¿Qué es el error de subdivisión (SDE) en los codificadores lineales?

Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, una cabeza de lectura de codificador se desplaza a lo largo de una escala y "lee" los cambios de luz (para los codificadores ópticos) o de campo magnético (para los tipos magnéticos). A medida que la cabeza de lectura registra estos cambios, produce señales de seno y coseno que se desplazan 90 grados una de otra (lo que se denomina "señales de cuadratura"). Estas señales analógicas de seno y coseno se convierten en señales digitales, que luego se interpolan -en algunos casos, por un factor de 16.000 o más- para aumentar la resolución. Pero la interpolación sólo puede ser precisa si las señales analógicas originales no presentan errores. Cualquier imperfección en las señales del seno y del coseno -denominada error de subdivisión- degrada la calidad de la interpolación y reduce la precisión del codificador.

El error de subdivisión es cíclico, y se produce con cada intervalo de la escala o del paso de exploración (es decir, con cada período de señal), pero no se acumula y es independiente de la escala o de la longitud del recorrido. Las dos causas principales del SDE son las inexactitudes mecánicas y la desalineación entre la escala y la cabeza de lectura, aunque las perturbaciones armónicas también pueden causar distorsiones en las señales del seno y del coseno.

Utilizando un patrón de Lissajous para determinar el error de la subdivisión

Para analizar el error de la subdivisión, la magnitud de la señal de la onda sinusoidal se traza en un gráfico X-Y contra la magnitud de la señal de la onda coseno, a lo largo del tiempo. Esto crea lo que se conoce como un patrón "Lissajous".

Con el gráfico centrado en la coordenada 0,0, si las señales se desplazan en fase exactamente 90 grados y tienen una amplitud de 1:1, el gráfico formará un círculo perfecto. El error de subdivisión puede manifestarse como un desplazamiento del punto central, o como diferencias de fase (el desplazamiento del seno y el coseno no es exactamente de 90 grados) o de amplitud entre las señales del seno y el coseno. Incluso en los codificadores de alta calidad, la SDE puede ser del 1 al 2 por ciento del período de la señal, por lo que la electrónica de procesamiento de señales a menudo incluye correcciones de ganancia, fase y offset para contrarrestar los errores de subdivisión.

Las unidades directas requieren codificadores de alta precisión

La precisión del codificador es importante para las aplicaciones de posicionamiento impulsadas por motores rotativos de acoplamiento mecánico, pero la precisión es especialmente crítica cuando se utiliza un motor lineal de accionamiento directo. La diferencia radica en cómo se controla la velocidad.

En una aplicación tradicional de motor rotativo, un codificador rotativo acoplado al motor proporciona información de velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información de posición. Pero en las aplicaciones de accionamiento directo, no hay codificador rotativo. El codificador lineal proporciona retroalimentación tanto para la velocidad como para la posición, y la información de velocidad se deriva de la posición del codificador. El error de subdivisión, que perjudica la capacidad del codificador para informar con precisión de la posición y, por lo tanto, para derivar la información de velocidad, puede dar lugar a una ondulación de la velocidad.

Además, los sistemas de accionamiento directo pueden funcionar con altas ganancias en el bucle de control, lo que les permite responder rápidamente para corregir errores en la posición o la velocidad. Pero a medida que la frecuencia del error aumenta, el controlador es incapaz de seguir el ritmo del error, y el motor consume más corriente tratando de responder, lo que resulta en un ruido audible y un calentamiento excesivo del motor.