Resolvers跟踪运动在恶劣的环境

简单的结构和模拟设计产生精确，可靠的反馈高可靠性系统。

运动系统可能拥有世界上最好的组件，但如果没有反馈，它将永远无法提供运动控制应用通常需要的精度、重复性和分辨率。多年来，光电编码器和磁编码器一直是位置反馈的首选解决方案，但它们并不是对所有情况都有效。特别是在恶劣环境或高可靠性应用的情况下，解析器可以提供更好的选择。

Resolvers被设计为旋转位置传感器，能够监测电机或执行轴的角度位置，方向和速度。它们是没有机载电子设备的模拟设备，这使它们既简单又坚固。

基本设计包括一个与被监测轴耦合的参考线圈(转子)和一对彼此正交的静止定子线圈，被指定为正弦和余弦线圈(见图1)。转子线圈可以通过刷子耦合到移动轴，或者更常见的是，通过气隙电感耦合。我们可以把电感耦合或无刷设计当作旋转变压器。

如果用交流参考电压Vr来激励转子线圈，则:

在哪里w_r是激励频率，参考电压电感耦合到定子线圈。这就引出了相应的正弦和余弦电压V_年代（t),V_c（t),分别为:

在哪里k输出电压与输入电压的转换比是和问表示转子相对于起始位置的角度。我们可以解出问为:

换句话说，求解角度位置就像求定子产生的两个电压的反正切一样简单。

因为解析器是一种模拟设备，理论上它可以提供无限的分辨率，以及高度线性的性能。也就是说，为了实际目的，需要将模拟信号转换为数字输出，以提取位置信息。因此，解析器的分辨率实际上是由询问器中模拟-数字(a /D)转换器的分辨率驱动的，通常达几角分钟，尽管性能可以通过过采样等技术提高。

基本的旋转变压器设计提供了输入轴超过360°旋转的绝对角位置。虽然这是一个强大的特性，但它是有限的。对于较长的行程，包括带有线性执行器的运动系统，可将resolver与引入减速比的齿轮传动组合在一起，这样resolver轴的一次旋转对应于被监控的轴的多次转动。当然，选择低或零齿隙齿轮是必不可少的最佳精度。

另外，两个解析器可以以主从配置组合在一起，以提供一个绝对传感器，能够测量超过几百圈的范围。例如，在128圈的配置中，一个变压器的齿轮上有127个齿，而另一个有128个齿——一个变压器在相位方面往往滞后于另一个。通过读取两个传感器的位置，系统可以确定哪个转向以及轴在转向中占据什么位置;128圈之后，它们都归零。Micronor公司总裁兼创始人Robert Rickenbach说:“通过这种配置，我可以告诉你轴在27.555圈，它们非常准确，除了一开始的时候，它们不需要参考，因为它们在一圈内是自然的绝对值。几乎没有什么比追踪多回合位置的主从解析器设置更优雅的了。”

解析器，特别是无刷解析器，可以是非常强大的。设计相当简单，由电线、轴承、润滑剂和外壳组成。通过正确选择材料，变压器可以承受极端和具有挑战性的环境，包括大的温度波动，污染，冲击和振动。“几乎没有什么东西可以影响磁耦合，”瑞肯巴赫说。只要轴承不坏，旋转变压器就不会坏。

虽然这些设备包括导体，但它们仍然可以在相对较高的电磁干扰水平下有效工作。用于激励转子的交流信号通常在2千赫到10千赫之间，并且在整个系统中没有变化。换句话说，如果我们用5 kHz的参考信号激励转子，定子的输出信号在频率上不会改变，只有幅值。因此，应用窄带滤波器可以在不影响设备结果的情况下消除大部分干扰。

当位于控制器100英尺内时，解析器往往工作得最好。为了最大限度地扩大距离，设计师需要注意避免电磁干扰或静电放电耦合到电子产品中，选择适当的屏蔽电缆，并根据需要对信号进行滤波。这些方法可以用来最大化运行，但它们会增加成本，这对某些应用程序可能是一个问题。

选择一个具有适当转换比的解析器也是很重要的。典型的转换比率范围从0.1到1.0，最常见的值为0.5和1。设计工程师需要考虑输入信号电压、距离和布线损耗，使转子输入和定子输出信号有足够的幅值，以保证合适的信噪比和准确的A/D转换。

解析器可以在正确的应用程序中非常成功，但并非适用于所有用途。这种装置涉及大量的金属，所以它们不适合对质量和惯性敏感的应用。它的成本也可能很高，尽管这通常来自于相关的六根屏蔽线等配件，而不是解析器本身。

陷阱
根据Micronor技术销售经理丹尼斯·霍维茨(Dennis Horwitz)的说法，一个常见的错误是混淆了定子的线路。虽然大多数解析器制造商都遵循颜色代码约定，但也有例外。用户需要确保正确识别sin (s1和S3)和cos (S2和S4)的结果，以避免出现问题。例如，如果在安装过程中，正弦定子上的接线被翻转，它将反转信号的极性，导致解析器返回数据，指示在机械运动的相反方向的运动。要用电校正方向，只需将S1和S3正弦线反向。

当涉及到解析器时，用户有一系列选择。除了我们一直在讨论的轴向解析器，还有无框解析器，它是作为一个单独的转子和定子提供的。转子安装在被监测部件的轴上，定子安装在壳体上。这些挑战包括适当的机械对齐以最大限度地减少耗损，选择与环境条件兼容的环氧树脂，以及选择正确的安装类型。无框版本往往集成到OEM组件，如电机和发动机，而不是在设计印刷机或包装线，例如。

系统集成商想要在他们的设计中包括一些解析器，最好是购买一个标准的轴设计，而不是从头开始开发自己的。这些组件可以由制造商根据给定的环境定制，包括电缆、轴承、润滑剂和外壳的选择，使系统集成商可以获得尽可能好的性能，而不必处理安装解析器的复杂和机械技巧。

事实上，解析器是集成系统的一部分，这带来了额外的挑战。仅仅正确地指定解析器是不够的，它必须与被测试的设备耦合，以便解析器与外部应力隔离。“安装旋转传感器是一门艺术，”瑞肯巴赫说。“人们可能会选择一个高度精确的旋转变压器，但随后将其连接到机器上，由于机械上没有正确定位，没有使用灵活的联轴器，从而给轴承带来了很高的负载。一开始是有效的，但不是持续10年或更长时间，而是一年后就坏了。”

在位置反馈方面，设计团队有多种选择，从绝对式和增量式光学编码器和磁编码器，到光纤编码器和解析器。就像运动控制中的大多数东西一样，没有一个正确的答案。霍维茨说:“对于每种类型的传感器，都有一个比其他更有意义的应用。”“但如果传感器安装在恶劣的环境中，那么解析器很可能就会出现在恶劣的环境中。”