值编码器

与增量式编码器不同，值编码器输出的不是脉冲信号，而是二进制的数字信号。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧每一码道对应有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数（格雷码）。这种编码器的特点是不用计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的编码器产品。为了克服多通道信号传输所带来的不利因素，人们将多通道同步传输方式改为通信方式，如EnDat、SSI以及带Profibus-DP接口的编码器。

值编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要，什么时候就去读取它的位置，同时克服了累积误差。在伺服控制应用中，系统重新上电后位置信息不会丢失，不需要回参考点的命令。

值编码器又可分为单圈值编码器和多圈值编码器。

旋转单圈值编码器包括二极旋转变压器以及光正/余弦编码器。在转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，这样的编码只能用于旋转范围在360°以内的测量，称为单圈值编码器。当转动超过360°时，编码又回到原点，这样就不符合编码唯一的原则，因此如果用单圈编码器来实现多圈的定位，系统就必须能处理信号溢出。此时可以用多圈值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮、多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的值编码器就称为多圈值编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一，无需记忆。多圈值编码器的另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富余较多，这样在安装时不必费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，从而大大简化了安装和调试难度。

（3）混合式值编码器

混合式值编码器输出两组信息：一组信息通过通信的方式传递，带有信息功能；另一组则与增量式编码器的输出信息完全相同，如下文提到的带数据通道的正/余弦编码器。事实上，伺服控制中应用的编码器多为混合式编码器。

（4）旋转变压器

旋转变压器的工作原理如下图所示。在旋转变压器的定子里面有3个线圈，即正弦和余弦两组线圈（相差90°）和高频5～10kHz的旋转变压器线圈。转子感应高频信号，同时随电机旋转并在定子上感应出正弦和余弦信号。

根据正弦和余弦波形可以算出α角度，从而确定转子的位置。

旋转变压器工作原理示意图

对于二极的旋转变压器，转子即电机转动1圈，从定子上感应出1个周期的正/余弦信号，如下图所示。旋转变压器的反馈精度随极数的增加而提高，但其控制精度与正/余弦编码器或者值编码器相比较低，通常用于对精度要求不是很高的应用场合。

旋转变压器信号

旋转变压器有二极、四极以及多极之分。如果是用于同步电机，建议使用与电机同极数的编码器。也有些用户现场，采用单极对数旋转变压器来作为多极同步电机的反馈单元，采用细分的方式来提高编码器的精度，这种方式的控制精度较低，由于细分的误差可能会导致系统高频噪声，引起系统不稳定以及电机的啸叫。

例如，使用西门子的S120驱动第三方电机时发现，电机在行走一段时间后发出啸叫声，并且Zui终故障停机。通过软件Starter在线诊断，发现电机实际输出电流与扭矩在运行过程中出现了自激振荡，如下图所示。然后通过伯德图测量功能发现速度闭环特性如下图所示，系统在高频处存在噪声。以上现象均由编码器反馈值不稳定引起。要解决系统的不稳定现象，只有牺牲系统的速度精度，即降低系统的动态特性，对反馈信号进行滤波。

由编码器反馈引起的自激振荡