一种自整角机固态轴角发送系统技术方案

本发明专利技术提出了一种自整角机固态轴角发送系统，包括：上位机、串口电路、单片机、DAC、参考电压产生电路和功率放大电路；单片机存储有正弦波数据表；上位机通过串口电路设置单片机输出正弦波数据表的周期；DAC输入端口接收单片机输出的正弦波数据表，基准电压端接收参考电压产生电路输出的参考电压值，与所述正弦波数据表相乘，输出三路相位相差120°的正弦波模拟信号；功率放大电路对所述三路正弦波模拟信号进行功率放大，输出与航向接收电机功率匹配的正弦波信号。本发明专利技术可以直接和现有的数字系统通信匹配，大大提高了系统的灵活性；通过实际使用验证，本发明专利技术的系统可以代替自整角机发送机，应用于更多使用测量角度的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制领域，特别涉及一种自整角机固态轴角发送系统。
技术介绍
电罗经是重要的导航设备，其输出信号可用于航向指示、航向控制和VDR(船舶黑 匣子）记录等。 固态轴角发送器是电罗经的核心部件，决定了电罗经的精度。然而，现有的固态轴 角发送器，采用力矩式自整角机驱动航向接收电机，控制精度主要靠经验决定。 数字化是船舶电子的发展方向，传统力矩式自整角机已经无法与各种复杂数字系 统进行便捷的通信。 如何将数字控制、数字显示和数据记录应用于自整角机固态轴角发送系统，是目 前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种自整角机固态轴角发送系统，解决了传统的力矩式自整角机无法 与各种复杂数字系统进行便捷通信的问题。 本专利技术的技术方案是这样实现的： -种自整角机固态轴角发送系统，包括：上位机、串口电路、单片机、DAC、参考电压 产生电路和功率放大电路； 单片机存储有正弦波数据表； 上位机通过串口电路设置单片机输出正弦波数据表的周期； DAC输入端口接收单片机输出的正弦波数据表，基准电压端接收参考电压产生电 路输出的参考电压值，与所述正弦波数据表相乘，输出三路相位相差120°的正弦波模拟信 号； 功率放大电路对所述三路正弦波模拟信号进行功率放大，输出与航向接收电机功 率匹配的正弦波信号。 可选地，所述DAC为电阻梯乘法DAC。 可选地，电阻R-2R梯用于运算放大器反馈电路，提供数字控制电流，电流经集成 的反馈电阻RFB转换成输出电压。 可选地，源电流Vref/R的一半由第一开关导引连接至运算放大器负输入1。_或导 引至地电位；剩余电流的一半由第二开关S2导引至运算放大器负输入1。_或导引至地电 位，如此类推；所述开关由一个数字字D激活，则流经集成的反馈电阻RFB的I端电流之 和为DX2nXVREF/R。 可选地，与DAC的集成反馈电阻RFB并联连接一个外部反馈电容C1， 其中，GBW是运算放大器的最小信号单位增益带宽乘积，C。是DAC的输出电容。 可选地，所述功率放大电路选用APEX公司的P58A大功率高压运算放大器。 可选地，输出端采用过流过压保护双重保护，使用双向TVS管和自恢复保险丝，对 输出电压进行瞬态保护。 本专利技术的有益效果是： (1)可以直接和现有的数字系统通信匹配，大大提高了系统的灵活性； (2)通过实际使用验证，本专利技术的系统可以代替自整角机发送机，应用于更多使用 测量角度的场合。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1为本专利技术一种自整角机固态轴角发送系统的控制框图； 图2a为本专利技术电阻R-2R梯的原理示意图； 图2b为本专利技术乘法DAC的原理示意图； 图3为本专利技术的功率输出电路的电路图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。 如图1所示，本专利技术的自整角机固态轴角发送系统，包括：上位机、串口电路、单片 机、DAC、参考电压产生电路和功率放大电路。 单片机为现有的DSP、ARM等具有存储功能的数字处理芯片，存储有正弦波数据 表。 上位机通过串口电路设置单片机输出正弦波数据表的周期，也即通过上位机控制 单片机输出正弦波的频率。 DAC输入端口接收单片机输出的正弦波数据表，基准电压端接收参考电压产生电 路输出的参考电压值，将参考电压值与所述正弦波数据表相乘，输出三路相位相差120°的 正弦波模拟信号，根据自整角机信号函数关系，三相信号呈对称三角关系，相位与激磁信号 相同，幅值满足对称三角形关系。 功率放大电路对所述三路正弦波模拟信号进行功率放大，输出与航向接收电机功 率匹配的正弦波信号，功率放大电路包括第一功率放大电路、第二功率放大电路和第三功 率放大电路。 所有数模转换器DAC都提供与数字设置增益和所施加基准电压之积成比例的输 出。乘法DAC与固定基准电压DAC不同，因为它可以将高分辨率数字设置增益应用施加到 可变带宽模拟信号上。因此，本专利技术优选电阻梯乘法DAC，电阻（R-2R)梯用于运算放大器反 馈电路，提供数字控制电流，电流经集成的反馈电阻RFB转换成输出电压，放大器以低阻抗 提供此输出，基准电压输入具有恒定的对地电阻R。 如图2a和图2b所示，源电流Vref/R的一半由开关S1导引连接至运算放大器负输 入（虚地侦D的1_或导引至地电位。同理，剩余电流的一半由开关S2导引……如此类推。 如果上述开关由一个数字字D激活，则流经RFB( =R)的1。_端电流之和为DX2nXVREF/R。 上述配置的优势在于：可最大程度地降低瞬态，因为开关在地和虚地侧之间切换； RFB与梯形电阻片内匹配，具备出色的温度跟踪性能。 图2中所示DAC电路结构为以其中一路1_为例进行说明，另外两路为相同结构。 AD5544/AD5554分别是16/14位、电流输出数模转换器DAC，工作电压范围为2. 7V 至5. 5V，满量程输出电流由所施加的外部基准输入电压VREFX决定。与外部电流至电压精密 放大器配合使用时，集成的反馈电阻RFB可提供温度跟踪和满量程电压输出。 电阻梯的输出电容加上放大器的输入电容及任何杂散电容，会在开环响应中产生 极点，这会在环路闭合时引起振铃或不稳定。为了补偿这一点，本专利技术与DAC的集成反馈电 阻RFB并联连接一个外部反馈电容C1。如果C1值过小，会在输出端产生过冲或振铃，而值过 大则会过分降低系统带宽。DAC的内部输出电容随码而变化，因此C1很难确定精确值。根 据以下等式可计算出其最佳近似值： 其中，GBW是运算放大器的最小信号单位增益带宽乘积，C。是DAC的输出电容。 由于自整角机三相信号电压幅值最大可以达到90V，而AD5544通过运放输出电压 最高为15V，幅值与功率都要放大。为了实现满角度范围内的幅值控制必须采用高压高功率 放大。优选地，功率放大电路根据功率要求选用APEX公司的P58A大功率高压运放，最大输 出电流可达2A，满足系统的功率要求。 由于功率输出受负载影响较大，航向接收电机由于受到外部环境的影响，阻力和 负载会变化很大。造成输出电流波动较大，而且负载又是感性负载，更容易造成尖峰电压的 波动。为此，功率输出电路的保护亦为重要。如图3所示，本专利技术的功率输出电路采用过流 过压保护双重保护，使用双向TVS管和自恢复保险丝，对输出电压进行瞬态保护。为了提高 输出功率还可以增加调谐电容，使得并联电容与电感达到谐振，改善输出负载品质因数，降 低输出电流。 本专利技术的自整角机固态轴角发送系统可以直接和现有的数字系统通信匹配，大大 提高了系统的灵活性；通过实际使用验证，本专利技术的系统可以代替自整角机发送机，应用于 更多使用测量角度的场合。 以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自整角机固态轴角发送系统，其特征在于，包括：上位机、串口电路、单片机、DAC、参考电压产生电路和功率放大电路；单片机存储有正弦波数据表；上位机通过串口电路设置单片机输出正弦波数据表的周期；DAC输入端口接收单片机输出的正弦波数据表，基准电压端接收参考电压产生电路输出的参考电压值，与所述正弦波数据表相乘，输出三路相位相差120°的正弦波模拟信号；功率放大电路对所述三路正弦波模拟信号进行功率放大，输出与航向接收电机功率匹配的正弦波信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永冰，刘勇，蔡延财，贾威，尚超，徐健，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42