之前我們介紹了伺服電機(jī)編碼器的分辨率和精度的問(wèn)題，那么分辨率和精度對(duì)于速度環(huán)的影響是什么呢？速度環(huán)的精度和波動(dòng)性又和什么有關(guān)呢？今天，我們就和大家聊聊速度環(huán)和編碼器的關(guān)系。

閉環(huán)系統(tǒng)中編碼器作為反饋環(huán)節(jié)時(shí)影響控制系統(tǒng)的性能主要有以下三個(gè)方面：

一、響應(yīng)速度、精度和分辨率

1、響應(yīng)速度：響應(yīng)速度最容易理解的，反應(yīng)遲鈍的編碼器就像一個(gè)理想的傳感器串聯(lián)一個(gè)低通濾波器，這樣在整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生相位滯后，以至于影響了整個(gè)系統(tǒng)高頻段的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在大多數(shù)的應(yīng)用中，伺服電機(jī)的編碼器反饋速度非?？?，可以看作是理想的傳感器。但是有些通信速率較低的串行通信編碼器（SSI）其通信方式不可避免的引起一定的延遲，導(dǎo)致速度環(huán)的帶寬受到限制。

2、精度：對(duì)于精度的影響，我們首先需要定義速度精度的概念，精度是衡量實(shí)際值和設(shè)定值之間可重復(fù)的平均偏差的量值。速度精度的說(shuō)明如圖1所示，其表示一段時(shí)間內(nèi)的設(shè)定值和實(shí)際值的整體偏差，因此所謂速度精度可以理解為被調(diào)量與規(guī)定的給定值的絕對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差。

圖1速度精度(accuracy)圖示

3、穩(wěn)定度：雖然很多調(diào)節(jié)目標(biāo)中都涉及到了精度，但在實(shí)際上大多數(shù)情況下，我們更希望得到的是調(diào)節(jié)過(guò)程的“穩(wěn)定度”。這個(gè)穩(wěn)定度又可以理解為速度的“波動(dòng)性”。速度波動(dòng)性的定義為:波動(dòng)性是不期望的實(shí)際值特性，它會(huì)疊加在速度平均值上。

圖2速度波動(dòng)性(ripple)圖示

對(duì)于使用西門(mén)子的SINAMICSS120系列變頻器及伺服電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)速精度可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的0.001%，如下表所示。

示例：使用S120驅(qū)動(dòng)1FK7032-2AK71-1QA0伺服電機(jī)，此電機(jī)額定轉(zhuǎn)速6000RPM，電機(jī)的編碼器為20位單圈絕對(duì)值。

我們使用60RPM轉(zhuǎn)速運(yùn)行，記錄增量脈沖數(shù)(R482)與實(shí)際轉(zhuǎn)速(R61)，如圖3所示：

圖3R482及R61的記錄

我們記錄3s的時(shí)間間隔，不考慮誤差因素，電機(jī)應(yīng)該增加3*220=3145728個(gè)增量脈沖信號(hào)。但是，實(shí)際上電機(jī)旋轉(zhuǎn)了3145731個(gè)增量脈沖數(shù)，其誤差值為3個(gè)增量脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速為60+(3/3145728)*60=60.00005722RPM，那么其精度為:(60RPM-60.000057RPM)/6000RPM=-0.000001%＜0.001%

圖3的精度值很理想，但是速度波動(dòng)性表現(xiàn)很差。

二、速度波動(dòng)性受如下因素影響

(1)編碼器有限的分辨率以及速度環(huán)周期（分辨率越低，周期時(shí)間越長(zhǎng)，速度波動(dòng)就越大）。

(2)不良的編碼器安裝方式會(huì)導(dǎo)致編碼器反饋出現(xiàn)低頻周期性波動(dòng)。

(3)伺服電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致速度環(huán)下的低頻周期波動(dòng)。

三、結(jié)論

(1)在實(shí)際應(yīng)用中，受編碼器有限的分辨率、安裝和伺服電機(jī)制造等因素而導(dǎo)致的速度周期波動(dòng)的影響要比單純的速度精度更加重要，需要工程師在使用中考慮以上因素。

(2)對(duì)于降低速度的波動(dòng)性可以采用的手段有，選擇高分辨率的編碼器、縮短速度環(huán)周期、提高編碼器安裝的精度以及使用我們伺服系統(tǒng)中提供的齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能等降低速度環(huán)波動(dòng)性的影響，避免機(jī)械設(shè)備在高動(dòng)態(tài)應(yīng)用下出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲。