Tìm Hiểu Về Encoder Và Resolver

Đây là bản báo cáo đồ án chuyên ngành của điện- điện tử- điện tử viễn thông hoặc các đồ án 1,2,3. Đây là slide khá đầy đủ và hữu ích nha. Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay. Đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc. Khái niệm Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc.

I: ENCODER

1: Khái niệm Encoder

• Encoder còn gọi là thiết bị mã hóa vòng - xung, hay là thiết bị chuyển đổi vòng – xung

• Là thiết bị dùng để chuyển đổi từ số vòng quay thành tín hiệu điện

• Encoder còn là một cảm biến vị trí, đưa ra thông tin về góc quay dưới dạng số mà không cần bộ ADC

2: Cấu tạo và nguyên lý của Encoder

• Đĩa quay được xẻ rãnh gắn vào trục

• Một nguồn sáng và một tế bào quang điện được bố trí thẳng hàng

• Mạch khuếch đại

Nguyên lý cơ bản của Encoder

3: Phân loại Encoder

*Absolute encoder là thiết bị chuyển đổi, áp dụng

kỹ thuật số để tạo ra một mã bằng số digital tương ứng với một góc quay của trục

• Đĩa khắc mã vạch trong absolute encoder

- Trong các absolute encoder, đĩa khắc vạch thường sử

dụng mã Gray hay nhị phân.

- Theo kỹ thuật số, mã Gray là loại mã có sự thay đổi

ít nhất giữa các bit khi chuyển trạng thái Khi chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái kế tiếp chỉ có duy nhất 1 bit trong nhóm mã thay đổi giá trị; còn gọi là

unweighted code.

- Mã Gray được sử dụng nhiều trong các áp dụng biến

đổi AD hay các thiết bị nhập khẩu đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển

Đĩa khắc vạch theo mã Gray

Đĩa khắc vạch theo số nhị phân 4 bits

Đĩa khắc vạch theo mã Gray 4 bits

Khi sử dụng đĩa khắc vạch theo số nhị phân chúng

ta sẽ thấy khi đĩa quay đổi trạng thái từ sô 0111

sang sô 1000, nếu bít tại vị trí cao nhất (the most significant bit) thay đổi giá trị sớm hơn các bit

khác, bộ đọc có thể ghi nhận giá trị là 1111

• Muốn tăng độ phân giải cho encoder các đĩa khắc vạch mã Gray từ 12 bits lên 16 bits Với trường hợp

sử dụng 12 bits (tương ứng với 4096 giá trị đọc),

chúng ta có thể xác định được vị trí góc quay chính xác đến mức 0.09o Tương tự, khi sử dụng 16 bits

(tương ứng với 65536 giá trị đọc), góc quay được xác định chính xác đến 0.0055o

• Tuy nhiên khi sử dụng các encoder với đĩa khắc

có độ phân giải cao, chúng ta cần chú ý đến mạch

giải mã Gray để chuyển đổi các tín hiệu digital sang analog (mạch DAC) và tốc độ đáp ứng của các mạch đọc và giải mã khi vận hành ở tốc độ cao

b) Incremental encoder

• Cấu tạo cơ bản giống với absolute encoder chỉ khác nhau ở đĩa mã hóa

Ở incremental encoder đĩa mã hóa gồm 1 dải băng tạo xung

Incrementel encoder là loại encoder chỉ có 1,

2 hoặc tối đa là 3 vòng lỗ

So sánh đĩa mã hóa trong các loại encoder

* Incremental encoder kiểu quay

Cách xác định chiều quay ?

Thấy rằng nếu khi xung A đang từ mức cao xuống mức thấp, mà lúc đó B đang ở mức thấp, thì chúng ta xác định được chiều chuyển động của encoder theo chiều mũi tên màu cam Nếu A đang từ mức cao

xuống mức thấp, B đang ở mức cao thì chúng ta biết encoder đang quay theo chiều màu nâu

* Incremental encoder kiểu thẳng

• Kiểu này cũng có các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động giống kiểu quay; chỉ khác

ở chổ đĩa mã hóa là một thước thẳng, dùng để đo kích thước thẳng Chiều dài cần đo bằng chiều dài thước

• Incremental encoder kiểu thẳng đắt hơn nhiều so với kiểu quay

4: Ứng dụng

• Trên máy CNC encoder được trang bị để đo và tìm được chính xác vị trí các trục máy cũng như vị trí dao cắt Nhờ đó quá

trình gia công thực hiện chính xác Kết quả encoder đo được

sẽ gửi về để điều chỉnh lại vị trí của chi tiết hay dao cắt nhằm sửa chữa lỗi và hạn chế phế phẩm.

• Không thể thiếu trong robot công nghiệp Nó dùng để quản lý các cử động của khớp nối, cử động của cánh tay robot để đảm bảo chính xác của các cử động.

• Gắn trên xe hơi để báo vận tốc.

• Được trang bị trên động cơ thang máy để biết được vị trí chính xác của thang máy, đảm bảo thang máy sẽ dừng đúng ở cửa ra vào.v.v.

II: RESOLVER

• Resolver hay còn gọi là cảm biến đo góc tuyệt đối

• Là thiết bị đo kiểu tương tự, dùng để xác định vị trí hoặc tốc độ dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ

• Điện áp tín hiệu vào tỷ lệ với vị trí góc hoặc tốc độ trục của resolver

V.sinwt.cos θ chứa thông tin về

vị trí tuyệt đối của rotor máy

đo, tương ứng vị trí tuyệt đối của rotor động cơ cần đo.

2: Nguyên lý đo

• Lấy đạo hàm góc quay có tốc độ quay của động cơ

• Độ phân giải của máy đo phụ thuộc khả năng phân giải của bộ chuyển đổi A/D mắc trong mạch đo

• Nhược điểm: hệ truyền động không đồng nhất do phải tải thêm phần động của cảm biến

Ứng dụng phương pháp không có cảm biến

• Đường bao của tín hiệu ra chứa thông tin tín hiệu tuyệt đối (góc θ) của rotor máy đo, nghĩa là vị trí tuyệt đối của rotor động cơ

Sơ đồ quấn dây

• S1-S3 = V.sinwt sin θ

• S2-S4 = Vsinwt sin( +90) = Vsinwt.cos θ

• θ: góc lệch tuyệt đối của rotor động cơ

Khi bộ đo góc tuyệt đối được sử dụng như một cảm biến vị trí thì một cuộn dây của rotor được nối tắt.

Điện áp cuộn rotor có dạng E=Vsinwt còn điện áp ở 2 cuộn stator cũng có dạng hình sin nên có biên độ thay đổi theo sin của góc dịch chuyển vị trí rotor

3: Nguyên tắc hoạt động

• Người ta đặt một điện áp xoay chiều vào cuộn dây rotor của resolver khi rotor quay trên các cuộn dây của stator sẽ xuất hiện các điện áp

• Vị trí 0: điện áp xoay chiều xuất hiện trên cuộn cosin

• Rời khỏi vị trí 0 đến vị trí 90: điện áp xuất hiện trên

cả 2 cuộn sin và cos

• Đến vị trí 90: không còn điện áp xuất hiện trên cuộn cosin chỉ còn điện áp xuất hiện trên cuộn sin

• Tương tự ta xét cho các góc lớn hơn

• Có 2 cách thu thập thông tin về θ Cách thứ 1 là hiệu

chỉnh sửa sai góc thu được trên cơ sở so sánh góc và được cài đặt sẵn trong 1 số vi mạch có sẵn Các vi mạch này cho tín hiệu góc dạng số với độ phân giải 10-16 bits/1 vòng và

1 tín hiệu tốc độ quay dạng tương tự Cách thứ 2 có chất lượng cao hơn là dùng 2 bộ biến đổi tương tự - số để lấy mẫu trực tiếp từ đỉnh tín hiệu điều chế

• Resolver ít nhạy với nhiệt độ và ít bị nhiễm điện từ, tuy vậy chúng không đạt được độ phân giải cao như bộ cảm biến quang tốc độ với tín hiệu hình sin

• Số hóa tín hiệu ra theo 2 cách: Biến đổi tương tự-số bằng

vi mạch và sử dụng bộ xử lý tín hiệu số DSP