王星民，郭盛杰

(国营第785厂，山西太原 030024)

0 引言

旋转变压器是一种精密角度测量装置，是一种输出电压随转子变化的信号元件，具有高低温性能好、抗振冲能力强、工作可靠、抗干扰能力强等优点。在机电一体化产品中得到了越来越广泛的应用［1］。

为了提高测角精度，目前常用多极旋转变压器粗精示机构组合的方法。实现多极旋转变压器粗精示组合的方法有两类:一类由硬件实现，另一类由软件实现。本文介绍一种工程实用的由软件实现多极旋转变压器轴角粗、精示机构组合的方法。

1 粗、精示机构组合原理

粗、精机构组合的含义是粗示机构轴角转过1圈时，精示机构轴角则转过n圈。即由粗示确定轴角的粗略，由精示确定轴角的精确位置，粗精角组合得到真实的机械轴角［3］。

如图1所示，多极旋转变压器输入的正弦激磁信号为E，当精示轴角θ精与粗示轴角 θ粗之间速比为n∶1时，则电信号相当于Ucs、Ucc(粗示正弦，粗示余弦)以360°为一个周期，而Ujs、Ujc(精示正弦，精示余弦)信号则以360°/n为一个周期，如图2所示。根据图2，可对多极旋转变压器的轴角组合。先将0°～360°划分为n个区间，每个区间360°/n，真实轴角落入哪个区间，可有Ucs、Ucc计算出 θc得到，再由 Ujs、Ujc计算出θj得到所在区间的精确值［2］。具体组合方法:θc只取“整数”部分，θj取“小数”部分。组合后的轴角为:

2 实现方法

2.1 硬件设计

多极旋转变压器测角装置硬件由正余弦旋转变压器、激磁电路、粗精示机构、A/D变换器、计算机等构成［3］。电路框图如图3所示。

图1 粗、精示机构

图2 粗、精示UcUj对应的波形

图3 多极旋转变压器测角装置电路框图

2.2 数学处理方法

(1)粗精合并数字处理方法

激磁信号为正弦波，当旋转变压器转过角度为θ时，则其输出正弦和余弦电压为:

Ucs、Ucc、Ujs、Ujc电压经 A/D 转换，送入计算机处理。计算机下述数学方法求得 θc和θj。最终的机械角度θ由θc、θj通过式(1)计算得到。

(2)粗示角度θc及精示角度θj数学处理方法

为了提高计算精度，正切值只计算出0°～45°的范围，为此将360°分为8个象限，每个象限为45°角度范围。象限划分如图4所示:

图4 象限划分

象限用二进制表示，即000－111表示1－8个象限，按表1判断相应象限。计算机根据sinθ和cosθ的极性及绝对值大小确定机械转角的象限再加上的角度，即为机械角度值。即:

表1 象限数字值确定方法

θ(*)=45*k+θ，其中k为象限数字值。

2.3 软件设计

根据以上分析，可以很容易得出轴角粗精示组合的程序流程(见图5)。

图5 轴角粗精示组合流程图

3 结束语

通过软件实现多极旋转变压器粗精示组合的方法完成角度测量，具有实现简单、经济实用等特点。因此，在机电一体化产品中越来越广泛的应用。本人设计的多极旋转变压器测角装置，已在某数字伺服控制系统中得到了应用。

［1］郭庆鼎，孙宝标，王丽梅.现代永磁电动机交流伺服系统［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［2］卢志刚，吴杰，吴潮.数字伺服控制系统与设计［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［3］张莉松，胡祐得，徐立新.伺服系统原理与设计［M］.北京:北京理工大学出版社，2008.