9300 Rückführsysteme: Auflösung und Genauigkeit von Gebersystemen

Frage:
Bei der Angabe von Genauigkeiten treten häufig Fragen durch unterschiedliche Angaben im Zusammenspiel mit Antriebsregler 9300 auf. Wie kommen die Angaben in den Datenbüchern zustande?

Antwort:
Gebersysteme unterscheiden sich in Auflösung, statischer Genauigkeit (Positioniergenauigkeit) und dynamischer Genauigkeit. 

Die Auflösung ist bestimmt durch die maximal unterscheidbare Anzahl der Positionen des Gebersystems. 

Zur statischen Genauigkeit kommen Fertigungstoleranzen und Montagefehler hinzu. 

Die dynamische Genauigkeit wird zusätzlich bestimmt durch die dynamischen Fähigkeiten des Auswertesystems.

1. Resolver:

• Messsignal: zwei elektrisch um 90 ° versetzte Trägerfrequenzspannungen, deren Amplitude vom Sinus bzw. Cosinus des Rotorlagewinkels abhängt. Diese Signale werden mit einer Auflösung von 11 Bit verarbeitet, was 2048 Schritten entspricht.
• Teilt man eine Geberumdrehung (360 ° * 60 ´) durch 2048, ergibt sich eine Auflösung von 10 ´  (´ = Bogenminute).
• Die statische Genauigkeit entspricht ± 10 ´ kompensiert und ± 20 ´ unkompensiert, für die dynamische ergeben sich ± 15 ´ kompensiert und ± 30 ´ unkompensiert (Kompensation des Resolverfehlers siehe 20032600).

2. Inkrementalgeber:

• Messsignal: zwei um 90 ° versetzte Folgen von High-Low-Signalen (über Schmitt-Trigger gebildet), deren Frequenz proportional zur Drehzahl ist. Durch Vierfachauswertung (es können aus diesen Signalen vier eindeutige Zustände gebildet werden) ergibt sich bei einem Geber mit 2048 Strichen eine interne Auflösung von 8192 Schritten.
• Teilt man eine Geberumdrehung (360 ° * 60 ´) durch 8192, ergibt sich eine Auflösung von 2,6 ´.
• Die statische Genauigkeit dieses Systems entspricht ± 2,6 ´, die dynamische ± 20 ´.

3. Sin-Cos-Geber:

• Messsignal: Aufbau wie Inkrementalgeber. Das Signal wird jedoch nicht über Schmit-Trigger geführt, sondern es wird den Rohsignalen (dreieckförmig) elektronisch ein sinusförmiger Verlauf mit z.B. 512 Perioden pro Umdrehung gegeben.
• Sin-Cos-Geber mit 512 Sinus-Cosinussignalen liefern einen Messwert mit einer 512-fach höheren Auflösung als der oben genannte Resolver.
• Die Auflösung im Antriebsregler 9300 ist begrenzt durch die interne Auflösung 16 Bit = 65536 Schritte.
• Teilt man eine Geberumdrehung (360 ° * 60 ´) durch 65536, ergibt sich eine Auflösung von 0,33 ´.
• Hier ergeben sich mit ± 0,8 ´ statischer und ± 10 ´ dynamischer Genauigkeit die besten Werte.

Zur Beurteilung der Genauigkeit ist zwischen der Auflösung (ideelle Genauigkeit) und tatsächliche Genauigkeit im statischen und im dynamischen Fall zu unterscheiden.

Weitere Hinweise hierzu befinden sich im Applikationsbericht Nr. 100.16.1.