¿Qué es el error de subdivisión (SDE) en codificadores lineales?

Figuras Lissajous

Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, un cabezal de lectura del codificador viaja a lo largo de una escala y "lee" los cambios en la luz (para codificadores ópticos) o en el campo magnético (para tipos magnéticos). A medida que el cabezal de lectura registra estos cambios, produce señales de seno y coseno que se desplazan 90 grados entre sí (denominadas "señales de cuadratura"). Estas señales analógicas de seno y coseno se convierten en señales digitales, que luego se interpolan, en algunos casos, por un factor de 16,000 o más, para aumentar la resolución. Pero la interpolación solo puede ser precisa si las señales analógicas originales no tienen errores. Cualquier imperfección en las señales seno y coseno, denominada error de subdivisión, degrada la calidad de la interpolación y reduce la precisión del codificador.

El error de subdivisión es cíclico, ocurre con cada intervalo de la escala o tono de exploración (es decir, con cada período de señal), pero no se acumula y es independiente de la escala o la longitud del recorrido. Las dos causas principales de SDE son las inexactitudes mecánicas y la desalineación entre la escala y el cabezal de lectura, aunque las perturbaciones armónicas también pueden causar distorsiones en las señales seno y coseno.

Usar un patrón de Lissajous para determinar el error subdivisional

Para analizar el error de subdivisión, la magnitud de la señal de onda sinusoidal se traza en un gráfico XY contra la magnitud de la señal de onda cosenoidal, a lo largo del tiempo. Esto crea lo que se conoce como un patrón "Lissajous".

Con el gráfico centrado en la coordenada 0,0, si las señales se desplazan en fase exactamente 90 grados y tienen una amplitud 1: 1, el gráfico formará un círculo perfecto. El error de subdivisión puede manifestarse como un desplazamiento del punto central, o como diferencias en la fase (desplazamiento seno y coseno no exactamente 90 grados) o amplitud entre las señales seno y coseno. Incluso en codificadores de alta calidad, SDE puede ser del 1 al 2 por ciento del período de la señal, por lo que la electrónica de procesamiento de señales a menudo incluye correcciones de ganancia, fase y compensación para contrarrestar errores subdivisionales.

Las unidades directas requieren codificadores de alta precisión

La precisión del codificador es importante para las aplicaciones de posicionamiento accionadas por motores rotativos acoplados mecánicamente, pero la precisión es especialmente crítica cuando se utiliza un motor lineal de accionamiento directo. La diferencia radica en cómo se controla la velocidad.

En una aplicación tradicional de motor rotativo, un codificador rotativo conectado al motor proporciona información de velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información de posición. Pero en aplicaciones de accionamiento directo, no hay codificador rotatorio. El codificador lineal proporciona retroalimentación tanto para la velocidad como para la posición, y la información de velocidad se deriva de la posición del codificador. El error de subdivisión, que perjudica la capacidad del codificador para informar con precisión la posición y, por lo tanto, derivar información de velocidad, puede provocar fluctuaciones de velocidad.

Además, los sistemas de accionamiento directo pueden funcionar con altas ganancias de bucle de control, lo que les permite responder rápidamente para corregir errores en la posición o la velocidad. Pero a medida que aumenta la frecuencia del error, el controlador no puede mantenerse al día con el error y el motor consume más corriente tratando de responder, lo que resulta en un ruido audible y un calentamiento excesivo del motor.


Hora de publicación: 22-jun-2020