本文介紹了伺服控制的三個零點位置，以及對應(yīng)單圈絕對值編碼器和多圈絕對值編碼的不同意義。

一般來說，伺服控制有三個零點，對應(yīng)以下三種絕對值編碼器使用場景。

1、伺服電機UVW線圈的零點-電機電流環(huán)

這個零點位置是提供給電機驅(qū)動器的驅(qū)動電流相位用的，用單圈絕對值編碼器。這個零點不能偏，更不能丟，如果偏了，電機電流就會增大，電機會發(fā)燙；如果這個零點丟了，電機驅(qū)動電流相位出現(xiàn)錯誤，電機會擰甚至不會轉(zhuǎn)；如果線圈反電動勢阻抗失去了，電機就會燒壞。

這個零點由伺服編碼器的UVW信號提供（相位120度的部分絕對值的），或者由單圈絕對值編碼器提供，例如正余弦信號編碼器的CD信號。

在伺服編碼器的使用中，單圈絕對值編碼器的原始目的，是負責(zé)伺服電機驅(qū)動電流相位的準(zhǔn)確輸出，用于伺服電流環(huán)。單圈絕對值編碼器只有一個零點，循環(huán)碼可以編碼器安裝后任意位置作為零點位置，利用循環(huán)碼的特點，360度數(shù)字坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)與電機線圈的零點位置對應(yīng)，并把循環(huán)轉(zhuǎn)偏值量永久保存在電機驅(qū)動器中。因此，伺服電機的編碼器更換較為復(fù)雜，需要換下來的編碼器零點位置與換上去的位置一致，或者重新尋找到電機零點位置，令編碼器的零點重新數(shù)字循環(huán)轉(zhuǎn)坐標(biāo)偏值與電機零點位置對應(yīng)。

2、伺服系統(tǒng)定位控制的零點-用于伺服終端位置環(huán)

除了直驅(qū)伺服類別以外，絕大部分的伺服系統(tǒng)還是要依靠機械減速機等傳動裝置，來控制機械工藝終端的定位控制，這個如果是要用絕對值編碼器，就必須要用到多圈絕對值編碼器，因為測量行程是多圈旋轉(zhuǎn)的。

這個零點位置不能偏，也不能丟。偏了，加工精度就沒了；丟了，加工就會出現(xiàn)次品，還有可能損壞機械，或有可能會發(fā)生撞車、沖頂?shù)氖鹿?，影響到產(chǎn)品的可靠性和一致性。

有一種用法，就是伺服電機上的編碼器選擇用絕對值多圈編碼器，這樣，中間是隔著一層機械減速機傳動的。這類伺服定位控制系統(tǒng)的零點位置，并不是在伺服電機上，而是在機械運動終端，全量程下的確定一個零點位置，有時也稱為參考位。然后與伺服電機上的絕對值多圈編碼器零點位置相對應(yīng)?！罢妗苯^對值編碼的零點位置是唯一的，按循環(huán)碼方式，不依賴于計數(shù)器?？梢杂脭?shù)字循環(huán)坐標(biāo)偏值，將偏值量永久保存在定位控制器中。需要注意的是定位控制器，因為這個零點是給定位控制用的，是根據(jù)程序在首次安裝時自動完成，以后就不應(yīng)該再發(fā)生變化，除非機械系統(tǒng)某個連接的位置動過了。

電機上的伺服編碼器雖然也可以“多圈”工作，但是與終端機械位置隔了一套減速機及機械傳動系統(tǒng)，從自動化控制閉環(huán)的嚴(yán)格意義上說，這樣的伺服編碼器只能稱為半閉環(huán)式。

如果按自動化控制閉環(huán)而言，機械終端是直線運動，就要再配置直線傳感器，例如直線光柵尺；如果是需要絕對值編碼器，就需要配置直線絕對值光柵尺，這才是自動化控制的全閉環(huán)方式。但是，直線絕對值光柵尺由于加工長度需要定制化，加上產(chǎn)品成本、使用易損壞程度等因素，造成這種使用方式只能應(yīng)用在高端機床上。

一種折中的方法，是在機械終端可能的機械旋轉(zhuǎn)位置加裝第二位置的絕對值編碼器，如果是多圈工作的，就要加裝機械多圈絕對值編碼器。這一種方法，一方面減少了機械減速機齒輪間隙誤差的進入控制系統(tǒng)，另一方面也減少了減速機齒輪間隙行走彈性的時間延遲、減速機齒輪高速運轉(zhuǎn)后發(fā)燙帶來磨損的位置誤差，以及對機械傳動損壞、松動所帶來的不可靠性進行監(jiān)測的工作量，大大提高了伺服定位控制系統(tǒng)的可靠性，因而贏得用戶的信賴。

例如下圖，是醫(yī)療核磁共振移動床的運動控制實例，松下伺服電機上本來就已有單圈絕對值編碼器，由于只是單圈絕對值編碼器，多圈是依賴于計數(shù)器與寄存的，在核磁共振設(shè)備強磁場的干擾下，計數(shù)器被干擾而可能發(fā)生零點位置丟失。機械終端移動絲桿連軸安裝了第二位置的絕對值多圈編碼器，由于是機械式絕對值編碼的，對于干擾不會改動機械位置編碼，因此不再發(fā)生零點位置丟失，這臺國產(chǎn)化的核磁共振新產(chǎn)品因此贏得用戶的選用。

3、多軸系統(tǒng)的基準(zhǔn)零點

目前，運動控制系統(tǒng)的發(fā)展已從單軸運動控制發(fā)展到3坐標(biāo)、甚至幾十軸、上百軸的控制系統(tǒng)，每個軸相互關(guān)系的零點基準(zhǔn)位置，需要在安裝調(diào)試時對準(zhǔn)、統(tǒng)一，并且能在以后長期工作中任何一個軸的位置都不能發(fā)生零點位置的丟失，這就需要用到“真”多圈絕對值編碼器，并且由于軸數(shù)多，需要用到工業(yè)總線或者工業(yè)以太網(wǎng)型絕對值多圈編碼器。這個基準(zhǔn)零點不能丟，如果丟了，多軸系統(tǒng)就亂套了。

例如，某廠商在宣傳產(chǎn)品時表示，工業(yè)以太網(wǎng)單臺12xxPLC可以連接幾十甚至上百個軸的工業(yè)以太網(wǎng)運動控制器，這確實是很不錯的一個多軸控制設(shè)計方案。但是，是否每一個軸都要配上一個“回歸參考位”復(fù)位開關(guān)？如果這樣的話，就需要上百個復(fù)位開關(guān)，那么每一次開機時都需要參考點歸零一次嗎？

按照控制真實閉環(huán)的要求，這些復(fù)位開關(guān)必須把信號反饋給系統(tǒng)控制的PLC，這是要用工業(yè)以太網(wǎng)開關(guān)嗎？還是PLC需要100個傳統(tǒng)的開關(guān)點輸入？如果上百個軸里有一個軸的零點位置出現(xiàn)丟失這種常見的問題，又應(yīng)該如何去發(fā)現(xiàn)是哪一個軸丟掉了零點位置呢？即使每個軸的零點位置丟失的出錯概率很低，就算萬一吧，那上百個軸每年要演出多少次百里挑一的找出哪個軸零點位置丟失了呢？客戶的效率時間損失、客戶產(chǎn)生次品的損失、調(diào)試時間的損失、檢查維護的時間損失等等，將隨著多軸軸數(shù)的增加，幾率一下子大起來，用戶對新產(chǎn)品可靠性的疑慮增加，又如何能信任這一新技術(shù)？

降低成本與可靠性有時是一對矛盾。當(dāng)用戶對新產(chǎn)品的疑慮，與用戶可能帶來的意外損失相比，可靠性加持是能夠幫助用戶減少損失的，可以增加用戶對創(chuàng)新產(chǎn)品的信任，這是為用戶成本思考。在這種情況下，在機械終端使用機械多圈真絕對值編碼器，可以保持機械位置，不會發(fā)生零點位置丟失。這個“絕對值編碼器”不會丟零點位置的“絕對值”的意義就凸現(xiàn)出來了。

下面，再來看看傳感器零點位置的可靠性，對于自動化控制系統(tǒng)的可靠性，有多么重要！

絕對值編碼器的零點位置，已經(jīng)預(yù)先的機械的存在。在安裝時，絕對值編碼器的機械的零點與定位控制的機械零點相對應(yīng)，在編碼器信號解碼到位置的過程中，計算時加入了絕對值編碼器內(nèi)部機械零點與設(shè)備機械零點的相互差補正，非失性保存這個補正值，因此今后就不會再發(fā)生零點位置的丟失，除非這個絕對值編碼器壞了，或者發(fā)生連接失效了（機械松動或機械拆裝）。

機械式真絕對值多圈編碼器，只能是壞了（例如機械壞了、電子燒了等），決不能是錯了、零點位置丟了，這就是用“絕對值”的意義。

增量編碼器的零點——Z相，Z就是零點ZERO的意思。但是Z相在編碼器內(nèi)每圈只有一個。單圈絕對值編碼器的零點，在360度內(nèi)只有一個。多圈絕對值編碼器，在多圈絕對值測量全程中，零點位置只有一個。

但是，各種假絕對值的編碼器，虛擬的“絕對值”編碼器，零點位置就不止一個！

用單圈絕對值編碼器經(jīng)過過圈計數(shù)的方法，單圈絕對值編碼器的唯一零點被來回使用無數(shù)次，就不再是唯一性編碼了。它的使用就需要在無數(shù)次的零點找一個出來與外部的機械位置對上，并增量編碼的方式加上圈數(shù)，并設(shè)法保存，在斷電時仍然需要工作。例如，通過內(nèi)部的電池或者韋根微能量收集器存儲的能量，繼續(xù)在停電狀況下的繼續(xù)工作，記錄這個編碼器的多零點變化的計圈識別。

但是，這里存在幾個問題，例如，在停電狀態(tài)下、或者電機突然斷電狀態(tài)下、電源系統(tǒng)不干凈、不穩(wěn)定的情況下，電池和韋根編碼器是在停電狀態(tài)下（或者電源不穩(wěn)定狀態(tài)下）利用極微弱的自存能量工作的計數(shù)圈數(shù)與寄存，這種極微弱信號采集的對外抗干擾能力很差，是否會存在計數(shù)被干擾而錯過了單圈零點計數(shù)的情況？在這種出錯的可能性下，錯誤如何能夠被發(fā)現(xiàn)？如何避免定位控制器無法知道這個錯誤，而導(dǎo)致后面自動化控制的錯誤——導(dǎo)致生產(chǎn)次品的發(fā)生，甚至機械損壞與事故發(fā)生的隱患呢？

關(guān)于韋根編碼器

韋根編碼器作為一種無電池的新技術(shù)，可以替換原來的電池編碼器的方案，在用戶有了充分了解后可以有選擇地自主選用，但是，在某些韋根編碼器的宣傳推廣過程中卻混淆了“絕對值”的概念。

實際上，韋根編碼器是一種利用韋根微發(fā)電的能量收集技術(shù)，代替了原來的電池式編碼器。它是單圈絕對值的，多圈依賴于韋根信號與韋根微能量收集，對于圈數(shù)的增加和減少進行計數(shù)，并保存。這里有幾個問題，值得大家思考：

問題1這種圈數(shù)是依賴增加與減少的算法與寄存的方式，只是因為“無電池”，就是“絕對值編碼”嗎？

問題2這種圈數(shù)的增加與減少的計數(shù)器與寄存，是否存在過圈數(shù)計數(shù)器（算法）受干擾，而會出錯的可能性？尤其是在斷電后韋根存儲的微弱能量下的必須繼續(xù)的在低功耗計數(shù)器工作下，是否會受到干擾？

問題3如果因為韋根編碼器從沒有承認會有出錯概率，如果這種出錯概率一旦發(fā)生，韋根編碼器將如何發(fā)現(xiàn)這一錯誤，而不會影響到后面的控制也跟著出錯呢？

問題4目前很多韋根編碼器以打擊電池編碼器作為宣傳手段，又以真絕對值編碼的無差別混淆“絕對值”概念的宣傳方式是否合適？

關(guān)于多圈計數(shù)器

就好比時鐘，只有一個分針，沒有時針，幾小時幾分鐘的那個幾小時，需要始終去判斷，哪怕停電后。而在計數(shù)判斷的過程中是不能有干擾的，因為在停電時無法再回頭重新數(shù)一遍。當(dāng)然也有高手說，分針只要不超過半圈，一樣可以用。

而機械式多圈絕對值編碼器，就是有齒輪式的時針和分針，可以多過12個小時。

于是瑞士機械手表有日相晝夜機械，還有月相機械，甚至還有年相的萬年歷機械手表，這就是機械手表的價值。12個小時的時針分針的機械手表，還可以利用白天黑夜的邏輯判斷，再附加一位，獲得24小時。那些，“假”絕對值的只有一個小時，以后就靠數(shù)數(shù)字了，數(shù)數(shù)字一旦數(shù)錯了也有可能不知道。

對于多軸伺服控制系統(tǒng)，至少需要有一個軸在機械終端安裝機械式絕對值多圈編碼器，作為零點不會丟失的基準(zhǔn)點，這樣也可以視為“北斗星”，即一個多軸系統(tǒng)里的“北斗”，在安裝調(diào)試和檢查維護中，首先是要找到這個基準(zhǔn)零點位置，才能方便調(diào)試其他軸與這個基準(zhǔn)的相互位置關(guān)系。不然，如果在系統(tǒng)中發(fā)生零點位置丟失的可能性，沒有基準(zhǔn)點，也就找不到“北”了。這就好像國慶閱兵方陣中的排頭兵，第一排的走方隊士兵，是用眼睛的側(cè)光看這個排頭兵的，而后排的士兵是看前排的，如果這個排頭兵步子走不好，那方隊就亂了。

在多軸控制系統(tǒng)中，至少要在一個軸的機械終端加裝一個機械式絕對值多圈編碼器，這樣就增加了系統(tǒng)定位的可靠性和調(diào)試時的方便性。這樣一種設(shè)計方案，也可以為新產(chǎn)品帶來更高的可靠性。機械式絕對值多圈編碼器提升了多軸控制系統(tǒng)的可靠性，縮減了調(diào)試時間，也提升了設(shè)計方案的技