[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計精品] 旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理硬件設(shè)計

1、學(xué)士學(xué)位(論文) 旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理硬件設(shè)計摘要隨著工業(yè)、軍事以及民用設(shè)施的發(fā)展，現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的一些控制裝置, 需要用到諸如位置、速度、加速度等模擬量。它們一般包含于軸角量中或由軸角量變換而來。因此需要把計算機輸出的數(shù)字量變成控制系統(tǒng)所需的含有軸角量的模擬信號，旋轉(zhuǎn)變壓器就是一種常用的轉(zhuǎn)換器件。旋轉(zhuǎn)變壓器監(jiān)視旋轉(zhuǎn)單元（例如電機轉(zhuǎn)軸和齒輪）的軸間角，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送回運動控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計使它能夠顯著減少電噪聲和振動的影響。本設(shè)計通過模擬電路方法實現(xiàn)了簡單的旋轉(zhuǎn)變壓器的信息處理。本設(shè)計通過模擬旋變信號電路產(chǎn)生旋變信號，并通過相敏檢波濾波等處理電路，最終將角度信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號送入單片機

2、，最后處理后的角度值在顯示電路中顯示。關(guān)鍵字：旋變信號 角度 信號處理abstractwith the industrial, military and civilian facilities, the development of a number of modern control systems control devices, need to use such as position, velocity, acceleration and other analog. they are generally included in the amount of shaft angle, or

3、 the amount of change from the shaft angle. so necessary to the digital output into the computer control system with the required amount of shaft angle analog signals, resolver is a common conversion devices. rotating rotary transformer monitoring unit (such as the motor shaft and gear) between the

4、shaft angle, and location data is sent back to the motion control system. rotary transformer design allows it to significantly reduce electrical noise and vibration. the method of analog circuit design achieved by a simple rotary transformer of information. the design of the circuit through the anal

5、og resolver signals generated resolver signal, and phase sensitive detection filtering through the processing circuit, the end point of the signal into the digital signal into the microcontroller, the angle of the final value after the circuit shown in the display.key words: resolver signal、angle、si

6、gnal processing1 緒論1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代控制系統(tǒng)的一些控制裝置常常需要用到角度這個模擬量。角度測量在工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛，它在控制領(lǐng)域的作用不言而喻。隨著科技發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同的角度測量方法以及測量元件，比如旋轉(zhuǎn)變壓器，自整角機等。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器用于計算解答裝置中，作為模擬計算機中的主要組成部分之一。其輸出最常見的也是容易實現(xiàn)的。60年代起，旋轉(zhuǎn)變壓器逐漸用于伺服系統(tǒng)，作為角度信號的產(chǎn)生和檢測元件。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，近期發(fā)展很快。除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領(lǐng)域之外，在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用已經(jīng)成為一種

7、趨勢。旋轉(zhuǎn)變壓器用于運動伺服控制系統(tǒng)中，作為角度位置的傳感和測量用。實際上，旋轉(zhuǎn)變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中。由于兩相的旋轉(zhuǎn)變壓器比自整角機更容易提高精度，所以旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的更廣泛。特別是，在高精度的雙通道、雙速系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用的多極電氣元件，原來采用的是多極自整角機，現(xiàn)在基本上都是采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器。1.2課題研究的目的及意義 這些年來，隨著工業(yè)自動化水平的提高，隨著節(jié)能減排的要求越來越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動機的應(yīng)用越來越廣泛。而永磁交流電動機的位置傳感器，原來是以光學(xué)編碼器居多，但這些年來，卻迅速地被旋轉(zhuǎn)變壓器代替?？梢耘e幾個明顯的例子，在家電中，不論是冰箱、空

8、調(diào)、還是洗衣機，目前都是向變頻變速發(fā)展，采用的是正弦波控制的永磁交流電動機。目前各國都在非常重視的電動汽車中，電動汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器。例如，驅(qū)動用電動機和發(fā)電機的位置傳感、電動助力方向盤電機的位置速度傳感、燃氣閥角度測量、真空室傳送器角度位置測量等等，都是采用旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)在應(yīng)用于塑壓系統(tǒng)、紡織系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)以及其他領(lǐng)域里，所應(yīng)用的伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵部件伺服電動機上，也是用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置速度傳感器。因此在實際測量與控制系統(tǒng)中，對于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號，即旋變信號的處理就是測量角位移的重要方法，通過對旋變信號經(jīng)過處理以及反演變化推導(dǎo)出角度位移的方法對于許多需要節(jié)約成本的

9、測量系統(tǒng)有重要意義。1.3 各種角度測量的傳感器介紹以及比較1.31自整角機自整角機是早期應(yīng)用于測量角度系統(tǒng)中的，它利用自整步特性將轉(zhuǎn)角變?yōu)榻涣麟妷夯蛴赊D(zhuǎn)角變?yōu)檗D(zhuǎn)角的感應(yīng)式微型電機，在伺服系統(tǒng)中被用作測量角度的位移傳感器。自整角機還可用以實現(xiàn)角度信號的遠距離傳輸、變換、接收和指示。兩臺或多臺電機通過電路的聯(lián)系，使機械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸自動地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或同步旋轉(zhuǎn)。電機的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統(tǒng)中，產(chǎn)生信號一方所用的自整角機稱為發(fā)送機，接收信號一方所用自整角機稱為接收機（圖1-31）。自整角機廣泛應(yīng)用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)和火炮、雷達等伺服系統(tǒng)中。自整角機

10、按用途分為力矩式和控制式(變壓器式)兩種。力矩式用于同步指示系統(tǒng)；控制式用作測角元件。因此我們主要介紹控制式自整角機。圖1-31控制式自整角發(fā)送機結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用兩極凸極式結(jié)構(gòu)，只在頻率較高、尺寸較大時才采用隱極式結(jié)構(gòu)。定、轉(zhuǎn)子鐵芯上分別裝嵌單相激磁繞組和三相整步繞組。三相整步繞組為分布式星形接線,各相軸心線在空間相差120。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷引出接線的為接觸式自整角機；通過電磁耦合方法引出接線的為無接觸式自整角機，后者無接觸摩擦和無線電干擾,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,性能指標(biāo)和利用率低。為了提高輸入阻抗，所用激磁繞組匝數(shù)較多?？刂剖阶哉墙邮諜C（自整角變壓器）多采用隱極式結(jié)構(gòu)，并在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)高精度的正弦

11、繞組。兩臺控制式自整角機與力矩式自整角機相似可組成角度測量系統(tǒng)，也可以有差動工作方式。由于生產(chǎn)工藝方面的原因，自整角機有零位和角度等方面的誤差。1.32 旋轉(zhuǎn)變壓器60 年代起，旋轉(zhuǎn)變壓器逐漸用于伺服系統(tǒng)，作為角度信號的產(chǎn)生和檢測元件。三線的三相的自整角機，早于四線的兩相旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用于系統(tǒng)中。所以作為角度信號傳輸?shù)男D(zhuǎn)變壓器，有時被稱作四線自整角機。隨著電子技術(shù)和數(shù)字計算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式計算機早已代替了模擬式計算機。所以實際上，旋轉(zhuǎn)變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中。由于兩相的旋轉(zhuǎn)變壓器比自整角機更容易提高精度，所以旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的更廣泛。特別是，在高精度的雙通道、雙速系統(tǒng)中，廣泛

12、應(yīng)用的多極電氣元件，原來采用的是多極自整角機，現(xiàn)在基本上都是采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器。根據(jù)轉(zhuǎn)子電信號引進、引出的方式，分為有刷旋轉(zhuǎn)變壓器和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。在有刷旋轉(zhuǎn)變壓器中，定、轉(zhuǎn)子上都有繞組。轉(zhuǎn)子繞組的電信號，通過滑動接觸，由轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)和定子上的電刷引進或引出。由于有刷結(jié)構(gòu)的存在，使得旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性很難得到保證。因此目前這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的很少，目前無刷旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種稱作為環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，另一種稱作為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。其中我們運用的是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，它是將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之成正余弦函數(shù)關(guān)系的電壓信號（圖1-32）。 圖1-32旋轉(zhuǎn)變壓器的基本工作方式：

13、旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置有兩種應(yīng)用方式：鑒相方式和鑒幅方式。鑒相工作方式：在旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相正交繞組(正弦用s 和和余弦用c 表示)，一般稱為正弦繞組和余弦繞組上，分別輸入幅值相等，頻率相同的正弦、余弦激磁電壓 us=umsint uc=umcost兩相激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)線性疊加原理，假設(shè)電角度為，電角度為，則在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓為u=kussin+kuccos=kumcos(t-)其中k為變壓比，可知感應(yīng)電壓的相位角就等于轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)角。因此只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，而且旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和伺服電機或傳動軸連接在一起的，從而可以求得執(zhí)行

14、部件的直線位移或角位移。鑒幅工作方式：給定子的兩個繞組分別通上頻率、相位相同但幅值不同，即調(diào)幅的激磁電壓us=umsinsint,uc=umcossint則在轉(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為 u=kussin+kuccos=kumsint(sinsin+cosuccos) =kumcos(-)sint在實際應(yīng)用中，是不斷修改激磁調(diào)幅電壓值的電氣角，使之跟蹤的變化，并測量感應(yīng)電壓幅值即可求得機械角位移。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理：旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)下圖 是一個比較典型的角度位置伺服控制系統(tǒng)。xf 稱作旋變發(fā)送機，xb 稱作旋變變壓器。旋變發(fā)送機發(fā)送一個與機械轉(zhuǎn)角有關(guān)的、作一定函數(shù)關(guān)系變化的電氣信號

15、;旋變變壓器接受這個信號、并產(chǎn)生和輸出一個與雙方機械轉(zhuǎn)角之差有關(guān)的電氣信號。伺服放大器接受選變壓器的輸出信號，作為伺服電動機的控制信號。經(jīng)放大，驅(qū)動伺服電動機旋轉(zhuǎn)，并帶動接受方旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸及其它相連的機構(gòu)，直至達到和發(fā)送機方一致的角位置。 旋變發(fā)送機的初級，一般在轉(zhuǎn)子上設(shè)有正交的兩相繞組，其中一相作為勵磁繞組，輸入單相交流電壓;另一相短接，以抵消交軸磁通，改善精度。次級也是正交的兩相繞組。旋變變壓器的初級一般在定子上，由正交的兩相繞組組成;次級為單項繞組，沒有正交繞組（圖1-33）。圖1-33前面已經(jīng)介紹過，旋轉(zhuǎn)變壓器有旋變發(fā)送機和旋變壓器之分。作為旋變發(fā)送機它的勵磁繞組是由單相電壓供電，電

16、壓可以寫為式(1)形式：u1（t）=u1msint其中，u1m勵磁電壓的幅值，勵磁電壓的角頻率。勵磁繞組的勵磁電流產(chǎn)生的交變磁通，在次級輸出繞組中感生出電動勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由于勵磁繞組和次級輸出繞組的相對位置發(fā)生變化，因而次級輸出繞組感生的電動勢也發(fā)生變化。又由于次級輸出的兩相繞組在空間成正交的90電角度，因而兩相輸出電壓如式(2)所示： u2fs（t）=u2fmsin（t+f）sinf u2fc（t）= u2fmsin（t+f）cosf其中，u2fs正弦相的輸出電壓，u2fc余弦相的輸出電壓，u2fm次級輸出電壓的幅值;f勵磁方和次級輸出方電壓之間的相位角，f發(fā)送機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。1.33感應(yīng)

17、同步器感應(yīng)同步器是利用電磁原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。它是一種精度很高的測量元件，是一種新型的控制電機。根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測量線位移和角位移。將角度或直線位移信號變換為交流電壓的位移傳感器，又稱平面式旋轉(zhuǎn)變壓器。它有圓盤式和直線式兩種。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中圓盤式感應(yīng)同步器用以檢測角位移信號，直線式用以檢測線位移。感應(yīng)同步器廣泛應(yīng)用于高精度伺服轉(zhuǎn)臺、雷達天線、火炮和無線電望遠鏡的定位跟蹤、精密數(shù)控機床以及高精度位置檢測系統(tǒng)中。結(jié)構(gòu)：圓盤式感應(yīng)同步器由定、轉(zhuǎn)子組成。 其制作過程是先用0.1毫米厚的敷銅板刻制或用化學(xué)腐蝕方法制成繞

18、組，再將它固定到10毫米厚的圓盤形金屬或玻璃鋼基板上，然后涂敷一層防靜電屏蔽膜。定轉(zhuǎn)子間間隙為0.20.3毫米。轉(zhuǎn)子繞組為單相連續(xù)扇形分布，每根導(dǎo)片相當(dāng)于電機的一個極，相鄰導(dǎo)片間距為一個極距。定子繞組為扇形分段排布，極距與轉(zhuǎn)子的相同。直線式感應(yīng)同步器與圓盤式結(jié)構(gòu)相似。不同的是它由定尺與滑尺組成，繞組為等距排列。工作原理：感應(yīng)同步器工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理相同。圓盤式感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子共有 n 個導(dǎo)片。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度時，定子繞組a和b分別感應(yīng)輸出電勢式中em為定子繞組感應(yīng)電勢最大值，為激磁電源角頻率。其最高精度與繞組的極對數(shù)有關(guān)。感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化360/n 時定子的頻率變化1赫,因此

19、精度大為提高,最高精度可達0.1。直線式感應(yīng)同步器的滑尺移動距離為x時，滑尺繞組中分別感應(yīng)輸出電勢 當(dāng)極距1毫米時,測量精度為25微米。感應(yīng)同步器有鑒幅型和鑒相型兩種工作方式。 把轉(zhuǎn)角或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的電感式高精度傳感元件。又稱感應(yīng)整步機。它與多極旋轉(zhuǎn)變壓器相似，借助于定、動片上繞組之間的電磁耦合，使輸出電壓隨定、動片相對位移呈正(余)弦函數(shù)規(guī)律變化。感應(yīng)同步器的極對數(shù)比多極旋轉(zhuǎn)變壓器多得多。感應(yīng)同步器按作用分圓盤式(又稱旋轉(zhuǎn)式)和直線式兩種。 感應(yīng)同步器通常做成分裝式，主要由定片和動片組成。工作時定片和動片之間保持均勻氣隙。 感應(yīng)同步器動片為連續(xù)繞組，定片為兩相分段繞組。圓盤式感應(yīng)同步

20、器轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組以交流電壓u勵磁,定子兩相繞組輸出為。式中k 為電壓耦合系數(shù);n 為極數(shù),即轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組導(dǎo)體數(shù)；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。運行方式：感應(yīng)同步器輸出電信號很微弱,需配以變換電路,將輸出電信號進行處理,以便于準確測量位移大小,基本運行方式有以下4種：單相勵磁,兩相輸出，采用鑒相方式，精確反映位移信號；單相勵磁,兩相輸出,采用鑒幅方式，較精確反映位移信號；兩相勵磁，單相輸出，采用鑒相方式,精確反映位移信號；兩相勵磁,單相輸出，采用鑒幅方式，較精確反映位移信號。 基于多極元件對信號偏差的補償原理，因感應(yīng)同步器極對數(shù)很多，所以其精度很高。由于其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，性能穩(wěn)定，已廣泛用于機床、航天測試技術(shù)等

21、設(shè)備和裝置中，用來構(gòu)成角度或位移的精密測量、定位和隨動系統(tǒng)，其精度可高達1角秒或1微米以下。 利用電磁感應(yīng)原理將兩個平面型繞組之間的相對位移轉(zhuǎn)換成電信號的測量元件用于長度測量。 感應(yīng)同步器的優(yōu)點有具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)減小了局部誤差的影響。目前長感應(yīng)同步器的精度可達到1.5m，分辨力0.05m，重復(fù)性0.2m。直徑為300mm的圓感應(yīng)同步器的精度可達1，分辨力0.05，重復(fù)性0.1。 抗干擾能力強。感應(yīng)同步器在一個節(jié)距內(nèi)是一個絕對測量裝置，在任何時間內(nèi)都可以給出僅

22、與位置相對應(yīng)的單值電壓信號，因而瞬時作用的偶然干擾信號在其消失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。使用壽命長，維護簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、灰塵和沖擊振動的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設(shè)防護罩，防止鐵屑進入其氣隙。 工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。由于感應(yīng)同步器具有上述優(yōu)點，長感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標(biāo)測量機、程控數(shù)控機床及高精度重型機床及加工中測量裝置等。圓感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。1.34 其他電測傳感器編碼器是一種機電

23、裝置，可以用來測量機械運動或者目標(biāo)位置。大多數(shù)編碼器都使用光學(xué)傳感器來提供脈沖序列形式的電信號，這些信號可以依次轉(zhuǎn)換成運動、方向或位置信息。照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。而絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。在增量式中編碼器獲得物體的相對位置。旋轉(zhuǎn)編碼器可以測量物體運動的角位移，它由一個發(fā)光二極管（led）、一個碼盤，以及碼盤背面的一個光傳感器。這個碼盤安置在旋轉(zhuǎn)軸上，上面按一定編碼形式排列著不透光和透光的扇形

24、區(qū)域。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時，不透光扇區(qū)能夠遮擋光線，而透光扇區(qū)則允許光線透過。這樣就產(chǎn)生了方波脈沖，可以編譯成相應(yīng)的位置或運動信息。編碼器每轉(zhuǎn)通常分為100到6000個扇區(qū)，100個扇區(qū)的編碼器可以提供3.6度的精度，而6000個扇區(qū)的編碼器則可以提供0.06度的精度。 線性編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理類似。它采用了一條固定的不透光帶取代了旋轉(zhuǎn)碼盤，在不透光帶表面上有一些透光縫隙，而led探測器組件則被附在運動體上，這樣可以測量物體的線位移。 絕對式編碼器能夠獲得目標(biāo)的絕對位置。絕對式編碼器的不同之處在于編碼器的碼盤上，采用了多組分區(qū)形成同心碼道，如同靶環(huán)一樣。同心碼道從編碼器碼盤的中心出發(fā)，向外擴展

25、直到碼盤外部，每一層碼道都比其內(nèi)層多了一倍的分區(qū)。第一層，即最內(nèi)層的碼道，只有一個透光扇區(qū)和一個不透光扇區(qū)；位于中心的第二層就具有兩個透光扇區(qū)和兩個不透光扇區(qū)。如果編碼器有10層碼道，那么最外圍的碼道就有512個扇區(qū)。因為絕對式編碼器的每層碼道都比它里面一層的碼道多了一倍數(shù)目的扇區(qū)，所以扇區(qū)的數(shù)目就形成了二進制計數(shù)系統(tǒng)。在這種編碼器中，碼盤上的每個碼道都對應(yīng)一個光源和一個接收器。絕對式編碼器的優(yōu)勢在于可以降低編碼器的轉(zhuǎn)速，可以使編碼器的碼盤在整個機器運動周期中只轉(zhuǎn)一圈。如果機器運動距離為10英寸，而編碼器具有16位精度，那么機器位置的精度就是10/65,536，即0.00015英寸。如果機器的

26、行程更長譬如6英尺，那么粗旋轉(zhuǎn)編碼器可以保證跟蹤每一英尺距離；第二級稱為細旋轉(zhuǎn)編碼器可以跟蹤1英尺以內(nèi)的距離。對于角度編碼器，有 對于位移編碼器，有ni m系列數(shù)據(jù)采集卡所帶有的counter可以滿足abz三相編碼器的測量，這三路脈沖信號需要直接連接到counter的source，gate和aux上，經(jīng)過設(shè)置編碼器類型，編碼方式等信息，可以直接換算成需要的旋轉(zhuǎn)角度或位移值。1.35 各種角度傳感器的比較作為角度位置傳感元件，常用的有這樣幾種：自整角機、光學(xué)編碼器、磁性編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。由于制作和精度的緣故，磁性編碼器沒有其他兩種普及。光學(xué)編碼器的輸出信號是脈沖，由于是天然的數(shù)字量

27、，數(shù)據(jù)處理比較方便，因而得到了很好的應(yīng)用。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器，由于信號處理電路比較復(fù)雜，價格比較貴的原因，應(yīng)用受到了限制。因為旋轉(zhuǎn)變壓器具有無可比擬的可靠性，以及具有足夠高的精度，在許多場合有著不可代替的地位，特別是在軍事以及航天、航空、航海等方面。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件集成化程度的提高，元器件的價格大大下降;另外，信號處理技術(shù)的進步，旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理電路變得簡單、可靠，價格也大大下降。而且，又出現(xiàn)了軟件解碼的信號處理，使得信號處理問題變得更加靈活、方便。這樣，旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用得到了更大的發(fā)展，其優(yōu)點得到了更大的體現(xiàn)。和光學(xué)編碼器相比，旋轉(zhuǎn)變壓器有這樣幾點明顯的優(yōu)點：無可比擬的可靠性

28、，非常好的抗惡劣環(huán)境條件的能力;可以運行在更高的轉(zhuǎn)速下。(在輸出12 bit 的信號下，允許電動機的轉(zhuǎn)速可達60,000rpm。而光學(xué)編碼器，由于光電器件的頻響一般在200khz 以下，在12 bit 時，速度只能達到3,000rpm);方便的絕對值信號數(shù)據(jù)輸出。1.4 本章小結(jié)由于旋變信號在實際運用越來越廣泛，以旋轉(zhuǎn)變壓器旋變信號為重要的角度測量方式也在迅速發(fā)展，在實際測量與控制系統(tǒng)中，對于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號，即旋變信號的處理就是測量角位移的重要方法，通過對旋變信號經(jīng)過處理以及反演變化推導(dǎo)出角度位移的方法對于許多需要節(jié)約成本的測量系統(tǒng)有重要意義。本章在介紹了各種角度傳感器（自整角機、光學(xué)編

29、碼器、磁性編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器）的基本原理以及工作方式以后，對它們在精度，成本，可靠性，抗干擾等方面的優(yōu)勢和劣勢進行了比較。2 研究內(nèi)容和數(shù)字模擬方案比較2.1研究內(nèi)容旋轉(zhuǎn)變壓器在實際運用中常常和其他儀器例如電機等構(gòu)成一個整體系統(tǒng)，由于有時候測量控制要獲得實際電機轉(zhuǎn)角，不能直接從電機獲得的時候，通過與電機同軸連接的旋轉(zhuǎn)變壓器的角度測量就可以測出實際電機的轉(zhuǎn)角信息，因此本設(shè)計主要研究的對象就是處理旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號，通過對旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出的旋變信號的處理，得到其中包含的角位移信息。2.2數(shù)字模擬方案比較總體上有兩種方案：一種是基于專用芯片的數(shù)字技術(shù)旋變信號處理，另一種是基于模擬技術(shù)的

30、旋變信息處理。下面就著重分析兩種方案的各自實現(xiàn)方法。2.21基于專用芯片的數(shù)字技術(shù)旋變信號處理用ad(analog devices)公司的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器ad2s83ad2s83 性能概述：(1) 提供有10 位、12 位、14 位和16 位的分辨率,用戶可通過兩個控制引腳自行選用不同的分辨率。具體見表2-21，(2) 可將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為并行二進制數(shù)輸出,易與單片機或dsp 等控制芯片接口。(3) 采用比率跟蹤轉(zhuǎn)換方式,使之能連續(xù)輸出數(shù)據(jù)而沒有轉(zhuǎn)換延遲并具有較強的抗干擾能力和遠距離傳輸能力。(4) 用戶可通過外圍元器件的選擇來改變帶寬、最大跟蹤速度等動態(tài)性能。(5) 具有很高的跟蹤速

31、度。當(dāng)采用10 位分辨率時,最大跟蹤速度達1040r/ sec。(6) 能產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的模擬信號,輸出范圍為8v dc ,通常線性度可達0. 1 % ,回差小于0. 3 % ,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測速發(fā)電機,提供高精度的速度信號。(7) 具有過零標(biāo)志信號(rippl e clock) 和旋轉(zhuǎn)方向信號(direction) 。(8) 正常工作的參考頻率為020 ,000hz。表2-21ad2s83 外圍電路連接：旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁頻率取為7khz , 要求伺服電機的最大轉(zhuǎn)速6000r/min(100r/ sec) ,故采用12 位分辨率。其中,所選擇的分辨率與所能跟蹤的最大轉(zhuǎn)速的輸出數(shù)據(jù)的分辨率由控制

32、引腳sc1 、sc2 的邏輯狀態(tài)決定,為獲得所需的帶寬、最大跟蹤速度等動態(tài)性能指標(biāo),可按以下方法來選擇外圍元器件:(1) 旋變信號的正、余弦地均接在第6 引腳(signal gnd) 上,該引腳與第5 引腳(analog gnd) 在芯片內(nèi)部是相連的。且第5 引腳和第31引腳(digital gnd) 須盡可能在靠近芯片的地方連接起來。腳(vco o/ p) 的地方,旋變信號屏蔽線接在第5 引腳(analog gnd) 上。(3) 最好能分別在v s、+ v l 與digitalgnd 或analog gnd 之間在靠近芯片的地方并聯(lián)一個100nf 的解耦電容。(4) 選擇不同的分辨率將影響電

33、阻r4 、r6 的值,故當(dāng)改變分辨率時必須保證新的r4 、r6 切換到電路中。在動態(tài)條件下,只有在busy引腳為低電平即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時才可改變分辨率。(5 ) 引腳sc1 、sc2 、data load、compl e2ment 在芯片內(nèi)部經(jīng)100k 電阻接在+ v s ( +12v) ,故當(dāng)需要這些引腳為高電平時,使其懸空即可,不需額外施加ttl 電平。其中complement引腳通常不需要圖2-22 ad2s83外圍接口電路圖：ad2s83 與dsp 的接口設(shè)計 tms320f2812數(shù)字信號處理器是ti公司最新推出的32位定點dsp控制器，是目前控制領(lǐng)域最先進的處理器之一。其頻率高達15

34、0mhz，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片處理能力。tms320f2812芯片是基于dsp的內(nèi)核，并提供浮點數(shù)學(xué)函數(shù)庫，從而可以在定點處理器上方便的實現(xiàn)浮點運算。在高精度伺服控制、可變頻電源、ups電源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時是電機等數(shù)字化控制產(chǎn)品升級的最佳選擇。采用dsp實現(xiàn)數(shù)字化處理和控制已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢，其中ti公司于1982年推出第一個dsp以來，處理器的技術(shù)發(fā)展迅猛，其中的tms320處理器具有較高的信號處理和控制功能， 數(shù)據(jù)處理模塊由雙口ram idt7134、tms320c31(以下簡稱c31)、eerom 28f010和高速ram cy7c199組成,通過isa總線和主計算

35、機連接起來,構(gòu)成主從式多處理器工作模式,如圖1所示。主從式處理器系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵在于處理器之間的數(shù)據(jù)交換,主從處理器間的數(shù)據(jù)交換主要有串行、并行、dma及雙口ram四種交換方式。本方案采用idt公司的雙口ram idt7134實現(xiàn)主計算機和c31間的數(shù)據(jù)交換。idt7134內(nèi)部含有4kb的存儲器資源,具有兩組地址、數(shù)據(jù)總線及讀寫控制線。主計算機和c31可同時對其進行讀寫操作。在對其內(nèi)部同一存儲單元訪問時,要考慮寫入和讀出數(shù)據(jù)的完整性。idt7134沒有單獨的主從處理器訪問控制引腳,設(shè)計時需用軟件方式來保證主計算機和c31之間數(shù)據(jù)交換的正確性。本方案中采用了在idt7134中設(shè)置輸入輸出semap

36、hore的方案,即主計算機在將跟蹤雷達的測量數(shù)據(jù)寫入雙口ram后,設(shè)置輸入semaphore,通知c31讀取測量數(shù)據(jù)。c31進行卡爾曼濾波后,將濾波結(jié)果寫入雙口ram,設(shè)置輸出semaphore,通知主計算機讀取。雙口ram的數(shù)據(jù)寬度為8位,c31數(shù)據(jù)總線寬度為32位。雙口ram的數(shù)據(jù)總線和c31低8位數(shù)據(jù)總線相接。為了提高數(shù)據(jù)處理的精度,雙口ram中的跟蹤數(shù)據(jù)和c31的濾波結(jié)果都以字(32位)為單位進行存儲,c31作卡爾曼濾波時,首先按字節(jié)讀取跟蹤數(shù)據(jù),然后進行移位,拼接成32位整形數(shù),再將整形數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點數(shù),進行濾波運算。輸出時,則將浮點型的結(jié)果轉(zhuǎn)為整形數(shù),按字節(jié)寫入雙口ram中tms32

37、0dm642c64x系列芯片基于ti公司開發(fā)的第二代高性能的超長指令字結(jié)構(gòu)velocit2，velocitl 2在8個功能單元里擴展了88條新的指令以增強其在視頻圖像應(yīng)用中的性能，并提高了視頻處理的并行性dm642的程序總線寬度為256bit， 次取值操作可以讀取8條指令，并且片內(nèi)集成的8個功能單元能夠獨立的進行指令譯碼和執(zhí)行二者一起形成了dm642的8條流水線處理機制。8個功能單元中有2個乘法器，每個乘法器在1個時鐘周期內(nèi)可以執(zhí)行2個16x6bit或4個88bit的乘法操作，因此dm642在每個時鐘周期內(nèi)可阻執(zhí)行4個l 616bit的乘法或8個88bit的乘法操作。其余6個功能單元是算術(shù)邏輯

38、單元，能在每個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行2個16位或4個8位的加減、比較、移位等運算。在600mhz的時鐘頻率下，0m642每秒最多可以進行24億次16位的乘累加或48億次8位的乘累加操作。強大的運算能力使dm642可以同時進行多路高質(zhì)量的視頻處理。dm642系列可以在最高720mhz的時鐘頻率下工作，處理能力最高達到5760mips，所以隨著頻率的增jfldm642的性能也會隨之大幅度提高。同時64位的emif使dm642具有最大10241db的可尋址外部存儲器空間，可以進行多種異步存儲器(如sram和eprom)或同步存儲器(如sdram)的擴展連接。良好的擴展能力使dm642可以更靈活、高效的進行程

39、序和數(shù)據(jù)的空間分配、調(diào)度與處理。在出現(xiàn)新的算法或標(biāo)準時，也可以方便的進行系統(tǒng)的軟件升級。11公司的各種型號dsf專為實時信號而設(shè)計，在其各種型號的dsp中，tms320f28x系列dsp將實時信號處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，為本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個非常理想的解決方案。基于該系統(tǒng)對于速度，功耗，成本等方面的考慮，本課題采用了tms320f28x系列中的tms320f2812作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理器件tms320f2812的指令執(zhí)行速度高達150mips，作為控制器應(yīng)用它具備良好的實時控制能力：它的供電電壓為33v，與單片機相比，具有更低的控制器功耗：它的指令系統(tǒng)提供了豐富的“乘累加”，“

40、循環(huán)尋址”等指令，這使得實時信號處理中的濾波，頻譜分析，可以方便快速的實現(xiàn)。采用微處理器或者dspde數(shù)字控制方式是目前涉及控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，主要優(yōu)點如下：n 由軟件程序修改而實現(xiàn)不同的控制方法，無須更改硬件電路。n 可降低體積、體重與功耗，同時價格也較低。n 具有較高的可靠性。且易于維修與測試。n 對噪聲與干擾有較強的抗干擾能力。采用dsp tms320f240 作主控cpu ,它是專用于電機數(shù)字控制的高速數(shù)字信號處理器,能夠提供電機數(shù)字控制單片解決方案所必需的外圍設(shè)備。用ad2s83 將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號(sin ,cos) 轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號,然后由dsp 將數(shù)字位置信號讀

41、入并進行處理。首先,需要一個交流信號發(fā)生器來產(chǎn)生高品質(zhì)振蕩信號,一方面給旋轉(zhuǎn)變壓器提供勵磁信號,另一方面作為ad2s83 的參考輸入信號。 r7 ,c6 和c7 要盡量接在靠近芯片第41 引由于旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的位置信號(sin ,cos) 滿足ad2s83 信號輸入的要求,故可直接與ad2s83 接口,否則需要額外的信號處理電路將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號轉(zhuǎn)換為滿足ad2s83 的幅值與相位要求的信號。若將ad2s83 的數(shù)據(jù)總線直接與dsp 的數(shù)據(jù)總線接口,不論ad2s83 內(nèi)部處于什么狀態(tài),當(dāng)dsp需要讀入位置信號時, 必須通過其i/ o 口向ad2s83 的inhibit 引腳施加低電平

42、, 從而阻止ad2s83 內(nèi)部鎖存器刷新,在等待490ns 后,才可讀取有效數(shù)據(jù)。但是,這對于指令周期僅有50ns 的dsp 來說,要等待近10 個指令周期,這顯然不適于實時控制的要求。因此,筆者設(shè)計了一個即時讀取數(shù)據(jù)的接口電路。將inhibit 引腳始終置為高電平( + 5v) ,同時將enabl e 引腳接地,使三態(tài)輸出引腳始終處于打開狀態(tài)。由于輸出數(shù)據(jù)為12 位,故將byte sel ect 引腳接為高電平( + 5v) ,此時,db1db8 為高有效位,db9 db12 為低有效位,db13db16始終為低電平(0) ,16 進制數(shù)000fff對應(yīng)機械角0360。將data load

43、引腳置為邏輯高(懸空即可) ,使12 位數(shù)據(jù)總線為輸出總線。為了使dsp 能隨時讀取到位置信號,在12 位輸出總線與dsp 的數(shù)據(jù)總線之間加入兩片三態(tài)鎖存器。鎖存器選用ti 公司的sn74f573 ,將busy信號經(jīng)過一個非門后作為鎖存器的鎖存允許信號(l e) 。取dsp 的四根地址線(ad2ad5) 經(jīng)譯碼后再與讀信號線(rd) 相與所產(chǎn)生的信號作為鎖存器的輸出允許信號(oe) ,這樣,當(dāng)dsp 需要讀取位置信號時,就可通過74f573 來直接讀取了。工作原理如下:當(dāng)ad2s83 加入旋變信號時,不需要任何轉(zhuǎn)換指令便可自動啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng)busy為低電平時,表示轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束,當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上為有

44、效數(shù)據(jù),同時打開74f573 ,將數(shù)據(jù)輸入到鎖存器中;busy為高電平時,表示轉(zhuǎn)換正在進行,當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)無效,此時74f573 處于關(guān)閉狀態(tài),內(nèi)部鎖存著上一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。這樣,不論dsp 何時讀取數(shù)據(jù),均可從鎖存器中讀到有效數(shù)據(jù)。不需要任何等待,大大提高了伺服系統(tǒng)控制的實時性。其接口電路原理圖如圖2-23所示。圖2-23 ad2s83與dsp連接圖采用這種接口方案可以實時地讀取位置信息,完全可滿足對轉(zhuǎn)子位置和速度進行實時快速控制的要求,所提供的移相觸發(fā)控制算法和順序觸發(fā)控制算法經(jīng)系統(tǒng)實際運行證明具有觸發(fā)可靠、準確的特點。實驗證明,在斜波電壓起動模式和限流起動模式下,系統(tǒng)能根據(jù)不同的實驗參

45、數(shù),調(diào)整起動特性,達到滿足不同起動需求的目的。并具有較高的精度,且接口電路簡單,成本較低,工作可靠,使用方便。基于數(shù)字式信息處理旋變信號小結(jié)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展，一般均采用專用數(shù)字控制系統(tǒng)，而專用數(shù)字控制系統(tǒng)的功能，相當(dāng)一臺小型專用電腦。因此對反饋元件的要求，并不是簡單地送出電壓模擬量，而是要求得到旋轉(zhuǎn)變壓器型軸角編碼器的組件化產(chǎn)品。該組件集旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器激磁電源、軸角編碼及處理于一體，是測量變換一體化的組件，輸出為標(biāo)準的二進制碼bi()與測量角度的關(guān)系，可以直接插入主機控制板或與旋轉(zhuǎn)變壓器一體化。屆時，作為控制系統(tǒng)的用戶關(guān)心的是：旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝尺寸，輸出的角度二進制編碼bi()的編碼

46、精度及反饋組件的傳遞函數(shù)g(s)。與傳統(tǒng)的作法相比，可省去用戶的控制系統(tǒng)空間及時間。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位置測量元件，主要用于控制系統(tǒng)的角位置信息反饋、慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)分解器及移動指揮控制中心的定位等場合。近年來的新技術(shù)、新工藝和新材的大量應(yīng)用促進了雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器與超大規(guī)模專用集成電路的結(jié)合雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器型軸角編碼組件，使其無論在理論還是在實際應(yīng)用中都有了極大的發(fā)展。這類軸角編碼組件的輸出信號為數(shù)字量形式，經(jīng)電氣誤差模型化的綜合補償，并通過電子技術(shù)處理，其電氣精度已達到相當(dāng)可觀的等級，并可通過實時數(shù)據(jù)傳輸。同時，這類軸角編碼組件能在惡劣的環(huán)境下工作，具有較高的可靠性。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器型軸

47、角編碼組件一直是軍事裝備系統(tǒng)中主要的角度位置測量、定位元件，其編碼采用按照跟蹤反饋法原理工作的專用編碼大規(guī)模集成電路( rdc )來處理，先對高頻高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的粗、精通道分別進行編碼，然后經(jīng)粗、精通道組合和誤差補償后輸出二進制碼。一般來說，用戶對于電氣精度技術(shù)指標(biāo)的要求為角秒級精度，因此選用粗、精通道組合的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、正余弦交流電源及兩套超大規(guī)模專用集成電路（rdc）組成軸角編碼組件。這時分別將粗、精通道旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬輸出正、余弦信號轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字編碼信號輸出，兩路編碼信號經(jīng)同步邏輯組合輸出，其編碼信號的電氣精度應(yīng)滿足用戶要求。精通道一路的輸出編碼可再經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，使組件的

48、電氣精度進一步提高。2.22基于模擬技術(shù)的旋變信息處理傳統(tǒng)的信號處理或控制系統(tǒng)是采用模擬技術(shù)進行設(shè)計和分析，處理設(shè)備和控制器采用模擬器件（電阻、電容和運算放大器等）實現(xiàn)。流程圖見圖2-24乘法器正弦信號相位補償相敏解調(diào)器減法器乘法器余弦信號顯示電路單片機a/d轉(zhuǎn)換電路濾波電路圖2-24 流程圖因為本設(shè)計沒有運用旋轉(zhuǎn)變壓器，因為首先通過模擬電路模擬出旋變信號，然后將模擬出的旋變信號通過單片機作為主控單元進行分析后，通過編程解出角度的量值，最后在顯示單元中顯示機械角度值。2.3數(shù)字方式與模擬方式的比較可以看出，數(shù)字方式與模擬方式各有各自的特點，下面我們就它們的多個方面進行比較。1，硬件成本采用微處

49、理器或者dsp的主要優(yōu)點就是能夠以軟件程序取代復(fù)雜的硬件電路。由于大規(guī)模集成電路（vlsi）發(fā)展迅速，高處理能力的cpu以及大容量的存儲器，它們均能夠以非?？斓乃俣葘崿F(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，但是由于現(xiàn)在集成技術(shù)發(fā)展沒有所使用的模擬元件廣泛，導(dǎo)致專用的集成芯片相對于普通適用的模擬電路要貴幾十倍，整個數(shù)字方式采用的專用芯片外加dsp芯片成本相對于模擬方式總成本也貴了幾十倍。因此在成本這個角度考慮模擬電路在基本電路實現(xiàn)上有很大的優(yōu)勢。2，量化誤差大小物理系統(tǒng)的信號是模擬的，因此以微控制器或dsp為基礎(chǔ)的信號處理系統(tǒng)就必須采用a/d與d/a轉(zhuǎn)換器才能與外界的模擬信號進行溝通，由于這些模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器均有

50、分辨率上的限制，通常為8位或者12位，因此，在采樣上也就造成了量化誤差，由于量化誤差在信號上的大小造成的不連續(xù)與導(dǎo)致的誤差以及因為采樣在時間上造成的不連續(xù)均對信號造成失真，而這也就是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的主要限制。因為這種量化與采樣對信號所造成的誤差極為明顯。如果dsp通過a/d轉(zhuǎn)換器將讀入的正弦信號再通過d/a轉(zhuǎn)換器送出，比較輸入與輸出信號即可觀察到所造成的誤差。當(dāng)正弦的頻率逐漸增高時，這種現(xiàn)象則更為明顯。由采樣定理可知，如果采樣頻率高于信號頻率的兩倍，即可完全恢復(fù)原始信號，但實際上由于不可得到理想的采樣，再加上噪聲與量化所造成的誤差，一般而言，采樣頻率比信號頻率高10倍。3，軟件信號測量容易成

51、都采用dsp進行信息處理，將以軟件程序?qū)崿F(xiàn)控制算法，因此其內(nèi)部變量與控制器的參數(shù)均不易于觀測，而不像模擬信號處理系統(tǒng)可以使用示波器觀測任何一點的信號，雖然控制器參數(shù)可以程序控制，但往往需要額外的軟硬件設(shè)計。4，可靠性復(fù)雜的數(shù)字處理系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)自動化，如cnc或者機器人，應(yīng)用于國防工業(yè)如導(dǎo)彈與導(dǎo)航等，均需要高可靠性，采用高度集成的微控制器或dsp使系統(tǒng)的可靠性有了極大的提高。5，電磁干擾問題較少vlsi的高密度電路，降低了在電力電子系統(tǒng)中的高電壓與高電流變化對電路所形成的影響，控制芯片的屏蔽較為簡單，由電力線或信號線所產(chǎn)生的噪聲也容易濾掉。6，不會有漂移與參數(shù)變化在模擬電路十幾種遇到的一些問題

52、，如溫度或環(huán)境變化而引起的漂移現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也會因為組件老化而發(fā)生，但在數(shù)字電路中則可以消除這些問題。以微處理或單片機軟件實現(xiàn)的數(shù)值計算不僅不會有參數(shù)變化，計算也會百分之百正確，而且截斷和溢出等問題也可以采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整比例范圍來解決。7，通用的軟硬件平臺采用dsp實現(xiàn)數(shù)字處理系統(tǒng)，可以使系列產(chǎn)品具有相同或類是的硬件結(jié)構(gòu)，不僅易于維修，也簡化了生產(chǎn)制造的過程，同時對軟件設(shè)計而言。也因為有了共同的硬件標(biāo)準而較易規(guī)劃與設(shè)計。8，自動糾錯能力采用微電腦控制，可用軟件進行系統(tǒng)硬件額自動糾錯，不僅能確保系統(tǒng)正常工作，還由于具有自動糾錯能力而簡化了故障維修。例如可以檢測系統(tǒng)是否接線正確、功率是否有短路現(xiàn)象等

53、。9，計算能力的限制雖然由于微電子技術(shù)的快速進展，微處理器與dsp執(zhí)行速度已大幅提高，但在執(zhí)行速度上仍無法與特定模擬電路所完成的硬件控制相比。由于特定硬件在信號處理上是以并行方式處理的，而在微處理器或dsp為基礎(chǔ)的數(shù)字控制是以串行方式執(zhí)行軟件，如果dsp有多個工作要做，則需要將各個任務(wù)劃分時間段進行處理，因而造成了采樣延遲，導(dǎo)致信號無法連續(xù)處理。無法獲取采樣之間的信號，這使得系統(tǒng)的帶寬也就受到了限制，這個限制雖然可由多個處理器并行處理，但本身采樣效應(yīng)所造成的限制是無法去除的。2.4本章小結(jié)處理旋變信號主要有兩大方式，模擬方式和數(shù)字方式。其中，自20世紀六十年代以來，數(shù)字信號處理已經(jīng)日漸成為一項

54、成熟的技術(shù)，并在多項應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代了傳統(tǒng)模擬信號處理系統(tǒng)。數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ玫奶幚碓O(shè)備，以數(shù)值計算的方式對信號進行采集、變換、綜合、估計和識別等加工處理。數(shù)字信號處理技術(shù)具有靈活、精確、抗干擾能力強，設(shè)備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級等優(yōu)點，所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)。但是數(shù)字電路相對于模擬電路有著本身需要解決的問題例如計算能力的限制、軟件信號不易測量以及存在量化誤差，成本比較高，在基礎(chǔ)仿真中不容易實現(xiàn)等問題，因此我們應(yīng)該選擇在模擬方式下進行旋變信號的處理，提高對于模擬電路的理解與應(yīng)用，最終實現(xiàn)對旋變信號的全面了解。3 方案設(shè)計根據(jù)上章的分析，綜合數(shù)字方式處理旋變信

55、號以及模擬方式旋變信號處理的優(yōu)勢與劣勢，從各項因素以及自身條件出發(fā)，本設(shè)計決定選擇模擬方式進行旋轉(zhuǎn)變壓器信號處理。3.1 系統(tǒng)設(shè)計 在模擬方式處理旋變信號時，本設(shè)計設(shè)計了兩種模擬電路方案進行比較。兩種方案有所異同，但是最終得出機械角度測量的精度以及旋變信號處理中的相位會有所不同，最后將進行比較。總體來說，方案框架如下：顯示電路單片機濾波以及相位補償電路波形檢測相敏檢波旋變信號發(fā)生電路 ad轉(zhuǎn)換電路圖3-1 整體方案框圖下面將給出本設(shè)計的兩種方案的具體電路圖3.2方案一系統(tǒng)設(shè)計 為了后面介紹各個部分電路的功能以及各個部分電路之間的關(guān)系，首先給出方案一的總體電路圖（圖3-2）。圖3-2 方案一電路

56、總圖3.21旋轉(zhuǎn)變壓器信號模擬電路設(shè)計由于鑒幅和鑒相方式時角度位移是一個受到電角度以及系統(tǒng)電磁量的影響，因此為了消除這些模擬方式上存在誤差，在模擬旋變信號時,設(shè)定角度位移是,同時人為引進變量，這個變量僅僅受到人為調(diào)整，不受到系統(tǒng)其他參數(shù)的影響，因此提高了角度測量的精度。最后推導(dǎo)出的公式為：vu3=sin（-）sint具體公式在后面推導(dǎo)，下面先給出實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器信號的模擬電路圖（圖3-21）。圖3-21 旋變信號產(chǎn)生模擬電路圖可以由上圖中看出，兩個乘法器（u1和u2）實現(xiàn)了兩個信號相乘，其中u1的1號端口輸入的是人為給定的角度的正弦函數(shù)sin，3號端口的輸入是sintcos，7號端口輸出的是si

57、ntcossin。其中u2的1號端口輸入的是人為給定的角度的余弦函數(shù)cos，3號端口的輸入是sintsin，七號端口輸出的是sintsincos。特別要指出的是，由于乘法器內(nèi)部將信號衰減了10倍，因此本設(shè)計的后面放大電路將信號衰減的這10倍考慮在內(nèi)。下面給出ad633乘法器的內(nèi)部電路圖（圖3-22）。圖3-22 ad633芯片內(nèi)部電路ad633是一款低成本的乘法器，它包括了一個核心的濾波器，并且連接了一個單位增益輸出，差分輸入x和y轉(zhuǎn)換為差動電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器，并配置各種模擬計算功能。同時ad633是一個功能完整，四象限模擬乘法器。它包括高阻抗，差分x和y輸入和一個高輸入阻抗總結(jié)（z）的。低的im - pedance輸出電壓為10伏標(biāo)稱穩(wěn)壓提供全面埋地。該ad633是第一個產(chǎn)品提供soic封裝，這些特征在價格適中的8引腳塑料dip和。ad633是規(guī)模的激光