雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與實現(xiàn)
徐大林1,2，廖良闖2，高文政2，黃慶安1
(1東南大學，江蘇南京210096；2江蘇自動化研究所，江蘇連云港222006)
摘要：分析了雙通道多極轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的組成及原理，應用數(shù)字化過采樣技術(shù)、閉環(huán)跟蹤解算算法組合糾錯算法，設(shè)計實現(xiàn)了一種全數(shù)字型雙通道多極rdc轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
關(guān)鍵詞：全數(shù)字型；雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器；組合糾錯；dsp
中圖分類號：tm383．2 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0027—03
0引言
雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器(以下簡稱雙通道多極rdc)作為一種高精度、高可靠性的軸角測量儀器，具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的特點，主要應用于高精度、高可靠性的控制測量領(lǐng)域，諸如航天、航空、機器人控制、大型數(shù)控機床等。
雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一般由測角元件和解算電路兩部分組成。測角元件采用雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器，而解算電路的實現(xiàn)方式目前主要有以下三種：
(1)分立元件搭建的純硬件實現(xiàn)電路，結(jié)構(gòu)復雜，體積大；
(2)專用rdc芯片加組合電路，成本高(萬元)；
(3)a／d轉(zhuǎn)換加軟件三角法查表解算、組合，精度低。本文采用一種雙通道多極rdc的全數(shù)字式實現(xiàn)方案，較少的外圍電路元件完成信號調(diào)理，而其他功能部分全部由dsp利用數(shù)字處理方式實現(xiàn)，具有成本低(千元)、精度高、可擴展性好等優(yōu)點。
1構(gòu)成與基本原理
雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的總體功能是實現(xiàn)電氣模擬角度0到數(shù)字角度p的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，主要由雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器、調(diào)理電路和dsp控制器組成：其基本原理是：雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓器的粗精兩路信號經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成正、余弦信號，再由dsp控制器對兩路四通道模擬信號進行同步a／d采樣，然后采用軟件r／d算法分別解算出粗精兩路的數(shù)字角度值，最后對粗精角度值進行組合、糾錯，并輸出并行二進制數(shù)字量。
2設(shè)計與實現(xiàn)
2.1設(shè)計
雙通道多極rdc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，主要由調(diào)理電 路和dsp組成。
(1)調(diào)理電路
旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號需經(jīng)調(diào)理電路的比例放大、電平搬移、濾波，使模擬輸入滿足a／d轉(zhuǎn)換的動態(tài)范圍，同時疊加入三角波信號，其信號調(diào)理電路如圖2所示。其中r6和c3組成rc高頻濾波，電容留c2對運放起穩(wěn)定作用，并對高頻信號進行濾波。
(2)dsp控制器
系統(tǒng)中的大部分功能全部由dsp完成,編寫dsp軟件程序,主要實現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換,r/d角度解算,角度數(shù)據(jù)雙速組合,糾錯處理和數(shù)據(jù)輸出功能,其總體軟件流程圖如圖3所示.
其中三角波生成[1]如下:利用pwm脈寬調(diào)制輸出加上模擬積分器來生成,具體流程如圖4所示.
2．2實現(xiàn)方法
2．2 1 r／d解算算法
常用的r／d解算算法[2]主要有三角法和角度跟蹤檢測法。三角法是通過求正、余弦信號的反正切函數(shù)值，并通過對象限的判斷求出該角度值，由于反正切函數(shù)值往往通過查表或函數(shù)逼近法近似求得，故誤差較大。而角度跟蹤檢測法是利用二階pi控制器的回饋閉環(huán)不斷更新誤差值，減小跟蹤誤差，使模擬角度和數(shù)字角度在我們要求的精度范圍內(nèi)相等，從而實現(xiàn)了模擬角度到數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換，具有自適應、解算精度高等優(yōu)點。
同時根據(jù)實際應用需求，雙通道多極rdc轉(zhuǎn)換系統(tǒng)除了輸出高精度外，還需具備：1)具有角位移速度量輸出；2)系統(tǒng)的速度誤差為o，即跟蹤輸入角θ勻速轉(zhuǎn)動時，φ角仍能保證****有效位的轉(zhuǎn)換精度。綜上，閉環(huán)系統(tǒng)模 |
