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Che cos'è l'errore di suddivisione (SDE) nei sistemi di misura lineari?

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Precisione dell'interpolazione.

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Per determinare la posizione di un asse lineare, una testa di lettura dell'encoder viaggia lungo una riga e "legge" i cambiamenti di luce (per gli encoder ottici) o di campo magnetico (per i tipi magnetici). Quando la testina di lettura registra questi cambiamenti, produce segnali sinusoidali e coseno che vengono spostati di 90 gradi l'uno dall'altro (chiamati "segnali in quadratura"). Questi segnali analogici seno e coseno vengono convertiti in segnali digitali, che vengono poi interpolati - in alcuni casi, di un fattore di 16.000 o più - per aumentare la risoluzione. Ma l'interpolazione può essere accurata solo se i segnali analogici originali sono privi di errori. Qualsiasi imperfezione nei segnali seno e coseno - definita come errore sottodivisionale - degrada la qualità dell'interpolazione e riduce la precisione dell'encoder.

L'errore sottodivisionale è ciclico, si verifica ad ogni intervallo della scala o del passo di scansione (cioè ad ogni periodo del segnale), ma non si accumula ed è indipendente dalla scala o dalla lunghezza della corsa. Le due cause principali dell'SDE sono le imprecisioni meccaniche e il disallineamento tra la riga e la testina di lettura, anche se i disturbi armonici possono anche causare distorsioni nei segnali seno e coseno.

Uso di un modello di Lissajous per determinare l'errore di suddivisione

Per analizzare l'errore sottodivisionale, l'ampiezza del segnale sinusoidale viene tracciata su un grafico X-Y rispetto all'ampiezza del segnale cosinusoidale, nel tempo. Questo crea quello che viene definito un modello "Lissajous".

Con il grafico centrato sulla coordinata 0,0, se i segnali sono spostati di fase esattamente di 90 gradi e hanno un'ampiezza di 1:1, il grafico formerà un cerchio perfetto. L'errore sottodivisionale può manifestarsi come un offset del punto centrale, o come differenze di fase (spostamento di seno e coseno non esattamente di 90 gradi) o di ampiezza tra i segnali di seno e coseno. Anche in encoder di alta qualità, l'SDE può essere dall'1 al 2 per cento del periodo del segnale, quindi l'elettronica di elaborazione del segnale spesso include correzioni di guadagno, fase e offset per contrastare gli errori sottodivisionali.

Gli azionamenti diretti richiedono encoder ad alta precisione

La precisione degli encoder è importante per le applicazioni di posizionamento azionate da motori rotativi ad accoppiamento meccanico, ma la precisione è particolarmente critica quando si utilizza un motore lineare ad azionamento diretto. La differenza sta nel modo in cui la velocità viene controllata.

In un'applicazione tradizionale con motore rotativo, un encoder rotativo collegato al motore fornisce informazioni sulla velocità, mentre l'encoder lineare fornisce informazioni sulla posizione. Ma nelle applicazioni ad azionamento diretto non esiste un encoder rotativo. L'encoder lineare fornisce una retroazione sia per la velocità che per la posizione, mentre le informazioni sulla velocità sono derivate dalla posizione dell'encoder. L'errore sottodivisionale - che compromette la capacità dell'encoder di riportare accuratamente la posizione e quindi di ricavare informazioni sulla velocità - può portare a ondulazioni della velocità.

Inoltre, i sistemi ad azionamento diretto possono essere azionati con elevati guadagni del loop di regolazione, che consentono di reagire rapidamente alla correzione di errori di posizione o di velocità. Ma con l'aumentare della frequenza dell'errore, il controllore non è in grado di tenere il passo con l'errore, e il motore assorbe più corrente cercando di rispondere, con conseguente rumore udibile ed eccessivo riscaldamento del motore.