感應(yīng)同步器在控制力矩陀螺框架伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用
陳振，劉向東，邵 勇
（北京理工大學(xué)，北京100081）
摘要：針對控制力矩陀螺框架伺服系統(tǒng)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于tivis3201f2407的感應(yīng)同步器測角系統(tǒng)，感應(yīng)同步器應(yīng)用連續(xù)繞組激磁分段繞組輸出鑒幅工作方式，分析測角系統(tǒng)的誤差以及對控制精度的影響．實驗表明這種基于dsp的高精度測角系統(tǒng)便于實現(xiàn)測角與控制的一體化．可以確�？刂屏赝勇菘蚣芟到y(tǒng)的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)精度。
關(guān)鍵詞：力矩陀螺；感應(yīng)同步器；測角系統(tǒng)；永磁同步電動機
中圖分類號：tm341 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018( 2010) 07-0012-03
0引 言
在單框架控制力矩陀螺框架伺服系統(tǒng)中，測角系統(tǒng)的測角精度直按決定著系統(tǒng)的控制精度以及控制力矩陀螺的力矩輸出的平穩(wěn)性：通常的測角系統(tǒng)中采用的角度傳感器主要有光柵、碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等，感應(yīng)同步器精度高、對安裝精度的要求相對較低，調(diào)整方便、對工作環(huán)境無特殊要求、運行可靠，日前使用已遍及航天、航空、航海、軍事設(shè)備、測量技術(shù)以及機械制造等部門。
文獻[1]分析了幾種基于感應(yīng)同步器實現(xiàn)測角方案的數(shù)學(xué)表達式，提出一種單相輸入雙相輸出的倍頻濾波測角新方案，可以采用相位直讀的方式來直接取得電機軸角。文獻[2-3]通過軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片ad2s80，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器與感應(yīng)同步器相結(jié)合的方式來實現(xiàn)電機軸角的檢測并分析其測量誤差，由于壓控振蕩器****輸出頻率的限制，電機速度的檢測在一定范圍內(nèi)有效。本文提出了基于tms320lf2407的測角系統(tǒng)實現(xiàn)，并且與控制系統(tǒng)共同采用一個dsp實現(xiàn)了多個控制力矩陀螺外框架伺服系統(tǒng)，既提高了控制系統(tǒng)的精度，同時也實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字化和可靠性。
1單相輸入雙相輸出鑒幅型測角原理
感應(yīng)同步器是一種多極感應(yīng)元件，由于多極結(jié)構(gòu)對誤差起到補償作用，所以感應(yīng)同步器具有很高的精度。根據(jù)其激磁及測角原理，呵以分為單相繞組激磁雙相輸出鑒幅、單相繞組激磁雙相輸出鑒相、雙相繞組激磁單相統(tǒng)組輸出鑒相與雙相繞組激磁單相繞組輸出鑒幅工作方式。由于單相繞組激磁存在的動態(tài)誤差可以通過硬件與軟件得到很好的抑制，所以本系統(tǒng)采用單相繞組激磁雙相輸出鑒幅的工作方式。
在單相繞組加激磁電壓u= umsinw0t時，感應(yīng)同步器的分段繞組就將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其中um為激磁信號的幅值，m。為激磁信號的角頻率。那么分段繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢瞬時輸出ea、eb：
式中：αd為連續(xù)繞組與感應(yīng)同步器分段繞組中的相導(dǎo)體中心線間的夾角（弧度）。當****耦合磁通鏈瞬時值ψ時，式(1)寫成：
式中，u為連續(xù)繞組激磁電壓的瞬時值，在靜態(tài)情況得：
設(shè)在正弦波激磁u= umsinw0t情況下兩相輸出（有效值表示）：
由式(4)可定義ea和eb為載頻信號，載波頻率即為激磁頻率，感應(yīng)同步器的兩相輸出與感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)過的角度及激磁電源的幅值有關(guān)，根據(jù)兩相輸出的對應(yīng)關(guān)系，ea、eb經(jīng)過放大濾波電路處理，然后經(jīng)過采樣保持、ad轉(zhuǎn)換和dsp處理得到ea和eb，再對其進行反角變換得到當前電角度的測量值。
2測角系統(tǒng)的電路和軟件設(shè)計
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