基于DSP和AD2S80的绝对式感应同步器测角系统

　　0　引言

　　测角系统是转台系统中最重要的组成部分之一,是航天地面测试系统、工业精密控制系统等不可缺少的重要组成部分。圆感应同步器是一种角度检测的多极电磁感应器件,具有精度高、结构简单、运行速度快、抗恶劣环境能力强、工作稳定可靠等特点,在航天技术、军事目标跟踪等外场环境下有广泛的应用前景[1]。

　　传统的感应同步器测角系统多采用增量式测角系统,这种测角系统在要求测量绝对角度的时候将失去效力。采用绝对式感应同步器作为角度传感器的测角系统不但可以很好地解决上述问题,而且由于其粗精线圈都在一个码盘上同心刻画,体积小、精度高,具有很高的稳定性和可靠性。AD2S80是新一代旋转变压器-数字转换器,它具有单片高度集成、分辨率可变、动态范围可调、有转速信号输出、功耗低、有军用航天级产品等优点。

　　文中设计了以绝对式感应同步器作为角度传感器,以AD2S80为轴角转换器,以DSP为数字信号处理器的高精度数字测角系统。设计中粗通道选用2对极的感应同步器,精通道可工作于360极和720极两种感应同步器,并通过软件实现了粗精结合算法、外同步与内同步的切换、对转动中的角度误差的补偿等功能,在显示电路中使用ATmega162单片机控制24064液晶显示方位和俯仰的当前角度、速度、加速度,方便了系统的应用。

　　1　测角系统工作原理及实现方案

　　该系统粗精双通道感应同步器均采用单相转子激励,两相定子绕组输出的鉴幅工作方式。工作原理如下:设圆感应同步器转子激励信号为

　　将两相绕组输出电动势usi、uci送入到感应同步器测角系统的输入端,经过前置放大、带通滤波、二级放大、移相、电压跟随后信号变为

式中:um为励磁电压的最大幅值;w为激磁信号的角频率,ω=2f;f为基准频率,系统中f为10 kHz;θe为圆感应同步器对应的电角度。

　　相互正交的信号us和uc进入AD2S80后,经过高精度正余弦乘法器将输入信号与来自可逆计数器的数字角度φ对应的正余弦信号进行相乘,其输出端为

　　将ua、ub送入误差放大器中,得到输入角度和输出角度之间的误差函数:

式中:k为kekvum的乘积;ke为误差放大器的放大倍数[2]。

　　ue经过积分环节送入压控振荡器(VCO),压控振荡器产生与输入控制信号幅值成比例的脉冲序列,该脉冲序列被送入可逆计数器进行增或减计数,计数的方向由相敏环节输出的方向确定。闭环系统稳定后,ue的输出为零,此时可逆计数器中的数字角φ就等于感应同步器当前的实际转角φ.再经数据处理单元转换成需要的数据类型输出[3]。