任课教师李正强市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

任课教师：李正强任课教师：李正强任课教师：李正强任课教师：李正强年第二学期年第二学期第1页2一、教学要求：一、教学要求：本章教学本章教学:p了解增量码盘和绝对值码盘结构工作原理了解增量码盘和绝对值码盘结构工作原理了解增量码盘和绝对值码盘结构工作原理了解增量码盘和绝对值码盘结构工作原理;p掌握增量码盘和绝对值码盘、光栅工作原理掌握增量码盘和绝对值码盘、光栅工作原理掌握增量码盘和绝对值码盘、光栅工作原理掌握增量码盘和绝对值码盘、光栅工作原理;二、教课时间安排：二、教课时间安排：2 2课时课时 第2页3p第一节第一节 编码器编码器p第二节第二节 光栅光栅本章重点：本章重点：增量码盘工作原理增量码盘工作原理本章难点：本章难点：码盘精度码盘精度码盘精度码盘精度本章教学本章教学:三、主要内容：三、主要内容：四、教学过程：四、教学过程：第3页4第一节第一节 旋转变压器旋转变压器位移测量元件位移测量元件光电转换原理光电转换原理结构型结构型数字型数字型光栅光栅第4页5第一节第一节 编码器概述编码器概述功效：功效：编码器俗称编码器俗称码盘码盘，用来测量转角并把它转换成，用来测量转角并把它转换成脉冲或脉冲或数字数字形式输出信号。形式输出信号。分类：分类：1.依据输出信号基本形式：增量式和绝对式依据输出信号基本形式：增量式和绝对式2.依据结构和原理：接触式、依据结构和原理：接触式、光电式光电式、电磁式、电磁式第5页6第一节第一节 编码器概述编码器概述1 1 增量码盘增量码盘（1）结构）结构第6页7第一节第一节 编码器概述编码器概述1 1 增量码盘增量码盘（1）结构）结构 大圆盘上刻有均匀分布辐射大圆盘上刻有均匀分布辐射状窄缝，分布周期称为状窄缝，分布周期称为节距节距。两组检测窄缝节距和圆盘上相同，两组检测窄缝节距和圆盘上相同，窄缝位置相隔窄缝位置相隔kk1/41/4节距节距，两个，两个输出信号在相位上输出信号在相位上相差相差9090。第7页81 1 增量码盘增量码盘（2）工作原理）工作原理第一节第一节 编码器概述编码器概述第8页91 1 增量码盘增量码盘（2）工作原理）工作原理 当圆盘转动时，光线透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换当圆盘转动时，光线透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器器A A 和和B B 上。经过光线强度随转角作周期性改变，所以光电转换上。经过光线强度随转角作周期性改变，所以光电转换器输出电流信号随转角作周期改变，改变周期为窄缝节距器输出电流信号随转角作周期改变，改变周期为窄缝节距 L L。周。周期信号可分解为基波与谐波之和，谐波小时，用基波正弦信号作期信号可分解为基波与谐波之和，谐波小时，用基波正弦信号作为光电转换器输出信号。光电转换器为光电转换器输出信号。光电转换器A A 和和B B 这两路信号经逻辑电这两路信号经逻辑电路处理、计数后就能得到转角和转速，并能够区分转动方向。路处理、计数后就能得到转角和转速，并能够区分转动方向。第一节第一节 编码器概述编码器概述第9页101 1 增量码盘增量码盘（3）信号处理）信号处理第一节第一节 编码器概述编码器概述微分装置，信号由低向高跳变微分装置，信号由低向高跳变时输出一个脉冲。正转时输出时输出一个脉冲。正转时输出正转脉冲正转脉冲,反转时输出反转脉反转时输出反转脉冲。每输出冲。每输出1 1个脉冲个脉冲，表示转，表示转过了过了一个节距一个节距。为了判别转动方向，信号为了判别转动方向，信号b b是不是不可缺乏，这是用两个检测窄缝可缺乏，这是用两个检测窄缝原因。原因。第10页11 将正、反转脉冲分别送入可逆计数器就能正确计算出脉冲数N，再乘以一个脉冲对应角度增量，就得到相对初始位置角度角位移增量N。怎样取得绝对位置信息?计算轴转角要有基准。增量码盘事先要求一个基准零点，称为零位。相对这个零位转角位置称为绝对位置。怎样找到基准?增量码盘有3 个输出端，分别称为A、B 和Z。Z 相送出脉冲就是零位脉冲。1 1 增量码盘增量码盘（3）信号处理）信号处理第一节第一节 编码器概述编码器概述第11页121 1 增量码盘增量码盘（4）寻零）寻零第一节第一节 编码器概述编码器概述转角不受限时，一个方向转，一圈之内就可找到零位脉冲转角受限时，一个方向转，转到头还找不到就反转只作速度控制，是否需要寻零？第12页131 1 增量码盘增量码盘（4）寻零）寻零第一节第一节 编码器概述编码器概述有没有更加快寻零方法？第13页141 1 增量码盘增量码盘（4）寻零）寻零第一节第一节 编码器概述编码器概述第14页151 1 增量码盘增量码盘（5）分辨率与倍频电路）分辨率与倍频电路第一节第一节 编码器概述编码器概述p一个脉冲对应转角表示码盘分辨率和静态误差。所以分辨率为怎样提升码盘分辨率？第15页161 1 增量码盘增量码盘（5）分辨率与倍频电路）分辨率与倍频电路第一节第一节 编码器概述编码器概述p细分技术能在不增加码盘刻线数及价格情况下提升码盘分辨率。p细分前，码盘分辨率对应一个节距。采取4细分技术后，测量步距是原来1/4，较大地提升了测量精度。p在脉冲传输过程中，若因为干扰而丢失脉冲或窜入脉冲时将会产生累计误差。第16页171 1 增量码盘增量码盘（6）优缺点）优缺点第一节第一节 编码器概述编码器概述优点l精度高（可用倍频电路深入提升精度）l结构简单，成本较低l既适合测角也适合测速l无接触测量，可靠性高，寿命长缺点 开机后先要寻零。在脉冲传输过程中，干扰产生累计误差。需要计数器、速度受到一定限制。第17页181 1 增量码盘增量码盘（7）使用注意事项）使用注意事项第一节第一节 编码器概述编码器概述1 1 考虑寻零问题考虑寻零问题2 2 考虑可能出现因干扰引发累计误差考虑可能出现因干扰引发累计误差3 3 考虑最大转速和分辨率矛盾考虑最大转速和分辨率矛盾4 4 考虑计数器溢出问题考虑计数器溢出问题第18页191 1 绝对值码盘绝对值码盘（1）结构）结构第一节第一节 编码器概述编码器概述 三大部分，旋转码盘、光源和光电敏感元件。光学码道，每个码道上按一定规律分布着透明和不透明区。第19页201 1 绝对值码盘绝对值码盘（2）工作原理）工作原理第一节第一节 编码器概述编码器概述 光源光经过光学系统，穿过码盘透光区被窄缝后面光敏元件接收，输出为“1”；若被不透明区遮挡，光敏元件输出为“0”。各个码道输出编码组合就表示码盘转角位置。第20页211 1 绝对值码盘绝对值码盘（3）编码方式）编码方式第一节第一节 编码器概述编码器概述u码道布局：二进制编码盘，每一个码道代表二进制一位，最外层码道为二进制最低位.u分辨率：用N 表示码盘码道数目，即二进制位数，则角度分辨率为第21页221 1 绝对值码盘绝对值码盘（3）编码方式）编码方式第一节第一节 编码器概述编码器概述第22页231 1 绝对值码盘绝对值码盘（3）编码方式）编码方式第一节第一节 编码器概述编码器概述 问题：两个位置交换处问题：两个位置交换处可能产生很大误差可能产生很大误差 怎样处理这一问题？怎样处理这一问题？第23页241 1 绝对值码盘绝对值码盘（3）编码方式）编码方式第一节第一节 编码器概述编码器概述循环码（格雷码）码盘相邻两个代码间只有一位数变化。二进制数有一个最小位数增量时，只有一位改变状态，误差不超出最小“1”个单位。不过转换成自然二进制码需要一个附加逻辑处理转换装置。第24页251 1 绝对值码盘绝对值码盘（4）优缺点）优缺点第一节第一节 编码器概述编码器概述优点：u 精度高,无接触，寿命长u 开机不需要寻零u 没有累计误差u 不需要计数器、允许转速高缺点：结构复杂，体积大，价格贵第25页261 1 绝对值码盘绝对值码盘（5）使用注意事项）使用注意事项第一节第一节 编码器概述编码器概述1 供电电源要可靠，注意长线传输时压降2 考虑对于误码处理3 考虑过零点处理第26页271 1混合式混合式码盘码盘第一节第一节 编码器概述编码器概述新型绝对值码盘，内部含有增量码盘结构。基本结构是绝对值码盘，但码道较少，精度较低，起“粗测”作用。而增量码盘部分起到“精测”作用。从码盘输出到信号处理装置是模拟信号，抗干扰能力优于纯光电增量码盘脉冲信号。一通电就知道绝对位置，无须“寻零”。采取增量码盘结构，可对输出信号进行倍频处理提升精度。体积要比同精度纯绝对值码盘小。第27页281 1概述概述第二节第二节 光栅光栅第28页292 2工作原理工作原理第二节第二节 光栅光栅 透射光栅和反射光栅两大类。透射光栅是用光学玻璃作成，透光与不透光线条。金属反射光栅是在长条形金属镜面上制成全反射与漫反射间隔相等密集线纹。第29页303 3位移位移-数字转换原理数字转换原理第二节第二节 光栅光栅（1）位移大小确定光栅任一点处莫尔条纹亮度是位移周期函数，周光栅任一点处莫尔条纹亮度是位移周期函数，周期为栅距期为栅距a。用光敏元件检测莫尔条纹移动情况。用光敏元件检测莫尔条纹移动情况。光敏电元件输出信号改变周期个数为光敏电元件输出信号改变周期个数为N，则位移，则位移x 为为能能够够采取倍采取倍频电频电路提升光路提升光栅栅分辨率和精度。分辨率和精度。第30页313 3位移位移-数字转换原理数字转换原理第二节第二节 光栅光栅（2）位移方向确定 采取两个光敏元件判断位移方向，其中心距离为采取两个光敏元件判断位移方向，其中心距离为W W/4/4。与光电码盘情况完全相同。与光电码盘情况完全相同。第31页32谢谢谢谢谢谢谢谢第32页