实验一增量式码盘原理及应用

实验一 增量式码盘原理及应用

一、实验目的：

1、 掌握光电编码器的工作原理与使用方法。 2、 掌握T法测速的基本原理。

二、实验设备：

1、 EM400教学设备一台。 2、 计算机一台。 3、 双踪示波器一台。

三、实验原理：

（一） 光电编码器的工作原理

以最常用的增量式光电编码器说明其原理（如图1-1）：

图1-1 增量式光电编码器的工作原理

1 发光二极管 2 光电圆盘 3 转盘缝隙 4 遮光板 A B C 光敏元件

光电圆盘与被测轴连接，光线通过光电圆盘和遮光板的缝隙，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，在A、B光敏元件上产生近似于正弦波的电流信号，经放大整形电路变成相位相差90°的方波信号，如图1-2所示。轴每转动一圈，只产生一个C相脉冲，用做参考零位的标志脉冲，在数控机床的进给控制中，C相脉冲用来产生机床的基准点。A相和B相的相位差可用作电机的旋转方向判别，若A相超前于B相，对应电机作正向运动；反之，对应电机作反向运动。该方波的前沿或后沿产生的计数脉冲，可以形成代表正向和反向位置的脉冲序列。此外，在实际应用中，为了提高编码器信号的传输能力和抗干扰能力，每一相都以差分形式输出，如A相有A和A/一起差动输出。

A相B相C相 图1-2 光电编码器输出波形

（二）编码器测速原理：

在闭环伺服系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测

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速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。由于PMAC控制器采用的是T法测速，所以以下只对T法测速进行介绍。

T法测速的原理是用一已知频率fc（此频率一般都比较高）的时钟脉冲向一计数器发送脉冲，计数器的起停由码盘反馈的相邻两个脉冲来控制，原理图见图1-3。若计数器读数为m1，则电机每分钟转速为

nM=60fc/Pm1(r/min) （1）

图1-3 T法测速原理

其中P为码盘一圈发出的脉冲个数即码盘线数。m1= M106->Y:$C000,0,24,U为脉冲个数

fc=10MHz（注意：此时需设置PMAC卡上的跳线E34A=OFF，E34=ON，E35，E36，E37=OFF）

测速分辨率：当对应转速由n1变为n2时则分辨率Q的定义为Q=n2-n1，Q值越小说明测量装置对转速变化越敏感即分辨率越高。

因此可以得到T法测速的分辨率为

Q=60fc/Pm1-60fc/P（m1+1）= nM P/（60fc+ nMP） （2）

由上式可见随着转速nM的降低，Q值越小，即T法测速在低速时有较高的分辨率。

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四、注意事项：

1、 按要求正确接线。 2、 正确使用双踪示波器。

3、 编码器是精密的光电元件，应避免强烈振动。

五、实验内容与步骤：

内容一：编码器辨向及T法测速实验

1、 将EM400控制柜的所有电缆同X-Y平台连接好（包括电机动力线、码盘反馈线、限位回零线、光

栅反馈线），将EM400控制柜的串口与计算机的串口连接好，确定无误后打开控制箱电源和计算机电源。

2、 调整好示波器，将其中一路连接到X轴的A+和GND上，将另一路连接到B+和GND上准备观察。 3、 运行PEWIN32PRO32pro软件，分别点击VIEW菜单下的position、Watch window、Jog Ribbon子

菜单，打开位置窗口、监视窗口和手动（Jog）控制窗口。

4、 在Terminal窗口中定义M106->Y:$C000,0,24,U，用鼠标点击监视窗口，按INSERT键，加入M106

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变量对它进行监视，m1= M106存放的即相邻两个脉冲之间计数器的读数。

5、 在Terminal窗口键入“I122=10”并回车，（I122为X轴手动速度，单位cts/ms，I122*1000*60/P

后单位变为转/分，其中P为码盘反馈线数）。 6、 在Jog Ribbon窗口选择1号电机（对应X轴）。 7、 分别按“Jog minus”、“Jog plus”按钮让X轴电机来回运动起来，在运动的同时注意查看以下几

个地方：M106的数值，示波器中双路波形之间的相位关系，并在数值稳定后做相应记录，填写表1-1（注意为了不让工作台超出行程范围，可以先让工作台处在中间位置，然后交替按“Jog minus”、“Jog plus”按钮）。

8、 X轴电机停转后，在Terminal窗口键入“I122=20”并回车，重复步骤6并填写表1-2。 9、 总结观测到的数据得出相应的结论。

内容二：编码器倍频译码

1、 接上一实验，将X方向平台运行到中间位置。

2、 在Terminal窗口键入“I900”并回车查看I900的数值（I900是电机编码器译码参数，在编码器

刻线一定的时候，可以通过设定I900的值来决定电机一转所输出的实际脉冲数和脉冲方向），若I900为1、2、3中的某个值，则在Terminal窗口键入“I900=3”并回车，此方式代表对电机编码器4倍频。若I900为5、6、7中的某个值，则在Terminal窗口键入“I900=7”并回车，此方式代表对电机编码器4倍频（假设电机编码器反馈到PMAC的线数为2500线，则电机转一圈输出的脉冲数为2500*4=10000个）。

3、在Jog Ribbon窗口中选中Jog Incrementally,在increment后的文本框中输入10000。

4、按“Jog minus”或“Jog plus”向X轴电机发送10000个计数，让电机转动，并查看工作台移动

的距离，填写表1-3。 5、 按步骤2的做法， 并将I900减1后在Terminal窗口键入。若步骤2中I900为3，则在Terminal

窗口键入“I900=2”， 若步骤2中I900为7，则在Terminal窗口键入“I900=6”使X轴码盘的译码方式变成2倍频正交译码。

6、 重复步骤4，让电机转动并记录工作台移动距离，填写表1-3。

7、 按步骤2的做法 并将I900再次减1，若步骤2中I900为3，则在Terminal窗口键入“I900=1”，

若步骤2中I900为7，则在Terminal窗口键入“I900=5”使X轴码盘的译码方式变成1倍频正交译码。

8、 重复步骤4，让电机转动并记录工作台移动距离，填写表1-3。

六、实验结果：

1、按照以上实验内容填写下表：

表1-1 电机正转时码盘A、B两相的脉冲图形 电机反转时码盘A、B两相的脉冲图形

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表1-2 M106 时钟脉冲编码器分辨率频率fc（MHz） （线） I122 所按按钮 根据I122* 利用公式1000*60/P （1）计算所后算得的得转速nM电机转速 （RPM） （RPM） 利用公式（2）计算测速分辨率Q 10 20 Jog minus Jog plus Jog minus Jog plus

表1-3 I900 7（或3） 6（或2） 5（或1）

J=10000工作台移动距离 4

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