專利名稱：一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器－模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種對(duì)自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)進(jìn)行電壓化處理，把自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成儀表控制所需要的模擬直流電壓信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
自整角機(jī)是一種感應(yīng)式機(jī)電元件，主要用于自動(dòng)控制、同步傳遞和計(jì)算解答系統(tǒng)中。它可將轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角變換為電氣信號(hào)、或?qū)㈦姎庑盘?hào)變換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)角度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離發(fā)送、接收和變換，達(dá)到自動(dòng)指示角度、位置、距離和指令的目的。
旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，輸出繞組的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系。它主要用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和角度數(shù)據(jù)傳輸。
自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移測(cè)量元件，具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，主要應(yīng)用于要求精度、可靠性都很高的環(huán)境，同其它角度測(cè)量方法相比，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器用于角度測(cè)量具有明顯的優(yōu)勢(shì)。自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角測(cè)量元件，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供低成本、高精度的位置傳感器。而在工業(yè)檢測(cè)控制領(lǐng)域中，往往需要把自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬直流電壓直接進(jìn)行儀表檢測(cè)與控制。
目前，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—直流電壓轉(zhuǎn)換采用自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源和放大器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊把軸角信號(hào)變換成數(shù)字角度量，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器、標(biāo)準(zhǔn)電源和放大器，把數(shù)字角信號(hào)變換成以標(biāo)準(zhǔn)電源為模的直流電壓信號(hào)，這種方式實(shí)現(xiàn)的直流電壓信號(hào)，系統(tǒng)采用分體式結(jié)構(gòu)，不可避免地需要使用大量的分離元件，往往存在以下三個(gè)缺陷1、精度低，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)模擬放大器把信號(hào)和誤差一同放大，輸出電壓誤差比較大，同時(shí)，采用分離元件，受外界信號(hào)干擾大，外部基準(zhǔn)穩(wěn)定性差，輸出電壓精度不高。
2、體積大，元件分布比較分散，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)元件高密度安裝，體積比較大。
3、可靠性差，使用了大量分離元件，集成度低，降低了系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，它能夠克服上述缺陷，使輸出的模擬直流電壓與輸入的角度成正比。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特點(diǎn)是，自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)微型隔離變壓器進(jìn)行信號(hào)隔離變換，產(chǎn)生一組正余弦信號(hào)V1和V2，同可逆計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)字角φ在正余弦乘法器中相乘，得到信號(hào)V3、V4，經(jīng)誤差放大器后輸出一個(gè)誤差信號(hào)KEoSin(θ-φ)，這個(gè)誤差信號(hào)經(jīng)相敏解調(diào)器、積分器、壓控振蕩器和可逆計(jì)數(shù)器等組成的一個(gè)閉環(huán)回路，尋找Sin(θ-φ)的零點(diǎn)，當(dāng)這一過(guò)程完成時(shí)，VSin(θ-φ)＜1LSB，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器軸角θ轉(zhuǎn)換成并行自然二進(jìn)制碼形式的數(shù)字角φ輸出；輸出數(shù)字角φ經(jīng)FPGA可編程控制器對(duì)數(shù)字角φ進(jìn)行數(shù)字放大處理，使輸出數(shù)字角步長(zhǎng)增加或減少，達(dá)到信號(hào)的放大或縮小，F(xiàn)PGA可編程控制器輸出的數(shù)字角σ輸送到由D/A轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器組成的數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器，變成模擬直流電壓信號(hào)Vo，完成軸角—直流電壓轉(zhuǎn)換功能，數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置了電壓增益和零位電壓調(diào)整。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特點(diǎn)是，在FPGA可編程控制器中，輸入的數(shù)字角φ信號(hào)經(jīng)方式選擇控制，使輸出數(shù)字角φ′隨輸入角φ增加而線性增加或線性減少，通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)后，設(shè)定的輸出電壓與輸入的數(shù)字角φ′進(jìn)行乘法器運(yùn)算和信號(hào)處理，增加或減小輸出數(shù)字角信號(hào)的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的放大或縮小；所述的乘法器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特點(diǎn)是，對(duì)于需要零位偏移的系統(tǒng)，輸入的偏移角度量ρ通過(guò)FPGA可編程控制器，使偏移角度量ρ與通過(guò)信號(hào)處理后的數(shù)字角經(jīng)過(guò)全加器疊加，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)位置偏置范圍-180°-+180°之間，完成零位信號(hào)的偏移，所述的全加器通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)；使能控制信號(hào)控制輸出鎖存，使全加器輸出的偏移數(shù)字角輸出或關(guān)斷；所述的全加器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
下面進(jìn)行具體闡述。
1.1自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)電路是由微型隔離變壓器、正余弦乘法器、誤差放大器、相敏解調(diào)器、積分器、壓控振蕩器、可逆計(jì)數(shù)器等七部分組成，采用了2階伺服回路，輸出的數(shù)字角信號(hào)連續(xù)跟蹤輸入軸角。如果是自整角機(jī)信號(hào)輸入，自整角機(jī)3線信號(hào)經(jīng)微型隔離變壓器轉(zhuǎn)換成正、余弦形式的電壓信號(hào)V1和V2。
V1＝kEoSinωtSinθV2＝kEoSinωtCosθθ是自整角機(jī)的軸角；k是變比；E0是基準(zhǔn)電壓的幅值；ω是載波頻率，既激磁電壓的角頻率。
如果是旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)輸入，旋轉(zhuǎn)變壓器4線信號(hào)經(jīng)隔離變壓器后，只起隔離和降壓作用。
假定可逆計(jì)數(shù)器當(dāng)前數(shù)字角為φ。那么，V1、V2信號(hào)與可逆計(jì)數(shù)器的數(shù)字角φ在正余弦乘法器中相乘，V1乘以cosφ、V2乘以sinφ得到電壓信號(hào)V3和V4V3＝kEoSinωtSinθCosφV4＝kEoSinωtCosθSinφ這些信號(hào)經(jīng)誤差放大器相減得到V3-V4＝kEoSinωt(sinθCosφ-CosθSinφ)＝kEoSinωtSin(θ-φ)經(jīng)相敏解調(diào)器、積分器、壓控振蕩器和可逆計(jì)數(shù)器等形成的一個(gè)閉環(huán)回路系統(tǒng)尋找Sin(θ-φ)的零點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換器規(guī)定的精度范圍內(nèi)，可逆計(jì)數(shù)器此時(shí)的數(shù)字角φ等于自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角θ，以并行自然二進(jìn)制碼形式輸出。
1.2 FPGA可編程控制器技術(shù)采用FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程控制器技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字放大器，其原理如圖2所示。輸入的信號(hào)經(jīng)方式選擇控制，所述的方式選擇控制有2種，一種是零位數(shù)字電壓為零，輸出數(shù)字角φ′隨輸入角φ增加而線性增加；另一種是零位數(shù)字電壓為最大值，輸出數(shù)字角φ′隨輸入角φ增加而線性減少，通過(guò)設(shè)定的輸出電壓與輸入的數(shù)字角φ′進(jìn)行乘法器運(yùn)算和信號(hào)處理，增加或減小輸出數(shù)字角信號(hào)的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的放大或縮小。數(shù)字放大器與模擬放大器相比，放大的電壓信號(hào)線性度好，且零點(diǎn)電壓誤差不隨放大器變化。對(duì)于需要零位偏移的系統(tǒng)，輸入偏移角度量，通過(guò)全加器與轉(zhuǎn)換的數(shù)字角疊加，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)位置的偏移。
為了大幅提高系統(tǒng)的速度。乘法器和全加器通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)，把在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)要完成的邏輯操作分成幾步較小的操作，并插入幾個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。
1.3數(shù)字—模擬直流電壓變換技術(shù)FPGA可編程控制器輸出二進(jìn)制碼的數(shù)字角σ，經(jīng)緩沖后連接到數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換器、帶溫度補(bǔ)償?shù)母呔然鶞?zhǔn)電源和運(yùn)算放大器，完成了并行自然二進(jìn)制碼到模擬直流電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸出信號(hào)電壓的增益和零點(diǎn)可通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出直流電壓與輸入的自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)字角成正比，并周期變化。
1.4技術(shù)性能指標(biāo)自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—直流電壓轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)如表1所示。
表1

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)為基礎(chǔ)，利用其跟蹤性強(qiáng)、速度快、轉(zhuǎn)換精度高等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合高精度的數(shù)字—模擬直流電壓變換技術(shù)和FPGA可編程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬直流電壓信號(hào)。本發(fā)明采用混合集成工藝，具有集成度高，功耗低，可靠性高等特點(diǎn)。本發(fā)明采用FPGA可編程控制器控制輸出模擬直流電壓大小，輸出的模擬直流電壓與輸入的角度成正比。


圖1是自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換原理框圖。
圖2是FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字放大器原理圖。
圖3是輸出電壓不大于±10V的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖4是圖3超前ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖5是圖3滯后ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖6是圖3交換輸入信號(hào)S1與S3后的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖7是圖6超前ρ的角度輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖8是圖6滯后ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖9是輸出電壓大于±10V的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖10是圖9交換輸入信號(hào)S1與S3后的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖11是輸出電壓不大于+10V的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖12是圖11超前ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖13是圖11滯后ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖14是圖11交換輸入信號(hào)S1與S3后的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖15是圖14超前ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
圖16是圖14滯后ρ角度的輸入軸角—輸出直流電壓的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1。參照?qǐng)D1。一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)微型隔離變壓器進(jìn)行信號(hào)隔離變換，產(chǎn)生一組正余弦信號(hào)V1和V2，同可逆計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)字角φ在正余弦乘法器中相乘，得到信號(hào)V3、V4，經(jīng)誤差放大器后輸出一個(gè)誤差信號(hào)KEoSin(θ-φ)，這個(gè)誤差信號(hào)經(jīng)相敏解調(diào)器、積分器、壓控振蕩器和可逆計(jì)數(shù)器等組成的一個(gè)閉環(huán)回路，尋找Sin(θ-φ)的零點(diǎn)，當(dāng)這一過(guò)程完成時(shí)，VSin(θ-φ)＜1LSB，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器軸角θ轉(zhuǎn)換成并行自然二進(jìn)制碼形式的數(shù)字角φ輸出；輸出數(shù)字角φ經(jīng)FPGA可編程控制器對(duì)數(shù)字角φ進(jìn)行數(shù)字放大處理，使輸出數(shù)字角步長(zhǎng)增加或減少，達(dá)到信號(hào)的放大或縮小，F(xiàn)PGA可編程控制器輸出的數(shù)字角σ輸送到由D/A轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器組成的數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器，變成模擬直流電壓信號(hào)Vo，完成軸角—直流電壓轉(zhuǎn)換功能，數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置了電壓增益和零位電壓調(diào)整。
實(shí)施例2。參照?qǐng)D1、圖2，在實(shí)施例1中，在FPGA可編程控制器中，輸入的數(shù)字角φ信號(hào)經(jīng)方式選擇控制，使輸出數(shù)字角φ′隨輸入角φ增加而線性增加或線性減少，通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)后，設(shè)定的輸出電壓與輸入的數(shù)字角φ′進(jìn)行乘法器運(yùn)算和信號(hào)處理，增加或減小輸出數(shù)字角信號(hào)的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的放大或縮??；所述的乘法器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
實(shí)施例3。參照?qǐng)D1、圖2，在實(shí)施例2中，對(duì)于需要零位偏移的系統(tǒng)，輸入的偏移角度量ρ通過(guò)FPGA可編程控制器，使偏移角度量ρ與通過(guò)信號(hào)處理后的數(shù)字角經(jīng)過(guò)全加器疊加，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)位置偏置范圍-180°-+180°之間，完成零位信號(hào)的偏移，所述的全加器通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)；使能控制信號(hào)控制輸出鎖存，使全加器輸出的偏移數(shù)字角輸出或關(guān)斷；所述的全加器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
實(shí)施例4。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS3-S2＝kEoSinωtSin(θ+120)VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ+240)
對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，其輸出波形如圖3所示。
實(shí)施例5。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ+ρ)VS3-S2＝kEoSinωtSin(θ+ρ+120)VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ+ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ+ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ+ρ)輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V，ρ為超前角度，0°＜ρ＜180°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ+ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ+ρ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，其輸出波形如圖4所示。
實(shí)施例6。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ-ρ)VS3-S2＝kEoSinωtSin(θ-ρ+120)
VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ-ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ-ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ-ρ)輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V，ρ為滯后角度，0°＜ρ＜180°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ-ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ-ρ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，其輸出波形如圖5所示。
實(shí)施例7。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，當(dāng)θ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖6所示。
實(shí)施例8。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ+ρ)VS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ+ρ+120)
VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ+ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ+ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ+ρ)輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V，ρ為超前角度，0°＜ρ＜180°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ+ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，當(dāng)θ+ρ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖7所示。
實(shí)施例9。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ-ρ)VS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ-ρ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ-ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ-ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ-ρ)輸出直流電壓|Vo|≤+10V，Vm≤+10V，ρ為滯后角度，0°＜ρ＜180°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ-ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝-Vm，當(dāng)θ-ρ＝180°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖8所示。
實(shí)施例10。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS3-S2＝kEoSinωtSin(θ+120)
VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓|Vo|＞+10V，θm=10Vo×180]]>輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)180°＞θ≥θm時(shí)，輸出電壓Vo＝+10V，當(dāng)180°+θm＞θ≥180°時(shí)，輸出電壓Vo＝-10V，其輸出波形如圖9所示。
實(shí)施例11。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓|Vo|＞+10V，θm=10Vo×180]]>輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)180°＞0≥θm時(shí)，輸出電壓Vo＝-10V，當(dāng)180°+θm＞θ≥180°時(shí)，輸出電壓Vo＝+10V，其輸出波形如圖10所示。
實(shí)施例12。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS3-S2＝kEoSinωtSin(θ+120)VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓0V＜Vo≤+10V，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，其輸出波形如圖11所示。
實(shí)施例13。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ+ρ)VS3-S2＝kEoSinωtSin(θ+ρ+120)VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ+ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ+ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ+ρ)輸出直流電壓0V＜Vo≤+10V，ρ為超前角度，Vm≤+10V，0°＜ρ＜90°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ+ρ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ+ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，其輸出波形如圖12所示。
實(shí)施例14。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ-ρ)VS3-S2＝kEoSinωtSin(θ-ρ+120)VS2-S1＝kEoSinωtSin(θ-ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝kEoSinωtSin(θ-ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ-ρ)輸出直流電壓0V＜Vo≤+10V，ρ為滯后角度，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，0°＜ρ＜180°，當(dāng)θ-ρ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，當(dāng)θ-ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，其輸出波形如圖13所示。
實(shí)施例15。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝-kEoSinωtSinθVS2-S4＝kEoSinωtCosθ輸出直流電壓0V＜Vo≤+10V，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，當(dāng)θ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖14所示。
實(shí)施例16。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ+ρ)VS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ+ρ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ+ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ+ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ+ρ)輸出直流電壓0V＜Vo≤+10V，ρ為超前角度，Vm≤+10V。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，0°＜ρ＜90°，當(dāng)θ+ρ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，當(dāng)θ+ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖15所示。
實(shí)施例17。
對(duì)于自整角機(jī)輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ-ρ)VS3-S2＝-kEoSinωtSin(θ-ρ+120)VS2-S1＝-kEoSinωtSin(θ-ρ+240)對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號(hào)，S1與S3交換后VS1-S3＝-kEoSinωtSin(θ-ρ)VS2-S4＝kEoSinωtCos(θ-ρ)輸出直流電壓0＜Vo≤+10V，ρ為滯后角度，Vm≤+10V，0°＜ρ＜90°。輸出電壓與輸入軸角成正比關(guān)系，當(dāng)θ-ρ＝0°時(shí)，輸出電壓Vo＝0V，當(dāng)θ-ρ＝179.99°時(shí)，輸出電壓Vo＝Vm，其輸出波形如圖16所示。
權(quán)利要求
1.一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，自整角機(jī)信號(hào)/旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)微型隔離變壓器進(jìn)行信號(hào)隔離變換，產(chǎn)生一組正余弦信號(hào)V1和V2，同可逆計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)字角φ在正余弦乘法器中相乘，得到信號(hào)V3、V4，經(jīng)誤差放大器后輸出一個(gè)誤差信號(hào)KEoSin(θ-φ)，這個(gè)誤差信號(hào)經(jīng)相敏解調(diào)器、積分器、壓控振蕩器和可逆計(jì)數(shù)器等組成的一個(gè)閉環(huán)回路，尋找Sin(θ-φ)的零點(diǎn)，當(dāng)這一過(guò)程完成時(shí)，VSin(θ-φ)＜1LSB，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器軸角θ轉(zhuǎn)換成并行自然二進(jìn)制碼形式的數(shù)字角φ輸出；輸出數(shù)字角φ經(jīng)FPGA可編程控制器對(duì)數(shù)字角φ進(jìn)行數(shù)字放大處理，使輸出數(shù)字角步長(zhǎng)增加或減少，達(dá)到信號(hào)的放大或縮小，F(xiàn)PGA可編程控制器輸出的數(shù)字角σ輸送到由D/A轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器組成的數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器，變成模擬直流電壓信號(hào)Vo，完成軸角—直流電壓轉(zhuǎn)換功能，數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置了電壓增益和零位電壓調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，在FPGA可編程控制器中，輸入的數(shù)字角φ信號(hào)經(jīng)方式選擇控制，使輸出數(shù)字角φ′隨輸入角φ增加而線性增加或線性減少，通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)后，設(shè)定的輸出電壓與輸入的數(shù)字角φ′進(jìn)行乘法器運(yùn)算和信號(hào)處理，增加或減小輸出數(shù)字角信號(hào)的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的放大或縮??；所述的乘法器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，對(duì)于需要零位偏移的系統(tǒng)，輸入的偏移角度量ρ通過(guò)FPGA可編程控制器，使偏移角度量ρ與通過(guò)信號(hào)處理后的數(shù)字角經(jīng)過(guò)全加器疊加，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)位置偏置范圍-180°-+180°之間，完成零位信號(hào)的偏移，所述的全加器通過(guò)算術(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)流水線技術(shù)設(shè)計(jì)；使能控制信號(hào)控制輸出鎖存，使全加器輸出的偏移數(shù)字角輸出或關(guān)斷；所述的全加器設(shè)有基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明是一種自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器－模擬直流電壓轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，自整角機(jī)/旋轉(zhuǎn)變壓器軸角θ轉(zhuǎn)換成并行自然二進(jìn)制碼形式的數(shù)字角φ輸出；輸出數(shù)字角φ經(jīng)FPGA可編程控制器對(duì)數(shù)字角φ進(jìn)行數(shù)字放大處理，使輸出數(shù)字角步長(zhǎng)增加或減少，達(dá)到信號(hào)的放大或縮小，F(xiàn)PGA可編程控制器輸出的數(shù)字角σ輸送到由D/A轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器組成的數(shù)字—模擬直流電壓轉(zhuǎn)換器，變成模擬直流電壓信號(hào)Vo，完成軸角—直流電壓轉(zhuǎn)換功能。本發(fā)明采用混合集成工藝，具有集成度高，功耗低，可靠性高等特點(diǎn)。本發(fā)明采用FPGA可編程控制器控制輸出模擬直流電壓大小，輸出的模擬直流電壓與輸入的角度成正比。
文檔編號(hào)G01B7/30GK1841026SQ20061003798
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者高文政, 程蜀煒, 夏偉, 張焱萍 申請(qǐng)人:連云港杰瑞電子有限公司