高精度定角脈沖產(chǎn)生方法研究

葉明 聶宜云

摘要：使用定角測(cè)時(shí)法進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)速率精度檢測(cè)時(shí)，定角脈沖信號(hào)是關(guān)鍵信號(hào)，其精度直接影響檢測(cè)結(jié)果。轉(zhuǎn)臺(tái)現(xiàn)有定角脈沖發(fā)生裝置未考慮位置誤差的影響，為此提出一種提高定角脈沖精度的方法，利用位置誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)對(duì)定角脈沖產(chǎn)生的位置進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)驗(yàn)證方法可行且有效。此方法無(wú)論對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)速率精度測(cè)試還是對(duì)與定角脈沖相關(guān)的其他測(cè)試都具有重要意義。

關(guān)鍵詞：定角脈沖;定角測(cè)時(shí);速率精度;轉(zhuǎn)臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

陀螺儀表的測(cè)試與標(biāo)定過(guò)程需要轉(zhuǎn)臺(tái)提供高精度速率基準(zhǔn)[1]，轉(zhuǎn)臺(tái)的速率精度和速率平穩(wěn)性指標(biāo)高低直接影響被測(cè)試與標(biāo)定的陀螺儀標(biāo)的精度[2]。定角的角度信號(hào)（簡(jiǎn)稱定角脈沖）輸出是轉(zhuǎn)臺(tái)速率性能測(cè)試的主要信號(hào)，依據(jù)GJB1801慣性技術(shù)測(cè)試設(shè)備主要性能試驗(yàn)方法，轉(zhuǎn)臺(tái)速率精度的試驗(yàn)方法有兩種（定時(shí)測(cè)角法和定角測(cè)時(shí)法[3]），其中定角測(cè)時(shí)法需要轉(zhuǎn)臺(tái)提供定角脈沖，通過(guò)測(cè)量定角脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)標(biāo)定速率精度和速率平穩(wěn)性，可見(jiàn)定角脈沖的精度將直接影響速率檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性;另一方面，有些慣性器件的測(cè)試過(guò)程需要轉(zhuǎn)臺(tái)能夠提供高精度的定角度脈沖輸出用以同步采集其產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而標(biāo)定其產(chǎn)品的相關(guān)性能。由此可見(jiàn)，提高定角脈沖產(chǎn)生精度無(wú)論對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)自身的性能測(cè)試還是對(duì)與定角脈沖相關(guān)的其他測(cè)試都具有重要意義。

1 原有定角脈沖產(chǎn)生原理

常用的角位移傳感器有感應(yīng)同步器[4]和碼盤。在基于感應(yīng)同步器的測(cè)角系統(tǒng)中，使用鑒幅方式[5]不便于設(shè)計(jì)定角脈沖電路，使用鑒相方式[6]可以產(chǎn)生較高精度定角脈沖[7]，但隨著碼盤技術(shù)的提升和成本的下降，使得碼盤成為主流的角位置傳感器?；诖a盤的定角脈沖生成主要有兩種方式：一種方式是按指定角度間隔換算出碼盤計(jì)數(shù)值，通過(guò)專用計(jì)數(shù)模塊對(duì)走過(guò)角度進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到指定值時(shí)，硬件模塊立即產(chǎn)生定角脈沖輸出，這種實(shí)現(xiàn)方式主要應(yīng)用于以增量式碼盤為角位置傳感器的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)中，原理框圖如圖1所示。

碼盤的AB信號(hào)接入LS7566的相應(yīng)通道，工作在正交X4計(jì)數(shù)、模N方式（N的大小可以任意設(shè)置，如需要每10°產(chǎn)生一個(gè)定角脈沖，N=10°對(duì)應(yīng)的count數(shù)），用來(lái)產(chǎn)生定角度脈沖，定角度脈沖在相應(yīng)通道的FLGa上輸出。配置FLGa在“比較”及“借位”上均產(chǎn)生標(biāo)志脈沖，以滿足正/負(fù)兩個(gè)方向上產(chǎn)生定角度脈沖。FLGa方式設(shè)置為鎖存方式，產(chǎn)生一個(gè)定角脈沖，F(xiàn)LGa由高電平跳變到低電平并鎖存在低電平，當(dāng)清除“比較”及“借位”標(biāo)志后，F(xiàn)LGa由低電平變到高電平，允許下次脈沖產(chǎn)生。

另一種方式是在定時(shí)中斷中依據(jù)當(dāng)前角度實(shí)時(shí)解算產(chǎn)生定角脈沖，需要額外的硬件模塊支持。具體算法是在定時(shí)中斷中檢測(cè)當(dāng)前角度，當(dāng)角度未達(dá)到需要發(fā)脈沖的指定角度，而在下一個(gè)定時(shí)中斷將超過(guò)需要發(fā)脈沖的指定角度時(shí)，計(jì)算角度差值和當(dāng)前速率，解算出延遲發(fā)送脈沖的時(shí)間，設(shè)置延遲發(fā)送脈沖硬件模塊，延遲輸出脈沖。這種實(shí)現(xiàn)方式主要應(yīng)用于以絕對(duì)式碼盤為角位置傳感器的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)中。

以上兩種基于碼盤的定角脈沖實(shí)現(xiàn)方法均未考慮位置精度誤差因素，產(chǎn)生的定角脈沖存在一定的誤差。

2 高精度定角脈沖產(chǎn)生原理

為進(jìn)一步提高定角脈沖的精度，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，對(duì)定角脈沖的生成算法進(jìn)行了改進(jìn)，消除位置誤差對(duì)定角脈沖精度的影響，原理框圖如圖2所示。

DSP精密運(yùn)動(dòng)控制器采用TI公司的TMS320C32芯片作為主控器件，完成數(shù)據(jù)處理功能，采用LS7566芯片對(duì)碼盤脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)[8]和產(chǎn)生定角脈沖，兩者之間通過(guò)DSP的總線完成數(shù)據(jù)通信[9]。采用IDT7006雙端口RAM芯片實(shí)現(xiàn)DSP精密運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)的通信。與現(xiàn)有定角脈沖產(chǎn)生方式不同的是，算法中增加了兩個(gè)輸入模塊，其中，當(dāng)前角度模塊實(shí)現(xiàn)當(dāng)前角度的實(shí)時(shí)讀取，補(bǔ)償數(shù)據(jù)表模塊存放角度位置誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，補(bǔ)償數(shù)據(jù)通過(guò)諧波分析的方法確定，將圓周360°均分為36000個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，即每個(gè)補(bǔ)償步距為0.1°。

DSP精密運(yùn)動(dòng)控制器收到定角脈沖啟動(dòng)命令后，將命令解析并提取出定角度間隔參數(shù)值，記錄當(dāng)前角度值，標(biāo)記為角度1（如圖3所示），依據(jù)定角脈沖間隔值求出下一期望產(chǎn)生定角脈沖的角度值，標(biāo)記為角度2（如圖3所示），在補(bǔ)償表中查找角度1和角度2各自的左右相鄰角補(bǔ)償值，經(jīng)一階線性插補(bǔ)算法[10]解算出角度1和角度2的誤差修正值，通過(guò)兩個(gè)角度誤差修正值求出下一個(gè)定角脈沖產(chǎn)生位置需要走過(guò)的修正后的角度計(jì)數(shù)值，標(biāo)記為定角間隔修正計(jì)數(shù)值，將此值寫入計(jì)數(shù)模塊LS7566的PR寄存器，當(dāng)計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)達(dá)到定角間隔修正計(jì)數(shù)值時(shí)產(chǎn)生定角脈沖輸出。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

將此定角脈沖產(chǎn)生方法應(yīng)用在920E型單軸位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)上，進(jìn)行了0.1（°）/s，0.5（°）/s，1.0（°）/s，5.0（°）/s，50.0（°）/s速率精度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，繪制曲線如圖4所示。

按國(guó)軍標(biāo)GJB1801要求，速率V<1（°）/s使用1°定角脈沖，1（°）s≤V<10（°）/s使用10°定角脈沖，V≥10（°）/s使用360°定角脈沖。經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，在50（°）/s速率精度測(cè)試時(shí)，兩種算法的測(cè)試結(jié)果相近，這是因?yàn)樵撍俾庶c(diǎn)使用360°定角脈沖，兩種算法都不受系統(tǒng)綜合位置誤差影響，而在其他非整圈定角脈沖的測(cè)試中，都得到了較好的效果。

4 結(jié)論

本文論述的采用對(duì)定角度間隔按絕對(duì)角度進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，由硬件?jì)數(shù)并產(chǎn)生定角脈沖，消除了系統(tǒng)綜合位置誤差對(duì)定角脈沖精度的影響，提高了定角脈沖精度，在轉(zhuǎn)臺(tái)的角速率精度檢測(cè)以及與定角脈沖相關(guān)的其他測(cè)試方面都具有重要意義。

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