紧凑，坚固的电感式多旋转编码器，具有增强的控制质量，膨胀安装公差，以及SIL 3的功能安全

机器工具，机器人和一般自动化技术的用户不断要求高度性能和成本低的解决方案。对此的响应是具有安全功能的动态，紧凑且节能的驱动器。由于各种应用的不同要求，需要功能安全的编码器，用于机床驱动器的高端范围以及标准应用。在这方面，与先前版本和产品的兼容，用于安装和接口，呈现了决定性的优势（图1：ECI 1119 / EQI 1131 FS）。

Heidenhain的串联推出具有电感扫描的无轴承EXI 11XX旋转编码器，尺寸为37毫米，现在提供了一个扩展的组合，用于实现高度动态和节能的伺服驱动器，用于安全相关的应用。

最新一代归纳扫描
Heidenhain的电感式旋转编码器已成为自动化技术应用中标准驱动器的理想解决方案。Indat 2.2具有高达16 MHz时钟频率的纯串行接口可以获得非常短的控制周期时间，只需32μs，这是动态驱动控制的必不可少的先决条件。

得益于新的ASIC，一种功能安全的解决方案，每轴只需要一个感应扫描编码器，也可用于37毫米编码器(ExI 13xx三代系列的56毫米感应旋转编码器已于2012年推出)。编码器支持安全完整性级别SIL 2，类别3 PL d。控制中的附加措施甚至可以使应用程序高达SIL 3或类别4 PL e成为可能。机械故障排除松动的轴或定子连接是一个额外的好处。此外，与以前的版本相比，系统精度提高了2到±120角秒。由于其耐污染感应扫描原理，这些编码器的特点是高耐久性。为了使用新的ECI 1119 FS (singleturn)和EQI 1131 FS(多匝的)感应旋转编码器尽可能简单,安装设计开发兼容的光学扫描旋转编码器与整体ECN / EQN 11 xx FS系列的轴承(图2:常见的安装ExI / ExN 11 xx)。这种设计使机械和电气兼容性成为可能，确保了根据应用程序的控制要求的可扩展性，并且电机变量的数量可以最小化。

与前一代相比，特别是允许的机械耐受性大大延伸，例如允许轴向运动的2倍。这显着简化了电机制造商的安装尺寸的符合性，并扩展了这些编码器的可能应用。为了简单验证机械安装质量，编码器会为配对尺寸生成一个值，该值可以通过伺服逆变器从Endat接口读出。然后可以使用与产品规格中的标称值的比较来评估安装的质量。在操作期间，还可以通过集成的诊断功能来监视来自海德汉的功能安全的旋转编码器。

此外，新的电感旋转编码器通过编码器（通过集成温度传感器）和电机（通过外部温度传感器的连接）支持监控或温度。通过编码器评估两个温度值，可以通过这些温度值读取随后的电子产品在endat 2.2上方无需中断控制周期。

与光学扫描编码器相比，控制质量
为了为特定应用选择最适合的旋转编码器，有必要比较控制特性。在以下示例中，用真正的电机进行比较。为了保持电动机的可能影响到最小，我们选择了用于测量的具有极低齿槽扭矩的模型。高精度角度编码器安装在电动机的输出轴上（测量精度优于±1角度秒），以评估高精度和转速稳定性的驱动系统。

比较使用生成1.2的EQI 1130，生成3的EQI 1131，以及作为高端解决方案的EQN 1135（参见表1）。

表1:旋转编码器的规格
EQI 1130代1.2	EQI 1131第3代	EQN 1135第2代
endat 2.1（18位单身，12位Multururn），≤2MHz时钟 没有模拟信号（纯粹的串行） 没有整体轴承 不支持温度评估 ±280“系统精度 被测轴允许轴向运动:±0.2 mm 耐振动性能符合EN 60068-2-6:定子:≤30g，转子:≤30g 适用于对控制质量和准确性适度的应用	endat 2.2（19位单身，12位multururn），≤16MHz时钟 没有模拟信号（纯粹的串行） 没有整体轴承 对整体和外部温度传感器的评估 ±120“系统精度 测量轴的允许轴向运动：±0.4 mm 根据EN 60068-2-6的抗振性：定子：≤40g，转子：≤60g 适用于具有安全功能的现代生产机器	endat 2.2（23位单身，12位multururn），≤8MHz时钟 没有模拟信号（纯粹的串行） 有整体轴承 对整体和外部温度传感器的评估 测量轴的允许轴向运动：±0.5毫米 ±60“系统准确性 根据EN 60068-2-6的抗振性：≤30克 对于高端驱动，例如在具有功能安全的机床中

系统准确性
比较系统精度，并评估为评估特定应用的适用性的重要标准。

应用程序中的确切定位对编码器精度起着决定性作用。图3显示了三个编码器的记录精度曲线。利用新的EQI 1131电感旋转编码器，特别是与EQI 1130相比，一个信号时段内的误差大大减少。如预期的那样，EQN 1135光学扫描的编码器产生了最高精度导致比较的最高精度。虽然通过定子联轴器在EQI 11xx中通过定子耦合来补偿具有整体轴承的EQN 1135的安装公差，但是它们直接进入系统精度。对于没有整体轴承的编码器，重要的是要注意，该装置应在最佳条件下机械安装。由于甚至围绕圆周的电感扫描及其更大的安装误差容差，可达到的精度优于具有相似分辨率但不具有轴承的旋转编码器，并且仅具有一个（例如光学）扫描点。

控制循环中的动态行为
采用级联控制结构进行控制回路中动态行为的研究。利用这种结构，速度控制器叠置在电动机电流控制器上。该速度控制器使用来自旋转编码器的差异化位置信号作为实际值。对于位置控制，进一步的控制回路叠置在这种布置上。该控件循环使用编码器位置作为实际值。为了实现良好的可比性水平，对所有研究的所有编码器相同地设定控制参数。

为了实现高动态水平，选择100μs的控制周期时间以及速度控制器的高比例增益（kp = 1400 1 / s）。在没有额外的滤波器时间避免由于额外的滤波器时间而避免动态丢失的差异滤波，从而完成了由位置值的差分值形成的速度。由于编码器的集成信号处理（EQI：≤15μs，EQN：≤2μs）的良好组运行时间（也称为“数据时代”），因此实现了非常好的动态性能。

图4显示了三个编码器的速度控制闭环的幅频响应(博德图)。由于所有测试单元显示的死时间与速度控制回路的时间常数相比可以忽略不计，测量曲线几乎相同。驱动系统的控制带宽约为。所有三种编码器都是600hz。未检测到共振点。可实现的动态只取决于控制器参数设置。

因此，Heidenhain旋转编码器可实现的大带宽使得能够实现强大的系统，其中总系统的可达到的动态性能不受编码器的限制，而是通常由复杂的机械控制系统限制。

速度控制器增益的高设置确保了电动机轴上的机械干扰很好地抑制。但是，这也强大地放大了旋转编码器的测量误差。因此，在高性能伺服电机的情况下，它是编码器的影响，而不是发挥速度稳定性的决定性作用的电动机（齿槽扭矩）的影响。图5示出了控制电动机以不同速度的速度稳定性。与标称速度值的偏差主要是编码器的短程位置误差的结果。显着减小的速度纹波可以主要原因是由于减少了这种误差。由于其具有高信号周期数的优异信号处理，可以使用光学编码器获得最佳速度稳定性，从而由于其可靠的扫描和较高的振动公差而与新的电感编码器的差异相对较小，因此较高（定子：≤40g，转子：≤60g）电感编码器最佳适用于生产机器。

以下文本检查了当前的纹波，可用于评估驱动系统的声学噪声发射和节能。这里的三个编码器都提供了高分辨率的数字绝对位置值。对于控制的单身分辨率，与EQI 1130的18位相距，高达23位，具有EQN 1135.限量分辨率在驱动器中表现为测量速度的量化噪声。量化噪声主要在高频下起作用，因为速度需要（量化）位置的导数。来自速度控制回路的这种高频噪声耦合到电流控制回路中，除了电流采集的测量误差之外，还导致实际电流的纹波，并且在图6中清晰可见。当前噪音导致力和在电机中的扭矩，一方面可以触发自然机械频率，并且也变得明显作为声噪声发射。此外，这导致电动机中的损耗更高，这对能量性能产生负面影响。

这可以通过过滤从旋转编码器位置形成的速度来补救。然而，由于产生额外的死区时间，速度控制器的控制器增益必须降低，从而可达到的动态性能下降。因此，高位置分辨率是高动态驱动器必须的。

另外，旋转编码器的较低精度通常导致驱动器的电流消耗增加，因为其控制器试图在一个信号时段（更大电流纹波）内进行编码器测量误差。这就是为什么利用电感扫描的最新生成3旋转编码器的系统精度提高与生成1.2相比的原因是如此重要 - 因为它导致大大提高的控制质量。

位置控制回路中的位置错误
根据任务，首先，旋转编码器的精度和/或再现性与定位精度相关。标称位置周围的位置误差的原因在于驱动系统的噪声源，并在量化待测量（位置，速度和电流）。如果要快速地接近一个位置，则这需要速度控制器和位置控制器中的高环路。但是，这意味着实际值采集的误差也耦合到控制回路中。为了在定位模式下实现最佳性能，再次需要具有最高可能的信号质量的编码器，如heidenhain所提供的。

为了能够清楚地描述三种编码器在定位工作中的差异，采用恒定标称位置测量了位置误差(位置噪声)。

当保持电机轴的特定位置时，编码器信号的噪声起作用。在位置数字化之前编码器中一直存在的噪声和来自有限位置分辨率的量化噪声都会导致控制回路中的实际值偏差。闭环控制试图通过设置扭矩来补偿这些偏差，从而导致电机在所需位置附近的小运动。这些运动如图7所示。正如预期的那样，光学扫描编码器得分最高，因为最高的有效分辨率。

摘要和前景
具有第3代感性扫描的新开发的EXI 11XX Multub Rotary编码器使用户能够通过仅具有一个编码器实现功能安全的系统。由于它们的安装尺寸及其endat 2.2接口，新编码器与光学扫描的EXN 11XX旋转编码器机械和电兼容，该旋转编码器已有几年，并且可以覆盖几乎所有可能的应用的频谱。特别地，在低速下，具有光学扫描的编码器和22位上方的单曲分辨率将继续表示高端。

然而，所有用户都可以从非常良好的控制特性中受益于高精度，动态性能，效率，粗糙的设计，紧凑性和大部分安装公差。