Ένας περιστροφικός κωδικοποιητής πολλαπλών στροφών είναι ένας ηλεκτρομηχανικός αισθητήρας ακριβείας που μπορεί όχι μόνο να μετρήσει τη γωνιακή θέση ενός άξονα σε μία μόνο στροφή (0 ° έως 360 °), αλλά και να μετρήσει τον αθροιστικό αριθμό πλήρων περιστροφών. Ένας κωδικοποιητής μονής στροφής επαναφέρει την έξοδό του με κάθε περιστροφή, ενώ ένας κωδικοποιητής πολλαπλών στροφών είναι διαφορετικός, καθώς μπορεί να παρέχει τόσο απόλυτη γωνιακή θέση όσο και συνολικό αριθμό περιστροφών, επιτρέποντας ακριβή ανάδραση θέσης σε μεγαλύτερο εύρος κίνησης.
Σε προηγμένες εφαρμογές ελέγχου κίνησης, η λήψη μόνο μιας γωνίας άξονα 360° δεν αρκεί για την επίτευξη αξιόπιστης παρακολούθησης του συστήματος. Όταν η περιστροφική κίνηση συνδυάζεται μηχανικά με γραμμική μετατόπιση, συστήματα γραναζιών ή μεγάλο εξοπλισμό, η παρακολούθηση του συνολικού αριθμού στροφών καθίσταται κρίσιμη. Οι κωδικοποιητές πολλαπλών βρόχων μπορούν να παρέχουν συνεχή δεδομένα απόλυτης θέσης, διασφαλίζοντας ακριβή συγχρονισμό και έλεγχο πολύπλοκων ηλεκτρομηχανικών συστημάτων, ικανοποιώντας έτσι αυτή την απαίτηση. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει με περισσότερες λεπτομέρειες τον κωδικοποιητή πολλαπλών στροφών, συμπεριλαμβανομένης της αρχής λειτουργίας του, των σεναρίων χρήσης και άλλων ζητημάτων ενσωμάτωσης.
Οι λειτουργίες και τα πλεονεκτήματα των κωδικοποιητών πολλαπλών στροφών
Παρακολουθώντας όταν ο κωδικοποιητής ενός πηνίου αναστρέφεται από 359 ° σε 0 °, το λογισμικό παρακολουθεί την περιστροφή ολόκληρου του άξονα. Αυτή η μέθοδος μπορεί να φαίνεται εφικτή, αλλά θέτει σοβαρές προκλήσεις αξιοπιστίας. Παραλείψεις δειγματοληψίας, διακοπές ρεύματος, βλάβες επικοινωνίας, ακόμη και θόρυβος που προκαλείται από κραδασμούς, μπορούν όλα να οδηγήσουν σε ασύγχρονες ταχύτητες περιστροφής. Οι γρήγορες αναστροφές κοντά στο όριο 0 °/360 ° συχνά συγχέουν περαιτέρω τη λογική ανίχνευσης αναστροφής, με αποτέλεσμα σωρευτικά σφάλματα. Ακόμη και με εκτεταμένο φιλτράρισμα και προσαρμογές αλγορίθμων, οι λύσεις που βασίζονται στο λογισμικό εξακολουθούν να είναι επιρρεπείς σε απώλεια ακρίβειας.
Ο κωδικοποιητής απολύτων πολλαπλών στροφών επιλύει αυτές τις προκλήσεις σε επίπεδο υλικού ενσωματώνοντας δύο βασικές λειτουργίες: ανάλυση λεπτής γωνίας μιας στροφής και ενσωματωμένο στροφόμετρο για παρακολούθηση της πλήρους ταχύτητας περιστροφής του άξονα. Η μέτρηση γωνίας χρησιμοποιεί συνήθως χωρητική, μαγνητική ή οπτική τεχνολογία ανίχνευσης, ενώ το ταχύμετρο ενημερώνει τα δεδομένα γωνίας συγχρονισμένα. Αυτός ο συνδυασμός παρέχει πραγματικές απόλυτες θέσεις πολλαπλών στροφών χωρίς να βασίζεται στην εξωτερική λογική αναστροφής για να παρέχει ισχυρή και χωρίς σφάλματα ανάδραση.
Το ίδιο το στροφόμετρο μπορεί να εφαρμοστεί με διάφορους τρόπους. Οι μηχανικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν συστήματα που βασίζονται σε γρανάζια, τα μαγνητικά σχέδια χρησιμοποιούν συνήθως την παλμική ενέργεια Wiegand για να καταγράφουν στροφές, ενώ οι ψηφιακές υλοποιήσεις βασίζονται σε συνεχή ηλεκτρική ενέργεια. Το τελευταίο απαιτεί συνήθως προσεκτικό σχεδιασμό του συστήματος για τη διατήρηση της συνέχειας της παροχής ρεύματος (συνήθως μέσω εφεδρικών μπαταριών ή διασφαλίσεων λογισμικού) προκειμένου να διατηρείται αρχείο του αριθμού των στροφών κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος.
Πώς να χειριστείτε τους κωδικοποιητές πολλαπλών στροφών κατά την εκκίνηση
Μια σημαντική πρόκληση στον σχεδιασμό κωδικοποιητών πολλαπλών στροφών είναι η διαχείριση ισχύος κατά την επαναφορά, καθώς η απώλεια αποθηκευμένων στροφών μπορεί να επηρεάσει τα δεδομένα απόλυτης θέσης. Οι άνθρωποι συνήθως υιοθετούν διάφορες στρατηγικές μηχανικής για να ανακουφίσουν αυτό το πρόβλημα:
Αναφορά προέλευσης ή οριακού διακόπτη - Όταν ενεργοποιηθεί, το σύστημα θα οδηγήσει τον μηχανισμό σε ένα προκαθορισμένο σημείο αναφοράς και θα αρχικοποιήσει εκ νέου τη θέση του κωδικοποιητή.
Αποθήκευση τελευταίας γνωστής τιμής - Εάν υπάρχει ελεγκτής κεντρικού υπολογιστή ή μη πτητική μνήμη, το σύστημα μπορεί να αποθηκεύσει την τελευταία καταγεγραμμένη γωνία και τις στροφές πριν από τον τερματισμό της λειτουργίας. Μετά την επανεκκίνηση, εφόσον ο άξονας δεν κινείται κατά τη διάρκεια της περιόδου απενεργοποίησης, αυτές οι τιμές θα εφαρμοστούν ξανά.
Μηχανικό κλείδωμα άξονα - Κατά τη διάρκεια προγραμματισμένων τερματισμών λειτουργίας ή καταστάσεων εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, ο άξονας μπορεί να κλειδωθεί φυσικά για να αποφευχθεί η περιστροφή. Στη συνέχεια, οι αποθηκευμένες τιμές του κωδικοποιητή θα τεθούν σε ισχύ κατά την ενεργοποίηση, επιτυγχάνοντας απρόσκοπτη ανάκτηση. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για φορητά συστήματα ή συστήματα με μπαταρία.
Επανεκκίνηση επιπέδου συστήματος - Για εφαρμογές που μπορούν να ανεχθούν την απώλεια μερικών γύρους, το σύστημα χρειάζεται μόνο να επαναρυθμιστεί και να βαθμονομηθεί κατά την εκκίνηση χρησιμοποιώντας εξωτερικούς αισθητήρες ή ασφαλείς προεπιλεγμένες καταστάσεις. Αυτό μειώνει την πολυπλοκότητα, αλλά ισχύει μόνο για εφαρμογές ανάδρασης μη κρίσιμης θέσης.
Για εφαρμογές που δεν μπορούν να δεχτούν απώλεια στροφών σε περίπτωση διακοπής ρεύματος, οι ενσωματωμένες εφεδρικές μπαταρίες είναι μια από τις πιο αξιόπιστες λύσεις. Αυτή η μέθοδος δεν βασίζεται σε εξωτερικές μεθόδους επαναβαθμονόμησης ή σε βοηθητικούς αισθητήρες, διασφαλίζοντας ότι ο κωδικοποιητής μπορεί να συνεχίσει να τροφοδοτείται ακόμη και μετά από σύντομες ή παρατεταμένες διακοπές ρεύματος.
Από την άποψη της κατανάλωσης ενέργειας, εδώ ακριβώς είναι σημαντική η επιλογή τεχνολογίας. Η κατανάλωση ισχύος λειτουργίας των χωρητικών κωδικοποιητών (όπως η σειρά AMT της Same Sky) είναι συνήθως μόνο ~ 80 mW, γεγονός που τους καθιστά εξαιρετικά αποδοτικούς για ενσωματωμένα σχέδια και σχέδια με μπαταρία. Η απόδοσή του ελαχιστοποιεί την κατανάλωση εφεδρικής αποθήκευσης ενέργειας στο μέγιστο δυνατό βαθμό και μπορεί να επιτευχθεί μακροπρόθεσμη υποστήριξη χωρίς υπερβολική χωρητικότητα μπαταρίας.
Αντίθετα, η κατανάλωση ισχύος των μαγνητικών κωδικοποιητών κυμαίνεται συνήθως από 150 έως 500 mW, ενώ οι οπτικοί κωδικοποιητές απαιτούν συνήθως 200 mW έως πάνω από 1 W σε συστήματα υψηλής ανάλυσης ή βασισμένα σε LED. Αυτό το πλεονέκτημα απόδοσης καθιστά τους χωρητικούς κωδικοποιητές ιδιαίτερα ελκυστικούς σε περιβάλλοντα περιορισμένης ισχύος, όπου κάθε milliwatt είναι ζωτικής σημασίας.