基于絕對編碼器的數(shù)據(jù)采集

0 引言
在跟蹤控制系統(tǒng)中，控制精度總是受各方面因素的影響。控制系統(tǒng)功能和性能的實現(xiàn)受數(shù)據(jù)采集的影響，具體有傳感器采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健⑺惴ㄌ幚砑拜敵隹刂频?個基本環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生誤差，環(huán)節(jié)之間也有誤差傳遞，從而影響跟蹤控制精度。在這些環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)源是重要的一環(huán)，沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源會對相應(yīng)的控制模式帶來影響。

1 數(shù)據(jù)采集的編碼實現(xiàn)
跟蹤控制系統(tǒng)所需采集的數(shù)據(jù)為跟蹤運行軌道上的平面坐標(biāo)的變化速度，跟蹤系統(tǒng)通過平面坐標(biāo)的變化特征跟蹤軌道，而跟蹤軌道由兩組電機(jī)進(jìn)行控制，故對數(shù)據(jù)的采集也就變成了對兩組電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集。數(shù)據(jù)采集用的傳感器，可以采用由旋轉(zhuǎn)變壓器構(gòu)成的模擬編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的是模擬信號，通過對主副線圈產(chǎn)生的信號進(jìn)行誤差補償最后形成所需信號，該信號還要經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換。很明顯在高精度控制情況下，這種方式產(chǎn)生的誤差大，誤差補償有限。也可以采用基于光電原理的數(shù)字式傳感器，這類傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時采用的是Eltra編碼器，為了配合跟蹤控制系統(tǒng)的需求選用了單轉(zhuǎn)絕對編碼器。單轉(zhuǎn)絕對編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個具有編碼的圓盤，通過光電轉(zhuǎn)換，把光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖，再經(jīng)過信號處理，形成數(shù)據(jù)信號的編碼系列。對單轉(zhuǎn)絕對編碼器而言，它的編碼位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼是唯一的，這樣的好處是：當(dāng)電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際位置分離；當(dāng)電源再次接通時，編碼器的讀數(shù)仍然是當(dāng)前的有效讀數(shù)。編碼器的輸出代碼用于確定具體的位置，編碼采用二進(jìn)制碼便于對信號進(jìn)行處理，從而得到實際位置的讀數(shù)。從內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)看，二進(jìn)制碼是直接從圓形光盤的轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換脈沖取得的，從一個編碼變到另一個編碼時，如果采用順序二進(jìn)制碼，位置的同步和采集就變得非常困難。
如4位二進(jìn)制數(shù)由7(0111)變換到8(1000)時，順序二進(jìn)制碼的每一位都改變了狀態(tài)，要求同一瞬間同時改變狀態(tài)是不可能的，這使得在改變狀態(tài)的過渡時刻得到的編碼讀數(shù)有可能完全是錯誤的。為了克服這一問題，在數(shù)據(jù)采集的編碼中采用格雷碼，這樣就解決了順序二進(jìn)制碼存在的問題。

2 編碼器的接口
跟蹤控制系統(tǒng)的中控室與數(shù)據(jù)采集點的距離較遠(yuǎn)，為了保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不受外界電磁干擾的影響，選用了SSI(Synchronization Serial Interface，同步串行接口)絕對編碼器，從數(shù)據(jù)采集點到中控室之間的數(shù)據(jù)傳輸采用RS 422標(biāo)準(zhǔn)。RS 422是全雙工的傳輸方式(同一時間既可以發(fā)送，又可以接收)，RS 422標(biāo)準(zhǔn)是雙平衡信號方式，接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，在較遠(yuǎn)距離信號傳輸過程中，利用信號差分特點，消除在傳輸過程中外界電磁干擾的影響。但仍然需要處理信號同步問題，Eltra提供的絕對編碼器需要外界提供時鐘觸發(fā)信號，以啟動單穩(wěn)態(tài)電路，在單穩(wěn)態(tài)電路的控制下實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換、存儲和發(fā)送。Eltra具有SSI接口的絕對編碼器所需的時鐘激勵信號如圖1所示。

由圖可知，要使絕對編碼器正常工作，必需要由外部提供時鐘信號，將所產(chǎn)生的差分時鐘信號用作絕對編碼器開始工作所需要的同步時鐘激勵信號，這樣設(shè)計使編碼器的工作穩(wěn)定性得到了極大地提高。同步問題的解決使采集數(shù)據(jù)的誤差降低，對跟蹤控制系統(tǒng)整體跟蹤精度的提高起到了決定性的作用。