星云5100“编码器”深度解析!

2017-03-09 10:34:45
如今的电子稳定器市场处在洗牌阶段,量产单反级别稳定器的国外厂商已经绝迹,国内也屈指可数。星云从2013年最早量产星云5000到现在有四个年头,依然保持强劲的势头。不管是全球款单手持微单星云4000,唯一的双手持五轴4200,还是最新带编码器的承重高达2.5公斤的单手持单反5100,都是行业的标杆。本文从设计的角度阐述编码器的应用具有相当的权威性,不要人云亦云,能够让大家有一个清晰的认识,并且用好编码器。

星云5100编码器云台官方宣传片
什么是编码器?简单说就是把旋转的角度信息转换成电信号的器件,日常我们接触最多的是鼠标的滚轮,就是典型的光电编码器,发射光线通过光栅对面光敏接收计数。比较好的光电编码器在每圈1000线以上,在一个指甲盖大小圆盘上印1000线,精度超过视网膜屏幕了吧。不过稳定器上面用的不是光电编码器,而是更先进的磁编码器。
星云5100“编码器”深度解析!
这是AMS奥地利微电子出产的,精度达到12比特,4096级每圈,也就是0.088°的分辨率,这足够让云台感知超过人体极限的细腻转动。这款芯片的好处是集成度高,直接输出I2C信号,减少了CPU的处理,同时体积小、非接触适合安装在云台电机上。温度范围是 -40~+150摄氏度,可以适应各种苛刻环境(都已经煮熟啦),不用担心过热编码器不灵啦。

为了减少云台的走线和通讯,每个电机的编码器同时带有一颗32位CPU,这样三个电机就是3个编码器和3个32位CPU协同工作,这样也减少单个CPU的负担。下图中间的就是AMS磁编码器,32位的ARM CPU在板子背面。
星云5100“编码器”深度解析!
AMS磁编码器

如果三个编码器信号走线至少需要9根,还要从电机中间的孔穿过,不是很理想,这样单独的CPU去支持,编码器到CPU走的PCB板布线,就可以用最少的电缆穿过电机,从之前的10根减少到5根,从制造和使用角度都是很大的提升。

有编码器就是闭环吗?错!很多人都人云亦云,听到编码器就说是"闭环",没有编码器就是"开环",这么理解是不对的。云台工作原理示意这张图是一般云台的工作原理图,只要有陀螺传感器,不管有没有编码器,形成反馈的都是自动控制系统,本身就是完整的闭环,有编码器只是多了一级传感器,从另外一个通路提供位置信息。造成这种误解,是因为编码器一般都是跟电机结合,有编码器的常称作闭环电机,比如不是云台的应用如汽车供油,那么这个编码器就可以提供信息,因此形成闭环。所以,结论就是,云台有没有编码器都是闭环。
星云5100“编码器”深度解析!
编码器有什么好处?可以让电机减少丢步,提供绝对角度信息。丢步的时候,会及时感知并给予补偿。现象就是云台在丢步的情况下,能更快的修正,并且一步到位。之前会来回找几次,逐渐逼近原点。可以实现“手动定位”功能,也就是手按住相机待上一秒,相机就固定不动,成为新的初始位置。
星云5100“编码器”深度解析!
星云5100“手动定位”

让电机扭矩更大,实现“免调平”或者“简化调平”。其实电机的扭矩并没有增大,因为那是磁极和线圈及电流决定的,但是有了编码器介入以后,反应变快了,能在瞬间施加更大的扭矩,还能瞬间停下来。以前就要输出适当的扭矩,避免过大停不下来,如果过小反应会慢。免调平是一种极限情况,相机不能是最重的并且重心偏移在电机拉力范围之内,虽然可以拉回来,并保持稳定,但是动态的扭矩余量会减少,耗电量会增加。
星云5100“编码器”深度解析!
星云5100开机“免调平”

“变频”功能,我们知道变频空调可以更节能,根据温度的变化,减小输出的功率,达到节能的目的。云台有了编码器以后,在平衡点,只需要极小的电力来保持,如果稍有不平,电机扭矩瞬间加大,恢复到平衡点以后,又减小。如果没有编码器,输出基本上是保持恒定的,这样就有点“浪费”了,所以电池续航从 2小时左右提升到8-10小时。要实现这一点,还是要配平良好,否则电机还是要输出较大扭矩来维持,达不到节能的目的。
星云5100“编码器”深度解析!
“一键回中”,这个不用解释了,看图!

更好的“自动调参”,陀螺传感器和编码器共同检测,能更容易找到理想参数。虽然星云稳定器都可以自动调参,但是我们还是推荐大家使用我们提供的原厂参数,因为自动调参等于是在静态环境下得出,而星云产品的原厂参数是经过数月打磨和各种机型和环境测试,不会出纰漏。

有了编码器以后,极限动作丢步的可能性减小,画面成功的概率更高了,更有保障了。对于“手里活儿细”的拍摄者来说,拍摄效果并没有区别。事实上,星云5100的调参软件里面是可以打开和关闭编码器的,如果关闭了,就和32位云台效果一样了,电机时刻输出较大的扭矩。

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