【稳定器的门道儿二】编码器

windboyz

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。

作为系列文章可以参考
【稳定器的门道儿一】结构和刚性

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。

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，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。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。
         

           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。


编码器有什么好处？

        一、编码器可以让电机减少丢步，它提供绝对角度信息，当丢步的时候，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。

         二、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。如图：



          三、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，这是下一条要说的。

           四、“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。

            五、实现“一键回中”。这个不用解释了吧。


           六、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，而我们的原厂参数是经过数月打磨和各种机型和环境测试的，不会出问题。

有编码器更稳定吗？

       不见得！
           确切的说是增加了极限情况的稳定性，对于最终的拍摄效果来说，星云4200已经达到了电子稳定的最高水平，说白了就是机器到头了剩下的看人用的了，剩下的效果是需要人的脚步 手臂 身体动作去配合。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。

本文内容原创，如果大家有什么疑问可以在楼下提出，尽量有问必答

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mcgrady45

确实不错，星云4000虽然我用得不是很爽。。但后续的机器还是不错，希望能有更大的承重，目前国产机器里，星云算是很好的了

windboyz

mcgrady45 发表于 2017-3-6 13:45
确实不错，星云4000虽然我用得不是很爽。。但后续的机器还是不错，希望能有更大的承重，目前国产机器里，星 ...

多谢支持！

给FS5专版的5300已经出货了，也适合其它长形的摄像机，也是带编码器的。