SIN/COS編碼器介紹

        正余弦編碼器是一種采用模擬輸出的增量編碼器。其輸出為正余弦模擬信號。正余弦編碼器與普通方波增量式編碼器的AB正交脈沖信號類似，但與普通增量編碼器的通斷輸出不同，正余弦編碼器輸出兩路相位相差90°的正弦波，因此又稱為正余弦編碼器。

        正余弦編碼器的信號由正弦探測器產生，也屬于光電編碼器。

        正余弦編碼器輸出的工業標準是峰峰1V(~1Vpp)的正余弦電壓。如下圖中所示M為1V。

        由于輸出的是低壓模擬信號，這種編碼器對噪聲很敏感。因此，每個信號提供互補信號通道。

        為避免提供負電源，通常給信號加上2.5V的直流偏置電壓，如下圖所示：

        正余弦編碼器的主要特點是抗干擾能力強，傳輸距離長，低速應用時可提供較高分辨率，高速控制時可提供足夠低的信號帶寬。

        SIN/COS編碼器的分辨率

        編碼器旋轉一圈，正余弦編碼器會周期性地產生多個正余弦周期，如256(28)，512(29)，1024(210)或2048(211)等。與增量編碼器的每轉刻線數對應。

        正余弦編碼器直接輸出的是模擬量正余弦信號，從正余弦周期的個數來看，正余弦編碼器的分辨率似乎不高。但正余弦編碼器有一個特點，即它的輸出信號可被插補，或細分。用戶可按實際應用需求，在后續的控制器或驅動器中，對正余弦編碼器信號進行細分，以獲得足夠高的分辨率。

        比如，一個1024周期的正余弦編碼器，在驅動器內對其進行212細分，則在驅動器內，可獲得的位置分辨率為：

        1024*212=222=4194304

        針對于正余弦編碼器，在驅動器或控制器內，會有細分參數可設定。設置細分參數時，要綜合考慮分辨率的高低，以及編碼器信號的傳輸距離。傳輸距離較長時，不宜把細分數設的太大。

        SIN/COS編碼器位置值的計算

        假設細分系數為2n。對于一個正弦周期（360°電角度）中的某個點，從通道A和B讀入模擬信號VA和VB。其中VB為正弦值，VA為余弦值，則這兩個電壓比的反正切即可得到這個正弦波內的插補電角位移。

        θintep=arctan(VB/VA)

        其對應的本周期內的計數值為：

        Csub=2n*(θintep/360)

        =2n*(arctan(VB/VA)/360)

        其中，反正切函數必須通過對檢測正弦和余弦信號的符號進行小心處理，以正確辨識角度在哪一個象限。

        驅動器也對正弦波的周期進行計數，假設這是第m+1個周期，則當前位置在一圈內的計數為：

        C=2n*m+Csub

        SIN/COS編碼器的細分及數值計算一般都使用反正切插值的方法：

        SIN/COS編碼器的應用場合

        SIN/COS編碼器可單獨作為增量式編碼器使用，但更多是用在混合式編碼器中，作為增量信號出現。

        EnDat2.1-海德漢（Heidenhain）

        Hiperface-西克(SICK）

        EnDat2.1和Hiperface接口的共同點是，都提供兩路編碼器信號，一路為絕對值信號，一路為SIN/COS增量編碼器信號。因此，一般稱這兩種接口的編碼器為絕對值編碼器。

        EnDat2.1:對于EnDat2.1接口的絕對值編碼器，絕對位置只是在驅動器剛上電時，讀取伺服電機的當前位置。SIN/COS增量編碼器信號用于實現電機的實時控制。

        Hiperface:Hiperface與EnDat2.1類似，也可產生絕對值和SIN/COS增量兩路信號。絕對位置值僅當設備通電并與控制器里的外部計數器通信時才產生(通過與RS485規格相符的基于總線的參數接口)。增量計數器在這絕對位置值基礎上，對模擬量正弦/余弦信號進行增量計數。SIN/COS編碼器信號用于驅動器的速度控制。

        基于SIN/COS編碼器回零的注意事項

        SIN/COS編碼器，不像增量式編碼器那樣，有Z相脈沖。在控制器或驅動器內，根據SIN/COS編碼器信號的相位，計算生成模擬的Z相脈沖或零位脈沖。但此模擬Z相脈沖的寬度比細分后的SIN/COS信號脈沖寬度要寬，可能是5~10個計數的寬度。

        因此，應盡量固定從Z相脈沖的一側，沿固定方向找零點。不然，可能造成回零精度有5~10個計數距離的誤差。如上圖，從左側向右回零，零點在位置100處，而從右側向左回零，零點在位置106處，兩種回零方式，零點位置有6個單位距離的誤差。