基于绝对编码器的数据采集

0 引言
在跟踪控制系统中，控制精度总是受各方面因素的影响。控制系统功能和性能的实现受数据采集的影响，具体有传感器采集数据、数据传输的方式、算法处理及输出控制等4个基本环节，每个环节都有可能产生误差，环节之间也有误差传递，从而影响跟踪控制精度。在这些环节中，数据源是重要的一环，没有准确的数据来源会对相应的控制模式带来影响。

1 数据采集的编码实现
跟踪控制系统所需采集的数据为跟踪运行轨道上的平面坐标的变化速度，跟踪系统通过平面坐标的变化特征跟踪轨道，而跟踪轨道由两组电机进行控制，故对数据的采集也就变成了对两组电机转速的采集。数据采集用的传感器，可以采用由旋转变压器构成的模拟编码器。旋转变压器产生的是模拟信号，通过对主副线圈产生的信号进行误差补偿最后形成所需信号，该信号还要经过A／D转换。很明显在高精度控制情况下，这种方式产生的误差大，误差补偿有限。也可以采用基于光电原理的数字式传感器，这类传感器进行数据采集时采用的是Eltra编码器，为了配合跟踪控制系统的需求选用了单转绝对编码器。单转绝对编码器的内部结构是一个具有编码的圆盘，通过光电转换，把光脉冲转换为电脉冲，再经过信号处理，形成数据信号的编码系列。对单转绝对编码器而言，它的编码位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码是唯一的，这样的好处是：当电源断开时，绝对型编码器并不与实际位置分离；当电源再次接通时，编码器的读数仍然是当前的有效读数。编码器的输出代码用于确定具体的位置，编码采用二进制码便于对信号进行处理，从而得到实际位置的读数。从内部的光电转换结构看，二进制码是直接从圆形光盘的转动所产生的光电转换脉冲取得的，从一个编码变到另一个编码时，如果采用顺序二进制码，位置的同步和采集就变得非常困难。
如4位二进制数由7(0111)变换到8(1000)时，顺序二进制码的每一位都改变了状态，要求同一瞬间同时改变状态是不可能的，这使得在改变状态的过渡时刻得到的编码读数有可能完全是错误的。为了克服这一问题，在数据采集的编码中采用格雷码，这样就解决了顺序二进制码存在的问题。

2 编码器的接口
跟踪控制系统的中控室与数据采集点的距离较远，为了保证数据在传输过程中不受外界电磁干扰的影响，选用了SSI(Synchronization Serial Interface，同步串行接口)绝对编码器，从数据采集点到中控室之间的数据传输采用RS 422标准。RS 422是全双工的传输方式(同一时间既可以发送，又可以接收)，RS 422标准是双平衡信号方式，接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，在较远距离信号传输过程中，利用信号差分特点，消除在传输过程中外界电磁干扰的影响。但仍然需要处理信号同步问题，Eltra提供的绝对编码器需要外界提供时钟触发信号，以启动单稳态电路，在单稳态电路的控制下实现信号的转换、存储和发送。Eltra具有SSI接口的绝对编码器所需的时钟激励信号如图1所示。

由图可知，要使绝对编码器正常工作，必需要由外部提供时钟信号，将所产生的差分时钟信号用作绝对编码器开始工作所需要的同步时钟激励信号，这样设计使编码器的工作稳定性得到了极大地提高。同步问题的解决使采集数据的误差降低，对跟踪控制系统整体跟踪精度的提高起到了决定性的作用。