【正文】 ................ 47 濾波器效果 ..................................................................................... 49 軟件框圖 .......................................................................................... 50 小結(jié) .................................................................................................... 51 第 四 章 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) .................................................................. 52 AD 模塊設(shè)計(jì) ...................................................................................... 52 AD 選型 .......................................................................................... 52 CS5361 電路設(shè)計(jì) ........................................................................... 53 AD 調(diào)理電路 .................................................................................. 54 隔離電源 ......................................................................................... 55 CPLD 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) ............................................................... 56 直接采集方案 ................................................................................. 56 峰值采樣方案 ................................................................................. 57 累加采集方案 ................................................................................. 58 激磁模塊設(shè)計(jì) ................................................................................. 61 PWM 波生成原理 .......................................................................... 62 SPWM 軟件實(shí)現(xiàn) ............................................................................ 62 PWM 波 調(diào)制電路 .......................................................................... 63 PWM 電源電路 .............................................................................. 63 DSP 模塊設(shè)計(jì) ..................................................................................... 64 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................. 64 數(shù)據(jù)輸出設(shè)計(jì) ................................................................................. 65 小結(jié) .................................................................................................... 67 數(shù)字式高精度軸角解算研究 V 第 五 章 測試與分析 ...................................................................... 68 調(diào)試環(huán)境 .......................................................................................... 68 軟件調(diào)試環(huán)境搭建 ......................................................................... 68 硬件調(diào)試環(huán)境 ................................................................................. 69 性能測試 .......................................................................................... 69 靜態(tài)特性 ......................................................................................... 69 動(dòng)態(tài)特性 ......................................................................................... 72 小結(jié) .................................................................................................... 74 第 六 章 總結(jié)與展望 ...................................................................... 75 總結(jié)已完成工作 ............................................................................ 75 進(jìn)一步工作的展望 ........................................................................ 76 致謝 .................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。傳感器的種類越來越多，精度越來越高，體積越來越小，應(yīng)用也越來越廣泛。 旋轉(zhuǎn)變壓器定子和轉(zhuǎn)子相對的旋轉(zhuǎn)角度為測量角度， 旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子輸入激磁信號(hào)后，定子產(chǎn)生帶有角度信號(hào)的兩路正余弦 同頻 電壓。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，尤其是 DSP 地 發(fā)展使數(shù)字式軸角解算成為可能。同時(shí)，還能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為國家節(jié)省大量外匯，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)前軸角解算使用專用解算芯片來進(jìn)行解算。 隨著 DSP 技術(shù) 地 發(fā)展， DSP 的計(jì)算能力越來越強(qiáng)大。 2． 數(shù)字實(shí)現(xiàn)誤差計(jì)算環(huán)節(jié)使用 DSP 核直接計(jì)算法或查表法。 2）第二章 軸角解算原理和結(jié)構(gòu)。為了減少運(yùn)算數(shù)據(jù) 、 提高解算精度 ， 采用了 累加數(shù)據(jù)采集、基于循環(huán)連表的 FIR 濾波器 。 中國艦船研究院碩士學(xué)位論文 4 第 2章 第二章 軸角解算原理和結(jié)構(gòu) 軸角變換基礎(chǔ) 角度變換技術(shù) [1920]就是把角度測量傳感器測量到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，或者把數(shù)字角度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M角度信號(hào)的技術(shù)。 按照轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和輸出電壓之間的關(guān)系 ， 旋轉(zhuǎn)變壓器可以分為三大類 ： 輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦關(guān)系的稱作正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器；輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性函數(shù)關(guān)系的稱作線性旋轉(zhuǎn)變壓器，這類旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)分別為隱極式和凸極式；輸出電壓與轉(zhuǎn)角成比例關(guān)系的稱為比例式旋轉(zhuǎn)變壓器。上式中 U， k， sin(wt)均是已知量。 自整角機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)過 SCOTT 變壓器直接變?yōu)樾D(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)。另外，所有的信號(hào)，無論是定子還是轉(zhuǎn)子、輸入還是輸出的，它們的載波頻率相同。 表 各數(shù)碼權(quán)值表 位數(shù)（ N） 權(quán)值（ 176。 中國艦船研究院碩士學(xué)位論文 8 由 于旋轉(zhuǎn)變壓器有正余弦兩路信號(hào)，兩路信號(hào)在分別處理的過程中，由于繞組阻值不同、信號(hào)放大倍數(shù)不同以及隔離電路阻抗不匹配等問題必然會(huì)導(dǎo)致正余弦信號(hào)放大幅值不同，取 ? 為余弦偏差，此時(shí)有 ： ??? ??? ??? ?? c o ss in)1( s ins in21 tUkU tUkU () 由此可得由于偏差 ? 引起的角度誤差 ? 如下： ???? ??? ))1/()(a rc t a n (t a n () 簡化后有： )2sin(2 ??? ?? () 對于該類型的誤差補(bǔ)償方法具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下： 0 到360 度的靜態(tài)誤差 ? ； ，得到擬合后的正弦函數(shù)幅值，該幅值即 2?? ； ? 的大小。取誤差值為 ? ，將上式代入（ ）得到：]}s i n)c o s (c o s)[ s i n ()s i nc o s{(s i n 100 ???????? ??? ??? nnKKKtUku n nd () 系統(tǒng)完成跟蹤時(shí)，上式為 0。實(shí)際系統(tǒng)中由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是針對正常工作頻率進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 軸 角 解 算直 接 解 算跟 蹤 解 算反 正 切 法線 性 化 法鑒 相 解 算 鑒 幅 解 算 圖 軸角 解算 算法分類 直接解算 1）反正切法 數(shù)字式高精度軸角解算研究 11 反正切法 [27]是實(shí)現(xiàn)軸角解算最簡單的方法， 圖 所示為反正切方法實(shí)現(xiàn)的基本方案。直接解算方案利用角度信息直接得到需要解算的角度，例如反正切法、線性化法。當(dāng)激磁存在諧波，且存在幅值誤差時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出為： ???????????????1211)sin (c o s)sin (sinnnsntnVUtnVU???? () 此時(shí)參考信號(hào)如下表示，的參考信號(hào)就是激磁信號(hào)，區(qū)別是激磁信號(hào)是接入旋轉(zhuǎn)變壓器，參考信號(hào)接入解算模塊。 數(shù)字式高精度軸角解算研究 9 理想狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)變壓器的氣隙磁場是絕對的正弦分布，但由于生產(chǎn)制造的不確定性，不可能產(chǎn)生一個(gè)完美的正弦磁場。其中誤差歸結(jié)為：幅值誤差、正交誤差、函數(shù)誤差、激磁失真誤差、相移誤差以及系統(tǒng)跟蹤誤差。設(shè)定最高位為第 1LSB，那么最低位為第 16 位。此外除 SCOTT 變壓器之外還有電子由運(yùn)算放大器和 電阻構(gòu)成的電子式SCOTT 變壓器，同樣完成上述運(yùn)算，不再詳細(xì)介紹。 一般情況下使用轉(zhuǎn)子繞組作為激磁繞中國艦船研究院碩士學(xué)位論文 6 組，接入激磁信號(hào)；這樣定子繞組上就會(huì)產(chǎn)生均勻分布的三相交流信號(hào)，信號(hào)的頻率和激磁頻率完全相同，信號(hào)的幅值由旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角位置決定，具體的輸入輸出關(guān)系公式如下： ?? s ins in31 tUkV SS ?? )120s i n (s i n23 ???? ?? tUkV SS （ ） )1 2 0s in (s in12 ???? ?? tUkV SS 式中 ω=2πf， f 為激磁信號(hào)頻率； θ 相對于初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 。數(shù)學(xué)關(guān)系式如下 [24]： tUU ?sin0 ? () 其中 U 為激勵(lì)電流的最大電壓， w 是激勵(lì)電流角速度， t 為時(shí)間變量。 當(dāng)激磁繞組接通交流頻率的激磁繞組時(shí) ， 輸出繞組輸出與角度的正余弦值有函數(shù)關(guān)系的交流電壓 ，有的保持一定的比例 ， 有的在一定的角度范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系 。 6）第六章 總結(jié)與展望。根據(jù)模擬二階解算系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)字二階解算模型，研究參數(shù)與帶寬的數(shù)學(xué)關(guān)系，并依此進(jìn)行動(dòng)態(tài)帶寬設(shè)計(jì)。課題分為 以下 幾個(gè)內(nèi)容： 1）第一章 緒論。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以直接繼承成熟的模擬解算算法，缺點(diǎn)是不能夠充分發(fā)揮數(shù)字解算的優(yōu)勢，同時(shí)會(huì)因?yàn)?