自整角機和數(shù)字轉換器設計與誤差分析
楊 波
（佛山科學技術學院機電分院，廣東佛山528000）
摘要：介紹了自整角機／數(shù)字轉換器原理與構成，以及自整角機／數(shù)字轉換器關鍵技術。分析了激勵信號諧波失真、激勵信號與信號之間相移所帶來的誤差。
關鍵詞：自整角機／數(shù)字轉換器．伺服系統(tǒng)i誤差分析
中圖分類號：tm383.1 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)02-0006-02
1 引 言
自整角機是目前最精確、最可靠的軸位模擬傳感器[1]，廣泛用于航空、航天、航海等各種控制系統(tǒng)，如雷達定向、導航、座標變換、火炮控制、機床控制系統(tǒng)等。傳統(tǒng)上，自整角機輸出的模擬信號由采樣保持電路經(jīng)a／d轉換成數(shù)字信號再由計算機電路進行處理計算確定軸角位置，這種開環(huán)式的檢測處理方法，使得整個系統(tǒng)的分辨率、****精度都非常低，尤其是跟蹤速度非常低，根本無法滿足高速高精度應用場合。為了解決這個問題，本文提出一種基于二階伺服原理的數(shù)字轉換電路，這個電路和自整角機一樣能在很寬的溫度、濕度、振動和沖擊環(huán)境下正常工作，使自整角機可以充分發(fā)揮它的作用。
2工作原理
2.1基本原理
自整角機到數(shù)字轉換原理框圖見圖1，主要由scott變壓器、高速數(shù)字正余弦乘法器[2]、誤差放大器、楣敏檢波器、比例積分器、壓控振蕩器、可逆計數(shù)器及邏輯控制電路組成。
設自整角機模擬軸角位置為口，則其輸出信號為：
經(jīng)scott變壓器轉換成口角正余弦形式輸出，即
設計數(shù)器表示的數(shù)字角，經(jīng)數(shù)字正余弦乘法器得：
兩信號經(jīng)誤差放大器相減，則得：
這個誤差信號經(jīng)相敏檢測，積分器后輸出電壓去控制vco頻率，從而改變計數(shù)器的計數(shù)頻率和計數(shù)方向，由于整個系統(tǒng)是二階閉環(huán)系統(tǒng)，最終使得sin(0-φ)=0，即θ=φ，完成模擬角到ttl電平輸出數(shù)字角的轉換。
2.2數(shù)學模型
圖l所示整個轉換系統(tǒng)的數(shù)學模型可以用一個在正向通道中有兩個積分器的反饋控制系統(tǒng)來表示，見圖2。這里數(shù)字正余弦乘法器，誤差放大器，相敏檢波器，壓控振蕩器是比例環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)i是加了低通補償?shù)哪M積分器，以防止整個電路由于高頻噪聲所帶來的誤差，穩(wěn)定整個系統(tǒng)，積分環(huán)節(jié)i由計數(shù)器構成。系統(tǒng)傳遞函數(shù)為
式中k為系統(tǒng)加速度常數(shù)，即開環(huán)增益。t1=clr1，t2=c2r2，t3=c2rl。整個系統(tǒng)是典型二階伺服系統(tǒng)。理論上，這個系統(tǒng)可以跟蹤均勻角速度變化，如果輸入角是加速度變化，則會帶來誤差，這個加速誤差等于輸入角速度除以加速度常數(shù)，而且在任一時刻數(shù)字角φ都滯后輸入模擬角。
2- 3主要技術參數(shù)選擇
設n是自整角機每轉對應的比特數(shù)，它對應的交流誤差：
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