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Encoder incrementale

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[1] Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentethemagiciant95 » 21 set 2017, 11:14

Ciao ragazzi, in un encoder incrementale con 2 coppie di lettura ( led-fototrasinstor), a quale distanza angolare è convienente porre le 2 coppie ?

encoder.PNG
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[2] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentevenexian » 21 set 2017, 11:33

Esattamente pari alla metà dell'angolo della zona opaca, o della zona trasparente, che devono essere uguali.
Se i due gruppi dovessero essere in questo modo troppo vicini, si possono distanziare di un multiplo qualsiasi di doppi angoli di zona opaca, o trasparente.

Nel caso in figura, zona opaca e zona trasparente coprono ciascuna 45°. I due gruppi vanno quindi posti a 22,5°, oppure a 112,5° o 202,5°.
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[3] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentethemagiciant95 » 21 set 2017, 12:37

Grazie mille.
Posso sapere il perché ?
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[4] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentevenexian » 21 set 2017, 13:22

Lo puoi capire osservando il diagramma temporale che è riportato nel disegno.
La prima cosa è avere chiaro cosa rappresenta.
Ti è chiaro?
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[5] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentethemagiciant95 » 21 set 2017, 13:24

Forse è per evitare di sovrapporre i fronti di salita e discesa e per far si che gli stessi impulsi di salita e discesa avvengano a intervalli costanti ?
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[6] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentevenexian » 21 set 2017, 13:30

La ragione è quella, ma la distanza angolare è determinata dall'andamento di quei segnali. C'è una corrispondenza biunivoca tra il diagramma e la disposizione meccanica dei vari componenti.
Prova a mettere i due sensori come se fossero sovrapposti e traccia il diagramma. Poi muovine uno e guarda come il diagramma cambia.

Il motivo per il quale il diagramma è fatto così, è per rendere il sistema più solido verso gli errori di posizionamento dei sensori. Se gli angoli sono quelli che ti ho indicato sopra, il sensore continua a funzionare bene anche se c'è un certo errore nel posizionamento. Se gli angoli sono diversi, l'errore accettabile diventa inferiore.
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[7] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 22 set 2017, 17:32

Non sono molto d'accordo sulla motivazione per la quale si usano due segnali encoder sfasati di 1/4 di perodo.

La ragione principale è poter determinare il verso di rotazione, ad ogni commutazione.
Come ulteriore vantaggio si ha una risoluzione 4 volte superiore.

Ovviamente, per sfruttare questi meccanismi occorre un oportuno circuito, a monte del contatore.
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[8] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentevenexian » 22 set 2017, 21:52

SandroCalligaro ha scritto:La ragione principale è poter determinare il verso di rotazione

Su questo non c'è dubbio. La questione era perché lo sfasamento fosse proprio 90° e non 80° oppure 100°.

La motivazione di metterlo al centro è per massimizzare il margine di errore quando l'encoder gira veloce. A bassa velocità, anche se l'angolo è diverso, poco cambia, ma a velocità elevata, la pendenza (relativa) dei fronti diminuisce fino a rendere il segnale triangolare. Proseguendo nell'aumento della velocità, inizia ad abbassarsi anche il livello del segnale rilevato, non avendo questo un tempo sufficiente per raggiungere il suo massimo. In questa condizione, più l'angolo elettrico è vicino ai 90° e più alta deve essere la velocità di rotazione per far uscire il segnale dalla soglia di commutazione. Dato che gli encoder vengono realizzati anche con un numero molto elevato di tacche per giro (*), il posizionamento meccanico assume un'importanza fondamentale, così come la riduzione dell'errore di questo posizionamento. Partire con l'angolo a 90° assicura un margine maggiore per restare all'interno del limiti di specifica.

Sull'utilizzo delle subdivisioni per incrementare la risoluzione apparente dell'encoder bisogna fare una precisazione importante. Alle basse velocità, questa operazione può avere senso, anche se attenzione deve essere posta all'isteresi del rivelatore che si trasforma in isteresi di misura sulla rotazione, creando di fatto un gioco meccanico fittizio. Alle alte velocità invece, il rilevamento delle subdivisioni non è più un metodo accettabile perché il ritardo elettrico porta uno sfasamento dei segnali sempre ovviamente in ritardo e al raggiungimento della velocità limite, questo ritardo è superiore alla subdivisione e si trasforma in un errore di lettura nella posizione angolare. A livello didattico questo particolare viene quasi sempre tralasciato e nei datasheet non è così evidenziato come dovrebbe, con effetti deleteri, tra l'altro molto difficili da attribuire all'encoder che, se testato a bassa velocità, si comporta perfettamente.

(*) Io ho utilizzato sensori fino a 4096 divisioni / giro, ma ho visto modelli di grande diametro da 10000 divisioni /giro.
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[9] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 23 set 2017, 8:19

Grazie per aver chiarito meglio.
Certamente la spaziatura regolare garantisce il maggior margine possibile, diciamo che a me era sempre sembrata l'unica soluzione sensata (perché mai dovrei fare un encoder "zoppo"?), ma in effetti nessuna scelta è scontata.

Sull'uso delle sub-divisioni, devo dire che non ho mai visto un drive che non le usasse, il problema è relativo. L'effetto di isteresi dovrebbe essere necessariamente limitato, per essere comunque "meno peggio" che utilizzare una risoluzione inferiore (sempre ragionando su prodotti "seri", ovviamente).
In fondo le frequenze in gioco non sono così alte come si potrebbe pensare, perciò esistono encoder da migliaia di impulsi/giro che possono lavorare ad esempio a 10.000 rpm, posto anche, però, che la periferica di ricezione e conteggio sia adeguata.

Per fare un esempio, 12.000 rpm, 4000 ppr:
12.000/60 * 4000 = 800 kHz

Ci sono anche encoder con risoluzioni di ordini di grandezza superiori, ma credo che le velocità massime in quei casi siano molto limitate, e gli impieghi siano molto particolari (anche per i costi).
Alcuni encoder ottici vengono poi sia conteggiati che letti in analogico, anche in quel caso si sfrutta la condizione di quadratura dei due segnali.
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[10] Re: Encoder incrementale

Messaggioda Foto Utentevenexian » 23 set 2017, 8:37

Anche se le frequenze in gioco non sono alte per l'elettronica associata alla parte digitale, lo sono per il sensore ottico. A risoluzioni elevate, gli slot sono centesimi di millimetro e la luce che passa è molto poca. In questa condizione, il tempo di risposta dei fotodiodi è il fattore limitante che determina la costante di tempo e fa flettere i fronti.

Riguardo l'uso delle sottodivisioni, avere due bit in più che diventano significativi o non significativi al variare della velocità di rotazione non è una condizione auspicabile. Quando sono utilizzate, la velocità di rotazione è limitata a quella che crea uno sfasamento inferiore al quarto di passo.

un altro motivo per il quale le sottodivisioni non vengono utilizzate nei sistemi di precisione, come i teodoliti o i goniometri è perché la regolarità del passo pieno è determinata dalla precisione nell'esecuzione della ruota ottica, mentre la regolarità delle sottodivisioni dipende anche dalla precisione del posizionamento relativo dei due gruppi ottici che è molto inferiore rispetto alla prima.
In pratica, fidandosi delle sottodivisioni, si ha un errore sistematico che si ripete ciclicamente ogni quattro unità misurate.
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