Encoder Sin/cos - Principio di funzionamento

[PaoloTronik]

Mi servirebbe se possibile della documentazione sul principio di funzionamneto degli encoder sin/cos,

in quanto non li conosco.

Tutte le informazioni sono ben gradite soprattutto quelle di tipo didattico ma nche link utili.

In attesa di risposte vi ringrazio anticipatamente.

[Livio Orsini]

Il nome comune di questi dispositivi è resolver. Generano una simusoide ed una cosidusoide su 2pi, quindi una rotazione completa dell'asse. Misurando l'ampiezza istantanea si riconosce la posizione angolare asoluta. Comparando la variazione di fase tra sinusoide e cosinusoide si riconosce il senso di rotazione.

Sono l'interfaccia ideale per controlli brushless e vettoriali essendo robusti, affidabili. Essendo encoder assoluti non necessitano del ciclo di roconoscimento dello zero.

[STEU]

Essendo encoder assoluti non necessitano del ciclo di roconoscimento dello zero.

Caro livio sei sicuro che siano assoluti? Cado un po' dalle nuvole , perchè allora nei motori brushless siemens solo con resolver bisogna fare la ricerca di zero? Credo che siano relativi o mi sbaglio?

[andrea.fa]

è assoluto "nel giro elettrico" cioè in ogni istante il driver conosce l'esatto angolo dell'albero rispetto gli avvolgimenti dello statore e questo non c'entra nulla con la necessità di fare lo zero assi all'accensione che è una necessità del controllo di posizione...

Andrea

[Tode]

qui in italia gli encoder sin/cos sono + conosciuti come encoder sinusoidali.

qui ho trovato una bella ma semplice guida per gli encoder tra cui viene rapidamente citato anche il concetto sin/cos.

per puntualizzare:

normalmalmente la scansione di un settore trasparente/opaco in un encoder incrementale normale fornisce un impulso in uscita ad onda quadra in cui il canale B rappresenta lo stesso segnale del canale A sfasato di 90° elettrici.

Poichè però la scansione di questi settori crea in origine un segnale sinusoidale dato dal progessivo illuminamento/oscuramento del fotoelemento di scansione, questo comporta la possibilità anche di offrire in uscita detto segnale sinusoidale opportunatamente condizionato, per operare della interpolazioni esterne che comportano la moltiplicazione della risoluzione dell'encoder fino a 1024 volte la risoluzione fisica.

La risoluzione ottenuta per interpolazione non migliora in genere la precisione dell'encoder e anzi, se la scansione ottica non è realizzata a regola d'arte, comporta improvvisi "scarti" di posizione che possono mandare in crisi il sistema che acquisisce la quota encoder per feedback di posizione o velocità.

spero di essere stato chiaro ma dubito

[Livio Orsini]

TODE, la spegazione fisica del segnale sinusoidale generato da una finestra rotonda (il fotolettore) al passaggio di una variazione rettangolare (le tacche dell'encodere) è precisa. Il risultato pratico lo è un poco di meno.

Primo perchè, come spieghi, la precisione e, sopra tutto, la costanza nella ripetizione della spaziatura è tale da dare adito ad inconvenienti. Sopra a tutto è poco affidabile la realzione seno-coseno tra i due segnali. In effetti negli encoder con uscita digitale, quelli "buoni", viene garantita una fase di 90o +/- 10o, in quelli"scalerci" si arriva anche a +/- 30o.

Forse i tempi sono cambiati ma, dalla mia esperienza, quando si parla di trasduttori di posizione seno-coseno si intende il classico, affidabile e preciso resolver.

Credo che siano relativi o mi sbaglio?

Si ti sbagli (anche se l'errore più grande è usare i brushles che usi ).

Come ti ha scritto "andrea.fa" la ricerca dello zero la fai per avere lo zero di dell'asse.

Tutti i codificatori assoluti sono assoluti se agiscono entro il loro modulo. Nel caso, i resolver, di norma sono modulo 2pi, cioè un giro. Anche gli encoder assoluti, quelli digitali, hanno un modulo: 1 giro, dieci giri, etc. Generalmente hanno un fermo meccanico che impedisce di andare oltre, ma non tutti.

[Tode]

Ciao Livio,

purtroppo non conosco i resolver e non so darti purtroppo nessuna indicazioni in merito.

Il resolver dovrebbe dare in uscita un segnale sin/cos con periodo 1 giro completo del trasduttore, negli encoder il segnale è lo stesso ma il numero di sinusoidi/giro è determinato dal n. di impulsi.

Un pò di cronaca:

l'utilizzo del segnale sin/cos è diventato in auge abbastanza recentemente a causa della politica commerciale di quella azienda tedesca di cui non si parla molto bene in un post odierno. Infatti questa azienda ha fatto in modo che, su una certa fascia di suoi prodotti, l'unico segnale gestibile fosse questo, privilegiando in questo modo un certo costruttore di encoder partner, guarda caso tedesco, leader in questa tecnologia.

Lo "scarto" di posizione lo si ha per effetto dell'interpolatore.

Il segnale sinusoidale in arrivo dai fotoelemeti di un encoder non è mai perfetto, ha una forma un pò allungata verso l'alto.

L'interpolatore è programmato per aggiungere o togliere impulsi alla fine della sinusoide per far coincidere il n° di impulsi programmati, questi impuli generati elettronicamente vengono generati ad una frequenza fissa. Il controllo dunque si vede arrivare dei pacchetti di impulsi come se l'asse si fosse mosso realmente = errore di inseguimento o posizione.

Ho avuto a che fare anche oggi con un cliente che, volendo utlizzare un encoder Ø 58 mm, 1000 imp./giro, interpolazione interna x20, si trovava degli errori di posizione dovuti alla scarsa quallità dell'ottica dell'encoder, gli ho rispoto che sarebbe troppo facile altrimenti, non venderei più encoder da migliaia di Euro a 18.000/36.000 imp./giro fisici su disco.

Un noto costruttore di pacchetti motore brushless/azionamento pubblicizza il suo prodotto vantandosi di avere un trasduttore di feedback a bordo motore da 65.000 imp/giro o giù di li, mi viene da ridere...

Non mi risulta purtroppo che ci siano costruttori di encoder italiani in grado di offrire un buon prodotto in questo campo. I migliori sono esteri, non necessariamente tedeschi..

[oiuytr]

Il resolver non e' un apparecchio optoelettrico, ma, detta alla "Carlona", sono 2 bobine montate a 90° l'una dall'altra. La risoluzione e' virtualmente infinita, i limiti sono nell'elettronica di lettura. Ancora piu' brutalmente, si potrebbe parlare di un segnale analogico, e la risoluzione e' data dall'ADC.

[antonellod'orazio]

ciao

comunque adesso come adesso gli encoder più precisi sono gli assoluti seriali

in una applicazione con motore torque ne ho utilizzato uno da 1000000 step giro

mi sembra discreta come risoluzione

e poi il resolver ha ceduto il posto agli assoluti per via dell'azzeramento necessario all'asse ad ogni accensione

(solo nel caso che gli assoluti siano tamponati)

per precisione e affidabilità usate encoder assoluti tamponati con trasmissione sercos o seriale per evitare disturbi

di cui i vecchi resolver sono ghiotti

solo una cosa ai resolver và riconosciuta sono di costruzione più economica

ciao

Modificato: 1 febbraio 2005 da antonellod'orazio

[antonellod'orazio]

ciao Livio

non sono proprio tanto sicuro dell'affidabilità dei resolver

sei gia' uscito con un'oscilloscopio su una macchina per una verifica all'encoder???

nei datasheet degli azionamenti dove trovo le forme d'onda????

vanno bene fin che vanno poi se la diagnostica dell'azionamento dice che sono kaput sono dolori

sai l'interfaccia sen/cos all'interno dei driver non è' mai molto affidabile come un semplice contatore

e il cavo delicato come una stalattite di ghiaccio bella ma non toccarla troppo e poi per ultimo non dimentichiamoci le scarse distanze e la permeabilità ai disturbi

ciao

Antonello

[luigi spotti]

Ciao, interessante la discussione.

Io non ho capito se si ritiene il resolver migliore o peggiore del classico encoder, usati come retroazione nei sistemi di posizionamento.

Non ho esperienza in merito, ma sono molto curioso.

grazie

[Tode]

ci sono pro e contro

resolver

+ mooolto più affidabile perchè costruttivamente semplicissimo

+ può funzionare anche a temperature molto elevate (vedi brushless)

+ è assoluto

- difficile da gestire dal punto di vista del segnale in quanto analogico, serve un ADC

- scarsa precisione

- è assoluto solo sul singolo giro e comunque difficilente gestibile come trasduttore assoluto

encoder

+ molto precisi

+ molto veloci

+ l'elettronica per gestirli è + semplice = - meno costosa = + affidabile

+ possono essere assoluti multigiro

- più delicati se li intendiamo come classiche versioni ottiche

(ora esistono anche magnetici con la stessa affidabilità del resolver)

- non possono funzionare a temperature molto elevate (max 105÷110 C°)

contrariamente a quanto si pensa l'applicazione di un resolver non è meno costosa di quel dell'encoder, anzi è vero il contrario. Infatti nei brushless moderni il resolver stà scomparendo.

[Livio Orsini]

non sono proprio tanto sicuro dell'affidabilità dei resolver

Come per tutti i prodotti l'affidabilità dipende sia dal principio su cui si basa il dispositivo, sia da come viene realizzato. Un resolver progettato e costruito a regola d'arte è intrinsecamente più robusto di un ecoder ottico progettato e costruito a regola d'arte. Un Encoder ottico basa il suo funzionamento su un disco di, vetro o materiale simile, su cui sono incise due serie di tacche. Le tacche devono essere tutte di eguale ampiezza e posizionate ad eguale distanza. Già questo è difficele da realizzarsi, specie per numeri molto elevati di tacche/giro. Poi la seconda serie di tacche deve essere posizionata esattamente in modo tale che tutti i fronti iniziali corrispondano esattamnte ad un quarto della distanza di due fronti consecutivi della prima serie. Questo è ancora più difficile. Poi tutte le tacche dovrebbero avere forma trapezoidale, in modo da compensare la variazione dovuta alle lunghezze diverse degli archi. Da ultimo, ma molto importante, la generazione degli impulsi è affidata ad un sistema optoelettronico, più altra elettronica per squadrare e amplificare i segnali elettrici.

Per contro il resolver è costituito solo da due avvolgimenti montati a 90 gradi tra loro. Qualsiasi persona, con un minimo di dimestichezza sulle previsioni di affidabilità, può capire quanto questo sistema abbia minor probabilità di guasto rispetto al precedente. Inoltre le sinusoidi generate possono variare la loro fase relativa solo per modifiche meccaniche, così che la ripetibilità è assoluta o quasi.

Ben diverso è il discorso relativo ai cosidetti encoders sinusoidali. Dispositivi in voga per l'imposizione di quella casa a cui si riferiva TODE.

Qui i punti critici sono ancora maggiori di quelli dll'encoder ad onda quadra. Valgono tutti i rielievi descritti in precedenza, a cui vanno sommati quelli specifici dell'applicazione.

E' dimostrabile analiticamente che un dispositivo ottico circolare (come il foto transitor dell'encoder), che legga la variazione di luminosità generata da rettangoli bianchi intervallati da rettangoli neri, genera una serie di segnali a forma sinusoidale se si realizzano alcune condizioni: velocità di traslazione rigorosamente costante, perfetta circolarità dell'area foto sensibile, perfetta simmetricità delle aree bianche (trasparenti) con quelle nere (opache).

Se la velocità di traslazione non è costante la sinusoide risulterà allungata o compressa.

Se l'area di lettura non è circolare la sinusoide risulta distorta.

Se le aree non sono simmetriche la sinusoide risulta distorta.

Le forme di distorsione dipendono dal tipo e dall'entità delle distorsioni geometriche.

Pensiamo ad un encoder con 1000 impulsi giro ==> due serie di 1000 tacche nere e due serie di intervalli trasparenti. Che probabiltà abbiamo che siano tutti esattamente eguali? L'area dei due foto lettori è perfettamente circolare senza aberrazioni?

Sembrerebbe di no visti i problemi illustrati da TODE.

Poi per riconoscere la posizione devo interpolare le sinusoidi, campionando e convertento il livello analogico in un numero.

Ma è la medesima operazione che devo compiere sul resolver! Il resolver però non ha tutti i problemi di distorsione che ha l'encoder sinusoidale! quindi se io divido la sinusoide in 65535 campioni (A/D_C da 16 bits) ho l'equivalente di 65535 impulsi giro. ricavati da un segnale estremamente ripetibile, con un dispositivo molto robusto.

[luigi spotti]

Grazie