上個禮拜，老友@Q發文對業內某大牌的公眾號和技術論壇上的帖子進行了一番評論，仔細一看，原來是有關伺服反饋回零的問題。出于好奇，我也上到這家的論壇反復瀏覽了相關的帖子。有趣的是，我發現大家多半是圍繞著產品在操作層面進行討論，卻幾乎很少提及相關的基本概念和技術原理。具體在這件事兒上，當然就是關于“編碼器為什么需要回零”的問題啦。

本期，咱們就一塊兒來聊聊這個話題。

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記得前兩年我們曾經多次談到過增量型和絕對型編碼器，前者輸出的是連續的計數脈沖，后者輸出的是角度位置編碼；也討論過單圈和多圈絕對值編碼器，單圈的只能反饋單圈也就是360°范圍內的位置編碼，而多圈的則可以記錄有限多圈（如：4096圈）的位置編碼。

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同時，我們知道，對于像變頻、伺服驅動器和控制器..等這些上位系統元件來說，它們在運轉過程中需要用到的是能夠反應實際速度、位置測量值的工程當量，而不僅僅是簡單的計數脈沖和角度編碼，無論是使用哪種編碼器，其輸出常常是需要經過一定的換算才能夠為上位的驅動控制系統所使用的。

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因此，在將編碼器接入上位系統時，往往都需要基于實際的應用狀況，對反饋編碼與測量實體之間的對應關系進行設定，簡單說，就是得讓上位系統和編碼器對上眼兒。

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這個設定其實有兩層含義，一個是線性比例關系，就是每一圈（或單位脈沖數）對應多少工程當量（如：毫米、厘米、度、圈...），這在一般的伺服系統中就是“速比”；另一個是位置參考點，也就是需要讓系統知道坐標原點在哪里，對應哪個位置編碼，這就是所謂的“回零Homing”。

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只有完成了上述比例關系和坐標原點這兩個層面的參數設定，在反饋編碼與測量實體之間建立起一一對應的數據轉換關系，系統才能夠在讀取到編碼器反饋的編碼時準確的換算并識別出其所反映的實際測量位置。

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個人覺得，可以這樣理解編碼器的校準與回零操作：編碼器就好比一把尺，它輸出的脈沖和編碼就是尺上的刻度；上位系統就好像用尺進行測量的人，得先明白尺上面的刻度的含義，也就是比例關系，然后在測量時需把尺的零點放到測量實體的起始點上，也就是“零點”，再進行讀數。

那么，在哪些情況下需要在對接入系統的編碼器進行回零操作呢？

首先，從上面的分析不難看出，回零的目的是為了用編碼器測量物體運動的位置，所以，一般來說，只有在讀取位置反饋的應用中才需要對編碼器進行回零操作。

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其次，上述這種通過回零校準操作建立起來的數據對應關系，是需要借助上位系統、編碼器與傳動機構...等物理介質一直保持著的，但如果這其中任何一個環節的記憶出現丟失的情況，那么就有必要對系統重新進行校準回零的操作了。

理解了這一點，我們就很容易判斷究竟何時需要對編碼器進行回零操作了：

1.用增量型編碼器做位置反饋，在每次斷電后再次上電時都需要進行回零操作；

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2.使用單圈絕對型編碼器：

在確保負載運動范圍不超過一圈的情況下，只要與之連接的上位系統記憶未發生丟失（如：固件更新、產品更換），則無需在每次上電時進行回零操作；

如果負載運動范圍超過一圈，那么就需要在每次斷電后再次上電時進行回零操作；

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3.使用多圈絕對型編碼器：

在確保負載運動范圍不超過額定圈數的情況下，只要編碼器和與之連接的上位系統記憶未發生丟失（如：固件更新、產品更換），就無需在每次上電時進行回零操作；

如果使用了基于電池或電容記憶的多圈絕對值編碼器，那么在出現失電記憶消除的情況時，就肯定需要對編碼器進行回零操作了；而如果使用的是機械式多圈絕對值編碼器，則幾乎不需要考慮這個問題的；

4.無論使用哪種編碼器做位置反饋，只要出現下列情況都需要對編碼器進行回零操作：

編碼器與機械負載的傳動連接斷開后重新連接；

與編碼器連接的上位系統因產品更換、固件更新...等原因記憶丟失；

如此看來，在位置測量應用中使用機械式多圈絕對值編碼器，將有機會極大減少設備運行過程中因系統位置丟失而進行回零操作的次數，因此相對來講可靠性應該算是最高的了。

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另外，編碼器回零的方式有很多，比較常見的是基于外部傳感器進行校準，篇幅關系我們暫時就不詳細展開了，有興趣的朋友可以參閱之前初九君的「伺服運動控制的原點回歸」。