在自动化控制中经常会碰到各种电机的控制，在输送带、升降机、提升小车等较大功率的电机大部分是用变频电机，各个品牌PLC+变频器驱动控制变频电机也很普及了。
▼
但是,用户经常会有这样那样的问题出现:
✦变频电机为什么要装编码器?
✦不装编码器也行吗?
✦变频电机装了编码器，就是可以作为异步伺服控制 了？就可以做定位控制了吗?
✦有些变频电机控制不仅装了一个编码器，还有双编码器闭环，是怎么回事？
✦有人说，“变频电机做不好定位的，也做不好同步，要做同步控制就要换同步伺服电机”?
✦变频电机的编码器信号经常被干扰，也很容易坏，该怎么选编码器呢？
本文先与大家讨论一下变频电机为什么要装编码器这个问题。
一、基本概念
————————
变频电机编码器作为速度编码器，它主要的目的是作为电机转子反电动势的计算，以达到对应当前电机反电动势的精准驱动控制。
当驱动电流启动电机转子旋转，根据电磁定律，当磁场变化时，附近的导体会产生感应电动势，其方向符合法拉第定律和楞次定律，与原先加在线圈两端的电压正好相反。这个电压就是反电动势。
以能量守恒法则：
每台电机有各自的特性常数，反电动势与电机转子转速和这个特性常数成正比关系。
“反电动势=特性常数 X 转子转速”
对应这种可能出现的变频电机失速，早期常用的方法就是把电机功率和变频器功率设计的更大，要有足够的大，有足够的余量对应大电流热损，防止烧坏电机或者变频器器件，并且需要配备一个很大的配电阻箱，过电压分配将瞬间启动时的过余能量在配电阻箱平衡。这就造成电机设计的体积大，变频器效率低的浪费。而且在电机驱动加速时浪费了很多能量在热损上。
因此，如果变频电机编码器选型与安装得当，由于电机与变频器效率的提高，损害故障的减少，并且能真正体现变频电机的节能效果，多安装一个编码器所获得的效益是远远大于一个编码器的价格。
二、矢量控制模式，
编码器反馈可提高加速度-力矩控制的执行力
———————————————
矢量是指有方向性的控制。电机驱动的势能保持对反电动势的势能为正时，是加速。
电机驱动的势能保持对反电动势的势能为负时，是减速。
矢量控制是对电机的加减速执行力效果的精细化控制，尤其是在电机启动低速加速，和电机减速定位停止时（低速段）的执行力精准性。
“以牛顿第二定律来言：
F=kma ;
F=力；m=质量；
k=惯性常数；
a=加速度”
加（减）速度对应电机力矩，矢量控制对应电机力矩控制的执行力。如果要达到矢量控制的精准性，需要转子加速度的精确反馈，最好由编码器作为加速度计算的反馈传感器。
回到本文开头的问题，变频电机不装编码器也行吗？
三、异步伺服控制模式需双编码器闭环
——异步电机加减速的响应执行力延迟与减速机精度问题
—————————————————
前面讨论了，异步电机不同于同步电机，在异步电机驱动环节没有位置闭环，是依赖速度对时间的积分得到位置。我们知道，伺服控制是指位置环、速度环、力矩环的三环闭环控制。位置环与速度环本应该是各自独立的，尽管有位置变化/时间= 速度，而速度x时间=位置的计算，但是这样的计算在同步电机可行，在异步电机不可行——误差与执行响应延迟上的不同。
精密减速机问题
目前的同步伺服电机的大量普及，还大都在较小功率电机的使用，小型伺服电机的减速机设计的主要精力是在精密性上，而在减速机另外一些重要参数，如力矩效能、材料特性、机械磨损上要求并不突出。而异步电机常常用在较大功率输出要求上，减速机厂家把关注力放在了材料特性、机械磨损、输出力矩效能上，而在末端机械位置精度要同时达到像小型伺服电机减速机那样的精度已经很难了。
这就是本文开头提出的一个问题，双编码器闭环控制是怎么回事。
对于变频电机，如果想只用一个编码器既作为速度闭环，又作为位置闭环，那是徒劳的。当只有一个编码器时，或者是速度闭环，或者是位置闭环，而不能兼顾。
下图为工博会上KEB驱动器P6展示的双编码器闭环控制原理图
▼
四、PLC+变频器+编码器的位置控制
变频电机也是可以做得好定位控制的
——————————————————
▲
港口机械的自动化定位控制
回到本文开头提出的问题， 有人说"变频电机做不好定位，要换同步伺服电机去做“，那是因为只用了一个编码器，想当然的与同步伺服电机去比较，而变频电机是异步驱动的，位置环不在电机上，是在”外环“上。
展会上出现的低速端加装第二编码器的伺服控制系统。
▼
五、多电机同步控制问题，
是位置同步而不是速度同步
——————————————————
有关多电机的同步控制，以后会有文章再与大家一起专门讨论。
六、速度编码器与
位置编码器的选型注意事项
————————————————————
▼
变频电机的特别性，选型编码器须注意事项：
1.电机功率大，启动瞬间三相电压不平衡较为普遍，瞬间产生偏向磁场的交流感应电流冲击造成编码器的信号干扰与损坏。
2.电机大，驱动力强，启动轴向窜动较大，编码器轴机械冲量损伤。
3.在PLC+变频器+编码器的控制方案中，编码器信号进PLC的传输距离较长。
速度编码器就是增量脉冲编码器，一般以1024PPR的分辨率就足够了。
变频电机编码器建议选择双极性的输出模式编码器（A+A-B+B-Z+Z-），对应于双向感应电流都有对0V的输出通道将感应冲击能量转走。没有冲击能量堆积而不太容易损坏编码器电路。同时，编码器的工作电压范围应该较宽，电源应带有反极性保护，信号线带有短路保护，以对应变频电机启动时双向的交流耦合冲击。
▲
增量脉冲信号编码器，输出信号为5--24V的双向的A+A-B+B-,
有关编码器信号电缆与传输抗干扰的十个问题讨论
位置编码器应选用绝对值多圈编码器。变频电机往往功率较大，现场干扰环境复杂，增量脉冲信号依赖于计数器，很容易计数时被干扰到而误差累加，包括用电池的或者用韦根脉冲计数器的伪绝对多圈计数器型，也很容易圈数计数时被干扰到而出现跳圈位置错误。
总线型以太网EtherCat信号由于有同步时间戳特征，可以进PLC也可以进电机驱动器，在做多电机同步控制的效果最佳，尤其是不同类型的电机同步控制，例如变频电机与伺服电机的同步动作，可提高多电机同步联动的效率。bi
