(yīng)增加。

 

分辨率與精度：重新審視

回想一下在分辨率部分末尾提到的新手設(shè)計(jì)人員，他在選擇編碼器分辨率時(shí)說(shuō)：“不，我需要比這更高的精度。”我們現(xiàn)在可以澄清分辨率和精度之間的常見(jiàn)混淆。

讓我們考慮一個(gè)制造商提供的兩種磁性絕對(duì)編碼器，一種具有12位分辨率，另一種具有10位分辨率。

從零開(kāi)始，以下是每個(gè)編碼器在磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)可以報(bào)告的前9個(gè)位置（以度為單位，部分?jǐn)?shù)字省略以便清晰）：

12位? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?10位
0.000000? ? ? ? ? ? ? ? ?0.000000
0.09? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?…
0.18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? …
0.351562? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0.351562
0.45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? …
0.54? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? …
0.63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? …
0.703125? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0.703125
12位編碼器可以報(bào)告4,096個(gè)位置/轉(zhuǎn)，是10位編碼器1,024個(gè)位置的4倍。在0.0位置之后，12位編碼器報(bào)告其第四次讀數(shù)時(shí)，10位編碼器才報(bào)告其第一次讀數(shù)。

那么哪個(gè)編碼器更精確？以下是制造商在編碼器數(shù)據(jù)表中的說(shuō)明：

“雖然兩個(gè)編碼器的精度相同，但12位版本提供了更高的分辨率。”

精度是相同的。這個(gè)例子表明，精度和分辨率是彼此獨(dú)立的。一個(gè)術(shù)語(yǔ)——精度——描述了目標(biāo)位置與實(shí)際位置之間的差異。另一個(gè)術(shù)語(yǔ)——分辨率——描述了磁盤(pán)的細(xì)分程度。這些是獨(dú)立的屬性。

如果我們的新手設(shè)計(jì)人員需要一個(gè)能夠每十分之一度報(bào)告位置的編碼器，那么設(shè)計(jì)人員需要的是更高的分辨率，而不是更高的精度——12位編碼器將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

 

精確度

正如我們?cè)诰炔糠种锌吹降模瑸榱舜_定編碼器的精度，我們可以將編碼器旋轉(zhuǎn)360°并記錄每個(gè)編碼器計(jì)數(shù)位置的精度——目標(biāo)位置與實(shí)際位置之間的角度差異。

如果我們第二次旋轉(zhuǎn)并再次測(cè)量精度會(huì)發(fā)生什么？我們是否在每個(gè)位置獲得相同的位置誤差？第三次、第四次或第五次旋轉(zhuǎn)后呢？位置誤差是否可重復(fù)，或者是否變化？

精確度是描述測(cè)量重復(fù)性的術(shù)語(yǔ)。它是連續(xù)測(cè)量之間的差異量。

考慮兩個(gè)射箭運(yùn)動(dòng)員在比賽中射出的箭。哪個(gè)運(yùn)動(dòng)員更準(zhǔn)確？

令人驚訝的是，兩個(gè)目標(biāo)的平均精度相似。左側(cè)所有箭的平均位置在靶心的中心，與右側(cè)緊密分組的箭相同。兩者之間的區(qū)別在于射擊的精確度。左側(cè)的組是準(zhǔn)確的，但不精確。右側(cè)的組既準(zhǔn)確又精確。

現(xiàn)在讓我們看看另外兩個(gè)射箭運(yùn)動(dòng)員射出的箭。哪個(gè)運(yùn)動(dòng)員更精確？

兩個(gè)運(yùn)動(dòng)員的精確度相同。左側(cè)的箭是精確的——但它們不準(zhǔn)確。右側(cè)的組再次既準(zhǔn)確又精確。

 

精確度的應(yīng)用

精確度是連續(xù)測(cè)量之間的差異量。具有可重復(fù)位置誤差的編碼器可能具有良好的精確度，即使它可能不是完全準(zhǔn)確的。在這種情況下，可以使用精確度來(lái)補(bǔ)償編碼器的不準(zhǔn)確性。

例如，讓我們看看兩個(gè)編碼器的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。目標(biāo)軸角度為45.00°。

測(cè)量編號(hào)? ? ? ? ? ? ?目標(biāo)軸角度? ? ? ? ? 編碼器1實(shí)際軸角度? ? ? ? ?編碼器2實(shí)際軸角度
1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? 44.20°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 45.80°
2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.30°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.20°
3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.25°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.30°
4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.20°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44.25°
5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.30°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.75°
每個(gè)編碼器的位置誤差約為0.75°，但雖然編碼器2的誤差沒(méi)有可重復(fù)的模式，編碼器1更精確——它的誤差始終為-0.75°，平均而言。

編碼器1的精確度可以很好地利用。可以在每個(gè)位置記錄誤差，并使用這些測(cè)量值來(lái)補(bǔ)償編碼器報(bào)告的位置。例如，將0.75°添加到上表中的每個(gè)測(cè)量值，將報(bào)告以下位置：

測(cè)量編號(hào)? ? ? ? ? ? ?目標(biāo)軸角度? ? ? ? ? ? ?編碼器1實(shí)際軸角度? ? ? ? ? ?編碼器1補(bǔ)償軸角度
1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.20°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44.95°
2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.30°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.05°
3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.25°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°
4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44.20°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44.95°
5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.00°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44.30°? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?45.05°
編碼器1現(xiàn)在將報(bào)告一個(gè)補(bǔ)償位置，與實(shí)際位置的偏差在0.05°以內(nèi)，這比其未補(bǔ)償?shù)钠骄x數(shù)-0.75°要精確得多。

事實(shí)上，這種補(bǔ)償技術(shù)用于制造高精度編碼器。這些編碼器按照標(biāo)準(zhǔn)制造，確保無(wú)論它們有什么誤差，都是可重復(fù)的。它們的精確度用于創(chuàng)建誤差補(bǔ)償?shù)牟檎冶恚摫響?yīng)用于編碼器報(bào)告的每個(gè)位置。

 

整個(gè)系統(tǒng)的精確度

精確度的概念適用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的每個(gè)組件，而不僅僅是編碼器。例如，考慮一個(gè)定長(zhǎng)切割應(yīng)用。編碼器連接到驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠和執(zhí)行器的電機(jī)，執(zhí)行器定位電線進(jìn)行切割。

假設(shè)系統(tǒng)設(shè)置為在12.00英寸處切割電線。切割前4根電線后，測(cè)量結(jié)果如下：

11.81英寸

11.82英寸

11.80英寸

11.81英寸

電線始終短約0.20英寸。誤差來(lái)自哪里？它可能來(lái)自系統(tǒng)的任何地方——或者所有地方：編碼器本身、電機(jī)、滾珠絲杠螺紋中的游隙或線性滑軌軸承中的游隙。

由于讀數(shù)之間的差異很小，系統(tǒng)具有良好的精確度。這可以用于校準(zhǔn)應(yīng)用；可以將0.20英寸添加到最終目標(biāo)位置12.00英寸，以達(dá)到12.20英寸的補(bǔ)償位置。當(dāng)電線被切割時(shí)，它們將非常接近所需的12.00英寸長(zhǎng)度。

結(jié)論

我們討論了與編碼器相關(guān)的三個(gè)最重要的概念。

分辨率——編碼器每轉(zhuǎn)的周期數(shù)或每英寸的周期數(shù)

精度——目標(biāo)位置與實(shí)際報(bào)告位置之間的差異

精確度——重復(fù)測(cè)量之間的差異

雖然這些術(shù)語(yǔ)看起來(lái)可以互換，但它們實(shí)際上是相互獨(dú)立的。理解分辨率、精度和精確度將幫助您在選擇編碼器時(shí)做出決策。

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