多極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角原理及實(shí)現(xiàn)方法

王星民，郭盛杰

(國(guó)營(yíng)第785廠，山西太原 030024)

0 引言

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密角度測(cè)量裝置，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子變化的信號(hào)元件，具有高低溫性能好、抗振沖能力強(qiáng)、工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［1］。

為了提高測(cè)角精度，目前常用多極旋轉(zhuǎn)變壓器粗精示機(jī)構(gòu)組合的方法。實(shí)現(xiàn)多極旋轉(zhuǎn)變壓器粗精示組合的方法有兩類:一類由硬件實(shí)現(xiàn)，另一類由軟件實(shí)現(xiàn)。本文介紹一種工程實(shí)用的由軟件實(shí)現(xiàn)多極旋轉(zhuǎn)變壓器軸角粗、精示機(jī)構(gòu)組合的方法。

1 粗、精示機(jī)構(gòu)組合原理

粗、精機(jī)構(gòu)組合的含義是粗示機(jī)構(gòu)軸角轉(zhuǎn)過(guò)1圈時(shí)，精示機(jī)構(gòu)軸角則轉(zhuǎn)過(guò)n圈。即由粗示確定軸角的粗略，由精示確定軸角的精確位置，粗精角組合得到真實(shí)的機(jī)械軸角［3］。

如圖1所示，多極旋轉(zhuǎn)變壓器輸入的正弦激磁信號(hào)為E，當(dāng)精示軸角θ精與粗示軸角 θ粗之間速比為n∶1時(shí)，則電信號(hào)相當(dāng)于Ucs、Ucc(粗示正弦，粗示余弦)以360°為一個(gè)周期，而Ujs、Ujc(精示正弦，精示余弦)信號(hào)則以360°/n為一個(gè)周期，如圖2所示。根據(jù)圖2，可對(duì)多極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角組合。先將0°～360°劃分為n個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間360°/n，真實(shí)軸角落入哪個(gè)區(qū)間，可有Ucs、Ucc計(jì)算出 θc得到，再由 Ujs、Ujc計(jì)算出θj得到所在區(qū)間的精確值［2］。具體組合方法:θc只取“整數(shù)”部分，θj取“小數(shù)”部分。組合后的軸角為:

2 實(shí)現(xiàn)方法

2.1 硬件設(shè)計(jì)

多極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角裝置硬件由正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、激磁電路、粗精示機(jī)構(gòu)、A/D變換器、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成［3］。電路框圖如圖3所示。

圖1 粗、精示機(jī)構(gòu)

圖2 粗、精示UcUj對(duì)應(yīng)的波形

圖3 多極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角裝置電路框圖

2.2 數(shù)學(xué)處理方法

(1)粗精合并數(shù)字處理方法

激磁信號(hào)為正弦波，當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)過(guò)角度為θ時(shí)，則其輸出正弦和余弦電壓為:

Ucs、Ucc、Ujs、Ujc電壓經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，送入計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)下述數(shù)學(xué)方法求得 θc和θj。最終的機(jī)械角度θ由θc、θj通過(guò)式(1)計(jì)算得到。

(2)粗示角度θc及精示角度θj數(shù)學(xué)處理方法

為了提高計(jì)算精度，正切值只計(jì)算出0°～45°的范圍，為此將360°分為8個(gè)象限，每個(gè)象限為45°角度范圍。象限劃分如圖4所示:

圖4 象限劃分

象限用二進(jìn)制表示，即000－111表示1－8個(gè)象限，按表1判斷相應(yīng)象限。計(jì)算機(jī)根據(jù)sinθ和cosθ的極性及絕對(duì)值大小確定機(jī)械轉(zhuǎn)角的象限再加上的角度，即為機(jī)械角度值。即:

表1 象限數(shù)字值確定方法

θ(*)=45*k+θ，其中k為象限數(shù)字值。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，可以很容易得出軸角粗精示組合的程序流程(見(jiàn)圖5)。

圖5 軸角粗精示組合流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)多極旋轉(zhuǎn)變壓器粗精示組合的方法完成角度測(cè)量，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。因此，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本人設(shè)計(jì)的多極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角裝置，已在某數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。

［1］郭慶鼎，孫寶標(biāo)，王麗梅.現(xiàn)代永磁電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［2］盧志剛，吳杰，吳潮.數(shù)字伺服控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］張莉松，胡祐得，徐立新.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2008.