4. 速度与位置采样：编码器原理

做电机控制，说白了就是跟位置和速度打交道。你想想看，没有准确的反馈，电流环调得再好也是白搭。这一章我带你看看几种主流的采样方案——增量式编码器、绝对式编码器、霍尔传感器、磁编码器，还有旋转变压器。每种都有它的脾气，选对了事半功倍。

4.1 增量式编码器

增量式编码器，说白了就是只告诉你“动了多少”，不告诉你“在哪”。它输出两路正交的方波信号（A、B），通过相位差判断方向，通过脉冲数算位移。

我个人习惯在低速场合用增量式，比如伺服电机的低速平稳控制。但要注意，它掉电后位置就丢了，每次上电都得找零位。

// 简单的脉冲计数逻辑（伪代码）
if (A上升沿 && B == 高电平) {
    position++;
} else if (A上升沿 && B == 低电平) {
    position--;
}

4.2 绝对式编码器

绝对式编码器就高级多了。它每个位置都有唯一的码值，上电就知道当前角度。常用的有单圈和多圈两种。

类型	分辨率	输出接口	典型应用
单圈绝对式	12~20 bit	SSI、BISS、EnDat	机器人关节、数控机床
多圈绝对式	12 bit + 12 bit 圈数	SSI、BISS	AGV、协作机器人

我建议在需要频繁掉电重启的场合，直接上绝对式。虽然贵点，但省去了找零位的麻烦。

4.3 霍尔传感器与磁编码器

霍尔传感器，成本低、结构简单，常用于无刷直流电机的换相。但它精度一般，做速度环有点勉强。

磁编码器就不一样了。它利用磁阻效应或霍尔效应，能实现较高的分辨率。我最近在做一个项目，用磁编码器替代了光编码器，成本降了一半，精度还够用。

4.4 旋转变压器（Resolver）

旋转变压器，简称旋变。它是个模拟器件，输出正余弦信号。抗振动、耐高温、寿命长，是军工和汽车电子的首选。

但它的解码电路复杂，需要专门的RDC（旋变数字转换器）芯片。我刚开始接触时，总觉得它不如编码器方便。后来在高温环境下做测试，编码器频频失效，旋变纹丝不动——嗯，从那以后我对它刮目相看。

// 旋变解码简化流程
1. 激励信号：10kHz 正弦波
2. 读取 SIN 和 COS 信号
3. 通过反正切计算角度：θ = atan2(SIN, COS)
4. 软件滤波去除噪声

4.5 知识体系总览

下面这张图，帮你理清这几种传感器的关系和应用场景。

4.6 采样实战要点

不管用哪种传感器，采样环节有几个坑是绕不开的。我总结了几条经验：

• 采样频率要匹配：速度环的采样频率至少是电流环的1/10，但别低于1kHz。我一般设2~5kHz。
• 滤波不能少：尤其是增量式编码器，脉冲抖动很常见。加个一阶低通滤波，截止频率设到速度环带宽的3~5倍。
• 接口时序要严格：SSI、BISS这些协议对时序要求高。我曾经因为SPI时钟极性设反，读出来的数据全是乱的。