【正文】 角 度 量 θU 1 U 2 A D C A D C U 1 U 2 采 樣N b i t K . 2 F r e f n n + 1 帶 通 濾 波 U1U2Arctan( ) 圖 反正切法結(jié)構(gòu)框圖 角度信號(hào) 1U 和 2U 經(jīng)過 AD 采樣后經(jīng)過帶通濾波 濾除采樣噪聲之后，直接進(jìn)行反正切運(yùn)算即可得到角度值。軸角解算的方法有很多種，如 圖 ，根據(jù)解算結(jié)構(gòu)分為直接解算和跟蹤解算。當(dāng)有高次諧波存在時(shí)，高次諧波的幅值不能夠保證像正常工作頻率的幅值匹配，從而引起如上誤差。分析激磁各個(gè)諧波對(duì)于解算精度的影響。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，一般情況下 nK （ n 為 0， 2， 3， 4… ） 1.這樣簡(jiǎn)化得到由此引起的函數(shù)誤差： ??? ???? 10 ))1s i n ( ()4/c o s (2 n n nKK ???? () 減小這類 誤差的辦法是增加濾波器，濾除信號(hào)中的雜波。后一項(xiàng)歸為幅值誤差部分進(jìn)行補(bǔ)償。到便對(duì)該類型誤差 進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ熊浖陀布煞N方法：其中，軟件方法對(duì)采集到的正弦信號(hào)乘以補(bǔ)償系數(shù) )1( ?? ，保證正余弦幅值相同。其誤差分為原理誤差、器件誤差以及環(huán)境誤差。） 位數(shù)（ N） 權(quán)值（ 176。對(duì)于一個(gè) 18 位的角度值 ―110000000000001100‖，最高位（ MSB）為最左邊一位，最低位（ LSB）為最右邊一位。因此，雖然經(jīng)常使用“相位角”來描述某個(gè)軸的位置，例如描述自整角機(jī)是三線信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器是四1: 1S1S3S2自整角機(jī)信號(hào)2/3S1S3S2S4N0 . 8 6 6 N N正弦余弦旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)T1T2數(shù)字式高精度軸角解算研究 7 線的，但實(shí)際上所有載波信號(hào)都是正弦波信號(hào)，而且在某一個(gè)系統(tǒng)中是完全同相的。因此只需要研究旋轉(zhuǎn)變壓器的 解算 模塊就完成自整角機(jī)的角度解算。 SCOTT 變壓器結(jié)構(gòu)如下： 圖 SCOTT 變壓器 對(duì)比旋轉(zhuǎn)變壓器和自整角機(jī)輸出信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出為正余弦信號(hào)。的星形連接 。故通過測(cè) 量1U 和 2U 就得到角 度 θ 的信息。對(duì)于正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 0U 、 1U 、2U 、 ? 數(shù)字關(guān)系如 圖 ： 101 1010 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 6 0 101U0U1U2θ 圖 旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)與角度關(guān)系圖 由圖中看出轉(zhuǎn)子與定子之間角度信息跟激磁信號(hào)通過旋轉(zhuǎn)變壓器調(diào)制之后，得到包含絕對(duì)角度信息的正余弦耦合信號(hào)。 本文研究的旋轉(zhuǎn)變壓器都是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器 [22](簡(jiǎn)稱旋變 )是一種輸出電壓幅值隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的測(cè)量器件 。 角度測(cè)量傳感器種 類很多 [21]，將各種傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的方法也有很多種。搭建系統(tǒng)的軟硬測(cè)試平臺(tái)，分別測(cè)試解算模塊的動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性。針對(duì)數(shù)字式軸角解算抖碼問題，提出了 狀態(tài) 判斷 算法 和最多值數(shù)據(jù)濾波 。 3）第三章 數(shù)字式軸角解算算法設(shè)計(jì) 。 重點(diǎn)研究了 旋轉(zhuǎn)變壓器的基本原理 和基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)解算過程中可能出現(xiàn)的誤差進(jìn)行詳盡分析 。為 國(guó)產(chǎn) 化數(shù)字式軸角解算 芯片 的研制 打下基礎(chǔ)。前者導(dǎo)致計(jì)算周期長(zhǎng)，影響解算速度；后者則需要占用大量存儲(chǔ)空間，同時(shí)存儲(chǔ)空間的增長(zhǎng)隨位數(shù) 呈指數(shù)增長(zhǎng)。以 AD2S1210 為例，其解算方案就是將模擬系統(tǒng)改進(jìn)為高頻的數(shù)字系統(tǒng)。尤其是其實(shí)時(shí)處理能力，在某些場(chǎng)合甚至超過模擬系統(tǒng)。同時(shí)模塊化后系統(tǒng)參數(shù)將被固定 [17]，不具有靈活性 [ 18 ]。專用的解算芯片，有 AD 公司的模擬式AD2S83 系列和數(shù)字式 AD2S1210[13]系列。 到二十世紀(jì)七十年代，單片 CMOS 乘法型數(shù)字 模擬 IC 的問世，并很快成為角度類變換技術(shù)使用的核心器件，具有代表性轉(zhuǎn)換器紛紛問世，并成功地大量應(yīng)用各種控制系統(tǒng)中，其生產(chǎn)工藝是 IC、阻容、通孔插裝組裝工藝，體積較大。 軸角轉(zhuǎn)換的發(fā)展 軸角轉(zhuǎn)換 [12]分布在幾乎所有的控制系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi) R/D 轉(zhuǎn)中國(guó)艦船研究院碩士學(xué)位論文 2 換芯片受現(xiàn)有技術(shù)基 礎(chǔ)和工藝水平 地 制約，產(chǎn)品在可靠性和環(huán)境適應(yīng)性方面無法滿足高端用戶的需求。當(dāng)前美國(guó) AD 公司推出基于數(shù)字式的低成本產(chǎn)品 AD2S1210，數(shù)字式具有跟蹤速度快、成本低、靈活性高等特點(diǎn)。單片集成的 RDC 已達(dá)16 位，例如美國(guó) AD 公司的 AD2S83，在理想的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)下，轉(zhuǎn)換誤差為 239。 通過專門的解算電路 [10](RDC)，得到數(shù)字化的角度信息，送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行下一步處理。光電編碼器精度高 [67]、使用方便 [ 8]，但它存在價(jià)格貴、怕震動(dòng)、怕沖擊、怕油污等缺點(diǎn)，適用于精度要求較高，環(huán)境較好的場(chǎng)合。甚至我們常用的手機(jī)上就有十幾個(gè)傳感器之多。 傳感器作為信息采集的首要部件，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化的首要環(huán)節(jié)。 參考文獻(xiàn) ........................................................................................ 78 碩士在讀期間發(fā)表文章 ............................................................... 81 附錄 ........................................................................................... 82 CORDIC 算法 .............................................................................................. 82 SCI 接口 ........................................................................................................ 82 FIR 濾波器 .................................................................................................... 83 PWM 代碼 .................................................................................................... 83 中國(guó)艦船研究院碩士學(xué)位論文 VI 圖目錄 圖 旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖 ................................................................................... 4 圖 旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)與角度關(guān)系圖 ............................................................... 5 圖 SCOTT 變壓器 ......................................................................................... 6 圖 軸角解算算法分類 ................................................................................. 10 圖 反正切法結(jié)構(gòu)框圖 ..................................................................................11 圖 線性化解算基本結(jié)構(gòu) ............................................................................. 12 圖 PT， Vo ， E 與角度之間的關(guān)系圖 ......................................................... 13 圖 定子接參考示意圖 ................................................................................. 13 圖 鑒相解算框圖 ......................................................................................... 14 圖 鑒幅解算 ............................................................................................... 15 圖 解算框圖 ............................................................................................... 15 圖 AD2S83 推薦電路 ................................................................................ 17 圖 AD2S83 原理框圖 ................................................................................ 18 圖 相敏調(diào)節(jié)作用 ....................................................................................... 18 圖 相敏調(diào)節(jié)電路 ....................................................................................... 18 圖 VCO 電路框圖 ...................................................................................... 19 圖 AD2S1210 推薦電路 ............................................................................ 20 圖 緩沖電路 ............................................................................................... 21 圖 AD2S1210 框圖 .................................................................................... 22 圖 DSP 內(nèi)部模塊 ......................................................................................... 25 圖 增加開環(huán)零點(diǎn) ......................................................................................... 26 圖 加入超前校正控制環(huán)的系統(tǒng)框圖 ......................................................... 26 圖 am?? 的曲線 ........................................................................................ 28 圖 矯正前后幅頻特性 ................................................................................. 28 圖 不同帶寬下的階躍響應(yīng)（由右到左為 100Hz~1kHz） ....................... 29 圖 離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ................................................................................. 30 圖 500Hz 帶寬 179176。 resolver。、分辨率達(dá)到 18 位、抖碼控制在1LSB。針對(duì)信號(hào)噪聲采用了 FIR 濾波器和累加采樣方案，有效的減少了噪聲對(duì)精度的影響。 本文的工作內(nèi)容主要集中在以下幾個(gè)方面：針對(duì)固定帶寬無法兼顧響應(yīng)速度和解算精度的問題，提出了動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整算法 。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊由專用集成芯片加外圍電路構(gòu)成，專用集成芯片 分為 模擬式和數(shù)字式兩種。本人授權(quán)中國(guó)艦船研究院和江蘇自動(dòng)化