方波激磁的感应同步器驱动及信号处理技术

　　感应同步器是一种高精度的角度测量元件，常用于转台等地面测角系统，有时也用于航空航天中某些高精度的扫描系统。

　　感应同步器分为定子、转子两部分，其中定子通常为双相，转子为单相，其使用方式为一端输入激磁信号，另一端则产生感应信号，通过对感应信号的处理获得角度信息。感应同步器的激磁一般分为单相绕组激磁、双相绕组激磁两种方式，其信号处理一般也分为鉴幅型、鉴相型两种处理方式。一般而言，不论是单相激磁还是双相激磁，采用正弦波作为激磁源是主要的激磁方式。在地面测角设备的使用中，多采用单相绕组激磁的鉴幅型处理方式，采用专用的轴角转换器(如：AD2S80)获得角度信息。

　　航空航天设备中，对器件的环境适应性有着特殊的要求，这使得单相绕组激磁的鉴幅型方式受到了比较大的限制。

　　本文通过对激磁信号频率成分的研究，提出了双相方波激磁的驱动方案，在此基础上对感应信号的频域成分作了进一步分析，采用了 Chebyshey 低通滤波的信号处理方案，由开环的鉴相型处理方式获得角度信息。试验验证了该方案的可行性，得到了较高的测角分辨率。结果表明，该方案的测角分辨率达到±0.8″，能够满足航天设备中的角度测量要求。

　　1 双相激磁鉴相型工作原理

　　1.1 双相激磁原理

　　在感应同步器正弦绕组 s、余弦绕组 c 上施加幅值和频率相同，相位差 90°的交流激磁电压，即

　　将 e2与 e20整形成方波，送入双稳态触发器 SW 进行相位检测，由高频计数器数脉冲得到表征角位置量的计数值 N。假定高频时钟的周期为 tn，则可得到e 0 n

　　θ = ωNt(6)

　　求出θe即可得到对应的角位置量。

　　2 双相方波激磁驱动

　　2.1 方波激磁原理

　　对于上述所示正弦波激磁方式，在实际使用中，正余弦绕组的激磁幅度不相等，激磁相位差不为 90°，是测角误差的一个重要来源。因此，正弦波激磁方式对功放器件有着比较高的要求。而采用双相方波激磁，则可以有效地避免上述问题。

　　在感应同步器正弦绕组 s、余弦绕组 c 上施加幅值和频率相同，相位差 90°的方波激磁电压，如图 2 所示。对于这样的激磁方式，可以通过数字脉冲控制 H 桥电路的通断来实现，如图 3 所示。

　　图 3 显示了正弦信号的激磁控制，余弦信号类似。正余弦绕组激磁信号 90°的相差，可以由数字信号很精确的控制(对应图中 sin1～sin4);激磁电压的幅度由稳压电源保证;后续处理所需的相位比较基准信号可由数字脉冲直接提供。这样，完全避免了正弦波双相激磁中幅度相位的不匹配问题。然而，方波信号是一个频率成分复杂的信号，用方波作为激磁信号，感应信号的成分也比较复杂，需要作进一步分析。