正余弦编码器的设计与实现
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摘 要：该编码器适用于电梯门电机、曳引机和通用机械电机等行业的编码器产品。技术方案与海德汉技术相近，要求样机性能指标满足电梯等系统的应用要求。并且能够通过内部计算获得尽对式位置值，并通过可靠的EnDat双向数据交流接口和控制器交换数据。除此之外，通过EnDat接口，用户还可以将伺服驱动的各种参数以电子铭牌的形式存储在编码器的内存中，实现控制器对驱动产品的自动识别。
关键词：旋转编码器；结构设计；光学设计；频率响应
中图分类号：TN762
编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件，它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转化为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。这种电子信号通常需要连接到控制系统（PLC、高速计数模块，变频器等），控制系统经过计算便可以得到测量的数据，以便进一步工作。编码器一般应用于机械角度，速度，位置的测量。
永磁同步电动机无齿轮传动变频调速驱动方式将成为电梯驱动技术的主要发展方向。经国家中小型电机检测中心的检测，永磁同步电动机的效率是96.4%，功率因素是0.99。要让永磁同步电机运行时达到高效的指标参数，变频器给电机定子绕组加的电磁场必须与电机转子的永磁体磁场垂直正交，因此需要高精度的旋转编码器实时跟踪电机永磁场的初始位置。这是与传统的异步电机所不同的。
目前，国内永磁同步电机上所用的旋转编码器为德国海德汉所垄断，企业使用成本很高，且商备货周期长。由于部件为进口件，售后服务也很难保证。该编码器的设计根据ERN1387及控制系统接口，确定编码器关键设计技术指标，预期替代海德汉1387编码器。
1.1 光学设计
LED光源采用honeywell SE3407发光管（波长880nm），光斑直径：11mm。光电转换单元采用2CU2光电管（拟用韩国KODENSHI替代）。圆光栅、指标光栅采用1.1mm浮法玻璃镀铬膜。如图1所示。
图1 光学设计方案
A、B信号由指标光栅和圆光栅之间的漠尔条纹产生正弦波。C、D信号由圆光栅上透光能量按照正弦变化的透光区产生。R信号由按照10条零线按照一定的规则排布组成条纹，当两条纹完全重合时产生信噪比为5：1的零线信号。
图2 光栅设计方案
圆光栅栅距是62.8?m，采用1.1mm厚浮法玻璃，非透光区镀铬膜刻线数为2048。指标光栅设计：AB码道栅线粗31.4?m。C、D狭缝角格值：2°。零线粗：45.3?m零区宽：1.54mm。信噪比：5：1。如图2所示。
1.2 电路设计
光电管反并联设计，有效抑制谐波；CD信号双函数码道设计，定位更精准；通过EEPROM软件设定幅值、相位、偏移电压等；差分输出，抗干扰强，易于信号传输。如图3所示。
图3 电路设计方案
1.3 技术指标测试
本编码器与海德汉编码器波形质量对比如表1。
除以上对比项差异外，其它技术指标均与海德汉相同。
2 结束语
该编码器设计技术方案与海德汉技术相近，样机性能满足电梯系统的应用要求；最高工作温度指标需改进提高。工艺直接决定性能，需寻求专业工艺设计。AB信号“抖动”，需用高倍电子显微镜提高光栅与轴心同心度，建议联轴节部分可以先开模具，以便进行联轴节疲劳试验。
参考文献：
[1]赵林军.流水线CORDIC算法的FPGA实现[J].电脑知识与技术，2008（30）：716-717.
[2]王梦源，王书省，陈星.流水线双模CORDIC算法的FPGA实现[J].电子测量技术，2007（30）：184-185.
[3]Andraka R.A Survey of CORDIC Algorithms for FPGA Based Computers[C].FPGA1998.ACM/SIGDA Interna―tional Symposium on Field Programmable Gate Arrays.Monterey，CA，USA：ACM，1998.
[4]易孟林.现代控制工程[D].华中科技大学机械学院，2005.
作者简介：吴红梅（1981-），女，浙江金华人，讲师，从事应用电子及编码技术。
作者单位：杭州职业技术学院信电系，杭州 310018
基金项目：浙江省教育厅科研项目“旋转编码器的研究与应用”（项目编号：Y201224855）。