自整角機(jī)和數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)與誤差分析
楊 波
（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電分院，廣東佛山528000）
摘要：介紹了自整角機(jī)／數(shù)字轉(zhuǎn)換器原理與構(gòu)成，以及自整角機(jī)／數(shù)字轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)。分析了激勵(lì)信號(hào)諧波失真、激勵(lì)信號(hào)與信號(hào)之間相移所帶來(lái)的誤差。
關(guān)鍵詞：自整角機(jī)／數(shù)字轉(zhuǎn)換器．伺服系統(tǒng)i誤差分析
中圖分類(lèi)號(hào)：tm383.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)02-0006-02
1 引 言
自整角機(jī)是目前最精確、最可靠的軸位模擬傳感器[1]，廣泛用于航空、航天、航海等各種控制系統(tǒng)，如雷達(dá)定向、導(dǎo)航、座標(biāo)變換、火炮控制、機(jī)床控制系統(tǒng)等。傳統(tǒng)上，自整角機(jī)輸出的模擬信號(hào)由采樣保持電路經(jīng)a／d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再由計(jì)算機(jī)電路進(jìn)行處理計(jì)算確定軸角位置，這種開(kāi)環(huán)式的檢測(cè)處理方法，使得整個(gè)系統(tǒng)的分辨率、****精度都非常低，尤其是跟蹤速度非常低，根本無(wú)法滿(mǎn)足高速高精度應(yīng)用場(chǎng)合。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出一種基于二階伺服原理的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，這個(gè)電路和自整角機(jī)一樣能在很寬的溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊環(huán)境下正常工作，使自整角機(jī)可以充分發(fā)揮它的作用。
2工作原理
2.1基本原理
自整角機(jī)到數(shù)字轉(zhuǎn)換原理框圖見(jiàn)圖1，主要由scott變壓器、高速數(shù)字正余弦乘法器[2]、誤差放大器、楣敏檢波器、比例積分器、壓控振蕩器、可逆計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路組成。
設(shè)自整角機(jī)模擬軸角位置為口，則其輸出信號(hào)為：
經(jīng)scott變壓器轉(zhuǎn)換成口角正余弦形式輸出，即
設(shè)計(jì)數(shù)器表示的數(shù)字角，經(jīng)數(shù)字正余弦乘法器得：
兩信號(hào)經(jīng)誤差放大器相減，則得：
這個(gè)誤差信號(hào)經(jīng)相敏檢測(cè)，積分器后輸出電壓去控制vco頻率，從而改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率和計(jì)數(shù)方向，由于整個(gè)系統(tǒng)是二階閉環(huán)系統(tǒng)，最終使得sin(0-φ)=0，即θ=φ，完成模擬角到ttl電平輸出數(shù)字角的轉(zhuǎn)換。
2.2數(shù)學(xué)模型
圖l所示整個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用一個(gè)在正向通道中有兩個(gè)積分器的反饋控制系統(tǒng)來(lái)表示，見(jiàn)圖2。這里數(shù)字正余弦乘法器，誤差放大器，相敏檢波器，壓控振蕩器是比例環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)i是加了低通補(bǔ)償?shù)哪M積分器，以防止整個(gè)電路由于高頻噪聲所帶來(lái)的誤差，穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)，積分環(huán)節(jié)i由計(jì)數(shù)器構(gòu)成。系統(tǒng)傳遞函數(shù)為
式中k為系統(tǒng)加速度常數(shù)，即開(kāi)環(huán)增益。t1=clr1，t2=c2r2，t3=c2rl。整個(gè)系統(tǒng)是典型二階伺服系統(tǒng)。理論上，這個(gè)系統(tǒng)可以跟蹤均勻角速度變化，如果輸入角是加速度變化，則會(huì)帶來(lái)誤差，這個(gè)加速誤差等于輸入角速度除以加速度常數(shù)，而且在任一時(shí)刻數(shù)字角φ都滯后輸入模擬角。
2- 3主要技術(shù)參數(shù)選擇
設(shè)n是自整角機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)，它對(duì)應(yīng)的交流誤差：
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