Positions-Feedback | Was du wissen musst

In vielen BewegungssteuerungsanwendungenB. Robotik und automatisierte Fertigung, ist die Verfolgung der Wellenposition entscheidend, um den reibungslosen Betrieb der Geräte bei der Arbeit sicherzustellen.

Eine der besten Lösungen ist die Implementierung einer Positionsrückmeldung in Encodern, um eine präzise Positionierung an jedem Punkt während der Wellendrehung zu ermöglichen.

Feedback ist einfach ein Signal, das an einen Servoantrieb oder eine Steuerung zurückgesendet wird, um einen Messwert wie Spannung, Geschwindigkeit, Strom, Drehmoment, Beschleunigung oder Positionierung zu übermitteln. Feedback-Encoder werden typischerweise in Motoren oder Lasten integriert, um Position oder Geschwindigkeit zu übermitteln.

Das Hinzufügen eines Feedback-Geräts zu einer Bewegungsanwendung schafft ein System mit geschlossenem Regelkreis, in dem der Servoantrieb oder die Steuerung Störungen im Motor oder in der Last kompensieren kann, indem er den Ausgang anpasst, um die gewünschten Werte zu erreichen. Die Positionsrückmeldung übermittelt die Winkelposition von Rotationsmotoren oder die lineare Position von Linearmotoren.

Es gibt zwei Arten von Messsystemen für die Positionsrückmeldung, auf die wir in diesem Artikel eingehen werden: absolute Feedback-Messung und inkrementelle Feedback-Messung.

Inkrementelles Feedback

Bei der inkrementellen Rückkopplung werden Zeilen auf einer Platte abgetastet und diese Muster in elektrische Impulse oder Sinus-/Cosinus-Signale umgewandelt, die dann an den Servoantrieb gesendet werden. Der Antrieb misst dann die Bewegungen in Inkrementen, die in die eine oder andere Richtung erfolgen.

Encoder mit inkrementeller Rückführung können die tatsächliche Position nur verfolgen, nachdem sie eine Homing-Routine durchgeführt haben, bei der sie einen Referenzpunkt für die Drehung festlegen. Dies bedeutet, dass er sich zu einem bekannten Ort wie einem Endanschlag bewegen oder einen Referenzschalter oder Indeximpuls passieren muss.

Sobald der Motor eine bekannte Position erreicht, kann das System die Position wie eine absolute Rückkopplung verfolgen. Leider können Störungen eine häufige Komplikation sein, ebenso wie der Verlust der Versorgungsspannung, der dazu führt, dass das inkrementelle System seinen Referenzpunkt verliert.

Wenn das System heruntergefahren wird, gehen die Positionsinformationen verloren und die Homing-Routine muss erneut ausgeführt werden.

Ein reales Beispiel für eine Homing-Routine wäre ein Tintenstrahldrucker. Beim ersten Einschalten bewegt sich der Druckkopf im Rahmen des Startvorgangs über die Breite des Druckbereichs hin und her.

Inkrementalgeber 

Der TTL-Inkrementalgeber verwendet einen Fotodetektor, um Licht in Signalimpulse umzuwandeln. Im Wesentlichen scheint eine Lichtquelle durch Schlitze (oder Linien) auf einer Scheibe und der Fotodetektor wandelt dies in elektrische Signale unter den Kanälen A und B um.

Die Auflösung ist digital und basiert auf der Anzahl der Zeilen oder Zählungen (4x Zeilen).

Elektrische Impulse wandern durch die Kanäle A und B im Encoder, die sich ein- und ausschalten sowie überlappen. Durch Messen der Phasenbeziehung zwischen den Kanälen A und B ist der Encoder in der Lage, die inkrementelle Richtung elektrischer Impulse zu messen, um die allgemeine Positionierung zu bestimmen.

Für eine genauere und absolute Positionsmessung ist jedoch die Hinzufügung eines weiteren Signals erforderlich, das manchmal als Index, Marker oder Kanal I bezeichnet wird, um die absolute Position des Motors innerhalb einer Umdrehung zu markieren.

Durch die Analyse dieser vier Zustände kann der Encoder die Position verfolgen, indem er die Richtung jedes Impulses von einem Startpunkt aus zählt.

Der Sin/Cos-Inkremental-Encoder ist einem TTL-Encoder sehr ähnlich, verwendet jedoch analoge Sin- und Cos-Signale für die Kanäle A und B.

Das Verhältnis zwischen den Sin/Cos-Signalen ermöglicht eine Interpolation zwischen "Zählungen", was die Auflösung stark erhöht. 2048 zusätzliche Zählungen (oder mehr) können zwischen jeder Standardzählung interpoliert werden.

Absolutes Feedback

Im Gegensatz zur inkrementellen Rückführung verlassen sich Encoder mit absoluter Rückführung auf eine codierte Scheibe, die sich mit der Welle dreht, um eine absolute Positionsrückmeldung zu liefern. Ein Decoder wird verwendet, um diese Werte unter Verwendung von entweder Binär-, Gray- oder Gray-Excess-Code zu lesen. Diese wird über einen seriellen Kanal mit dem Servocontroller kommuniziert.

Diese Systeme sind weitaus komplexer als Inkremental-Feedback-Encoder und verfolgen immer die tatsächliche Position der Welle.

Darüber hinaus wird ein absolutes Feedback-Gerät im Falle einer Unterbrechung der Versorgungsspannung niemals die Position der Welle verlieren und dies an den Servocontroller übermitteln, sobald die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Bei einem absoluten Feedback-System gibt es keinen Wertverlust.

Absolute Encoder

Absolute Encoder verfolgen und speichern Positionsdaten, die dann über einen seriellen Kanal an die Steuerung zurückgesendet werden. Jede Position der Welle oder Last wird während der Drehung markiert, sodass diese Position immer bekannt ist.

Lineare Encoder sind in der Lage, Rückmeldungen direkt zu verfolgen, indem sie einen Positionsencoder an der Last implementieren, während Encoder an einem Rotationsmotor indirekt Rückmeldungen über die Position der Last liefern.

Singleturn-Absolutwertgeber verfolgen die Position für jede Umdrehung, während Multiturn-Absolutwertgeber Untersetzungsgetriebe verwenden, um auch die Anzahl der Umdrehungen zu verfolgen.

Dies ist nützlich für lineare Systeme und andere Anwendungen, bei denen der Bewegungsbereich mehr als eine Motorumdrehung erfordert. Es ist vergleichbar mit einem mechanischen Kilometerzähler in einem Auto.

AMC unterstützt Hiperface, EnDat, und Biss C Protokolle für Absolutwertgeber.

Absolutes vs. inkrementelles Feedback

Absolute Feedback-Vorteile

  • Liefert konstante Positionsdaten
  • Keine aufwändigen Homing-Routinen
  • Sie müssen nicht zurücksetzen, wenn der Strom versehentlich ausfällt

Vorteile des inkrementellen Feedbacks

  • In der Regel günstiger
  • Optionen für höhere Auflösung verfügbar
  • Absolute Positionsangaben sind nicht für alle Anwendungen notwendig.

Absolute Feedback-Anwendungen

Absolutes Feedback wird für Anwendungen bevorzugt, bei denen Positionsinformationen erforderlich sind und eine Homing-Routine nicht unbedingt durchgeführt werden kann. Dies würde jede Anwendung betreffen, die keine volle 360-Grad-Drehung ausführen kann, wie z. B. ein Cobot oder Anwendungen mit anderen Übersetzungsverhältnissen als 1:1.

Überlegen Sie, wie schlimm es für einen 3D-Drucker mit inkrementellem Feedback wäre, die Position zu verlieren, wenn die Stromversorgung ausfällt.

Zu den häufigsten Anwendungen für Absolutwertgeber gehören:

  • Große Antennen
  • Teleskope
  • 3D-Drucker
  • Stabilisierte Kameras
  • Automatische Lenksysteme

ADVANCED Motion Controls verfügt über eine Vielzahl unterschiedlicher Antriebe für unterschiedliche Arten von Rückmeldungen. Für weitere Informationen oder Fragen zum Positions-Feedback, kontaktiere uns heute.

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