基于絕對編碼器的數據采集

0 引言
在跟蹤控制系統中，控制精度總是受各方面因素的影響?？刂葡到y功能和性能的實(shí)現受數據采集的影響，具體有傳感器采集數據、數據傳輸的方式、算法處理及輸出控制等4個(gè)基本環(huán)節，每個(gè)環(huán)節都有可能產(chǎn)生誤差，環(huán)節之間也有誤差傳遞，從而影響跟蹤控制精度。在這些環(huán)節中，數據源是重要的一環(huán)，沒(méi)有準確的數據來(lái)源會(huì )對相應的控制模式帶來(lái)影響。

1 數據采集的編碼實(shí)現
跟蹤控制系統所需采集的數據為跟蹤運行軌道上的平面坐標的變化速度，跟蹤系統通過(guò)平面坐標的變化特征跟蹤軌道，而跟蹤軌道由兩組電機進(jìn)行控制，故對數據的采集也就變成了對兩組電機轉速的采集。數據采集用的傳感器，可以采用由旋轉變壓器構成的模擬編碼器。旋轉變壓器產(chǎn)生的是模擬信號，通過(guò)對主副線(xiàn)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(guò)A／D轉換。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字式傳感器，這類(lèi)傳感器進(jìn)行數據采集時(shí)采用的是Eltra編碼器，為了配合跟蹤控制系統的需求選用了單轉絕對編碼器。單轉絕對編碼器的內部結構是一個(gè)具有編碼的圓盤(pán)，通過(guò)光電轉換，把光脈沖轉換為電脈沖，再經(jīng)過(guò)信號處理，形成數據信號的編碼系列。對單轉絕對編碼器而言，它的編碼位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼是唯一的，這樣的好處是：當電源斷開(kāi)時(shí)，絕對型編碼器并不與實(shí)際位置分離；當電源再次接通時(shí)，編碼器的讀數仍然是當前的有效讀數。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(shí)際位置的讀數。從內部的光電轉換結構看，二進(jìn)制碼是直接從圓形光盤(pán)的轉動(dòng)所產(chǎn)生的光電轉換脈沖取得的，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)刻得到的編碼讀數有可能完全是錯誤的。為了克服這一問(wèn)題，在數據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
跟蹤控制系統的中控室與數據采集點(diǎn)的距離較遠，為了保證數據在傳輸過(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)絕對編碼器，從數據采集點(diǎn)到中控室之間的數據傳輸采用RS 422標準。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標準是雙平衡信號方式，接口采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，在較遠距離信號傳輸過(guò)程中，利用信號差分特點(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同步問(wèn)題，Eltra提供的絕對編碼器需要外界提供時(shí)鐘觸發(fā)信號，以啟動(dòng)單穩態(tài)電路，在單穩態(tài)電路的控制下實(shí)現信號的轉換、存儲和發(fā)送。Eltra具有SSI接口的絕對編碼器所需的時(shí)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(shí)鐘信號，將所產(chǎn)生的差分時(shí)鐘信號用作絕對編碼器開(kāi)始工作所需要的同步時(shí)鐘激勵信號，這樣設計使編碼器的工作穩定性得到了極大地提高。同步問(wèn)題的解決使采集數據的誤差降低，對跟蹤控制系統整體跟蹤精度的提高起到了決定性的作用。