一種采用單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種采用單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺系統(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)動電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動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)動電路的電流反饋信號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)動電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動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)臺方位軸與方位軸單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路的電流反饋信號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算機(jī)連接。本實用新型控制了直流力矩電機(jī)的四象限運行，獲得比國內(nèi)同類光電轉(zhuǎn)臺更好的快速性、更高的精度和更低的成本。
【專利說明】
-種采用單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(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、控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高精度的控制要求，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的實時檢測 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 測的方法。光電編碼器雖然具有檢測精度高的優(yōu)點，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合中；而旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，抗干 擾性強(qiáng)的特點，因此廣泛應(yīng)用于各種條件惡劣的場合中。旋轉(zhuǎn)變壓器是在測角系統(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，大 量應(yīng)用在跟蹤穩(wěn)定平臺、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)動范圍及精度要求的光電轉(zhuǎn)臺：
[0004] 水平:0° ~±180°; 俯仰:-15° ~30°;
[0005] 水平：lmrad; 俯仰：lmrad;
[0006] 目前光電轉(zhuǎn)臺大多采用雙通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器，其中粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器測量范圍 為0°~360%其精度較低，誤差大;而精通道是多級旋轉(zhuǎn)變壓器，負(fù)責(zé)更高精度的角度測量。 雙通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器使用時需輸出粗機(jī)和精機(jī)的勵磁信號，并同時反饋粗機(jī)和精機(jī)的正 余弦信號。通過兩組正余弦反饋信號來解碼實現(xiàn)高精度的角度測量，解碼難度大且電路設(shè) 計復(fù)雜。因為轉(zhuǎn)臺水平和俯仰軸系的轉(zhuǎn)動范圍均不大于一圈，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。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實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旋轉(zhuǎn)變壓 器的光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。
[000引本實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)動電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動電路的 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)臺俯仰軸與俯仰軸單通道多 級旋轉(zhuǎn)變壓器連接，俯仰軸單通道多級旋轉(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輸出端連接俯仰軸控制電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動電路的 電流反饋信號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)動電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路的 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)臺方位軸與方位軸單通道多 級旋轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸單通道多級旋轉(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輸出端連接方位軸控制電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路的 電流反饋信號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算機(jī)連接。
[0012]依據(jù)現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動范圍及精度要求：
[001；3]水平:0。~±180.5。； 俯仰:-15。~30。；
[0014] 水平：lmrad; 俯仰：lmrad;
[0015] 因為光電轉(zhuǎn)臺水平和俯仰軸系的轉(zhuǎn)動范圍均不大于一圈，我們選擇單通道多級旋 轉(zhuǎn)變壓器J60X抑001作為位置傳感器。并設(shè)計了專用的繞線裝置，保證轉(zhuǎn)子上的激勵信號線 在轉(zhuǎn)臺正反轉(zhuǎn)動時不會被拉斷。
[0016] 單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器使用只需輸出一組勵磁信號及反饋的正余弦信號，解碼后 利用算法來實現(xiàn)單圈高精度的角度測量。其電路設(shè)計較雙通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器的使用更為 簡單，大大降低了設(shè)計難度及成本。
[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引極對數(shù)：16 N，S極共有16對級
[0019] 激勵電壓:3.8Vrms 典型的激勵載波電壓值
[0020] 激勵頻率:2.4KHz 典型的激勵頻率
[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 勵驅(qū)動電路，正余弦差分放大電路組成。
[0028] Ξ階己特沃茲濾波器設(shè)計為：
[0029]
其中設(shè)計為88曲Z，己特沃茲濾波器優(yōu)點在于，在 通帶內(nèi)，振幅特性最為平坦。設(shè)計濾波器是最大限度的降低激勵信號對旋轉(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)動電路:旋轉(zhuǎn)變壓器的典型激勵電壓為3.8Vrms，阻抗為
驅(qū) 動電流至少為^毒吞麟京A，即15mA。
[0031] 驅(qū)動電路選用高電流驅(qū)動忍片AD8397,最大驅(qū)動電流可達(dá)310mA。
[0032] 保證了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性，即保證旋轉(zhuǎn)變壓器在任意時刻都保持正常工作 狀態(tài)，從而保證了控制的可靠性。
[0033] 正余弦信號差分放大電路同樣設(shè)計為3階己特沃茲濾波器形式，提高了信號抗干 擾的能力。
[0034] 本實用新型實現(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)的四象限運行，獲得比國內(nèi)同類光電轉(zhuǎn)臺更好的快速性、更高 的精度和更低的成本。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 如圖1所示，本實用新型設(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)動電路5，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動電 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)臺俯仰軸7與俯仰軸 單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器8連接，俯仰軸單通道多級旋轉(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的位置信號的輸出端連接俯仰軸控制電路1，俯仰 軸電機(jī)驅(qū)動電路5的電流反饋信號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)動電路10，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路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)臺方位軸12與方位軸 單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器13連接，方位軸單通道多級旋轉(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的位置信號的輸出端連接方位軸控制電路2， 方位軸電機(jī)驅(qū)動電路10的電流反饋信號連接方位軸控制電路2。
[0039] 本產(chǎn)品與車載計算機(jī)連接后，車載計算機(jī)WRS422接口輸出控制指令，接口板接受 到車載計算機(jī)的控制指令后，將其信息進(jìn)行分解為各個軸的轉(zhuǎn)動方向和位置，發(fā)送給控制 電路?？刂齐娐稺微處理器為核屯、，完成對電機(jī)實際電流、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電機(jī)進(jìn)行控制，通過驅(qū)動電路驅(qū) 動力矩電機(jī)有序旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。光電轉(zhuǎn)臺采用單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器及RDC解碼電路 組成高精度反饋環(huán)節(jié)，并實時向車載計算機(jī)回傳轉(zhuǎn)臺的狀態(tài)及實際轉(zhuǎn)動位置。
【主權(quán)項】
1. 一種采用單通道多級旋轉(zhuǎn)變壓器的光電轉(zhuǎn)臺系統(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)動電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動電路的輸出 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)臺俯仰軸與俯仰軸單通道多級旋 轉(zhuǎn)變壓器連接，俯仰軸單通道多級旋轉(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輸出端連接俯仰軸控制電路，俯仰軸電機(jī)驅(qū)動電路的電流 反饋信號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)動電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路的輸出 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)臺方位軸與方位軸單通道多級旋 轉(zhuǎn)變壓器連接，方位軸單通道多級旋轉(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輸出端連接方位軸控制電路，方位軸電機(jī)驅(qū)動電路的電流 反饋信號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算機(jī)連接。
【文檔編號】H02P5/68GK205666778SQ201620402397
【公開日】2016年10月26日
【申請日】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
【申請人】揚州曙光光電自控有限責(zé)任公司