車輛電機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用方案

想象一下您今早開車上班的路上：交通燈變綠，您立刻踩下油門，車在幾秒鐘內(nèi)快速響應(yīng)，繼續(xù)駛向公司。這個過程看似簡單，但實(shí)際上，車內(nèi)卻發(fā)生了一系列的復(fù)雜操作。讓我們一起來看看吧。

當(dāng)您踩下踏板時，電機(jī)將通過轉(zhuǎn)軸向車子提供必要的扭矩，隨后牽引電機(jī)驅(qū)動車輛前進(jìn)。牽引電機(jī)（通常為三相同步電機(jī)）由復(fù)雜的電路控制，包括多個晶體管、電機(jī)驅(qū)動器，以及保護(hù)和反饋控制。反饋控制信號由電機(jī)位置傳感器（見圖1）以模擬角度輸出信號的形式發(fā)出（注意，所有現(xiàn)實(shí)世界的信號都是模擬的）。借助于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），連續(xù)的模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字域。理想的情況下，您可以將連續(xù)的模擬信號分解成無限數(shù)量的數(shù)位步進(jìn)，但在現(xiàn)實(shí)世界中，ADC的模擬信號量化是有限的數(shù)量步進(jìn)，而由此導(dǎo)致的誤差稱為量化誤差。這里便涉及到“精度”和“分辨率”這兩個術(shù)語。

圖1：車輛電機(jī)控制系統(tǒng)的典型系統(tǒng)框圖

精度

以12位軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC）為例。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一圈，轉(zhuǎn)換器輸出212= 4096個數(shù)字碼。在電機(jī)控制中，步長通常以弧分或弧秒來定義。一度60分鐘，一轉(zhuǎn)360度。因此，一圈上有360×60 = 21600個弧分。由于存在4096個數(shù)字碼，所以每個分區(qū)以= 21600/4096，即5.27弧分為間隔。5.27弧分對應(yīng)于一個最低有效位或1LSB。因此，即使輸入角度（連續(xù)信號）是100％準(zhǔn)確的，輸出數(shù)字碼在下一個代碼前的移動也不能超過1LSB（或5.27弧分）。RDC在指定該精度值時會考慮偏移、增益和線性誤差因素。作為參考，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的典型精度規(guī)格為10弧分。整個解析裝置系統(tǒng)的典型誤差，加上傳感器和轉(zhuǎn)換誤差，大約為±15.273弧分（解析傳感器為10弧分，而我的示例中為+5.273弧分）。這些數(shù)字將有助于我們?yōu)橄到y(tǒng)選擇合適的傳感器解決方案。

分辨率

那么，分辨率是什么？“12位”分辨率是指360度角旋中212個不同的輸出碼。 實(shí)際分辨率只是RDC輸出端的可用位數(shù)；請注意，并不是所有位都是無噪聲的。有效分辨率是指在考慮到信號噪聲的情況下模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換中的真正“有用”位。這些是有效位數(shù)（ENOB）。 ENOB經(jīng)常與產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中所述的分辨率混淆。

1 LSB是什么意思？

到目前為止，我們已經(jīng)討論了精度和分辨率的定義。 現(xiàn)在，讓我們將這些知識應(yīng)用到一個系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中精度和分辨率通常以LSB為單位。您想知道系統(tǒng)環(huán)境中LSB的含義嗎？首先，我們來看一下電機(jī)控制領(lǐng)域中1 LSB相對弧分和度數(shù)的轉(zhuǎn)換值。 以下以12位和10位為例：

在12位中，1 LSB等于：

1LSB = 360 ÷ 212= 0.087度= 5.27弧分= ±2.64弧分= ±0.04395度

同理，在10位中，1 LSB等于：

1LSB = 360 ÷ 210= 0.351度= 21.09弧分= ±10.54弧分= ±0.1757度

結(jié)論

了解汽車操作背后的深層次原理是不是一件很有趣的事？精度和分辨率是為您的規(guī)格選擇合適的傳感解決方案的基礎(chǔ)。 當(dāng)精度優(yōu)于分辨率時，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)可以通過分辨率位數(shù)實(shí)現(xiàn)精確控制。