多路同步机的转角-数据变换器制造技术

一种多路同步机的转角－数据变换器，与现有的移相法不同，是将同步机输出的被转角调制的电信号解调出包络，利用微机的中断程序控制Ａ／Ｄ转换，并计算处理每台同步机的角度数据．本发明专利技术有两种方案：采用带有符号位和不带符号位的Ａ／Ｄ转换器，前者精度高，后者精度略低，成本却大大下降．本发明专利技术不受同步机载频波形失真、电压及频率波动的影响，转换速度快，可随时读取转角数据，特别适合多路同步机转角的同时测量．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轴转角的数码变换器，特别涉及一种多路同步机(自整角机、旋转变压器)的转角数码变换器。现有的将同步机的转角直接从输出电信号转变成码，大都采用移相法。并且美国已有组件出售。移相法的基本出发点是依据同步机的转角与同步机输出二相载频之间的相移成正比，而把这个相移的间隔变为方波，并用作对一个高频脉冲进行计数的闸门，所计的数即可代表该同步机的转角。苏联1982年发表的号为955152题为《轴转角的数码变换器》的专利，也采用移相法。即把与轴转角成正比的相移变为方波，但它不是用计数法，而是将此方波进行电压积分，再将此积分电压转变成数码。移相法要求同步机载频的波形是比较理想的正弦波，任何谐波都会影响其相移;还要求电压波动要小，任何电压波动也会影响相移。由于同步机在不同的转角时，其相移也不同，所以不能随时读取数码，只能在计数完毕(或方波电压积分完毕)的特定时刻才能读数，即转换速度慢。由于移相法很难做到转角和相移的严格线性关系，因而提高精度受到了限制。移相法更容易受到电源频率波动的影响，而电源频率的波动，在某些场合下是经常发生的(特别是逆变电源，如许多雷达的电源)。本专利技术的目的是提供一种采用微机(或计算机，下同省略)处理的直接把多路(或单路)同步机输出的电信号转换成角度数据的变换器。本专利技术采用简单的电路，用较低的成本，即可提高转换精度和转换速度。本专利技术的变换器，不受同步机载频波形失真、电压波动及频率波动的影响，转换速度快，随时可以读取同步机的转角数据，而且任何角度的精度都一样。特别适合多路同步机转角的同时测量。但本专利技术只适合于有微机应用的场合。在微机中只要划出一个中断程序就可以了，而不影响微机主程序工作。实际上转角转变成数码大部分也是供微机处理的。为了便于理解本专利技术，首先简述一下本专利技术中同步机转角的计算和判别。同步机输出二相被其转角调制的信号，其包络是正交的。如果象自整角机输出是三相的，那么可以通过SCOtt变压器变成正交的二相。经同步检波后，解出二个正交的低频信号，对应调制信号的包络。二相关系如下a＝ASinθb＝ACOSθ式中a为a相的瞬间值;b为b相的瞬间值;A为幅值;θ为瞬间转角。同步机360°转角可分为四个象限。上述二相正交的低频信号在四个象限中简单的数学关系如下一象限 Sin(θ+2π)＝SinθCOS(θ+2π)＝COSθ二象限 Sin(θ+ (π)/2 )＝COSθCOS(θ+ (π)/2 )＝-Sinθ三象限 Sin(θ+π)＝-SinθCOS(θ+π)＝-COSθ四象限 Sin(θ+ 3/2 π)＝-COSθCOS(θ+ 3/2 π)＝Sinθ由上述四组数学式可见，只要知道a相和b相的符号位，就可以判别转角在哪一个象限，然后再计算θ值。为了保证θ值的精度和减少电源电压的影响，利用二相信号正交的特点，在每个象限里分二段来计算它们的tgθ或Ctgθ值。当tgθ＞1时，计算Ctgθ;当Ctgθ＞1时，计算tgθ。即以45°作分界线。因为tg≤1或Ctgθ≤1计算的θ值，角度与函数值的关系线性较好，保证了计算精度;又由于tgθ＝ (Sinθ)/(COSθ) ＝ 1/(Ctgθ) ，即由正交的二相相除而得，则减少了电源波动的影响。根据上述的分段计算和360°内分成四个象限，则实际角度分八个区来计算，列表如下 以上转角的判别和计算，是把被同步机转角调制的二相电信号解调出包络之后，通过A/D转换，再送到微机运算的。微机的中断处理和运算程序是很简单的，这里就不赘述了。当然真正的机械起始角度和电气起始角度存在着一个固定的差值，测出这个值并减去之，便可以得到真正的角度。本专利技术有两种不同的方案。其一，转换精度高，但成本偏高;其二，转换精度略低，但成本却大大下降。以适于不同的应用场合。〔方案一〕现就图1～5为例，比较详细地叙述一下本方案的具体内容。图1为四路同步机转角同时测量的电路方框图。当然可以接更多的同步机，只要选择合适的多路模拟转换开关或增加其数量就可以了。只是为了说明的方便，仅以四路为例。其中二台为自整角机，二台为旋转变压器。自整角机输出三相被其转角调制的电信号，其包络之间相差为120°(见图2a、b、c)。二台自整角机输出的电信号分别加到图1中SCOtt变压器1、2的输入端，SCOtt变压器将输入信号变为包络相差90°二相正交的调制信号(见图2d、e)，并使其电压变为适合于A/D转换的电压。旋转变压器本身输出的就是二相包络正交的调制信号。二台旋转变压器输出的调制信号分别接到图1中的普通变压器3、4的输入端，该变压器输出的仍是二相包络正交的调制信号，只是将输入信号变为适合A/D转换的电压。由此获得了四组八路适合A/D转换电压的包络正交的调制信号，分别加到图1中八个采样保持电路5～12的输入端。每组二相包络正交的调制信号，它们的每一组相当于载频被抑制的双边带调制信号(如图3a)。这样就可以用一个与励磁电源频率相同的采样脉冲(如图3b)，输入到采样保持电路，并对准调制信号的峰点进行采样和保持，从而同步解调出相差90°的二相正交包络信号(图3C为二相包络信号中的一相)，即相当于在前面同步机转角的计算和判别中所述的a相或b相的正弦和余弦信号，这就是采样保持电路的输出信号。只有这二相包络信号对计算角度有用，而其载频是无用的。输入到采样保持电路的采样脉冲是由图1中采样脉冲发生器20产生的。该发生器的输入信号是同步机的励磁电源通过图1中励磁变压器17供给的。图4为采样脉冲发生器的电路方框图。图4中比较器22将变压器17输入的励磁电源信号(如图5a)形成方波(如图5b)，再经过单稳延时电路23产生一个脉冲信号(如图5C)，该脉冲的后沿对准图5中输入信号a的峰值，用此脉冲信号触发单稳电路24，则产生一个约5μS的较窄脉冲(如图5d)，即图3采样脉冲b。采样保持电路输出的八路模拟包络信号送至图1中多路模拟转换开关13，该开关由图1中微机16控制其地址线01，选通其中一路模拟信号输出，并通过图1中缓冲级14逐个送到图1中A/D转换器15。这里微机处理的方法是灵活的，可以把八路四组信号轮流转换并送到微机后，再处理每组信号的同步机的转角，也可以每组转换送微机处理角度后，再处理另一组，视用途而定。图1中时钟电路(图1中21)产生的时钟信号，供A/D转换用，因A/D转换器是逐次比较型的。在A/D转换器收到微机(接口电路未画出，下同)通过04线发出启动信号后，时钟信号控制A/D转换器进行工作。转换结束后送出一个转换结束的状态信号，通过导线03通知微机，然后微机通过数据总线02将转换数据读入，由于A/D转换的速度很快(约100μS)，因此各路转换后的数据可以看作是同时的。微机通过导线04启动A/D转换，其启动时刻是由来自采样脉冲发生器20的采样脉冲的后沿启动的。因为这时采样保持的信号已稳定，且没有衰减，微机就进行中断处理，这样既时间快，又不影响微机的主程序工作，同时又可以保证转换精度。众所周知，为了提高转换精度，必须选用高bit位(即分解度)的A/D转换器。但单靠增加A/D转换器的bit位以减少量化误差是不够的。因为同步机励磁电源电压的略微变化，会使全部量化的低位数失效，即使A/D转换器的基准电压非常稳定，也无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路同步机的转角—数据变换器，包括：多台输出三相被转角调制的电信号的自整角机及多台输出二相被转角调制的包络正交的电信号的旋转变压器，多个输入端接自整角机并将其送来的三相调制信号变为被转角调制的包络正交的二相电信号输出的Ｓｃｏｔｔ变压器及多个输入端接旋转变压器的普通变压器，其特征是还包括：多个输入端与ｓｃｏｔｔ变压器及普通变压器相接、输出被采样脉冲采样解调出包络信号的采样保持电路，一个或多个输入端与采样保持电路相接、受微机控制而轮流输出每一路包络信号的多路模拟转换开关，一个输入端与多路模拟转换开关相接、受微机控制将包络信号转变为数据信号输出的带有符号位、ｂｉｔ位（即分解度）满足转换精度要求的Ａ／Ｄ转换器，一个由采样脉冲的后沿去启动Ａ／Ｄ转换、利用中断程序去控制Ａ／Ｄ转换并计算、处理每台同步机（自整角机、旋转变压器）转角数据的微机，一个由输入端接励磁电源的励磁变压器、比较器及单稳电路所组成的输出采样脉冲的采样脉冲发生器。

【技术特征摘要】
1.一种多路同步机的转角-数据变换器，包括多台输出三相被转角调制的电信号的自整角机及多台输出二相被转角调制的包络正交的电信号的旋转变压器，多个输入端接自整角机并将其送来的三相调制信号变为被转角调制的包络正交的二相电信号输出的Scott变压器及多个输入端接旋转变压器的普通变压器，其特征是还包括多个输入端与scott变压器及普通变压器相接、输出被采样脉冲采样解调出包络信号的采样保持电路，一个或多个输入端与采样保持电路相接、受微机控制而轮流输出每一路包络信号的多路模拟转换开关，一个输入端与多路模拟转换开关相接、受微机控制将包络信号转变为数据信号输出的带有符号位、bit位(即分解度)满足转换精度要求的A/D转换器，一个由采样脉冲的后沿去启动A/D转换、利用中断程序去控制A/D转换并计算、处理每台同步机(自整角机、旋转变压器)转角数据的微机，一个由输入端接励磁电源的励磁变压器、比较器及单稳电路所组成的输出采样脉冲的采样脉冲发生器。2.权利要求1所说的多路同步机的转角-数据变换器，其特征是所说的A/D转换器包括一个带有符号位、bit位(即分解度)满足转换精度要求的A/D转换器，一个产生时钟信号去控制A/D转换的时钟电路，一个输入端接同步机励磁电源的励磁变压器，一个输入端接励磁变压器的一组绕组、输出采样脉冲的采样脉冲发生器，一个输入端接励磁变压器另一绕组、受来自采样脉冲发生器的采样脉冲所采样保持而产生浮动基准电压的采样保持电路，一个输入端接采样保持电路、输出具有一定驱动功率的浮动基准电压至A/D转换器基准电压端的驱动器。3.一种多路同步机的转角-数据变换器，包括多台输出三相被转角调制的电信号的自整角机及多台输出二相被转角调制的包络正交的电信号的旋转变压器，多个输入端接自整角机并将其送来的三相调制信号变为被转角调制的包络正交的二相电信号输出的SCOtt变压器及多个输入端接旋转变压器的普通变压器，其特征是还包括多个输入端接SCOtt变压器及普通变压器的一组对称绕组、被采样脉冲解调出符号位状态信号的正负符号鉴别电路，多个输入端接SCOtt变压器及普通变压器另一绕组、受符号位状态信号控制及在采样脉冲作用下采样解调出绝对值信号的绝对值解调电路，一个带有多路模拟转换开关(或另接多路模拟转换开关)、不带符号位、bit位(即分解度)满足转换精度要求的、输入端接绝对值解调电路、受微机控制将绝对值信号转变为数据信号的A/D转换器，一个由采样脉冲的后沿去启动A/D转换、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何远熙，
申请(专利权)人：大连电子研究所，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]