ERN1387电梯伺服编码器应用广泛的原因是什么？
中国城市化在近十年高速发展，城市中市民居住的高层公寓、高层办公大楼一栋栋矗立，千万市民无论是居家于高层公寓，还是上班办事到高层办公大楼，每天都要坐电梯上上下下，而高层建筑中的每一部电梯就有一颗编码器，控制电梯运行的速度、加速度和保证乘客坐电梯上上下下的舒适度：快速平稳启动、连续加速、柔和制动、快速准确到达楼层，无任何不适感。早期的电梯曳引机为异步电机，通过减速机带动电梯卷扬提升钢丝绳，整体体积大运行速度慢，功率效能在减速机上损失较大。较为先进的曳引机使用了永磁同步力矩电机，没有减速机的效能损耗，直接驱动电梯卷扬提升钢丝绳，这也是伺服电机的一种，是伺服电机就需要加装编码器反馈，以作为位置、速度和加速度力矩环的信号反馈。这颗伺服编码器ERN1387就安装于电机中心轴上。
ERN1387转轴为一个锥形通孔轴插入电机轴安装，编码器锥轴面紧贴电机轴锥形面刚性连接，将编码器后盖打开，用一个螺丝穿过编码器转轴通孔，与电机轴拧紧固定。当螺丝拧紧时，编码器底座上一个顶针受电机侧安装面顶压，涨开编码器的涨固圈，与电机侧圆形固定面卡紧固定。涨固圈是一个平面弹簧，允许安装有一定的公差范围和弹性，并且消除电机振动对编码器的机械损伤。ERN1387为光学码盘式工作原理，输出1Vpp的ABCDZ五个正余弦信号组，见下图（有关光学正余弦信号简介请读《AQ编码》公众号上文，在此简单掠过）。
伺服电机换向信号由CD（C-D-）提供，在光学码盘有四个单周变化的刻轨，1KΩ电阻时的典型信号幅值为1Vpp。后续电子电路的输入电路与1Vpp接口相同，要求终端电阻Z0为1KΩ而不是120Ω。
——ERN1387的系统精度是20角秒；——极致的联轴机械安装方式。永磁同步力矩直接驱动，没有传动损失。编码器的分辨率与精度 经验证明，高分辨率反馈对低速下的速度和位置闭环刚度和稳定性贡献非常显著，但编码器信号质量欠佳，导致一个正余弦信号周期内的细分均匀性变差时，高速下的速度稳定性反而为其所累。 电梯轿厢中，乘客人的中耳平衡系统对变加速度的平稳性曲线很敏感，不稳定的波动将对人产生晕眩心慌感觉。
（下面这段文字及表格引用了海德汉公司公开的技术资料参考，读者可选择阅读）几种伺服电机位置检测器件的主要性能比较
感应式单信号周期旋转变压器单磁极磁编感应式多信号周期多极旋转变压器，多磁极磁编光电式旋转编码器
线数/转1322048
倍频外部内部内部
最大分辨率14位/1638417位/13107225位/33百万
精度±480"±280"±20"
推荐步距80"10"0.04"
周期性误差对控制性能的影响：
为了实现所需的高分辨率，必须对扫描出来的正弦信号进行细分。偏离理想的正弦信号在细分时就会产生一个信号周期内的周期性误差，因此一个信号周期内的位置误差也称为细分误差。在高质量的编码器上细分误差通常是信号周期的1%至2%。
细分误差会影响位置精度，同时也会非常明显地降低驱动系统的速度稳定性以及带来噪音。速度控制器会根据误差曲线计算电流来增加或减低驱动系统的速度。在低速时驱动的进给滞后于细分误差。在加速时细分误差的频率也会增加。因为只有在控制系统的带宽范围以内电机才能跟随误差的波动，细分误差对速度稳定性的影响会随着速度的增加而减少。然而，它对电机电流的扰动继续增加，在高增益的控制环系统中将给驱动带来很大的扰动噪音，其结果可能就是产生热量而电机发烫，并最终毁损电机。
伺服驱动能达到的精度取决于测量误差的幅值以及周期。因为单信号周期（例如单磁极磁编）一转只产生一个信号周期，细分误差就会有很大的影响:使用表1中的数据，控制系统的带宽设为100Hz，驱动系统跟随周期为编码器一个信号周期的细分误差，速度可达6000r/min。也就是说在任何速度范围内都会有速度的波动。
当使用光电式旋转编码器时，只是在低速时驱动系统才滞后于细分误差。使用和上面同样的例子，使用2048线的光电式旋转编码器，当速度在0至2.8 r/min时一个信号周期内的细分误差才会变得很明显。由此而引起的位置误差通常在6”以内。
位置分辨率对速度控制的影响：
应用在伺服驱动上的编码器的分辨率和精度通常是变化的，所以可能实现的最小测量步距对控制环的影响需要密切关注。只对速度控制环增益是线性的情况来分析有限的位置分辨率的主要影响。笔者忽略位置控制器和积分速度环，来分析下列参数的驱动系统:
采样间隔T: 100μs;
P-增益KPG : 600s-1;
电机惯量JM : 0.001kgm2;
恒定扭矩KKM: 0.68Nm/A;
根据这些参数，具有14位细分的旋转变压器的最小测量步距，会引起3.4A的电流波动，也就意味着电机峰值电流的50%需要考虑进来。而另一方面值得注意的是具有更小测量步距17位的感应式编码器只有400mA的电流波动，25位的光电式旋转编码器电流的波动更小，只有不到2mA。
与控制系统设计和结构一样，测量技术也是决定电气驱动性能的因素之一。机床各个轴的位置精度和速度稳定性决定了工件和产品质量的好坏。这就需要位置编码器能够提供足够数量的测量步数和好的信号质量。
驱动系统的机械方面的影响和编码器的位置误差都将引起速度稳定性的不规则变化。如果测量信号的分辨率太低或者细分误差太大，波浪状的误差就会出现在工件加工表面。在生产系统里面特定运动的速度稳定性也可以看作与质量有关的生产参数。
编码器的分辨率和精度在很大程度上能提高电机的速度稳定性，同时，也极大地减少了电机电流的波动。电机运转时噪音小，产生的热量也会很少。
理想的具有高细分倍数的输出信号支持高的带宽，也就是说载荷的变化对旋转速度的影响很小。
（以上引用海德汉公司公开技术资料）
ERN1387的“秘籍”——编码器的精度对伺服控制的影响力——机械安装精度的极致化，没有联轴器角度偏差损失的刚性锥形面联接。
——编码器系统精度高，达到优于20角秒。
——输出正余弦信号完美度，偏差小（小于1%），150米的差分信号传输距离抗干扰性强。
——没有传动系统打掩护的直接面对电梯乘客体验，挡住了其它因编码器精度不够而引起加速度不稳定的竞争者。
在不同的载人数引起负载在变化的电梯运行中，装有ERN1387编码器的电梯经历从停止到高速，再从高速到停止的加速度变化时，编码器输出角度信号的高精度帮助了伺服控制始终有稳定的电流环，而获得同一稳定变化的轿厢加速度曲线，电梯轿厢中的乘客就很有舒适感了。
如果忽视编码器精度重要性，而只是靠细分获得的高分辨率的编码器，将显露出伺服控制电流环不稳定，变化的加速度曲线不平滑的弊端，由于同步电梯是直接驱动没有减速装置的，电梯轿厢中的乘客就会直接感觉到电梯加速的不平稳而晕眩心慌，而要去投诉电梯厂家了。
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