SIN/COS編碼器介紹

        正余弦編碼器是一種采用模擬輸出的增量編碼器。其輸出為正余弦模擬信號(hào)。正余弦編碼器與普通方波增量式編碼器的AB正交脈沖信號(hào)類(lèi)似，但與普通增量編碼器的通斷輸出不同，正余弦編碼器輸出兩路相位相差90°的正弦波，因此又稱(chēng)為正余弦編碼器。

        正余弦編碼器的信號(hào)由正弦探測(cè)器產(chǎn)生，也屬于光電編碼器。

        正余弦編碼器輸出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是峰峰1V(~1Vpp)的正余弦電壓。如下圖中所示M為1V。

        由于輸出的是低壓模擬信號(hào)，這種編碼器對(duì)噪聲很敏感。因此，每個(gè)信號(hào)提供互補(bǔ)信號(hào)通道。

        為避免提供負(fù)電源，通常給信號(hào)加上2.5V的直流偏置電壓，如下圖所示：

        正余弦編碼器的主要特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離長(zhǎng)，低速應(yīng)用時(shí)可提供較高分辨率，高速控制時(shí)可提供足夠低的信號(hào)帶寬。

        SIN/COS編碼器的分辨率

        編碼器旋轉(zhuǎn)一圈，正余弦編碼器會(huì)周期性地產(chǎn)生多個(gè)正余弦周期，如256(28)，512(29)，1024(210)或2048(211)等。與增量編碼器的每轉(zhuǎn)刻線數(shù)對(duì)應(yīng)。

        正余弦編碼器直接輸出的是模擬量正余弦信號(hào)，從正余弦周期的個(gè)數(shù)來(lái)看，正余弦編碼器的分辨率似乎不高。但正余弦編碼器有一個(gè)特點(diǎn)，即它的輸出信號(hào)可被插補(bǔ)，或細(xì)分。用戶可按實(shí)際應(yīng)用需求，在后續(xù)的控制器或驅(qū)動(dòng)器中，對(duì)正余弦編碼器信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，以獲得足夠高的分辨率。

        比如，一個(gè)1024周期的正余弦編碼器，在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)對(duì)其進(jìn)行212細(xì)分，則在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，可獲得的位置分辨率為：

        1024*212=222=4194304

        針對(duì)于正余弦編碼器，在驅(qū)動(dòng)器或控制器內(nèi)，會(huì)有細(xì)分參數(shù)可設(shè)定。設(shè)置細(xì)分參數(shù)時(shí)，要綜合考慮分辨率的高低，以及編碼器信號(hào)的傳輸距離。傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，不宜把細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)的太大。

        SIN/COS編碼器位置值的計(jì)算

        假設(shè)細(xì)分系數(shù)為2n。對(duì)于一個(gè)正弦周期（360°電角度）中的某個(gè)點(diǎn)，從通道A和B讀入模擬信號(hào)VA和VB。其中VB為正弦值，VA為余弦值，則這兩個(gè)電壓比的反正切即可得到這個(gè)正弦波內(nèi)的插補(bǔ)電角位移。

        θintep=arctan(VB/VA)

        其對(duì)應(yīng)的本周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值為：

        Csub=2n*(θintep/360)

        =2n*(arctan(VB/VA)/360)

        其中，反正切函數(shù)必須通過(guò)對(duì)檢測(cè)正弦和余弦信號(hào)的符號(hào)進(jìn)行小心處理，以正確辨識(shí)角度在哪一個(gè)象限。

        驅(qū)動(dòng)器也對(duì)正弦波的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，假設(shè)這是第m+1個(gè)周期，則當(dāng)前位置在一圈內(nèi)的計(jì)數(shù)為：

        C=2n*m+Csub

        SIN/COS編碼器的細(xì)分及數(shù)值計(jì)算一般都使用反正切插值的方法：

        SIN/COS編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合

        SIN/COS編碼器可單獨(dú)作為增量式編碼器使用，但更多是用在混合式編碼器中，作為增量信號(hào)出現(xiàn)。

        EnDat2.1-海德漢（Heidenhain）

        Hiperface-西克(SICK）

        EnDat2.1和Hiperface接口的共同點(diǎn)是，都提供兩路編碼器信號(hào)，一路為絕對(duì)值信號(hào)，一路為SIN/COS增量編碼器信號(hào)。因此，一般稱(chēng)這兩種接口的編碼器為絕對(duì)值編碼器。

        EnDat2.1:對(duì)于EnDat2.1接口的絕對(duì)值編碼器，絕對(duì)位置只是在驅(qū)動(dòng)器剛上電時(shí)，讀取伺服電機(jī)的當(dāng)前位置。SIN/COS增量編碼器信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。

        Hiperface:Hiperface與EnDat2.1類(lèi)似，也可產(chǎn)生絕對(duì)值和SIN/COS增量?jī)陕沸盘?hào)。絕對(duì)位置值僅當(dāng)設(shè)備通電并與控制器里的外部計(jì)數(shù)器通信時(shí)才產(chǎn)生(通過(guò)與RS485規(guī)格相符的基于總線的參數(shù)接口)。增量計(jì)數(shù)器在這絕對(duì)位置值基礎(chǔ)上，對(duì)模擬量正弦/余弦信號(hào)進(jìn)行增量計(jì)數(shù)。SIN/COS編碼器信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)器的速度控制。

        基于SIN/COS編碼器回零的注意事項(xiàng)

        SIN/COS編碼器，不像增量式編碼器那樣，有Z相脈沖。在控制器或驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，根據(jù)SIN/COS編碼器信號(hào)的相位，計(jì)算生成模擬的Z相脈沖或零位脈沖。但此模擬Z相脈沖的寬度比細(xì)分后的SIN/COS信號(hào)脈沖寬度要寬，可能是5~10個(gè)計(jì)數(shù)的寬度。

        因此，應(yīng)盡量固定從Z相脈沖的一側(cè)，沿固定方向找零點(diǎn)。不然，可能造成回零精度有5~10個(gè)計(jì)數(shù)距離的誤差。如上圖，從左側(cè)向右回零，零點(diǎn)在位置100處，而從右側(cè)向左回零，零點(diǎn)在位置106處，兩種回零方式，零點(diǎn)位置有6個(gè)單位距離的誤差。