【挑战低速运动控制】如何精确追踪20公里外时速20公里的移动目标？
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2016年11/12月合刊杂志，原标题为：超低速运动控制编码器的使用要点
编码器和速度传感器在很多运动控制应用中发挥着关键的作用，尤其是在精确的低速控制应用中，例如工业实验和测量、自动化以及安全监控系统。
对于今天的应用来说，高变焦光学系统清楚地聚焦到一个20公里以外的目标并不罕见。但是当那个远距离的目标移动时，事情就变得不好办了，因为视野受限的原因，而且如果对目标跟随不顺畅的话，目标会快速从视野里消失。
如果目标在20公里的范围内以每小时20公里的速度移动，这相当于0.05 rpm的转速，超级慢的速度。要想将目标保持在用户视野的中央，就要对该低速进行精确的控制，并且对于目标速度和方向的变化做出很好的响应。要保持目标在视野的中央，这意味着20公里的范围内的0.3米，需要大于200K的编码点或者18位的编码位置。要保持平稳的运动，需要20位。
采用云台系统追踪远距离移动目标的例子 图片来源：Zettlex公司
传统的方法是在系统传动电机上使用编码器，并与通过连接到电机上的减速箱测量的每转计数相乘。齿轮的减速比越高，相乘的结果就会受到越大的影响。这也意味着反冲的量更大以及伺服系统整体的响应更差。这样的一个系统会限制动态范围，而且通常在小于1公里的合适距离上不能跟踪快速运动的物体，就像在更高转速的情况下不能获得所要求的性能一样。
更新的做法是在变速箱输出轴上使用高分辨率的位置编码器，这会在最大程度发挥伺服的动态性能的同时有助于避免反冲效应。由于高分辨率编码器不再那么昂贵，这种方式被使用得越来越广。
因为传统的高分辨率位置传感技术有一些限制条件，设计工程师转而采用新型的传感器。这些传感器可以被看作是新一代感应式编码器，特别是可以提供高达每转400万计数（22位）的高分辨率测量。感应式编码器将相同的基础物理应用于解码器，这让它们可以在恶劣的运行环境下提供高分辨率的、非接触式的测量。对于运行在脏的或潮湿的环境下，工程师就不再需要光学编码器或电容式编码器所需要的密封、垫圈或O型圈。
为危险环境设计的新一代感应式编码器的例子
与在解码器里面见到的传统的绕线式变压器结构不同，编码器采用印刷电路板作为其主要部件。这减少了形状因数、轴向高度、并可以使用大口径。新方法采用的设计更方便电缆、轴和管道穿过传感器中央。同时，编码器提供的简单的电气接口具有如下特性：直流供电以及绝对值的、数字化的输出。
作者：Mark Howard