做自动化的朋友都知道，设备性能好不好，关键是伺服系统的精度与响应速度给不给力。而伺服位置反馈设备，作为这一系统的“眼睛”，其重要性不言而喻，它能不能准确告诉你电机转到哪儿了，直接决定了你的设备是丝滑运行还是频繁翻车。更现实的问题，它还关系到生产线的效率和安全，这可都是真金白银啊。市面上那么多位置反馈设备看得人眼花，到底哪款才是你的菜？别慌，今天就来聊聊怎么挑到最适合自己应用场景的那一款。

位置反馈设备揭秘

位置反馈设备，作为测量电机机械输出位置的关键组件，其重要性不言而喻。在标准旋转电机中，它精确测量轴/转子相对于电机外壳/定子的位置；在直线电机中，则监测运动线圈与静止磁体结构的相对位置。运动速度甚至加速度都可通过随时间对位置的测量来计算。

常见的传感类型

光学传感，例如科尔摩根的多圈绝对式智能反馈设备SFD-M

电感式传感，例如旋转变压器或某品牌的EQI系列设备

电容式传感，例如某品牌的EEM37系列设备

每种传感类型在成本、尺寸、性能、坚固性和工作温度方面都各有特点。如下图是安装有SFD-M反馈设备的科尔摩根AKM2G伺服电机的分解图。

位置反馈怎么用?

并非所有电机都需要位置反馈设备。但在需要精确运动控制的应用中，无反馈的开环运行会导致定位不准、速度控制差等一系列问题。因此，闭环系统中的位置反馈设备是实现高精度控制的关键。

伺服控制环路

伺服电机位置数据供电子控制器在伺服控制环路使用，目标是让反馈传感器输出值接近指令值，位置反馈设备质量影响伺服系统运动精度，反馈传感器测量误差会使电机实际位置产生误差，如周期性误差会导致电机反向波动。位置反馈设备越好运动效果越好，但电机内部设备性能有限，多数电机驱动机械联动装置，连接机械系统需高成本精心设计，用高精度定位反馈设备也难显著改善其末端运动，运动控制质量才是关键。

电机的电子换向

许多电机需交流波形适当同步以实现所需运动，最初有刷电机靠机械换向器实现同步，而无刷永磁伺服电机则由位置反馈设备为驱动器提供信息，以电子方式同步激励电机绕组，电子换向能减小电机体积、降低成本，满足指定机械功率和扭矩规格，且某些电机电子换向需电机电循环内的绝对位置信息。

绝对位置详解

基本位置反馈设备提供增量位置，通电时无论转子实际位置如何都报告为0位，仅测量通电后移动的增量距离，对匀速运动等部分应用足够，但多数应用需知晓操作空间内的实际位置，绝对位置反馈设备可提供固定且相对于0位的绝对位置，其有多种类型且按绝对位置范围区分。

换向器

通电时在一个电机电循环内提供电子换向所需的绝对位置信息，位置反馈在一个循环内只提供增量或绝对位置，如增量式编码器+霍尔效应传感器或多速旋转变压器。

单圈绝对值

通电时在0至360度机械旋转范围提供精准绝对位置值，如单速旋转变压器及部分光学、电容或电感式设备。

多圈绝对值

能提供机械旋转一圈内绝对位置并跟踪完整旋转圈数，计数能力通常从4069圈（12位）到65536圈（16位）不等。多圈绝对式反馈可通过以下四种基本方式实现：

断电时将当前位置保存到非易失性存储器，通电时恢复

断电时不得移动电机位置。

成本低，应用范围较窄。

用备用电池为转数计数器供电

在断电状态下可自由移动电机。

电池存在成本和维护问题，而且需要占用空间。

长时间断电有可能造成生命危险。

使用带有独立读数的齿轮

在断电状态下可自由移动电机。

齿轮能使编码器变大，电机长度更长。

齿轮价格较高，安装公差要求严格。

能量收集。在断电状态下，手动移动电机可为非易失性存储器中的匝数计数器供电。例如：科尔摩根SFD-M。

在断电状态下可自由移动电机。

比齿轮更坚固耐用，转数范围更大。

比齿轮小，成本低，对公差精度的要求也更低。

几乎所有应用都能受益于多圈绝对位置反馈，如在将电机旋转转换为有限范围线性运动的应用中，它通电后可立即提升生产率，省去耗时归位程序及昂贵归位传感器和布线。以往增加多圈绝对功能成本高，很多应用难享其优势，如今该限制已消除，科尔摩根的SFD-M位置反馈设备表现突出，无需额外成本就能提供多圈绝对功能和能量收集技术的所有优势。

反馈设备关键规格

●分辨率

可测量的最小运动距离，以二进制位数/转数指定，位数/转数越高越好，典型工业旋转伺服电机至少需16位/圈，24位/圈更佳，超24位/转位置精度效益降低。

●精度

设备测量位置与电机实际位置差值，指最坏情况误差，用+/-弧分角表示，通常比分辨率差得多。

●速度波动

因测量位置误差导致微分法测量的位置速度估值波动，与速度成正比，用%p-p表示，由位置精度误差引起，但最坏情况位置误差不直接决定其百分比。

●位置噪声

电机静止时测得位置值因模拟传感固有噪声和EMI噪声出现随机跳动，通常介于分辨率和精度规格之间，最好有1-2个最少有效位的随机噪声。

●带宽

位置传感器对输入变化响应速度有限制，带宽指测得正弦运动与实际相比振幅下降到-3dB时的频率(HZ)，需高于所需伺服闭环运动带宽。

●延迟/相位

传感器从输入到测量值有相位滞后或延迟，在指定正弦工作频率下以电角度表示，在所需伺服闭环带宽下相位滞后要小。

●温度

设备在冷热环境下均能在规格要求内正常工作，电机元件工作温度上限常高于反馈设备，电机持续扭矩受其最高工作温度限制。

●坚固性

伺服电机应用涉及机械振动和冲击，每种位置反馈设备有可承受范围，有些更坚固耐用。

反馈设备的实用功能

除了测量电机位置这个主要功能之外，现代反馈设备还可能具有一些增强功能性和价值的功能，其中包括：

电机ID

含驱动器数字通信链路的位置反馈设备有非易失性存储器，用电机数据表值编程后，驱动器通电时能知晓连接电机并自动兼容设置，所有带存储器的科尔摩根设备都设有电机ID信息供驱动器自动设置。

热敏传感器

部分数字位置反馈设备输入端可连电机绕组热敏传感器，经数字通信链路将测量值反馈给驱动器，无需从电机到驱动器连接热敏传感器。

单电缆

与驱动装置数字通信的位置反馈设备导线少，如科尔摩根SFD-M等设备只需2根或4根导线，相比多导线传感器或直接模拟传感器成本和安装劳动力更低。

功能安全

现代机器为保障操作员安全，伺服系统可安装经第三方认证的功能安全性位置反馈装置，让有效伺服系统在操作员安全操作时保持固定位置，提升生产效率与工作环境安全性。

反馈设备选型指南

综合我们讨论过的所有性能指标、功能与特性，并结合相关定价，可建立全面比较图表，用以表明各类现有位置反馈设备能达到好、较好或非常好的标准，具体见下表。

反馈设备对比分析

一般运动控制应用

根据对比图可以看出，SFD-M显然是大多数应用的合适选择。其优势包括：

性价比高

具有16位多圈绝对分辨

性能强劲

特殊应用建议

然而，在有些特殊应用中，SFD-M并不是一个好选择。这些特殊情况和相关反馈设备及其订购代码如下。

需要功能安全认证：

GU BiSS电容安全

LD EnDat电感安全

相比SFD-M成本更高且电机更长

直接驱动需要极高位置精度：

DA，DB EnDat光学

AA，AB BiSS光学

相比SFD-M成本更高且电机更长

未使用科尔摩根电机驱动器：

选择与驱动器兼容的反馈设备