【導讀】實(shí)時(shí)控制是閉環(huán)系統在定義的時(shí)間窗口內收集數據、處理數據并更新系統的能力。作為文章“實(shí)時(shí)控制簡(jiǎn)介及其重要性”的續篇，本文將詳細介紹實(shí)時(shí)控制系統的第一個(gè)功能塊“檢測（收集）數據”，并針對如何通過(guò)關(guān)注特定傳感器參數來(lái)優(yōu)化實(shí)時(shí)控制系統的數據捕獲提供了三個(gè)技巧。
您可能需要監控電機的位置和轉速、調節電動(dòng)汽車(chē)(EV)充電站的輸出功率，甚至需要測量車(chē)輛與其前方停車(chē)間的極近距離。無(wú)論什么應用，對于閉環(huán)系統的安全和性能而言，傳感器速度、精度和可靠性等參數都至關(guān)重要。
技巧1：選擇可在定義的時(shí)間窗口中收集數據并進(jìn)行通信的傳感器。
在瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中，傳感器響應、轉換和通信速度對于實(shí)時(shí)控制系統至關(guān)重要。系統收集和處理數據的速度越快，更新輸出的速度就越快，從而可以保持穩定性和效率。
我們看一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)電池包的示例。在此示例中，40多個(gè)傳感器用于測量電芯溫度。這些傳感器提供的數據幫助維護電池的安全運行并優(yōu)化充電效率。設計人員通常會(huì )面臨的難題是連接負溫度系數熱敏電阻的點(diǎn)對點(diǎn)電纜會(huì )增加電動(dòng)汽車(chē)的重量和成本。
要解決這個(gè)難題，如圖1所示，您可以采用TI TMP1826溫度傳感器的單線(xiàn)協(xié)議，以便減少所需電纜數量、降低整體重量并提高車(chē)輛效率。
未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)有望成為能源來(lái)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(gè)方面，這使得通信成為電動(dòng)汽車(chē)充電站的一項關(guān)鍵設計考量。無(wú)論是車(chē)輛充電點(diǎn)到電網(wǎng)，還是充電站到云端，前后端通信設計都必須滿(mǎn)足充電過(guò)程中的數據、功能安全與信息安全標準，如圖1所示。
圖1：減少電動(dòng)汽車(chē)電池溫度傳感器布線(xiàn)
不過(guò)，在一根總線(xiàn)上具有多個(gè)傳感器的情況下，要讓控制器可在定義的時(shí)間窗口中從每個(gè)溫度傳感器查詢(xún)新的溫度讀數，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應用所需的標準速度，還支持低延遲通信所需的具有90kbps數據速率的超速模式，使得實(shí)時(shí)控制系統能夠正確更新每個(gè)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(shí)踐，以便盡量減少外部誤差。
實(shí)時(shí)控制系統需要精確的反饋，而要實(shí)現這點(diǎn)的最簡(jiǎn)單方法就是使用高精度傳感器。假設有一個(gè)通過(guò)電機控制的系統，如圖2中的六軸機械臂或協(xié)作機器人。這些機器人需要精確的電機位置檢測和控制，才能確保組裝過(guò)程中的精確度和人機交互情況下的安全性。
如果能獲取更加準確的電機位置，則可以減少機械容差。換句話(huà)說(shuō)，位置傳感器越精確，設計裕度越大。借助TMAG5170等高精度霍爾效應位置傳感器，您可以準確監控電機的位置，同時(shí)可以對任何角度變化做出快速響應，以便實(shí)時(shí)控制處理單元可以對電機進(jìn)行重新定位。
圖2：多軸協(xié)作機器人
為實(shí)現準確測量，必須遵循最佳設計實(shí)踐并考慮所有可能的誤差源（如系統的機械缺陷或與信號鏈相關(guān)的誤差）。如需了解在磁感應用中實(shí)現實(shí)時(shí)控制系統所需的精確角度反饋，請參閱實(shí)現超高系統角度感應精度應用手冊中的指南。
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(shí)現實(shí)時(shí)控制的兩個(gè)關(guān)鍵因素。此外，要讓傳感器可以隨著(zhù)時(shí)間的推移正常運行，還必須考慮系統的壽命和運行環(huán)境條件。例如，圖3中所示的衛星不僅需要承受太空中強烈的物理振動(dòng)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(lái)說(shuō)，太空的環(huán)境特別惡劣
在太空中進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一個(gè)示例是衛星上的發(fā)電和配電系統。其中，電流檢測放大器用于監測主電源軌輸入電流，從而檢測單粒子瞬變。一旦檢測到過(guò)流事件，處理器會(huì )進(jìn)行實(shí)時(shí)反應，以便關(guān)閉電子子系統，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(shí)現實(shí)時(shí)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測衛星的運行狀況。
結語(yǔ)
檢測通常是指測量電壓、電流、電機轉速、位置、濕度和溫度等外部變量。要實(shí)現向控制系統實(shí)時(shí)發(fā)送數據變化，傳感器的響應時(shí)間、通信速度、精度和可靠性是至關(guān)重要的參數。
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