一種采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，涉及機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，包括俯仰軸控制電路和方位軸控制電路，俯仰軸控制電路的輸出端連接俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接俯仰軸直流力矩電機(jī)，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流反饋信號(hào)連接俯仰軸控制電路；方位軸控制電路的輸出端連接方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接方位軸直流力矩電機(jī)，方位軸直流力矩電機(jī)通過轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸與方位軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流反饋信號(hào)連接方位軸控制電路；俯仰軸控制電路和方位軸控制電路分別通過接口電路與車載計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型控制了直流力矩電機(jī)的四象限運(yùn)行，獲得比國(guó)內(nèi)同類光電轉(zhuǎn)臺(tái)更好的快速性、更高的精度和更低的成本。
【專利說明】
-種采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)、控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光電轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)高精度的控制要求，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的實(shí)時(shí)檢測(cè) 往往是解決問題的關(guān)鍵。光電編碼器法和旋轉(zhuǎn)變壓器法是目前比較常用的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢 測(cè)的方法。光電編碼器雖然具有檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是它存在穩(wěn)定性和抗干擾性差的不 足，因此不宜應(yīng)用在條件比較惡劣的場(chǎng)合中；而旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，抗干 擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種條件惡劣的場(chǎng)合中。旋轉(zhuǎn)變壓器是在測(cè)角系統(tǒng)中廣泛 使用的一種精度較高的角傳感器，具有精度高、可靠性高、體積小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，大 量應(yīng)用在跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)、慣性導(dǎo)航、機(jī)械臂控制等控制系統(tǒng)中。
[0003] 現(xiàn)有同等轉(zhuǎn)動(dòng)范圍及精度要求的光電轉(zhuǎn)臺(tái)：
[0004] 水平:0° ~±180°; 俯仰:-15° ~30°;
[0005] 水平：lmrad; 俯仰：lmrad;
[0006] 目前光電轉(zhuǎn)臺(tái)大多采用雙通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器，其中粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量范圍 為0°~360%其精度較低，誤差大;而精通道是多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器，負(fù)責(zé)更高精度的角度測(cè)量。 雙通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器使用時(shí)需輸出粗機(jī)和精機(jī)的勵(lì)磁信號(hào)，并同時(shí)反饋粗機(jī)和精機(jī)的正 余弦信號(hào)。通過兩組正余弦反饋信號(hào)來解碼實(shí)現(xiàn)高精度的角度測(cè)量，解碼難度大且電路設(shè) 計(jì)復(fù)雜。因?yàn)檗D(zhuǎn)臺(tái)水平和俯仰軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍均不大于一圈，系統(tǒng)本身又不僅質(zhì)量大、成本 高，而且解碼難度大，所W使用雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器就失去了意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型目的是提出一種質(zhì)量小、低成本、高精度的采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓 器的光電轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。
[000引本實(shí)用新型包括俯仰軸控制電路和方位軸控制電路。
[0009]所述俯仰軸控制電路的輸出端連接俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 輸出端連接俯仰軸直流力矩電機(jī)，俯仰軸直流力矩電機(jī)通過轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸與俯仰軸單通道多 級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器連接，俯仰軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端連接俯仰軸RDC解碼電路的輸 入端，俯仰軸RDC解碼電路的位置信號(hào)輸出端連接俯仰軸控制電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 電流反饋信號(hào)連接俯仰軸控制電路。
[0010 ]所述方位軸控制電路的輸出端連接方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 輸出端連接方位軸直流力矩電機(jī)，方位軸直流力矩電機(jī)通過轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸與方位軸單通道多 級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端連接方位軸RDC解碼電路的輸 入端，方位軸RDC解碼電路的位置信號(hào)輸出端連接方位軸控制電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 電流反饋信號(hào)連接方位軸控制電路。
[0011]所述俯仰軸控制電路和方位軸控制電路分別通過接口電路與車載計(jì)算機(jī)連接。
[0012]依據(jù)現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍及精度要求：
[001；3]水平:0。~±180.5。； 俯仰:-15。~30。；
[0014] 水平：lmrad; 俯仰：lmrad;
[0015] 因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)臺(tái)水平和俯仰軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍均不大于一圈，我們選擇單通道多級(jí)旋 轉(zhuǎn)變壓器J60X抑001作為位置傳感器。并設(shè)計(jì)了專用的繞線裝置，保證轉(zhuǎn)子上的激勵(lì)信號(hào)線 在轉(zhuǎn)臺(tái)正反轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)被拉斷。
[0016] 單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器使用只需輸出一組勵(lì)磁信號(hào)及反饋的正余弦信號(hào)，解碼后 利用算法來實(shí)現(xiàn)單圈高精度的角度測(cè)量。其電路設(shè)計(jì)較雙通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的使用更為 簡(jiǎn)單，大大降低了設(shè)計(jì)難度及成本。
[0017] 由于系統(tǒng)要求到位精度較高，所W選取的旋轉(zhuǎn)變壓器分辨率必須要高。旋轉(zhuǎn)變壓 器參數(shù)如下：
[001引極對(duì)數(shù)：16 N，S極共有16對(duì)級(jí)
[0019] 激勵(lì)電壓:3.8Vrms 典型的激勵(lì)載波電壓值
[0020] 激勵(lì)頻率:2.4KHz 典型的激勵(lì)頻率
[0021] 輸入阻抗:（250±38)Ω 旋轉(zhuǎn)變壓器的等效輸入阻抗。
[0022] 變比:〇.5±10% 輸出電壓與輸入電壓的比值。
[00剖精度：^±25" 旋轉(zhuǎn)變壓器的最小分辨率。
[0024] 剩壓:20mV 旋轉(zhuǎn)變壓器的零位輸出電壓。
[0025] 旋轉(zhuǎn)變壓器及RDC解碼電路組成的高精度反饋環(huán)節(jié)的計(jì)算：
[00%]最小精度± 25"折算成弧度為
，指標(biāo)要求重復(fù)精 度最大為Imrad，選取最小分辨率0.12mrad的旋轉(zhuǎn)變壓器符合指標(biāo)要求。
[0027] RDC解碼電路:選用AD2S1210忍片能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的高精度控制，高精度和抗干擾的 反饋解碼電路是最為重要的環(huán)節(jié)。解碼電路主要由RDC解碼忍片，Ξ階己特沃茲濾波器，激 勵(lì)驅(qū)動(dòng)電路，正余弦差分放大電路組成。
[0028] Ξ階己特沃茲濾波器設(shè)計(jì)為：
[0029]
其中設(shè)計(jì)為88曲Z，己特沃茲濾波器優(yōu)點(diǎn)在于，在 通帶內(nèi)，振幅特性最為平坦。設(shè)計(jì)濾波器是最大限度的降低激勵(lì)信號(hào)對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的影響， 達(dá)到最優(yōu)的位置、角度采樣信息。
[0030] 驅(qū)動(dòng)電路:旋轉(zhuǎn)變壓器的典型激勵(lì)電壓為3.8Vrms，阻抗為
驅(qū) 動(dòng)電流至少為^毒吞麟京A，即15mA。
[0031] 驅(qū)動(dòng)電路選用高電流驅(qū)動(dòng)忍片AD8397,最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)310mA。
[0032] 保證了驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性，即保證旋轉(zhuǎn)變壓器在任意時(shí)刻都保持正常工作 狀態(tài)，從而保證了控制的可靠性。
[0033] 正余弦信號(hào)差分放大電路同樣設(shè)計(jì)為3階己特沃茲濾波器形式，提高了信號(hào)抗干 擾的能力。
[0034] 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在小尺寸空間內(nèi)，W微處理器控制技術(shù)為核屯、，采用先進(jìn)的忍 片和算法，控制直流力矩電機(jī)的四象限運(yùn)行，獲得比國(guó)內(nèi)同類光電轉(zhuǎn)臺(tái)更好的快速性、更高 的精度和更低的成本。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 如圖1所示，本實(shí)用新型設(shè)有俯仰軸控制電路1和方位軸控制電路2,俯仰軸控制電 路1和方位軸控制電路2分別通過接口電路3與車載計(jì)算機(jī)4連接。
[0037] 另外，俯仰軸控制電路1的輸出端連接俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路5，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路5的輸出端連接俯仰軸直流力矩電機(jī)6,俯仰軸直流力矩電機(jī)6通過轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸7與俯仰軸 單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器8連接，俯仰軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器8的輸出端連接俯仰軸RDC解 碼電路9的輸入端，俯仰軸RDC解碼電路9的位置信號(hào)的輸出端連接俯仰軸控制電路1，俯仰 軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路5的電流反饋信號(hào)連接俯仰軸控制電路1。
[0038] 方位軸控制電路2的輸出端連接方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路10，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路10 的輸出端連接方位軸直流力矩電機(jī)11，方位軸直流力矩電機(jī)11通過轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸12與方位軸 單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器13連接，方位軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器13的輸出端連接方位軸RDC 解碼電路14的輸入端，方位軸RDC解碼電路14的位置信號(hào)的輸出端連接方位軸控制電路2， 方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路10的電流反饋信號(hào)連接方位軸控制電路2。
[0039] 本產(chǎn)品與車載計(jì)算機(jī)連接后，車載計(jì)算機(jī)WRS422接口輸出控制指令，接口板接受 到車載計(jì)算機(jī)的控制指令后，將其信息進(jìn)行分解為各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和位置，發(fā)送給控制 電路?？刂齐娐稺微處理器為核屯、，完成對(duì)電機(jī)實(shí)際電流、位置信息采樣，經(jīng)過位置環(huán)(P)， 速度環(huán)(PI)，電流環(huán)(PI)閉環(huán)調(diào)節(jié)，采用高性能控制算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū) 動(dòng)力矩電機(jī)有序旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。光電轉(zhuǎn)臺(tái)采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器及RDC解碼電路 組成高精度反饋環(huán)節(jié)，并實(shí)時(shí)向車載計(jì)算機(jī)回傳轉(zhuǎn)臺(tái)的狀態(tài)及實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，包括俯仰軸控制電路和方位軸控 制電路;其特征在于： 所述俯仰軸控制電路的輸出端連接俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出 端連接俯仰軸直流力矩電機(jī)，俯仰軸直流力矩電機(jī)通過轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸與俯仰軸單通道多級(jí)旋 轉(zhuǎn)變壓器連接，俯仰軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端連接俯仰軸RDC解碼電路的輸入端， 俯仰軸RDC解碼電路的位置信號(hào)輸出端連接俯仰軸控制電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流 反饋信號(hào)連接俯仰軸控制電路； 所述方位軸控制電路的輸出端連接方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出 端連接方位軸直流力矩電機(jī)，方位軸直流力矩電機(jī)通過轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸與方位軸單通道多級(jí)旋 轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸單通道多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出端連接方位軸RDC解碼電路的輸入端， 方位軸RDC解碼電路的位置信號(hào)輸出端連接方位軸控制電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電流 反饋信號(hào)連接方位軸控制電路； 所述俯仰軸控制電路和方位軸控制電路分別通過接口電路與車載計(jì)算機(jī)連接。
【文檔編號(hào)】H02P5/68GK205666778SQ201620402397
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】王超, 孫九林, 許建, 丁東升, 黃家悅, 陳景巖, 葉桂紅, 朱鳳洋
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州曙光光電自控有限責(zé)任公司