上個(gè)禮拜，老友@Q發(fā)文對(duì)業(yè)內(nèi)某大牌的公眾號(hào)和技術(shù)論壇上的帖子進(jìn)行了一番評(píng)論，仔細(xì)一看，原來是有關(guān)伺服反饋回零的問題。出于好奇，我也上到這家的論壇反復(fù)瀏覽了相關(guān)的帖子。有趣的是，我發(fā)現(xiàn)大家多半是圍繞著產(chǎn)品在操作層面進(jìn)行討論，卻幾乎很少提及相關(guān)的基本概念和技術(shù)原理。具體在這件事兒上，當(dāng)然就是關(guān)于“編碼器為什么需要回零”的問題啦。

本期，咱們就一塊兒來聊聊這個(gè)話題。

PicSource：bierlemartin.de

記得前兩年我們?cè)?jīng)多次談到過增量型和絕對(duì)型編碼器，前者輸出的是連續(xù)的計(jì)數(shù)脈沖，后者輸出的是角度位置編碼；也討論過單圈和多圈絕對(duì)值編碼器，單圈的只能反饋單圈也就是360°范圍內(nèi)的位置編碼，而多圈的則可以記錄有限多圈（如：4096圈）的位置編碼。

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同時(shí)，我們知道，對(duì)于像變頻、伺服驅(qū)動(dòng)器和控制器..等這些上位系統(tǒng)元件來說，它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要用到的是能夠反應(yīng)實(shí)際速度、位置測(cè)量值的工程當(dāng)量，而不僅僅是簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)脈沖和角度編碼，無論是使用哪種編碼器，其輸出常常是需要經(jīng)過一定的換算才能夠?yàn)樯衔坏尿?qū)動(dòng)控制系統(tǒng)所使用的。

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因此，在將編碼器接入上位系統(tǒng)時(shí)，往往都需要基于實(shí)際的應(yīng)用狀況，對(duì)反饋編碼與測(cè)量實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行設(shè)定，簡(jiǎn)單說，就是得讓上位系統(tǒng)和編碼器對(duì)上眼兒。

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這個(gè)設(shè)定其實(shí)有兩層含義，一個(gè)是線性比例關(guān)系，就是每一圈（或單位脈沖數(shù)）對(duì)應(yīng)多少工程當(dāng)量（如：毫米、厘米、度、圈...），這在一般的伺服系統(tǒng)中就是“速比”；另一個(gè)是位置參考點(diǎn)，也就是需要讓系統(tǒng)知道坐標(biāo)原點(diǎn)在哪里，對(duì)應(yīng)哪個(gè)位置編碼，這就是所謂的“回零Homing”。

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只有完成了上述比例關(guān)系和坐標(biāo)原點(diǎn)這兩個(gè)層面的參數(shù)設(shè)定，在反饋編碼與測(cè)量實(shí)體之間建立起一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，系統(tǒng)才能夠在讀取到編碼器反饋的編碼時(shí)準(zhǔn)確的換算并識(shí)別出其所反映的實(shí)際測(cè)量位置。

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個(gè)人覺得，可以這樣理解編碼器的校準(zhǔn)與回零操作：編碼器就好比一把尺，它輸出的脈沖和編碼就是尺上的刻度；上位系統(tǒng)就好像用尺進(jìn)行測(cè)量的人，得先明白尺上面的刻度的含義，也就是比例關(guān)系，然后在測(cè)量時(shí)需把尺的零點(diǎn)放到測(cè)量實(shí)體的起始點(diǎn)上，也就是“零點(diǎn)”，再進(jìn)行讀數(shù)。

那么，在哪些情況下需要在對(duì)接入系統(tǒng)的編碼器進(jìn)行回零操作呢？

首先，從上面的分析不難看出，回零的目的是為了用編碼器測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的位置，所以，一般來說，只有在讀取位置反饋的應(yīng)用中才需要對(duì)編碼器進(jìn)行回零操作。

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其次，上述這種通過回零校準(zhǔn)操作建立起來的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，是需要借助上位系統(tǒng)、編碼器與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)...等物理介質(zhì)一直保持著的，但如果這其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的記憶出現(xiàn)丟失的情況，那么就有必要對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)回零的操作了。

理解了這一點(diǎn)，我們就很容易判斷究竟何時(shí)需要對(duì)編碼器進(jìn)行回零操作了：

1.用增量型編碼器做位置反饋，在每次斷電后再次上電時(shí)都需要進(jìn)行回零操作；

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2.使用單圈絕對(duì)型編碼器：

在確保負(fù)載運(yùn)動(dòng)范圍不超過一圈的情況下，只要與之連接的上位系統(tǒng)記憶未發(fā)生丟失（如：固件更新、產(chǎn)品更換），則無需在每次上電時(shí)進(jìn)行回零操作；

如果負(fù)載運(yùn)動(dòng)范圍超過一圈，那么就需要在每次斷電后再次上電時(shí)進(jìn)行回零操作；

PicSource：GEMPLE

3.使用多圈絕對(duì)型編碼器：

在確保負(fù)載運(yùn)動(dòng)范圍不超過額定圈數(shù)的情況下，只要編碼器和與之連接的上位系統(tǒng)記憶未發(fā)生丟失（如：固件更新、產(chǎn)品更換），就無需在每次上電時(shí)進(jìn)行回零操作；

如果使用了基于電池或電容記憶的多圈絕對(duì)值編碼器，那么在出現(xiàn)失電記憶消除的情況時(shí)，就肯定需要對(duì)編碼器進(jìn)行回零操作了；而如果使用的是機(jī)械式多圈絕對(duì)值編碼器，則幾乎不需要考慮這個(gè)問題的；

4.無論使用哪種編碼器做位置反饋，只要出現(xiàn)下列情況都需要對(duì)編碼器進(jìn)行回零操作：

編碼器與機(jī)械負(fù)載的傳動(dòng)連接斷開后重新連接；

與編碼器連接的上位系統(tǒng)因產(chǎn)品更換、固件更新...等原因記憶丟失；

如此看來，在位置測(cè)量應(yīng)用中使用機(jī)械式多圈絕對(duì)值編碼器，將有機(jī)會(huì)極大減少設(shè)備運(yùn)行過程中因系統(tǒng)位置丟失而進(jìn)行回零操作的次數(shù)，因此相對(duì)來講可靠性應(yīng)該算是最高的了。

PicSource：KingStar

另外，編碼器回零的方式有很多，比較常見的是基于外部傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，篇幅關(guān)系我們暫時(shí)就不詳細(xì)展開了，有興趣的朋友可以參閱之前初九君的「伺服運(yùn)動(dòng)控制的原點(diǎn)回歸」。