基于絕對(duì)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?？刂葡到y(tǒng)功能和性能的實(shí)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?、算法處理及輸出控制?個(gè)基本環(huán)節(jié)，每個(gè)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(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源會(huì)對(duì)相應(yīng)的控制模式帶來(lái)影響。

1 數(shù)據(jù)采集的編碼實(shí)現(xiàn)
跟蹤控制系統(tǒng)所需采集的數(shù)據(jù)為跟蹤運(yùn)行軌道上的平面坐標(biāo)的變化速度，跟蹤系統(tǒng)通過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)的采集也就變成了對(duì)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(hào)，通過(guò)對(duì)主副線圈產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行誤差補(bǔ)償最后形成所需信號(hào)，該信號(hào)還要經(jīng)過(guò)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(bǔ)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(shí)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(duì)編碼器。單轉(zhuǎn)絕對(duì)編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有編碼的圓盤，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，把光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖，再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，形成數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼系列。對(duì)單轉(zhuǎn)絕對(duì)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(gè)位置的輸出代碼是唯一的，這樣的好處是：當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)際位置分離；當(dāng)電源再次接通時(shí)，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(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到實(shí)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(dòng)所產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換脈沖取得的，從一個(gè)編碼變到另一個(gè)編碼時(shí)，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(shí)，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(shí)改變狀態(tài)是不可能的，這使得在改變狀態(tài)的過(guò)渡時(shí)刻得到的編碼讀數(shù)有可能完全是錯(cuò)誤的。為了克服這一問(wèn)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(wèn)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(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，為了保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)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(duì)編碼器，從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)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(shí)間既可以發(fā)送，又可以接收)，RS 422標(biāo)準(zhǔn)是雙平衡信號(hào)方式，接口采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，在較遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸過(guò)程中，利用信號(hào)差分特點(diǎn)，消除在傳輸過(guò)程中外界電磁干擾的影響。但仍然需要處理信號(hào)同步問(wèn)題，Eltra提供的絕對(duì)編碼器需要外界提供時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，以啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)電路，在單穩(wěn)態(tài)電路的控制下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和發(fā)送。Eltra具有SSI接口的絕對(duì)編碼器所需的時(shí)鐘激勵(lì)信號(hào)如圖1所示。

由圖可知，要使絕對(duì)編碼器正常工作，必需要由外部提供時(shí)鐘信號(hào)，將所產(chǎn)生的差分時(shí)鐘信號(hào)用作絕對(duì)編碼器開始工作所需要的同步時(shí)鐘激勵(lì)信號(hào)，這樣設(shè)計(jì)使編碼器的工作穩(wěn)定性得到了極大地提高。同步問(wèn)題的解決使采集數(shù)據(jù)的誤差降低，對(duì)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。