基于AT89C52和AD2S83的圆感应同步器测角系统

　　1　鉴幅型圆感应同步器测角的工作原理

　　圆感应同步器的鉴幅型测角方法是采用连续绕组(转子)激磁,分段绕组(定子)输出的工作方式,如图1所示。

　　将分段绕组两相正交输出接入正、余弦函数变压器,得到输出信号为:

　　2　测角系统的硬件电路组成及原理

　　该检测系统结构图如图2所示,大致包括AT89C52单片机、激磁电路、感应同步器信号前置放大电路以及AD2S83与单片机接口电路和显示电路。

　2. 1　AT89C52单片机

　　该设计的MCU采用AT89C52单片机,它采用CHMOS工艺及高密度、非易失存储技术制造,与80C51引脚和指令系统完全兼容,其内部所含功能部件如下:

　　1个8位CPU; 1个片内振荡器及时钟电路; 8KB PEROM; 3个16位定时/计数器; 21个特殊功能寄存器; 4个8位并行I/O口,共32条可编程I/O端线; 1个可编程全双工串行口; 8个中断源。AT89C52单片机性价比高于80C51系列单片机。

　　2. 2　激磁电路

　　对感应同步器进行激磁是转角测量的重要环节,因而在激磁电路的设计上,采用了将高频信号分频,再经过滤波,最后进行功率放大的办法,从而获得频率及幅值都很稳定的激磁信号。激磁电路的原理结构图如图3所示。

　　2. 3　信号前置放大电路

　　感应同步器输出为mV级微弱电信号,抗干扰能力差。对小信号的处理,通常采用“一级放大—滤波—二级放大”的方式以提高输出信号的信噪比[1]。

　　在中心角频率为5 kHz的二阶带通有源滤波器的前置放大电路设计与调试过程中,存在2个问题:一是滤波电路虽然能够抑制干扰信号,但是引起两相输出的附加相位移动,影响转换精度;二是当感应同步器任意一相输出过零点时,其对应的有源滤波器输出信号中均存在频率为5 kHz的干扰信号,造成16位分辨率测量系统数字输出信号后几位数字的跳动,实验分析结果表明该信号是由有源滤波器引入的干扰信号。因此在信号的前置放大处理中,不能采用滤波环节。轴角转换器AD2S83的数字转换仅与输入SIN和COS信号的比值有关,抗干扰能力较强,允许输入信号的幅值和频率在一定范围变化,系统在前置放大电路中采用电流反馈型数据放大器AD620进行小信号放大。实验结果表明,不经过滤波环节,仅通过采取合理的接地设计与屏蔽措施以及加大激磁电流,提高输入信号的信噪比等措施,前置放大电路的输出信号能够满足14bit或16bit转换精度要求,转换电路的数字输出稳定。

　　AD620由于激磁信号为5 kHz,所以直接选用其1 000倍的放大增益时,输出信号产生附加相位移动,影响测量精度。系统采用两级放大形式,如图4所示,第一级放大100倍,第二级放大10倍且进行零点调整,提高测量精度。