實(shí)時(shí)控制是閉環(huán)系統(tǒng)在定義的時(shí)間窗口內(nèi)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和更新系統(tǒng)的能力。作為文章的續(xù)篇，“什么是'實(shí)時(shí)控制'，為什么需要它？，“我將仔細(xì)研究實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的第一個(gè)功能塊 - 傳感（收集）數(shù)據(jù) - 并提供有關(guān)如何通過關(guān)注某些傳感器參數(shù)來優(yōu)化實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的三個(gè)技巧。

您可能正在監(jiān)控電機(jī)的位置和速度，調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車 （EV） 充電站的輸出功率，甚至測(cè)量車輛與前方停車之間的關(guān)閉距離。無論何種應(yīng)用，閉環(huán)系統(tǒng)安全性和性能的重要變量包括傳感器速度、精度和可靠性。

提示 1：選擇在定義的時(shí)間范圍內(nèi)收集和傳輸數(shù)據(jù)的傳感器。

傳感器響應(yīng)、轉(zhuǎn)換和通信速度對(duì)于環(huán)境瞬息萬變的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)極為重要。系統(tǒng)收集和處理數(shù)據(jù)的速度越快，更新其輸出以保持穩(wěn)定性和效率的速度就越快。

讓我們看一下電動(dòng)汽車電池組的例子，其中有 40 多個(gè)傳感器測(cè)量電池溫度。來自這些傳感器的數(shù)據(jù)有助于保持這些電池的安全運(yùn)行并優(yōu)化充電效率。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常面臨的挑戰(zhàn)是，固定傳統(tǒng)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電纜會(huì)增加電動(dòng)汽車的重量和成本。

為了解決這一挑戰(zhàn)，如圖 1 所示，您可以采用 TI TMP1826 溫度傳感器中的單線協(xié)議來減少所需的電纜數(shù)量，從而減輕整體重量，從而提高車輛效率。
圖 1：減少 EV 電池溫度傳感器布線

但是，當(dāng)一條總線上有多個(gè)傳感器時(shí)，重要的是要確保通信速度足夠快，以便控制器在定義的時(shí)間窗口內(nèi)查詢每個(gè)溫度傳感器的新溫度讀數(shù)。值得慶幸的是，TMP1826 等器件既支持傳統(tǒng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)速度，也支持低延遲通信的 90 kbps 數(shù)據(jù)速率的過驅(qū)模式，使實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)能夠正確更新每個(gè)電池模塊的電池溫度。

提示2：選擇準(zhǔn)確的傳感器并遵循最佳實(shí)踐，以最大程度地減少外部錯(cuò)誤。

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)需要精確的反饋，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最簡單方法是使用精確的傳感器?？紤]一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)，如六軸機(jī)械臂或協(xié)作機(jī)器人，如圖2所示。這些機(jī)器人需要精確的電機(jī)位置傳感和控制，以確保裝配過程的精確性和在人機(jī)交互的情況下的安全性。

如果您更準(zhǔn)確地知道電機(jī)的位置，則可以降低機(jī)械公差。換句話說，位置傳感器越精確，設(shè)計(jì)余量就越大。TMAG5170 等精密霍爾效應(yīng)位置傳感器使您能夠準(zhǔn)確監(jiān)控電機(jī)位置，同時(shí)快速響應(yīng)任何角度變化，以便實(shí)時(shí)控制處理單元可以相應(yīng)地重新定位電機(jī)。

為了 實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確 的 測(cè)量， 您 還 必須 遵循 最佳 設(shè)計(jì) 實(shí)踐， 并 考慮 所有 可能 的 誤差 源， 例如 系統(tǒng) 的 機(jī)械 缺陷 或 與 信號(hào) 鏈 相關(guān) 的 誤差。對(duì)于在磁感測(cè)應(yīng)用中需要精確角度反饋的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，請(qǐng)遵循應(yīng)用筆記“實(shí)現(xiàn)最高的系統(tǒng)角度檢測(cè)精度”中的指南。

提示3：根據(jù)產(chǎn)品的任務(wù)配置文件選擇可靠的傳感器。

傳感器的速度和精度是成功進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的兩個(gè)關(guān)鍵，但您還必須考慮系統(tǒng)的使用壽命和環(huán)境操作條件，以確保傳感器隨著時(shí)間的推移正常運(yùn)行。例如，圖3所示的衛(wèi)星不僅需要承受強(qiáng)烈的物理振動(dòng)和太空中的大量輻射，還需要承受極端的溫度變化。

在衛(wèi)星上的發(fā)電和配電系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了空間實(shí)時(shí)控制的一個(gè)例子，這些系統(tǒng)使用電流檢測(cè)放大器（CSA）來監(jiān)控其主電源軌輸入電流，以檢測(cè)單事件瞬變。檢測(cè)到過流事件后，處理器可以實(shí)時(shí)做出反應(yīng)，關(guān)閉電子子系統(tǒng)并防止損壞。

TI 利用 CSA 產(chǎn)品（如 INA901-SP 和 INA240-SEP）中的空間增強(qiáng)塑料和抗輻射封裝等技術(shù)進(jìn)步，保持高精度測(cè)量并實(shí)現(xiàn)空間實(shí)時(shí)控制。要了解更多信息，請(qǐng)查看技術(shù)文章“電流檢測(cè)放大器如何監(jiān)測(cè)衛(wèi)星健康狀況”。

結(jié)論

傳感通常是指測(cè)量外部變量，例如電壓、電流、電機(jī)速度、位置、濕度和溫度。傳感器的響應(yīng)時(shí)間、通信速度、準(zhǔn)確性和可靠性是將數(shù)據(jù)更改實(shí)時(shí)發(fā)送到控制系統(tǒng)的重要參數(shù)。

審核編輯 黃宇