當(dāng)討論工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制中有關(guān)運(yùn)動(dòng)速度、距離和方向以及反饋系統(tǒng)時(shí)，必然會(huì)涉及到運(yùn)動(dòng)控制核心部件——編碼器。簡(jiǎn)而言之，編碼器主要是記錄運(yùn)動(dòng)技術(shù)指標(biāo)并傳達(dá)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，可用于監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和控制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而滿足工業(yè)設(shè)備理想的運(yùn)動(dòng)控制需求。

從定義上講，編碼器（encoder）是將信號(hào)（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備，常應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景中，主要功能是將旋轉(zhuǎn)角度、位移及線速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，作用堪比工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制的“神經(jīng)中樞”。

編碼器種類繁多，按照讀出方式可分為接觸式和非接觸式兩種；按照檢測(cè)原理可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式四種；按照刻度方法及信號(hào)輸出形式可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。在增量編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對(duì)型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的編碼器有：旋變編碼器、磁編碼器、增量光編碼器和絕對(duì)值光編碼器。

綜上所知，編碼器如此重要，故而在選擇時(shí)需綜合多方面因素整體考量。威科達(dá)建議選擇一款合適的運(yùn)動(dòng)控制編碼器可從經(jīng)濟(jì)成本、可靠性和精度三個(gè)維度來全面考核，并根據(jù)企業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需求擇優(yōu)選用。

接下來，針對(duì)旋變編碼器、磁編碼器、增量光編碼器和絕對(duì)值光編碼器這四大類常見編碼器，從上述三個(gè)維度來重點(diǎn)分析。

01經(jīng)濟(jì)成本

在編碼器選擇中考慮經(jīng)濟(jì)成本時(shí)，可以分“編碼器成本”和“解角成本”兩個(gè)部分來看。

①編碼器成本部分

磁性編碼器成本最低，絕對(duì)值光編碼器成本最高，增量式光編碼器和旋變編碼器成本居于中等水平。

②解角成本部分

該部分成本最低是磁性編碼器和絕對(duì)值光編碼器，增量式光編碼器成本居中，旋變編碼器成本最高。據(jù)威科達(dá)冀工介紹，目前旋變編碼器解角成本在100元人民幣左右，如果能降低旋變的解角成本，國(guó)內(nèi)應(yīng)用旋變編碼器的會(huì)越來越多。

磁性編碼器簡(jiǎn)圖

從經(jīng)濟(jì)成本來看，磁性編碼器價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，單考慮成本因素磁性編碼器無疑是最佳選擇。近幾年，磁性編碼器因?qū)崿F(xiàn)了磁性芯片技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，上游供應(yīng)鏈廠商增長(zhǎng)較快；加上磁編結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)入門檻相對(duì)較低，入局磁編領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)量也大幅增加，磁編市場(chǎng)因此快速發(fā)展，技術(shù)逐漸穩(wěn)定。

目前在國(guó)產(chǎn)伺服領(lǐng)域，越來越多的企業(yè)更傾向于選擇磁性編碼器以降低伺服系統(tǒng)綜合成本。這對(duì)如今競(jìng)爭(zhēng)激烈的伺服市場(chǎng)來說，可在一定程度上緩解企業(yè)成本壓力。

02可靠性

在許多運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，溫度、振動(dòng)和環(huán)境污染物是編碼器必須應(yīng)對(duì)的重要挑戰(zhàn)，所以編碼器的可靠性不容忽視。從可靠性來看，旋變編碼器水平最高，磁性編碼器次之，增量式光編碼器和絕對(duì)值光編碼器則要遜色一些。

旋變編碼器結(jié)構(gòu)圖

旋轉(zhuǎn)編碼器采用變壓器原理測(cè)量角度，具有無觸點(diǎn)、長(zhǎng)壽命、高精度、高可靠性、跟蹤速度快、耐高低溫、防水、防塵及耐腐蝕性氣體、耐振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾等優(yōu)勢(shì)。廣泛應(yīng)用于對(duì)可靠性有要求的各種惡劣環(huán)境中。

如果企業(yè)對(duì)編碼器的可靠性有極高要求的話，只能選擇旋變編碼器。

03精度

編碼器的精度與運(yùn)動(dòng)控制有著密切的聯(lián)系，精度用于衡量正常情況下實(shí)際值和設(shè)定值之間可重復(fù)的平均偏差的量值。因?yàn)榻^對(duì)值編碼器的位置是由數(shù)字碼確定，利用外部記圈器件可對(duì)多個(gè)位置進(jìn)行記錄，每個(gè)位置具有唯一性，所以絕對(duì)值編碼器無需記憶、無需參考點(diǎn)，即可測(cè)量360°范圍內(nèi)的絕對(duì)角度，其分辨率和定位精度最高。

絕對(duì)值光編碼器

旋變編碼器的細(xì)分度由反正切表決定，反正切表做得越細(xì)就能實(shí)現(xiàn)無限細(xì)分。所以，低速狀態(tài)下旋變編碼器的細(xì)分度要更好，噪音和抖動(dòng)比較小，另外定位速度也更快。增量式編碼器的輸出信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角度有直接的關(guān)系，可用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)速等，但不能確定絕對(duì)位置。

增量式光編碼器

綜合來看，絕對(duì)值光編碼器精度最高、旋變編碼器精度次之、增量式光編碼器精度中等、磁編碼器精度最低。此外，絕對(duì)值光編碼的精度不會(huì)因斷電以及其他外部因素干擾而受到影響，其可靠性大幅提高。

如果企業(yè)重視編碼器的精度，絕對(duì)值光編碼器無疑是最優(yōu)選項(xiàng)。

綜合以上，可整理如下表格方便整體對(duì)比：

作為運(yùn)動(dòng)控制整案定制專家，威科達(dá)自主研發(fā)的伺服驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)以上四種編碼器，尤其在旋變編碼器的驅(qū)動(dòng)上，有較深入的研究。威科達(dá)0.2-110KW的驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)多級(jí)旋變編碼器，實(shí)現(xiàn)百米長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)，這樣的旋變解角驅(qū)動(dòng)器亦可實(shí)現(xiàn)Canopen Ether-cat profinet 總線控制。