一種新穎的位置角檢測(cè)電路
黃聲華 萬(wàn)山明 傅光潔 （華中理工大學(xué)武漢430074）
1引言
在伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，高性能的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置一般分光電式和電磁感應(yīng)式兩種，而光電式又分增量式光電編碼器和****式光電編碼器，它們的優(yōu)點(diǎn)是能簡(jiǎn)單地檢測(cè)出位置，但缺點(diǎn)是容易受電氣噪聲的影響，操作麻煩。利用電磁感應(yīng)原理的旋轉(zhuǎn)變壓器（以下簡(jiǎn)稱旋變）作為一種模擬式測(cè)角元件，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)闄z測(cè)器和伺服驅(qū)動(dòng)之間傳送的信號(hào)是低頻正弦波，所以不易受噪聲的影響。隨著數(shù)字化檢測(cè)方法的不同，位置分辨率也可以變化。一般的測(cè)角電路，僅能處理一個(gè)位置角，我們研制出的這種測(cè)角電路，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，而且可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)位置角，該電路已成功應(yīng)用于研制出的一套三自由度伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中。
2旋變的常用工作方式及原理
2.1常用工作方式
在系統(tǒng)中，可以采用空間正交的兩相分段繞組激磁，由單相連續(xù)繞組輸出信號(hào)，也可以采用單相連續(xù)繞組激磁，由正交的兩相分段繞組輸出信號(hào)。按照機(jī)械位置變換成電壓幅值形式或相位形式的不同，又可以分為鑒幅及鑒相兩種運(yùn)行方式，激磁電壓和電流的波形可以是正弦波，也可以是矩形波。調(diào)幅式具有精度高．抗干擾性好的優(yōu)惠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，因此采用鑒相方式。2.2兩相激磁鑒相運(yùn)行方式的原理
設(shè)兩相繞組激磁電壓為ua、ub，其對(duì)單相繞組****磁鏈，單相繞組感應(yīng)電勢(shì)為：
式中α為單相繞組與a相繞組導(dǎo)體中心線的夾角，ω為激磁電壓角頻率，由于α的變化率相對(duì)激磁頻率很小，因此dα/dt=0。
采用正弦波勵(lì)磁時(shí)，取ua=umcosωt，ub=umsinωt則
為了簡(jiǎn)化電源，也可采用矩形波勵(lì)磁，用傅利葉級(jí)數(shù)表示的勵(lì)磁電壓為：
可以看到，諧波電勢(shì)幅值與基波電勢(shì)一樣大小，因此，必須進(jìn)行有效的濾波，濾去諧波，才能進(jìn)行鑒相，取得與正弦波勵(lì)磁同樣的效果。
3同時(shí)檢測(cè)多個(gè)角的電路
這種檢測(cè)電路采用矩形波勵(lì)磁，因?yàn)樗粌H可以省去產(chǎn)生兩相嚴(yán)格正交正弦波的麻煩，而且還可保證多個(gè)位置角檢測(cè)的同步性，該電路框圖如圖1所示。
計(jì)數(shù)器部分采用了4片同步2進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161，使理論精度可達(dá)16位，但考慮到刷新時(shí)間的限制，只用其中的14位數(shù)據(jù)線。74ls161有兩個(gè)使能端t和p，由于僅當(dāng)t、p和4位數(shù)據(jù)位均為1時(shí)，進(jìn)位輸出c才為1，因此，可將t，p直接連到上級(jí)的進(jìn)位輸出端c上，如圖2所示。
由于同步計(jì)數(shù)器中各個(gè)觸發(fā)器用同一個(gè)脈沖源進(jìn)行觸發(fā)，使觸發(fā)器狀態(tài)韻改變與****的脈沖源同步，因此消除了異步計(jì)數(shù)器可能產(chǎn)生的毛刺誤差，同時(shí)又可以保證各個(gè)位置角檢測(cè)的同步性。
計(jì)數(shù)器****2位的信號(hào)異或之后即產(chǎn)生與****位相移90度的方波，這兩路方波與一固定的電平比較，產(chǎn)生具有正負(fù)幅值的矩形波，經(jīng)過(guò)限幅后即可直接作為勵(lì)磁信號(hào)。
濾波器采用巴特沃斯( butterworth)二階低通濾波器，它的特點(diǎn)是頻率在轉(zhuǎn)折頻率之前的信號(hào)可以原樣通過(guò)濾波器，而其它信號(hào)則以-40db/10倍頻的幅度衰減。另外，低通濾波器對(duì)參數(shù)的選擇要求不高，這樣避免了采用帶通濾波器帶未的參數(shù)選擇的困難。
濾波后產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)正弦波通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路，在斜率為正的過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生正躍變，作為位置角鎖存信號(hào)，采用兩片74ls374即可鎖存全部數(shù)據(jù)，濾波器和過(guò)零檢測(cè)電路如圖3所示。
由于位置角數(shù)據(jù)全部用硬件產(chǎn)生，因此 的測(cè)角子程序如下：軟件編程相當(dāng)簡(jiǎn)單，采用8098匯編語(yǔ)言編程
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