旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)

學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)隨著工業(yè)、軍事以及民用設(shè)施的發(fā)展，現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的一些控制裝置，需要用到諸如位置、速度、加速度等模擬量。它們一般包含于軸角量中或由軸角量變換而來。因此需要把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量變成控制系統(tǒng)所需的含有軸角量的模擬信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器就是一種常用的轉(zhuǎn)換器件。旋轉(zhuǎn)變壓器監(jiān)視旋轉(zhuǎn)單元(例如電機(jī)轉(zhuǎn)軸和齒輪)的軸間角，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送回運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)使它能夠顯著減少電噪聲和振動(dòng)的影響。本設(shè)計(jì)通過模擬電路方法實(shí)現(xiàn)了簡單的旋轉(zhuǎn)變壓器的信息處理。本設(shè)計(jì)通過模擬旋變信號(hào)電路產(chǎn)生旋變信號(hào)，并通過相敏檢波濾波等處理電路，最終將角度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，最后處理后的角度值在顯示電路中顯示。關(guān)鍵字：旋變信號(hào)角度信號(hào)處理學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)Withtheindustrial,militaraccelerationandotsignals,resolverisacommonconvef學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的一些控制裝置常常需要用到角度這個(gè)模擬量。角度測(cè)量在工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛，它在控制領(lǐng)域的作用不言而喻。隨著科技發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同的角度測(cè)量方法以及測(cè)量元件，比如旋轉(zhuǎn)變壓器，自整角機(jī)等。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器用于計(jì)算解答裝置中，作為模擬計(jì)算機(jī)中的主要組成部分之一。其輸出最常見的也是容易實(shí)現(xiàn)的。60年代起，旋轉(zhuǎn)變壓器逐漸用于伺服系統(tǒng)，作為角度信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)元件。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，近期發(fā)展很快。除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領(lǐng)域之外，在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。旋轉(zhuǎn)變壓器用于運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中，作為角度位置的傳感和測(cè)量用。。實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中。由于兩相的旋轉(zhuǎn)變壓器比自整角機(jī)更容易提高精度，所以旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的更廣泛。特別是，在高精度的雙通道、雙速系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用的多極電氣元件，原來采用的是多極自整角機(jī)，現(xiàn)在基本上都是采用多極旋轉(zhuǎn)變1.2課題研究的目的及意義這些年來，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，隨著節(jié)能減排的要求越來越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。而永磁交流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器，原來是以光學(xué)編碼器居多，但這些年來，卻迅速地被旋轉(zhuǎn)變壓器代替?？梢耘e幾個(gè)明顯的例子，在家電中，不論是冰箱、空調(diào)、還是洗衣機(jī)，目前都是向變頻變速發(fā)展，采用的是正弦波控制的永磁交流電動(dòng)機(jī)。目前各國都在非常重視的電動(dòng)汽車中，電動(dòng)汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器。例如，驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的位置傳感、電動(dòng)助力方向盤電機(jī)的位置速度傳感、燃?xì)忾y角度測(cè)量、真空室傳送器角度位置測(cè)量等等，都是采用旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)在應(yīng)用于塑壓系統(tǒng)、紡織系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)以及其他領(lǐng)域里，所應(yīng)用的伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵部件伺服電動(dòng)機(jī)上，也是用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置速度傳感器。。因此在實(shí)際測(cè)量與控制系統(tǒng)中，對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)，即旋變信號(hào)的處理就是測(cè)量角位移學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)的重要方法，通過對(duì)旋變信號(hào)經(jīng)過處理以及反演變化推導(dǎo)出角度位移的方法對(duì)于許多需要節(jié)約成本的測(cè)量系統(tǒng)有重要意義。1.3各種角度測(cè)量的傳感器介紹以及比較自整角機(jī)是早期應(yīng)用于測(cè)量角度系統(tǒng)中的，它利用自整步特性將轉(zhuǎn)角變?yōu)榻涣麟妷夯蛴赊D(zhuǎn)角變?yōu)檗D(zhuǎn)角的感應(yīng)式微型電機(jī)，在伺服系統(tǒng)中被用作測(cè)量角度的位移傳感器。自整角機(jī)還可用以實(shí)現(xiàn)角度信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸、變換、接收和指示。兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)通過電路的聯(lián)系，使機(jī)械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸自動(dòng)地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或同步旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統(tǒng)中，產(chǎn)生信號(hào)一方所用的自整角機(jī)稱為發(fā)送機(jī)，接收信號(hào)一方所用自整角機(jī)稱為接收機(jī)(圖1-31)。自整角機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)和火炮、雷達(dá)等伺服系統(tǒng)中。自整角機(jī)按用途分為力矩式和控制式(變壓器式)兩種。力矩式用于同步指示系統(tǒng)；控制式用作測(cè)角元件。因此我們主要介紹控制式自整角機(jī)。圖1-31控制式自整角發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用兩極凸極式結(jié)構(gòu)，只在頻率較高、尺寸較大時(shí)才采用隱極式結(jié)構(gòu)。定、轉(zhuǎn)子鐵芯上分別裝嵌單相激磁繞組和三相整步繞組。三相整步繞組為分布式星形接線，各相軸心線在空間相差120°。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷引出接線的為接觸式自整角機(jī)；通過電磁耦合方法引出接線的為無接觸式自整角機(jī)，后者無接觸摩擦和無線電干擾，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能指標(biāo)和利用率低。為了提高輸入阻抗，所用激磁繞組匝數(shù)較多?？刂剖阶哉墙邮諜C(jī)(自整角變壓器)多采用隱極式結(jié)構(gòu)，并在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)高精度的正弦繞組。兩臺(tái)控制式自整角機(jī)與力矩式自整角學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)機(jī)相似可組成角度測(cè)量系統(tǒng)，也可以有差動(dòng)工作方式。由于生產(chǎn)工藝方面的原因，自整角機(jī)有零位和角度等方面的誤差。60年代起，旋轉(zhuǎn)變壓器逐漸用于伺服系統(tǒng)，作為角度信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)元件。三線的三相的自整角機(jī)，早于四線的兩相旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用于系統(tǒng)中。所以作為角度信號(hào)傳輸?shù)男D(zhuǎn)變壓器，有時(shí)被稱作四線自整角機(jī)。隨著電子技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式計(jì)算機(jī)早已代替了模擬式計(jì)算機(jī)。所以實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中。由于兩相的旋轉(zhuǎn)變壓器比自整角機(jī)更容易提高精度，所以旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的更雙速系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用的多極電氣元件，原來采用的是多極自整角機(jī)，現(xiàn)在基本由轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)和定子上的電刷引進(jìn)或引出。由于有刷結(jié)構(gòu)的存在，使得旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性很難得到保證。因此目前這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的很少，目前無刷旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種稱作為環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，另一種稱作為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。其中我們運(yùn)用的是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，它是將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之成正余弦函數(shù)關(guān)系的電壓信號(hào)(圖1-32)。圖1-32旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)裝置有兩種應(yīng)用方式：鑒相方式和鑒幅方式。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)在旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相正交繞組(正弦用s和和余弦用c表示),一般稱為正弦繞組和余弦繞組上，分別輸入幅值相等，頻率相同的正弦、余弦激磁電壓兩相激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)線性疊加原理，假設(shè)電角度為中，電角度為θ,則在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓為其中K為變壓比，可知感應(yīng)電壓的相位角就等于轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角θ。因此只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，而且旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和伺服電機(jī)或傳動(dòng)軸連接在一起的，從而可以求得執(zhí)行部件的直線位移或角位給定子的兩個(gè)繞組分別通上頻率、相位相同但幅值不同，即調(diào)幅的激磁電壓則在轉(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為=KUmCos(φ-θ)Sinwt并測(cè)量感應(yīng)電壓幅值即可求得機(jī)械角位移θ。旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)下圖是一個(gè)比較典型的角度位置伺服控制系統(tǒng)。XF稱作旋變發(fā)送機(jī)，XB稱作旋變變壓器。旋變發(fā)送機(jī)發(fā)送一個(gè)與機(jī)械轉(zhuǎn)角有關(guān)的、作一定函數(shù)關(guān)系變化的電氣信號(hào)；旋變變壓器接受這個(gè)信號(hào)、并產(chǎn)生和輸出一個(gè)與雙方機(jī)械轉(zhuǎn)角之差有關(guān)的電氣信號(hào)。伺服放大器接受選變壓器的輸出信號(hào)，作為伺服電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)。經(jīng)放大，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)接受方旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸及其它相連的機(jī)構(gòu)，直至達(dá)到和發(fā)送機(jī)方一致的角位置。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)輸入單相交流電壓；另一相短接，以抵消交軸磁通，改善精度。次級(jí)也是正交的兩相繞組。旋變變壓器的初級(jí)一般在定子上，由正交的兩相繞組組成；次級(jí)為單項(xiàng)繞組，沒有正交繞組(圖1-33)。圖1-33前面已經(jīng)介紹過，旋轉(zhuǎn)變壓器有旋變發(fā)送機(jī)和旋變壓器之分。作為旋變發(fā)送機(jī)它的勵(lì)磁繞組是由單相電壓供電，電壓可以寫為式(1)形式：產(chǎn)生的交變磁通，在次級(jí)輸出繞組中感生出電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于勵(lì)磁繞組和次級(jí)輸出繞組的相對(duì)位置發(fā)生變化，因而次級(jí)輸出繞組感生的電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生變化。又由于次級(jí)輸出的兩相繞組在空間成正交的90°電角度，因而兩相輸出電壓如式(2)所示：U(t)=USin(wt+ap)SU?re(t)=USin(wt+ar)Cosθr出電壓的幅值；aF—?jiǎng)?lì)磁方和次級(jí)輸出方電壓之間的相位角，θF—發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。1.33感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用電磁原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。它是一種精度很高的測(cè)量元件，是一種新型的控制電機(jī)。根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測(cè)量線位移和角位移。將角度或直線位移信號(hào)變換為交流電壓的位移傳感器，又稱平面式旋轉(zhuǎn)變壓器。它有圓盤式和直線式兩種。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中圓盤式感應(yīng)同步器用以檢測(cè)學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)結(jié)構(gòu)：圓盤式感應(yīng)同步器由定、轉(zhuǎn)子組成。其制作過程是先用0.1毫米厚的敷銅板刻制或用化學(xué)腐蝕方法制成繞組，再將它固定到10毫米厚的圓盤形金屬或玻璃鋼基板上，然后涂敷一層防靜電屏蔽膜。定轉(zhuǎn)子間間隙為0.2～0.3毫米。轉(zhuǎn)子繞組為單相連續(xù)扇形分布，每根導(dǎo)片相當(dāng)于電機(jī)的一個(gè)極，相鄰導(dǎo)片間距為一個(gè)極距。定子繞組為扇形分段排布，極距與轉(zhuǎn)子的相同。直線式感應(yīng)同步器與圓盤式結(jié)構(gòu)相似。不同的是它由定尺與滑尺組成，繞組為等距排列。工作原理：感應(yīng)同步器工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理相同。圓盤式感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子共有N個(gè)導(dǎo)片。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度θ時(shí)，定子繞組A和B分別感應(yīng)輸出電勢(shì)式中Em為定子繞組感應(yīng)電勢(shì)最大值，w為激磁電源角頻率。其最高精度與繞組的極對(duì)數(shù)有關(guān)。感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化360°/N時(shí)定子的頻率變化1赫，因此精度大為提高，最高精度可達(dá)0.1”。直線式感應(yīng)同步器的滑尺移動(dòng)距離為x時(shí)，滑尺繞組中分別感應(yīng)輸出電勢(shì)當(dāng)極距T=1毫米時(shí)，測(cè)量精度為±25微米。感應(yīng)同步器有鑒幅型和鑒相型兩種工作方式。把轉(zhuǎn)角或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電感式高精度傳感元件。又稱感應(yīng)整步機(jī)。它與多極旋轉(zhuǎn)變壓器相似，借助于定、動(dòng)片上繞組之間的電磁耦合，使輸出電壓隨定、動(dòng)片相對(duì)位移呈正(余)弦函數(shù)規(guī)律變化。感應(yīng)同步器的極對(duì)數(shù)比多極旋轉(zhuǎn)變壓器多得多。感應(yīng)同步器按作用分圓盤式(又稱旋轉(zhuǎn)式)和直線式兩種。感應(yīng)同步器通常做成分裝式，主要由定片和動(dòng)片組成。工作時(shí)定片和動(dòng)片之間保持均勻氣隙。感應(yīng)同步器動(dòng)片為連續(xù)繞組，定片為兩相分段繞組。圓盤式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組以交即轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組導(dǎo)體數(shù)；θ為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。運(yùn)行方式：感應(yīng)同步器輸出電信大小，基本運(yùn)行方式有以下4種：①單相勵(lì)磁，兩相輸出，采用鑒相方式，精確反映位移信號(hào)；②單相勵(lì)磁，兩相輸出，采用鑒幅方式，較精確反映位學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)移信號(hào)；③兩相勵(lì)磁，單相輸出，采用鑒相方式，精確反映位移信號(hào)；④兩相勵(lì)磁，單相輸出，采用鑒幅方式，較精確反映位移信號(hào)?；诙鄻O元件對(duì)信號(hào)偏差的補(bǔ)償原理，因感應(yīng)同步器極對(duì)數(shù)很多，所以其精度很高。由于其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，性能穩(wěn)定，已廣泛用于機(jī)床、航天測(cè)試技術(shù)等設(shè)備和裝置中，用來構(gòu)成角度或位移的精密測(cè)量、定位和隨動(dòng)系統(tǒng)，其精度可高達(dá)1角秒或1微米以下。利用電磁感應(yīng)原理將兩個(gè)平面型繞組之間的相對(duì)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的測(cè)量元件用于長度測(cè)量。感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)有①具有較高的精度與分辨力。其測(cè)量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對(duì)其測(cè)量精度影響不大。感應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時(shí)參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)減小了局部誤差的影響。目前長感應(yīng)同步器的精度可達(dá)到±1.5μm,分辨力0.05μm,重復(fù)性0.2μm。直徑為300mm的圓感應(yīng)同步器的精度可達(dá)±1”,分辨力0.05”,重復(fù)性0.1”。②抗干擾能力強(qiáng)。感應(yīng)同步器在一個(gè)節(jié)距內(nèi)是一個(gè)絕對(duì)測(cè)量裝置，在任何時(shí)間內(nèi)都可以給出僅與位置相對(duì)應(yīng)的單值電壓信號(hào)，因而瞬時(shí)作用的偶然干擾信號(hào)在其消失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場(chǎng)的影響很小。③使用壽命長，維護(hù)簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、灰塵和沖擊振動(dòng)的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設(shè)防護(hù)罩，防止鐵屑進(jìn)入其氣隙。④工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。由于感應(yīng)同步器具有上述優(yōu)點(diǎn)，長感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量中，例如用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床及高精度重型機(jī)床及加工中測(cè)量裝置等。圓感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機(jī)床和儀器的轉(zhuǎn)臺(tái)以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)的個(gè)數(shù)表示位移的大小。而絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。在增量式中編碼器獲得物體的相對(duì)位置。旋轉(zhuǎn)編碼器可以測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的角位移，它由一個(gè)發(fā)光二極管(LED)、一個(gè)碼盤，以及碼盤背面的一個(gè)光傳感器。這個(gè)碼盤安置在旋轉(zhuǎn)軸上，上面按一定編碼形式排列著不透光和透光的扇形區(qū)域。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不透光扇區(qū)能夠遮擋光線，而透光扇區(qū)則允許光線透過。這樣就產(chǎn)生了方波脈沖，可以編譯成相應(yīng)的位置或運(yùn)動(dòng)信息。編碼器每轉(zhuǎn)通常分為100到6000個(gè)扇區(qū)，100個(gè)扇區(qū)的編碼器可以提供3.6度的精度，而6000個(gè)扇區(qū)的編碼器則可以提供0.06度的精度。線性編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理類似。它采用了一條固定的不透光帶取代了旋轉(zhuǎn)碼盤，在不透光帶表面上有一些透光縫隙，而LED探測(cè)器組件則被附在運(yùn)動(dòng)體上，這樣可以測(cè)量物體的線位移。絕對(duì)式編碼器能夠獲得目標(biāo)的絕對(duì)位置。絕對(duì)式編碼器的不同之處在于編碼器的碼盤上，采用了多組分區(qū)形成同心碼道，如同靶環(huán)一樣。同心碼道從編碼器碼盤的中心出發(fā)，向外擴(kuò)展直到碼盤外部，每一層碼道都比其內(nèi)層多了一倍的分區(qū)。第一層，即最內(nèi)層的碼道，只有一個(gè)透光扇區(qū)和一個(gè)不透光扇區(qū)；位于中心的第二層就具有兩個(gè)透光扇區(qū)和兩個(gè)不透光扇區(qū)。如果編碼器有10層碼道，那么最外圍的碼道就有512個(gè)扇區(qū)。因?yàn)榻^對(duì)式編碼器的每層碼道都比它里面一層的碼道多了一倍數(shù)目的扇區(qū)，所以扇區(qū)的數(shù)目就形成了二進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)。在這種編碼器中，碼盤上的每個(gè)碼道都對(duì)應(yīng)一個(gè)光源和一個(gè)接收器。絕對(duì)式編碼器的優(yōu)勢(shì)在于可以降低編碼器的轉(zhuǎn)速，可以使編碼器的碼盤在整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)周期中只轉(zhuǎn)一圈。如果機(jī)器運(yùn)動(dòng)距離為10英寸，而編碼器具有16位精度，那么機(jī)器位置的精度就是10/65,536,即0.00015英寸。如果機(jī)器的行程更長譬如6英尺，那么粗旋轉(zhuǎn)編碼器可以保證跟蹤每一英尺距離；第二級(jí)稱為細(xì)旋轉(zhuǎn)編碼器可以跟蹤1英尺以內(nèi)的距離。對(duì)于角度編碼器，有對(duì)于位移編碼器，有NIM系列數(shù)據(jù)采集卡所帶有的Counter可以滿足ABZ三相編碼器的測(cè)量，這三路脈沖信號(hào)需要直接連接到Counter的Source,Gate和Aux上，經(jīng)過設(shè)置編碼器類型，編碼方式等信息，可以直接換算成需要的旋轉(zhuǎn)角度或位移值。1.35各種角度傳感器的比較作為角度位置傳感元件，常用的有這樣幾種：自整角機(jī)、光學(xué)編碼器、磁性編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。由于制作和精度的緣故，磁性編碼器沒有其他兩種普及。光學(xué)編碼器的輸出信號(hào)是脈沖，由于是天然的數(shù)字量，數(shù)據(jù)處理比較方便，因而得到了很好的應(yīng)用。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器，由于信號(hào)處理電路比較復(fù)雜，價(jià)格比較貴的原因，應(yīng)用受到了限制。因?yàn)樾D(zhuǎn)變壓器具有無可比擬的可靠性，以及具有足夠高的精度，在許多場(chǎng)合有著不可代替的地位，特別是在軍事以及航天、航空、航海等方面。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件集成化程度的提高，元器件的價(jià)格大大下降；另外，信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)處理電路變得簡單、可靠，價(jià)格也大大下降。而且，又出現(xiàn)了軟件解碼的信號(hào)處理，使得信號(hào)處理問題變得更加靈活、方便。這樣，旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用得到了更大的發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)得到了更大的體現(xiàn)。和光學(xué)編碼器相比，旋轉(zhuǎn)變壓器有這樣幾點(diǎn)明顯的優(yōu)點(diǎn)：①無可比擬的可靠性，非常好的抗惡劣環(huán)境條件的能力；②可以運(yùn)行在更高的轉(zhuǎn)速下。(在輸出12bit的信號(hào)下，允許電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)60,000rpm。而光學(xué)編碼器，由于光電器件的頻響一般在200kHz以下，在12bit時(shí)，速度只能達(dá)到3,000rpm);③方便的絕對(duì)值信號(hào)數(shù)據(jù)輸出。1.4本章小結(jié)由于旋變信號(hào)在實(shí)際運(yùn)用越來越廣泛，以旋轉(zhuǎn)變壓器旋變信號(hào)為重要的角度即旋變信號(hào)的處理就是測(cè)量角位移的重要方法，通過對(duì)旋變信號(hào)經(jīng)過處理以及反演變化推導(dǎo)出角度位移的方法對(duì)于許多需要節(jié)約成本的測(cè)量系統(tǒng)有重要意義。本章在介紹了各種角度傳感器(自整角機(jī)、光學(xué)編碼器、磁性編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器)的基本原理以及工作方式以后，對(duì)它們?cè)诰?，成本，可靠性，抗干擾等方面的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)進(jìn)行了比較。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)2研究內(nèi)容和數(shù)字模擬方案比較機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)變壓器的角度測(cè)量就可以2.2數(shù)字模擬方案比較(1)提供有10位、12位、14位和16位的分辨率，用戶可通過兩個(gè)控制引腳自行選用不同的分辨率。具體見表2-21,(3)采用比率跟蹤轉(zhuǎn)換方式，使之能連續(xù)輸出數(shù)據(jù)而沒有轉(zhuǎn)換延遲并具有較(4)用戶可通過外圍元器件的選擇來改變帶寬、最大跟蹤速度等動(dòng)態(tài)性能。(5)具有很高的跟蹤速度。當(dāng)采用10位分辨率時(shí)，最大跟蹤速度達(dá)1040r/±0.1%,回差小于±0.3%,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)速發(fā)電機(jī)，提供高精度的速度信號(hào)。(7)具有過零標(biāo)志信號(hào)(RIPPLECLOCK)和旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)(DIRECTION)。(8)正常工作的參考頻率為0～20,000Hz。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)分辨率(bit)最大跟蹤轉(zhuǎn)速(r/sec)表2-21AD2S83外圍電路連接：旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁頻率取為7kHz,要求伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速6000r/min(100r/sec),故采用12位分辨率。其中，所選擇的分辨率與所能跟蹤的最大轉(zhuǎn)速的輸出數(shù)據(jù)的分辨率由控制引腳SC1、SC2的邏輯狀態(tài)決定，為獲得所需的帶寬、最大跟蹤速度等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，可按以下方法來選擇外圍元器件：(1)旋變信號(hào)的正、余弦地均接在第6引腳(SIGNALGND)上，該引腳與第5須盡可能在靠近芯片的地方芯片的地方并聯(lián)一個(gè)100nF的解耦電容。(4)選擇不同的分辨率將影響電阻R4、R6的值，故當(dāng)改變分辨率時(shí)必須保轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)才可改變分辨率。阻接在+Vs(+12V),故當(dāng)需要這些引腳為高電平時(shí)，使其懸空即可，不需額外學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)出的32位定點(diǎn)DSP控制器，是目前控制領(lǐng)域最先進(jìn)的處理器之一。其頻率高達(dá)150MHz,大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片處理能力。TMS320F2812芯片是基于DSP的內(nèi)核，并提供浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫，從而可以在定點(diǎn)處理器上方便的實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。在高精度伺服控制、可變頻電源、UPS電源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時(shí)是電機(jī)等數(shù)字化控制產(chǎn)品升級(jí)的最佳選擇。采用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理和控制已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢(shì)，其中TI公司于1982年推出第一個(gè)DSP以來，處理器的技術(shù)發(fā)展迅猛，其中的TMS320處理器具有較高的信號(hào)處理和控制功能，數(shù)據(jù)處理模塊由雙口RAMIDT7134、總線和主計(jì)算機(jī)連接起來，構(gòu)成主從式多處理器工作模式，如圖1所示。主從式處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于處理器之間的數(shù)據(jù)交換，主從處理器間的數(shù)據(jù)交換主要四種交換方式。本方案采用IDT公司的雙口RAM學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)算機(jī)和C31之間數(shù)據(jù)交換的正確性。本方案中采用了在IDT7134中設(shè)置輸入輸出片基于TI公司開發(fā)的第二代高性能的超長指令字結(jié)構(gòu)VelociT].2,VelociTl2在8個(gè)功能單元里擴(kuò)展了88條新的指令以增強(qiáng)其在視頻/圖像應(yīng)用中的性能，并提高了視頻處理的并行性DM642的程序總線寬度為256bit,次取值操作可以讀取8條指令，并且片內(nèi)集成的8個(gè)功能單元能夠獨(dú)立的進(jìn)行指令譯碼和執(zhí)行.二者一起形成了DM642的8條流水線處理機(jī)制。8個(gè)功能單元中有2個(gè)乘法器，每個(gè)乘法器在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以執(zhí)行2個(gè)16X6bit或4個(gè)8×8bit的乘法操作，因此DM642在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可阻執(zhí)行4個(gè)16×16bit的乘法或8個(gè)8×8bit的乘法操作。其余6個(gè)功能單元是算術(shù)邏輯單元，能在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行2個(gè)16位或4個(gè)8位的加減、比較、移位等運(yùn)算。在600MHz的時(shí)鐘頻率下，0M642每秒最多可以進(jìn)行24億次16位的乘累加或48億次8位的乘累加操作。強(qiáng)大的運(yùn)算能力使DM642可以同時(shí)進(jìn)行多路高質(zhì)量的視頻處理。DM642系列可以在最高720MHz的時(shí)鐘頻率下工作，處理能力最高達(dá)到5760MIPS,所以隨著頻率的增}Jf1DM642的性能也會(huì)隨之大幅度提高。同時(shí)64位的EMIF使DM642具有最大或同步存儲(chǔ)器(如SDRAM)的擴(kuò)展連接。良好的擴(kuò)展能力使DM642可以更靈活、高學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)以方便的進(jìn)行系統(tǒng)的軟件升級(jí)。。11公司的各種型號(hào)DSF專為實(shí)時(shí)信號(hào)而設(shè)計(jì)，在其各種型號(hào)的DSP中，TMS320F28x系列DSP將實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，為本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)非常理想的解決方案?；谠撓到y(tǒng)對(duì)于速度，功耗，成本等方面的考慮，本課題采用了TMS320F28x系列中的TMS320F2812作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理器件.TMS320F2812的指令執(zhí)行速度高達(dá)150MIPS,作為控制器應(yīng)用它具備良好的實(shí)時(shí)控制能力：它的供電電壓為3.3V,與單片機(jī)相比，具有更低的控制器功耗：它的指令系統(tǒng)提供了豐富的“乘累加”,“循環(huán)尋址”等指令，這使得實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的濾波，頻譜分析，可以方便快速采用微處理器或者DSPde數(shù)字控制方式是目前涉及控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，主■由軟件程序修改而實(shí)現(xiàn)不同的控制方法，無須更改硬件電路?！隹山档腕w積、體重與功耗，同時(shí)價(jià)格也較低?！鼍哂休^高的可靠性。且易于維修與測(cè)試?！鰧?duì)噪聲與干擾有較強(qiáng)的抗干擾能力。采用DSPTMS320F240作主控CPU,它是專用于電機(jī)數(shù)字控制的高速數(shù)字信號(hào)處變壓器輸出的模擬位置信號(hào)(SIN,COS)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號(hào)，然后由DSP將數(shù)字位置信號(hào)讀入并進(jìn)行處理。在靠近芯片第41引由于旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的位置信號(hào)(SIN,COS)滿足AD2S83信壓器輸出的正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足AD2S83的幅值與相位要求的信號(hào)。若將然不適于實(shí)時(shí)控制的要求。因此，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)即時(shí)讀取數(shù)據(jù)的接口電路。將學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)INHIBIT引腳始終置為高電平(+5V),同時(shí)將ENABLE引腳接地，使三態(tài)輸出引置為邏輯高(懸空即可),使12位數(shù)據(jù)總線為輸出總線。為了使DSP能隨時(shí)讀取所產(chǎn)生的信號(hào)作為鎖存器的輸出允許信號(hào)(OE),這樣，當(dāng)DSP需要讀取位置信號(hào)制的實(shí)時(shí)性。其接口電路原理圖如圖2-23所示。D416譯碼醬416譯碼醬采用這種接口方案可以實(shí)時(shí)地讀取位置信息，完全可滿足對(duì)轉(zhuǎn)子位置和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)快速控制的要求，所提供的移相觸發(fā)控制算法和順序觸發(fā)控制算法經(jīng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行證明具有觸發(fā)可靠、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，在斜波電壓起動(dòng)模式和限學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)基于數(shù)字式信息處理旋變信號(hào)小結(jié)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展，一般均采用專用數(shù)字控制系統(tǒng)，而專用數(shù)字控制系統(tǒng)的功能，相當(dāng)一臺(tái)小型專用電腦。因此對(duì)反饋元件的要求，并不是簡單地送出電壓模擬量，而是要求得到旋轉(zhuǎn)變壓器型軸角編碼器的組件化產(chǎn)品。該組件集旋轉(zhuǎn)變輸出為標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制碼Bi(θ)與測(cè)量角度θ的關(guān)系，可以直接插入主機(jī)控制板或與旋轉(zhuǎn)變壓器一體化。屆時(shí)，作為控制系統(tǒng)的用戶關(guān)心的是：旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝尺寸，輸出的角度二進(jìn)制編碼Bi(θ)的編碼精度及反饋組件的傳遞函數(shù)G(s)。與傳統(tǒng)的作法相比，可省去用戶的控制系統(tǒng)空間及時(shí)間。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位置測(cè)量元件，主要用于控制系統(tǒng)的角位置信息反饋、慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)分解器及移動(dòng)指揮控制中心的定位等場(chǎng)合。近年來的新技術(shù)、新工藝和新材的大量應(yīng)用促進(jìn)了雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器與超大規(guī)模專用集成電路的結(jié)合——雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器型軸角編碼組件，使其無論在理論還是在實(shí)際應(yīng)用中都有了極大的發(fā)展。這類軸角編碼組件的輸出信號(hào)為數(shù)字量形式，經(jīng)電氣誤差模型化的綜合補(bǔ)償，并通過電子技術(shù)處理，其電氣精度已達(dá)到相當(dāng)可觀的等級(jí)，并可通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，這類軸角編碼組件能在惡劣的環(huán)境下工作，具有較高的可靠性。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器型軸角編碼組件一直是軍事裝備系統(tǒng)中主要的角度位置測(cè)量、定位元件，其編碼采用按照跟蹤反饋法原理工作的專用編碼大規(guī)模集成電路(RDC)來處理，先對(duì)高頻高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的粗、精通道分別進(jìn)行編碼，然后經(jīng)粗、精通要求為角秒級(jí)精度，因此選用粗、精通道組合的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、正余弦交流電源及兩套超大規(guī)模專用集成電路(RDC)組成軸角編碼組件。這時(shí)分別將粗、精通道旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬輸出正、余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字編碼信號(hào)輸出，兩路編碼信號(hào)經(jīng)同步邏輯組合輸出，其編碼信號(hào)的電氣精度應(yīng)滿足用戶要求。精通道一路的輸出編碼可再經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，使組件的電氣精度進(jìn)一步提高。2.22基于模擬技術(shù)的旋變信息處理傳統(tǒng)的信號(hào)處理或控制系統(tǒng)是采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，處理設(shè)備和控制器采用模擬器件(電阻、電容和運(yùn)算放大器等)實(shí)現(xiàn)。流程圖見圖2-24器相位補(bǔ)償相敏解調(diào)器乘法器單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路濾波電路圖2-24流程圖余弦信號(hào)正弦信號(hào)顯示電路因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)沒有運(yùn)用旋轉(zhuǎn)變壓器，因?yàn)槭紫韧ㄟ^模擬電路模擬出旋變信號(hào)，然后將模擬出的旋變信號(hào)通過單片機(jī)作為主控單元進(jìn)行分析后，通過編程解出角度的量值，最后在顯示單元中顯示機(jī)械角度值。2.3數(shù)字方式與模擬方式的比較可以看出，數(shù)字方式與模擬方式各有各自的特點(diǎn)，下面我們就它們的多個(gè)方1,硬件成本采用微處理器或者DSP的主要優(yōu)點(diǎn)就是能夠以軟件程序取代復(fù)雜的硬件電路。由于大規(guī)模集成電路(VLSI)發(fā)展迅速，高處理能力的CPU以及大容量的存儲(chǔ)器，它們均能夠以非?？斓乃俣葘?shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，但是由于現(xiàn)在集成技術(shù)發(fā)展沒有所使用的模擬元件廣泛，導(dǎo)致專用的集成芯片相對(duì)于普通適用的模擬電路要貴幾十倍，整個(gè)數(shù)字方式采用的專用芯片外加DSP芯片成本相對(duì)于模擬方式總成本也貴了幾十倍。因此在成本這個(gè)角度考慮模擬電路在基本電路實(shí)現(xiàn)上有很大的優(yōu)勢(shì)。2,量化誤差大小物理系統(tǒng)的信號(hào)是模擬的，因此以微控制器或DSP為基礎(chǔ)的信號(hào)處理系統(tǒng)就必須采用A/D與D/A轉(zhuǎn)換器才能與外界的模擬信號(hào)進(jìn)行溝通，由于這些模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器均有分辨率上的限制，通常為8位或者12位，因此，在采樣上也就學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)造成了量化誤差，由于量化誤差在信號(hào)上的大小造成的不連續(xù)與導(dǎo)致的誤差以及因?yàn)椴蓸釉跁r(shí)間上造成的不連續(xù)均對(duì)信號(hào)造成失真，而這也就是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的主要限制。因?yàn)檫@種量化與采樣對(duì)信號(hào)所造成的誤差極為明顯。如果DSP通過A/D轉(zhuǎn)換器將讀入的正弦信號(hào)再通過D/A轉(zhuǎn)換器送出，比較輸入與輸出信號(hào)即可觀察到所造成的誤差。當(dāng)正弦的頻率逐漸增高時(shí)，這種現(xiàn)象則更為明顯。由采樣定理可知，如果采樣頻率高于信號(hào)頻率的兩倍，即可完全恢復(fù)原始信號(hào)，但實(shí)際上由于不可得到理想的采樣，再加上噪聲與量化所造成的誤差，一般而言，采樣頻率比信號(hào)頻率高10倍。3,軟件信號(hào)測(cè)量容易成都采用DSP進(jìn)行信息處理，將以軟件程序?qū)崿F(xiàn)控制算法，因此其內(nèi)部變量與控制器的參數(shù)均不易于觀測(cè)，而不像模擬信號(hào)處理系統(tǒng)可以使用示波器觀測(cè)任何一點(diǎn)的信號(hào)，雖然控制器參數(shù)可以程序控制，但往往需要額外的軟硬件設(shè)計(jì)。4,可靠性復(fù)雜的數(shù)字處理系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，如CNC或者機(jī)器人，應(yīng)用于國防工業(yè)如導(dǎo)彈與導(dǎo)航等，均需要高可靠性，采用高度集成的微控制器或DSP使系統(tǒng)的可靠性有了極大的提高。5,電磁干擾問題較少VLSI的高密度電路，降低了在電力電子系統(tǒng)中的高電壓與高電流變化對(duì)電路所形成的影響，控制芯片的屏蔽較為簡單，由電力線或信號(hào)線所產(chǎn)生的噪聲也容易濾掉。6,不會(huì)有漂移與參數(shù)變化在模擬電路十幾種遇到的一些問題，如溫度或環(huán)境變化而引起的漂移現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也會(huì)因?yàn)榻M件老化而發(fā)生，但在數(shù)字電路中則可以消除這些問題。以微處理或單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)值計(jì)算不僅不會(huì)有參數(shù)變化，計(jì)算也會(huì)百分之百正確，而且截?cái)嗪鸵绯龅葐栴}也可以采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整比例范圍來解決。7,通用的軟硬件平臺(tái)采用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理系統(tǒng)，可以使系列產(chǎn)品具有相同或類是的硬件結(jié)構(gòu)，不僅易于維修，也簡化了生產(chǎn)制造的過程，同時(shí)對(duì)軟件設(shè)計(jì)而言。也因?yàn)橛辛斯餐挠布?biāo)準(zhǔn)而較易規(guī)劃與設(shè)計(jì)。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)8,自動(dòng)糾錯(cuò)能力采用微電腦控制，可用軟件進(jìn)行系統(tǒng)硬件額自動(dòng)糾錯(cuò)，不僅能確保系統(tǒng)正常工作，還由于具有自動(dòng)糾錯(cuò)能力而簡化了故障維修。例如可以檢測(cè)系統(tǒng)是否接線正確、功率是否有短路現(xiàn)象等。9,計(jì)算能力的限制雖然由于微電子技術(shù)的快速進(jìn)展，微處理器與DSP執(zhí)行速度已大幅提高，但在執(zhí)行速度上仍無法與特定模擬電路所完成的硬件控制相比。由于特定硬件在信號(hào)處理上是以并行方式處理的，而在微處理器或DSP為基礎(chǔ)的數(shù)字控制是以串行方式執(zhí)行軟件，如果DSP有多個(gè)工作要做，則需要將各個(gè)任務(wù)劃分時(shí)間段進(jìn)行處理，因而造成了采樣延遲，導(dǎo)致信號(hào)無法連續(xù)處理。無法獲取采樣之間的信號(hào)，這使得系統(tǒng)的帶寬也就受到了限制，這個(gè)限制雖然可由多個(gè)處理器并行處理，但本身采樣效應(yīng)所造成的限制是無法去除的。2.4本章小結(jié)處理旋變信號(hào)主要有兩大方式，模擬方式和數(shù)字方式。其中，自20世紀(jì)六十年代以來，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)日漸成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并在多項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代了傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫奶幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、綜合、估計(jì)和識(shí)別等加工處理。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。但是數(shù)字電路相對(duì)于模擬電路有著本身需要解決的問題例如計(jì)算能力的限制、軟件信號(hào)不易測(cè)量以及存在量化誤差，成本比較高，在基礎(chǔ)仿真中不容易實(shí)現(xiàn)等問題，因此我們應(yīng)該選擇在模擬方式下進(jìn)行旋變信號(hào)的處理，提高對(duì)于模擬電路的理解與應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)旋變信號(hào)的全面了解。3方案設(shè)計(jì)根據(jù)上章的分析，綜合數(shù)字方式處理旋變信號(hào)以及模擬方式旋變信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，從各項(xiàng)因素以及自身?xiàng)l件出發(fā)，本設(shè)計(jì)決定選擇模擬方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)在模擬方式處理旋變信號(hào)時(shí)，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了兩種模擬電路方案進(jìn)行比較。兩種方案有所異同，但是最終得出機(jī)械角度測(cè)量的精度以及旋變信號(hào)處理中的相位會(huì)有所不同，最后將進(jìn)行比較?？傮w來說，方案框架如下：相敏檢波波形檢測(cè)濾波以及相位補(bǔ)償電路AD轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)圖3-1整體方案框圖下面將給出本設(shè)計(jì)的兩種方案的具體電路圖3.2方案一系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了后面介紹各個(gè)部分電路的功能以及各個(gè)部分電路之間的關(guān)系，首先給出方案一的總體電路圖(圖3-2)。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)圖3-2方案一電路總圖3.21旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)模擬電路設(shè)計(jì)由于鑒幅和鑒相方式時(shí)角度位移是一個(gè)受到電角度以及系統(tǒng)電磁量的影響，因此為了消除這些模擬方式上存在誤差，在模擬旋變信號(hào)時(shí)，設(shè)定角度位移是θ,同時(shí)人為引進(jìn)變量φ,這個(gè)變量中僅僅受到人為調(diào)整，不受到系統(tǒng)其他參數(shù)的影響，因此提高了角度測(cè)量的精度。最后推導(dǎo)出的公式為：具體公式在后面推導(dǎo)，下面先給出實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)的模擬電路圖(圖學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)圖3-21旋變信號(hào)產(chǎn)生模擬電路圖可以由上圖中看出，兩個(gè)乘法器(U1和U2)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)信號(hào)相乘，其中U1的1號(hào)端口輸入的是人為給定的角度φ的正弦函數(shù)Sinφ,3號(hào)端口的輸入是SinwtCosθ,7號(hào)端口輸出的是SinwtCosθSinφ。其中U2的1號(hào)端口輸入的是人為給定的角度φ的余弦函數(shù)Cosφ,3號(hào)端口的輸入是SinwtSinθ,七號(hào)端口輸出的是SinwtSinθCosφ。特別要指出的是，由于乘法器內(nèi)部將信號(hào)衰減了10倍，因此本設(shè)計(jì)的后面放大電路將信號(hào)衰減的這10倍考慮在內(nèi)。下面給出AD633乘法器的內(nèi)部電路圖(圖3-22)。圖3-22AD633芯片內(nèi)部電路AD633是一款低成本的乘法器，它包括了一個(gè)核心的濾波器，并且連接了一個(gè)單位增益輸出，差分輸入X和Y轉(zhuǎn)換為差動(dòng)電流的電壓電流轉(zhuǎn)換器，并配置各進(jìn)R淡延進(jìn)R淡延種模擬計(jì)算功能。同時(shí)AD633是一個(gè)功能完整，四象限模擬乘法器。它包括高阻抗，差分X和Y輸入和一個(gè)高輸入阻抗總結(jié)(Z)的。低的IM-pedance輸出電壓為10伏標(biāo)稱穩(wěn)壓提供全面埋地。該AD633是第一個(gè)產(chǎn)品提供SOIC封裝，這些特征在價(jià)格適中的8引腳塑料DIP和。AD633是規(guī)模的激光校準(zhǔn)，以充分保證了總的2%的精度。輸入非線性的Y-通常小于0.1%和噪音提到了輸出通常小于100μV的帶寬有效值在10赫茲到10千赫。可以看出，乘法器AD633的公式為：兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)減法器U3以后在1號(hào)端口得到信號(hào)。經(jīng)過和差化積以后為Vua=Sin(θ-φ)Sinwt即為所要的旋變信號(hào)。3.22減法電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是由LM158構(gòu)成的單運(yùn)放基本減法電路，其電路圖如圖3-23所示。圖3-23減法電路圖該電路所用運(yùn)放LM158。它為單片高增益雙運(yùn)算放大器，可在較寬范圍的單電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓大小無關(guān)。LM158芯片引腳功能說明：1為輸出端，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接-Vcc,5為正向輸入端，6為反向輸入端，7為輸出，8接+Vcc,Vcc為電源電壓減法電路的分析和參數(shù)的設(shè)置：由基爾霍夫第一定律列電流等式有：4=L,+L,Z?=I?+?將上式用歐姆定律展開：x2R為了消除偏置電流引起的誤差，要求運(yùn)算放大器兩輸入端的外電路其總電阻必須平衡，即Vu=SinwtCosθSinp-SinwtSinθCosp=Sin(θ-φ)Sinwt3.23相敏檢波電路相敏檢波是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻能力的檢波電路。相敏檢波電路具備兩個(gè)重要特性：選頻與鑒相特性。其中，選頻特性指的是它對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的傳遞特性。以參考信號(hào)為基波，所有偶次諧波在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)衰減為基波的1/n,即信號(hào)的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對(duì)高次諧波有一定抑制作用。鑒相特性指的是輸入信號(hào)與參考信號(hào)同頻信號(hào)，但有一定相位差，即輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號(hào)與參學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)器器考信號(hào)同頻但有一定相位差時(shí)，輸出信號(hào)的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特其中，我們重點(diǎn)使用的便是相敏檢波的鑒相特性，因?yàn)橥ㄟ^檢測(cè)信號(hào)的輸出即可以得到有關(guān)于相位差的信息，由于相位差中包含了角位移的信息，因此可以從中找出角度位移。和和貨裂機(jī)沖獸等東落溫資高的要喻過敬通名之說常圖3-24相敏檢波電路可以看到，模擬的旋變信號(hào)經(jīng)過乘法器(U5)的1管腳接入，3管腳接入了一個(gè)參數(shù)已定的載波信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過乘法器相乘后接入到濾波電路。3.24濾波電路無源濾波這指的是種電路主要有無源元件R、L和C組成的濾波電路，它通過電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻(調(diào)諧濾波)狀態(tài)，給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。有源濾波指的是由集成運(yùn)放和R、C組成的濾波電路。具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。二者比較：有源濾波諧波濾除率一般只有80%,對(duì)基波的無功補(bǔ)償也是一定的。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95%以上，補(bǔ)償無功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。由于目前國際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，而且集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。所以當(dāng)前常見的有源濾波容量不超過600kvar。其運(yùn)行可靠性也不及無源濾波電路。通過比較，本設(shè)計(jì)采用的是一階RC無源濾波電路。電路圖如下3-26所示：圖3-25:一階RC無源濾波電路一階RC高通濾波器其幅頻、相頻特性如下圖3-27所示：圖3-26一階RC低通濾波幅相頻特性設(shè)濾波器的輸入電壓為e,輸出電壓為e,,電路的微分方程為：這是一個(gè)典型的一階系統(tǒng)。令T=RC,稱為時(shí)間常數(shù)，對(duì)上式取拉氏變換，有：學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)其幅頻、相頻特性公式為：p(f)=-arcig(2nft)分析可知，當(dāng)f很小時(shí)，A(f)=1,信號(hào)不受衰減的通過；當(dāng)f很大時(shí)，A(f)=0,信號(hào)完全被阻擋，不能通過。3.25反向放大電路電路如圖所示，輸入電壓通過R9作用于運(yùn)放的反向端，R8跨接在運(yùn)放的輸出端和反向段之間，同向端接地，由虛短的概念可知，Vn≈Vp=0,因此反向輸入端的電位接近于地電位，故為虛地。反向電路各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算：反相端為虛地段，即Vn=0,由虛斷的概念可知可知：由上式可知，電路的電壓增益是電阻R8和R9的比值。符號(hào)表明輸出電壓Vo與輸入電壓Vi相位相反，當(dāng)R8=R9時(shí)為反向電路，也就是說Vo=-Vi。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)圖3-27反向電路圖反向電路輸出的信號(hào)即為旋變信號(hào)的幅值的常系數(shù)，其中包含了我們需要的角度的正弦值。因此我們將此信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)然由于單片機(jī)只能進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理，所以必須得將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能送入單片機(jī)進(jìn)行處理。A/D電路即完成了信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，下面給出具體的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。它采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。ADCO808引腳功能(外部特性):1～5和26～28(INO～I(xiàn)N7):8路模擬量輸入端。8、14、15和17～21:8位數(shù)字量輸出端。6(START):A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖(至少100ns寬)使其啟動(dòng)(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換)。7(EOC):A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。9(OE):數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此10(CLK):時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。12(VREF(+))和16(VREF(-)):參考電壓輸入端的一路·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作參數(shù)：引線焊接溫度：①氣相焊接(60s):215℃;②紅外焊接(15s):220℃抗靜電強(qiáng)度：400V法的的強(qiáng)法的的強(qiáng)安法遠(yuǎn)稱通法的。的能的游形形指的0塑級(jí)獲殊密然編型梁章藍(lán)帶惑C心的定有亦空2345梁票實(shí)空指:7289圖3-28AD轉(zhuǎn)換電路3.27單片機(jī)處理電路本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)，ATMEL公司的89C51系列產(chǎn)品是近年來在我國非常流行的單片機(jī)，其主要功能如下：一個(gè)8位的微處理器；◆片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM有128B,21個(gè)特殊功能寄存器SFR;◆內(nèi)程序存儲(chǔ)器FlashROM有4KB;可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB◆可尋址片外64KB的RAM;◆4個(gè)8位并行I/0接口(PO—P3);一個(gè)全雙工通用異步串行接口UART;◆兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；◆五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)；◆具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能；◆片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。PO:PO口是一組8位漏極開路型雙向I/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FIash編程時(shí)，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。P2:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容),在整個(gè)訪問期間不P3:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)控制信號(hào)。使單片機(jī)復(fù)位。輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。如有必要，可通過才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩VPP外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H—FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接VCC端),CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。事指超的事指超的安黑事中照陸集集29235684,圖3-29單片機(jī)電路3.28顯示電路本設(shè)計(jì)采用的顯示模塊是LCD1602,它有體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這種字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等。第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：VO為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：指令1:清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D:光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。低電平表示關(guān)顯示C:控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示標(biāo)B:控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5:光標(biāo)或顯示移位S/C:高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光指令6:功能設(shè)置命令DL:高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N:低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電位總線)。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令9:讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF:為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。圖3-30LCD1602與單片機(jī)接口電路3.3方案二介紹方案二采用的是在模擬旋變信號(hào)信號(hào)時(shí)，對(duì)旋變信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償方式的信號(hào)模擬，同方案一比較而言，方案二在前面乘法器合成機(jī)械角度θ與人為給定的角度中合成信號(hào)V=Sin(θ-φ)Sinwt的電路是一樣的，最主要的不同是在處理合成信號(hào)的電路部分，方案二采用的是另一種思想進(jìn)行對(duì)合成信號(hào)中的載波信號(hào)進(jìn)行處理，該方案采用的是給出兩個(gè)載波濾波兩次，最后補(bǔ)償相位以后濾波得到的電壓值就是包含機(jī)械角度的電壓值，之后進(jìn)行送入AD以及單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將處理的數(shù)據(jù)再顯示出來。需要指出的是，方案二在最后處理角度信號(hào)的電路也是完全相同的。為了節(jié)約時(shí)間與不必要的冗余篇章，方案二只重點(diǎn)介紹方案一中沒有的和不同的電路部分。3.31方案二設(shè)計(jì)同介紹方案一類似，為了后面介紹各個(gè)部分電路的功能以及各個(gè)部分電路之間的關(guān)系，首先給出方案一的總體電路圖。圖3-31方案二整體電路圖3.31濾波電路在第二次濾波的時(shí)候(此次濾波要濾去的是乘法器U1和U2中的載波)方案二采用的不是簡單的RC無源濾波方式，本方案采用的是有源濾波方式，因?yàn)榉桨付捎玫挠性雌骷^多，采用有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95%以上，補(bǔ)償無功細(xì)致。相對(duì)于無源濾波缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)道照言然然意照常道照言然然意照常然泌在進(jìn)x喻最延酒法酒照a老器的,器出公盛公器官公管道籍形或過的項(xiàng)的常過器君喻言河最過難有常v道票有喻愛道的然喻最的短喻盛將R12二G:北26T1寫粥|為淵溜課然圖3-32濾波電路口上。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)事6分和不形度惡不溶容容密浴意名密浴唐定常猶度定常形意便路……………亦容薄受的答謂f深物通地和悲W酒容的通答婭煙雙軌種法控6猶法花熱道流器體過謂旗排準(zhǔn)的指懷游時(shí)旗法過猶亦林清44以R61然過猶T4器然然過猶T4器然道的袋-斯知指度受::流然斯棗圖型3在2然然名十寸講解講解夢(mèng)分利用虛地和虛斷的概念：我們可以得到，運(yùn)放的正負(fù)輸入端電壓為零，電流為零，因此流過電阻R91的電流等于流過電容C15的電流，電容器C51通過流經(jīng)它的電流進(jìn)行充電。假設(shè)電容器的初始電壓為零，則：由上式可知，輸出電壓V為輸入電壓Vi對(duì)時(shí)間的積分，負(fù)號(hào)表示他們相位是相反的?？梢钥吹?，我們輸入是一個(gè)正弦信號(hào)，所以相位將會(huì)由于積分變成余弦信號(hào)，達(dá)到了補(bǔ)償相位的作用。這種電路經(jīng)常應(yīng)用于掃描電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路或者模擬運(yùn)算器等。3.4方案一與方案二比較選擇通過前面闡述兩種方案的詳細(xì)電路分析可知，方案一電路簡單，元器件少，不用考慮旋變信號(hào)的相位變化，相對(duì)于方案二來說容易實(shí)現(xiàn)。方案二通過兩次濾波以及補(bǔ)償相位進(jìn)行旋變信號(hào)處理，這種方案適合于信號(hào)復(fù)雜，且要求精度高的要求下適用，同時(shí)，方案二存在相位補(bǔ)償電路可以手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，適合一些需要旋變信號(hào)變化的場(chǎng)合，當(dāng)然，由于方案二減少了無源器件，使得干擾相對(duì)于方案一較少。綜上所述，由于本設(shè)計(jì)采用的是基本的正余弦信號(hào)進(jìn)行模擬旋變信號(hào)，且要求電路簡單易實(shí)現(xiàn)，最后選擇方案一為最終決定的方案。3.5本章小結(jié)在模擬方式下進(jìn)行旋變信號(hào)的處理，本章進(jìn)行了兩種方式的設(shè)計(jì)與比較，在設(shè)計(jì)時(shí)候兩種方式在局部電路相同，但是在處理發(fā)出的旋變信號(hào)時(shí)候方式一直接進(jìn)行一次載波相敏檢波，方式二進(jìn)行的是兩次載波相位補(bǔ)償后進(jìn)行相敏檢波，兩種方式各有優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，方式一因?yàn)槠潆娐泛唵?，元器件少易于仿真與調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)最終在與方式二的比對(duì)中，我們把它作為最終的方案進(jìn)行調(diào)試。4靜態(tài)調(diào)試該部分通過基本的波形顯示與數(shù)據(jù)計(jì)算闡述了旋變信號(hào)的處理過程，分成各個(gè)重要電路的輸出信號(hào)分析，由于在第三章已經(jīng)分析了各個(gè)部分電路的功能以及計(jì)算推導(dǎo)過程，因此靜態(tài)分析時(shí)給出的數(shù)據(jù)分析4.1方案一靜態(tài)調(diào)試當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ為定值轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不防設(shè)θ為80°,可調(diào)φ初始值設(shè)為的頻率設(shè)為1k,幅值為10,4.11模擬旋變信號(hào)模擬信號(hào)經(jīng)乘法器相乘后輸出為：V?=sincotsin80°cos45”該輸出波形見圖4-11中的A通道以及B通道所示。4.12減法電路輸出信號(hào)模擬旋變信號(hào)的輸出接入減法電路后，進(jìn)行減法計(jì)算，在電路中設(shè)RI=R,=8k,R2=R3=10k,能夠?qū)崿F(xiàn)其減法運(yùn)算功能。經(jīng)過減法電路的表達(dá)輸出波形如圖4-12中的C通道所示。DigitalOscillo12824mV所圖4.12:波形圖4.13相敏檢波電路調(diào)試相敏檢波電路的調(diào)試主要是為了濾去載波，得到我們想要的包含機(jī)械角度的直流分量，并將它送至下一個(gè)電路所以在靜態(tài)時(shí)候，我們分析一下情況：在乘法器給入的解調(diào)信號(hào)的頻率不能大于載波信號(hào)1/10的頻率。經(jīng)相敏檢波后輸出信號(hào)的表達(dá)式為：=-5sinotsin(80°-45°)+5sinotsi式中sinoot為載波信號(hào)，頻率設(shè)為1K,幅值是10V。乘法器輸出電壓中包含的低頻分量-5sinotsin(80”-45“)及2oot的高頻分量。后者經(jīng)低通濾波器濾除。通過乘法器后的波形如圖4-13中的A通道所示，濾波后的波形B通道所示。學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)pvzZ?mV2.27mV圖4-13相敏檢波波形4.14反向放大電路由于為了單片機(jī)處理數(shù)字信號(hào)，我們通過用兩次反向放大電路實(shí)現(xiàn)了電壓信號(hào)為正值以及將其放大到0-5v以內(nèi)，這樣在后續(xù)的單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的時(shí)候方便容為了方便比對(duì)，我們將反向放大電路的輸入直流信號(hào)接入示波器A通道，如第一個(gè)反向放大器中信號(hào)通過電阻R4加至運(yùn)放的反相輸入端，輸出電壓通過反饋電阻R5反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。R6為平衡電阻應(yīng)滿足R6=R4//R5。利用虛短和虛斷的概念進(jìn)行分析，V,=0,Vx根據(jù)反相放大的原理可知：放大倍數(shù)A?=R5/R4,R4=(R4×R5)/(R4+R5)放大10倍即可。故設(shè)R6=10k,R5=1k,此時(shí),經(jīng)放大電路后表達(dá)式為：V=-10sinotsin(80°-45“),其波形如圖4-14中B通道所示。實(shí)學(xué)士學(xué)位(論文)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位(論文)際放大倍數(shù)為：設(shè)計(jì)要求。倍，跟理論相差0.3,在誤差范圍內(nèi)，滿足第二個(gè)反向放大電路基本原理和第一個(gè)完全相同，它的設(shè)立完全是為了使電壓值為正值而加設(shè)的電路，所以設(shè)置的阻值為R8=R9=10K,在調(diào)試的時(shí)候由于元器件的損耗，可以適當(dāng)減少R8,以抵消元器件的電壓消耗。它的輸出見圖4-14BB圖4-14反向放大電路4.15電壓信號(hào)處理電路反向放大后的電路接入AD轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號(hào)，再將其送入單片機(jī)進(jìn)行反正弦計(jì)算，求出的角度值顯示在LCD上，這部分不存在波形，只涉及簡單的三角計(jì)算，就不詳細(xì)描述。下面給出最后處理后的顯示結(jié)果。見圖4-15.旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理硬件設(shè)計(jì)圖4-15最終結(jié)果顯示圖4.2方案二靜態(tài)調(diào)試同方案一一樣，假設(shè)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ為定值轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不防設(shè)θ為80”,可調(diào)φ初始值設(shè)為45°,sinot的頻率設(shè)為1k,幅值為10V由于很多方案二的電路和方案一一樣(模擬旋變信號(hào)，減法電路，相敏檢波電路，反向放大電路電路),在這里就不一一進(jìn)行敘述，下面給出方案二中同方案一相比不同的電路(積分相位補(bǔ)償電路，濾波電路)的波形圖以及數(shù)據(jù)處理。4.21積分相位補(bǔ)償電路B通道表示的是調(diào)制波被包含在載波中的波形，在經(jīng)過RC低通濾波以后，C通信號(hào)相對(duì)于A通道的信號(hào)明顯有一個(gè)相位差，這個(gè)相位差是由于電容造成的，在經(jīng)過了積分電路以后，D通道顯示的信號(hào)已經(jīng)在相位上同A信號(hào)相同，這也就意味著，已經(jīng)將輸出波形補(bǔ)償為第一個(gè)載波信號(hào)的形式，于是我們可以進(jìn)行下一步濾學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)圖4-21相位補(bǔ)償電路波形圖4.22濾波電路載波信號(hào)sinoot濾掉，其電路圖如圖21所示。電容的容量不易超過luF,因大容量的電容器體積大，價(jià)格高，應(yīng)盡量避免使用。截止頻率應(yīng)該大于調(diào)制信號(hào)，小于載波頻率的1/10,故取C111=C22=0.luF,1kΩ<R1=R5<1MΩ,R20=3.14×R7=3.14×1.6k圖所示。理論輸出的最大電壓為V=-5×0.26≈1.3V,實(shí)際輸出最大電壓為學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)1.37V,誤差為0.07V。經(jīng)濾波后就是一個(gè)直流信號(hào)，表達(dá)式為：V=2.5sin(60°-45”)。這一直流山和和國山和和國圖4-22濾波波形圖4.3本章小結(jié)學(xué)士學(xué)位(論文)學(xué)士學(xué)位(論文)重要的調(diào)試方面?？傮w上來說最終調(diào)試的結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果，使得后面的功能實(shí)現(xiàn)提供了良好的保障。本設(shè)計(jì)通過比較多種方案，在對(duì)數(shù)字方式以及模擬方式下的旋變信號(hào)處理方法做了詳細(xì)介紹，最后采取的是一種簡單易操作的模擬方式實(shí)現(xiàn)了旋變信號(hào)的處理，這種方式采用了基本的模擬器件進(jìn)行模擬旋變信號(hào)，并且用基本運(yùn)放等組成的相敏檢波以及濾波等電路處理旋變信號(hào)，在模擬旋變信號(hào)的角度信號(hào)被轉(zhuǎn)變成包含機(jī)械角度的電壓信號(hào)的時(shí)候，采用AD轉(zhuǎn)換將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。最終采用的電壓信號(hào)處理器是標(biāo)準(zhǔn)AT89C51單片機(jī)。顯示單元?jiǎng)t采用了LCD1602。在調(diào)試仿真的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)預(yù)期的波形不能達(dá)到要求，因此就必須進(jìn)行參數(shù)修改，進(jìn)行反復(fù)比對(duì)調(diào)試，比如相位補(bǔ)償電路中，我們的相位在剛開始沒有補(bǔ)償?shù)脚c相敏檢波之前的信號(hào)一致，因此我們必須參照理論電路知識(shí)修改其中電容與電阻的值，在修改了以后再測(cè)試波形，直至達(dá)到要求。通過一學(xué)期的努力，在指導(dǎo)老師的幫助之下，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成。通過一個(gè)學(xué)期的設(shè)計(jì)，我對(duì)旋變信號(hào)處理以及單片機(jī)有了更深的體會(huì)。我了解和掌握了一些硬件連接與設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。通過這次的設(shè)計(jì)，對(duì)模擬電路以及整個(gè)信號(hào)處理的基本方式有更深的理解，對(duì)許多基本芯片的各個(gè)管腳功能的理解也加深了，以及在各個(gè)電路功能以及管腳的連接方法方面都能向前邁了一大步。這次的課程設(shè)計(jì)讓我把所學(xué)到的模電數(shù)點(diǎn)以及單片機(jī)理論知識(shí)用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相結(jié)合，從中更懂得理論的是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐有能檢驗(yàn)理論的正確性，讓我受譽(yù)非淺，對(duì)我以后參加工作或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助和影響。5.2展望由于使用的是以模擬原件作為核心的旋變信號(hào)產(chǎn)生與處理的電路設(shè)計(jì)，使得電路的可靠性比較高，成本比較低，而且可以在許多基礎(chǔ)軟件上進(jìn)行調(diào)試仿真，能夠迅速得到實(shí)時(shí)模擬的機(jī)械角度。但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如單片處理浮點(diǎn)數(shù)的速度不夠迅速，以及模擬電路信號(hào)的處理上不能達(dá)到專用芯片的快速，以及輸出的處理旋變信號(hào)后輸出的電壓信號(hào)沒有專用芯學(xué)士學(xué)位(論文)致謝四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對(duì)我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去?；厥姿哪?，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師四年來對(duì)我孜孜不倦的教誨，對(duì)我成長的關(guān)心和愛護(hù)。學(xué)友情深，情同兄妹。三年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)與培育。最后，我要特別感謝萬文