雙通道多極旋轉變壓器一數字轉換器的設計與實現
徐大林1,2，廖良闖2，高文政2，黃慶安1
(1東南大學，江蘇南京210096；2江蘇自動化研究所，江蘇連云港222006)
摘要：分析了雙通道多極轉變壓器一數字轉換器的組成及原理，應用數字化過采樣技術、閉環跟蹤解算算法組合糾錯算法，設計實現了一種全數字型雙通道多極rdc轉換器，轉換精度高、結構簡單、成本低。
關鍵詞：全數字型；雙通道多極旋轉變壓器；組合糾錯；dsp
中圖分類號：tm383．2 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0027—03
0引言
雙通道多極旋轉變壓器一數字轉換器(以下簡稱雙通道多極rdc)作為一種高精度、高可靠性的軸角測量儀器，具有測量精度高、結構簡單、運行可靠的特點，主要應用于高精度、高可靠性的控制測量領域，諸如航天、航空、機器人控制、大型數控機床等。
雙通道多極旋轉變壓器數字轉換系統一般由測角元件和解算電路兩部分組成。測角元件采用雙通道多極旋轉變壓器，而解算電路的實現方式目前主要有以下三種：
(1)分立元件搭建的純硬件實現電路，結構復雜，體積大；
(2)專用rdc芯片加組合電路，成本高(萬元)；
(3)a／d轉換加軟件三角法查表解算、組合，精度低。本文采用一種雙通道多極rdc的全數字式實現方案，較少的外圍電路元件完成信號調理，而其他功能部分全部由dsp利用數字處理方式實現，具有成本低(千元)、精度高、可擴展性好等優點。
1構成與基本原理
雙通道多極旋轉變壓器一數字轉換系統的總體功能是實現電氣模擬角度0到數字角度p的轉換，系統組成框圖如圖1所示，主要由雙通道多極旋轉變壓器、調理電路和dsp控制器組成：其基本原理是：雙通道多極旋轉變壓器的粗精兩路信號經過信號調理電路轉換成正、余弦信號，再由dsp控制器對兩路四通道模擬信號進行同步a／d采樣，然后采用軟件r／d算法分別解算出粗精兩路的數字角度值，最后對粗精角度值進行組合、糾錯，并輸出并行二進制數字量。
2設計與實現
2.1設計
雙通道多極rdc系統結構簡單，主要由調理電 路和dsp組成。
(1)調理電路
旋轉變壓器輸出信號需經調理電路的比例放大、電平搬移、濾波，使模擬輸入滿足a／d轉換的動態范圍，同時疊加入三角波信號，其信號調理電路如圖2所示。其中r6和c3組成rc高頻濾波，電容留c2對運放起穩定作用，并對高頻信號進行濾波。
(2)dsp控制器
系統中的大部分功能全部由dsp完成,編寫dsp軟件程序,主要實現a/d轉換,r/d角度解算,角度數據雙速組合,糾錯處理和數據輸出功能,其總體軟件流程圖如圖3所示.
其中三角波生成[1]如下:利用pwm脈寬調制輸出加上模擬積分器來生成,具體流程如圖4所示.
2．2實現方法
2．2 1 r／d解算算法
常用的r／d解算算法[2]主要有三角法和角度跟蹤檢測法。三角法是通過求正、余弦信號的反正切函數值，并通過對象限的判斷求出該角度值，由于反正切函數值往往通過查表或函數逼近法近似求得，故誤差較大。而角度跟蹤檢測法是利用二階pi控制器的回饋閉環不斷更新誤差值，減小跟蹤誤差，使模擬角度和數字角度在我們要求的精度范圍內相等，從而實現了模擬角度到數字角度的轉換，具有自適應、解算精度高等優點。
同時根據實際應用需求，雙通道多極rdc轉換系統除了輸出高精度外，還需具備：1)具有角位移速度量輸出；2)系統的速度誤差為o，即跟蹤輸入角θ勻速轉動時，φ角仍能保證****有效位的轉換精度。綜上，閉環系統模 |
