【導(dǎo)讀】實時控制是閉環(huán)系統(tǒng)在定義的時間窗口內(nèi)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并更新系統(tǒng)的能力。作為文章“實時控制簡介及其重要性”的續(xù)篇，本文將詳細(xì)介紹實時控制系統(tǒng)的第一個功能塊“檢測（收集）數(shù)據(jù)”，并針對如何通過關(guān)注特定傳感器參數(shù)來優(yōu)化實時控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)捕獲提供了三個技巧。
您可能需要監(jiān)控電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)電動汽車(EV)充電站的輸出功率，甚至需要測量車輛與其前方停車間的極近距離。無論什么應(yīng)用，對于閉環(huán)系統(tǒng)的安全和性能而言，傳感器速度、精度和可靠性等參數(shù)都至關(guān)重要。
技巧1：選擇可在定義的時間窗口中收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行通信的傳感器。
在瞬息萬變的環(huán)境中，傳感器響應(yīng)、轉(zhuǎn)換和通信速度對于實時控制系統(tǒng)至關(guān)重要。系統(tǒng)收集和處理數(shù)據(jù)的速度越快，更新輸出的速度就越快，從而可以保持穩(wěn)定性和效率。
我們看一個電動汽車電池包的示例。在此示例中，40多個傳感器用于測量電芯溫度。這些傳感器提供的數(shù)據(jù)幫助維護(hù)電池的安全運(yùn)行并優(yōu)化充電效率。設(shè)計人員通常會面臨的難題是連接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的點(diǎn)對點(diǎn)電纜會增加電動汽車的重量和成本。
要解決這個難題，如圖1所示，您可以采用TI TMP1826溫度傳感器的單線協(xié)議，以便減少所需電纜數(shù)量、降低整體重量并提高車輛效率。
未來的電動汽車有望成為能源來源，即在用電高峰或停電期間將存儲的電能返回電網(wǎng)。管理這種潛在的能量交換是電網(wǎng)集成的一個方面，這使得通信成為電動汽車充電站的一項關(guān)鍵設(shè)計考量。無論是車輛充電點(diǎn)到電網(wǎng)，還是充電站到云端，前后端通信設(shè)計都必須滿足充電過程中的數(shù)據(jù)、功能安全與信息安全標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。
圖1：減少電動汽車電池溫度傳感器布線
不過，在一根總線上具有多個傳感器的情況下，要讓控制器可在定義的時間窗口中從每個溫度傳感器查詢新的溫度讀數(shù)，必須確保通信速度足夠快。值得慶幸的是，TMP1826等器件不僅支持傳統(tǒng)應(yīng)用所需的標(biāo)準(zhǔn)速度，還支持低延遲通信所需的具有90kbps數(shù)據(jù)速率的超速模式，使得實時控制系統(tǒng)能夠正確更新每個電池模塊的電芯溫度。
技巧2：選擇高精度傳感器并遵循最佳實踐，以便盡量減少外部誤差。
實時控制系統(tǒng)需要精確的反饋，而要實現(xiàn)這點(diǎn)的最簡單方法就是使用高精度傳感器。假設(shè)有一個通過電機(jī)控制的系統(tǒng)，如圖2中的六軸機(jī)械臂或協(xié)作機(jī)器人。這些機(jī)器人需要精確的電機(jī)位置檢測和控制，才能確保組裝過程中的精確度和人機(jī)交互情況下的安全性。
如果能獲取更加準(zhǔn)確的電機(jī)位置，則可以減少機(jī)械容差。換句話說，位置傳感器越精確，設(shè)計裕度越大。借助TMAG5170等高精度霍爾效應(yīng)位置傳感器，您可以準(zhǔn)確監(jiān)控電機(jī)的位置，同時可以對任何角度變化做出快速響應(yīng)，以便實時控制處理單元可以對電機(jī)進(jìn)行重新定位。
圖2：多軸協(xié)作機(jī)器人
為實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，必須遵循最佳設(shè)計實踐并考慮所有可能的誤差源（如系統(tǒng)的機(jī)械缺陷或與信號鏈相關(guān)的誤差）。如需了解在磁感應(yīng)用中實現(xiàn)實時控制系統(tǒng)所需的精確角度反饋，請參閱實現(xiàn)超高系統(tǒng)角度感應(yīng)精度應(yīng)用手冊中的指南。
技巧3：基于產(chǎn)品任務(wù)剖面選擇可靠的傳感器。
傳感器的速度和精度是成功實現(xiàn)實時控制的兩個關(guān)鍵因素。此外，要讓傳感器可以隨著時間的推移正常運(yùn)行，還必須考慮系統(tǒng)的壽命和運(yùn)行環(huán)境條件。例如，圖3中所示的衛(wèi)星不僅需要承受太空中強(qiáng)烈的物理振動和大量輻射，還需要承受極端的溫度變化。
圖3：對于電子元件來說，太空的環(huán)境特別惡劣
在太空中進(jìn)行實時控制的一個示例是衛(wèi)星上的發(fā)電和配電系統(tǒng)。其中，電流檢測放大器用于監(jiān)測主電源軌輸入電流，從而檢測單粒子瞬變。一旦檢測到過流事件，處理器會進(jìn)行實時反應(yīng)，以便關(guān)閉電子子系統(tǒng)，防止造成損壞。
TI在INA901-SP和INA240-SEP等CSA產(chǎn)品中采用先進(jìn)技術(shù)，如增強(qiáng)型航天塑料和耐輻射封裝，可以在太空中保持高精度測量并實現(xiàn)實時控制。如需了解更多信息，請參閱技術(shù)文章電流檢測放大器如何監(jiān)測衛(wèi)星的運(yùn)行狀況。
結(jié)語
檢測通常是指測量電壓、電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置、濕度和溫度等外部變量。要實現(xiàn)向控制系統(tǒng)實時發(fā)送數(shù)據(jù)變化，傳感器的響應(yīng)時間、通信速度、精度和可靠性是至關(guān)重要的參數(shù)。
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