感应同步器测角误差的自动化检测与补偿

　　0　引　言

　　在转台研制和使用过程中,经常需要计量转台的测角误差,以保证设备处于较高的使用精确度。以往这些工作都要由人工来完成,不但效率低、精确度差而且很容易出错。为了解决这些问题,本文在分析感应同步器/旋转变压器测角原理的基础上,给出了工程实用的测角误差模型^{[1, 3]。}提出了通过计算机读取自准直仪测量数据,由计算机记录计量的初始条件,自动完成转台定位、检测、记录数据、计算误差、辨识误差模型系数、补偿^{[2, 4-5],}以及补偿后再检测等全部工作,在很大程度上提高了计量检定的准确性和计量的效率。

　　1　感应同步器测角原理及误差模型

　　感应同步器/旋转变压器测角主要有4种工作方式^[6],本文只介绍分段绕组激磁,连续绕组输出鉴幅型测角的原理^[7-8]。鉴幅型感应同步器测角系统的原理如图1所示。该测角系统主要由感应同步器、激磁电源、前置放大器、移相器和AD2S80轴角转换器组成,图中虚线框内的部分为AD2S80轴角转换器的原理图。

　　激磁电源部分的作用是产生频率稳定的低失真度正弦波信号,作为激励信号施加到感应同步器的连续绕组上。设激磁信号为

　　式中:A为激磁信号的幅值;ω为激磁信号的频率。

　　激磁信号移相90°后,作为AD2S80内部相敏解调器的参考信号为

　　式中:B为参考信号的幅值。

　　感应同步器分段绕组输出的两路正、余弦信号很弱,通常是毫伏量级,需要将他们预先放大再输入到轴角变换器中。放大后的正、余弦信号为

　　式中: Us、Uc分别为感应同步器两路输出信号的幅值;ks、kc分别为两路前置放大器的增益;θ为轴系转过的角度。

　　信号us、uc经过高速正余弦乘法器处理后,输出信号为

　　式中:φ为轴角变换器的角度输出值。

　　ua、ub经过差分放大后,得到轴系实际转角θ与轴角变换器输出转角φ的误差信号ue,理想情况下

　　式中: ke为差分放大器的增益; k=ks=kc; U=Us=Uc。

　　用参考信号uref对ue进行相敏解调,得到正比于sin(θ-φ)的一直流信号,它正比于sin(θ-φ),

　　式中:k1为相敏解调器的比例系数。

　　在实际工作时,θ-φ是一个小角度,有sin(θ-φ)≈θ-φ。因此相敏解调器就相当于轴系实际转角θ与轴角变换器输出转角φ的偏差发生器。对此偏差进行积分,产生一个随时间增长的电压v,用来控制一个宽动态范围的压控振荡器(VCO)。VCO的输出脉冲频率与v成正比,作为可逆计数器的计数脉冲。偏差信号θ-φ的极性决定了计数器进行加法计数还是减法计数。计数的过程就是输出角φ