一种四通道快速高精度旋变角度转换电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种四通道快速高精度旋变角度转换电路，该电路由控制器芯片、信号处理芯片、方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片、俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片、方位激磁电路、俯仰激磁电路、方位双通道旋转变压器以及俯仰双通道旋转变压器组成。本实用新型具有数据错误率低、高精度、高可靠性以及实时性好的优点。
【专利说明】一种四通道快速高精度旋变角度转换电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于伺服控制【技术领域】，涉及一种应用于伺服控制系统的四通道的快速高精度旋变角度转换电路。
【背景技术】
[0002]在现代伺服控制系统中，经常需要实时检测转动的角度位置信息。常用的测量角度的技术有机械式、电磁式、光学测角方法等，适用于不同的场合。旋转变压器作为一种电磁式测角元件，由于具有体积小、精度高、坚固耐用等特点，而被广泛的应用。然而旋转变压器输出的是包含有角度位置信息的模拟电压信号，必须要把它转化为数字信号才能输入到计算机或DSP等系统中进行控制处理。传统的旋变角度转换电路的转换速度慢、且还不能同时接多路转换通道，由此引起了数据错误率高、精度低、可靠性、实时性差等问题，不能满足日新月异的伺服控制系统需求。
[0003]综上分析，为满足伺服控制技术发展要求，开发应用于伺服控制系统中，能够提供数据错误率低、高精度、高可靠性以及实时性好的旋变角度转换电路已成为了伺服控制【技术领域】中的迫切需求。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为了克服数据错误率高、精度低、可靠性、实时性差等弊端，提供一种应用于伺服控制系统的四通道的快速高精度旋变角度转换电路。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种应用于伺服控制系统的四通道的快速高精度旋变角度转换电路，该电路由控制器芯片、信号处理芯片、方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片、俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片、方位激磁电路、俯仰激磁电路、方位双通道旋转变压器以及俯仰双通道旋转变压器组成，其特征在于:
[0007]方位激磁电路分别与方位双通道旋转变压器、方位粗机轴角转换芯片以及方位精机轴角转换芯片连接，向它们提供方位激磁信号；
[0008]方位双通道旋转变压器分别与方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的方位电机角度位置信号，其中方位双通道旋转变压器将方位粗机正余弦模拟信号发送到方位粗机轴角转换芯片，将方位精机正余弦模拟信号发送给方位精机轴角转换芯片；
[0009]俯仰激磁电路分别与俯仰双通道旋转变压器、俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片，向它们提供俯仰激磁信号；
[0010]俯仰双通道旋转变压器分别与俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的俯仰电机角度位置信号，其中俯仰双通道旋转变压器将俯仰粗机正余弦模拟信号发送到俯仰粗机轴角转换芯片，将俯仰精机正余弦模拟信号发送给俯仰精机轴角转换芯片；[0011]控制器芯片，用于控制方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片对方位粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号，控制俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片对俯仰粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号；
[0012]信号处理芯片由锁存模块、数据融合纠错模块组成，锁存模块接收并锁存来自方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，以及来自俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，并在控制芯片的控制下将锁存的16位精度的粗精机数字信号发送给数据融合纠错模块，数据融合纠错模块将融合后的数据发送给控制器芯片。
[0013]优选的，控制器芯片采用TMS320F28335。
[0014]优选的，信号处理芯片采用EPM7256AETI144。
[0015]优选的，轴角转换芯片采用AD2S82A。
[0016]本实用新型所采用的关键技术以及取得的技术效果:
[0017]1、四路旋变转换通道实时控制技术。通过芯片TMS320F28335和芯片EPM7256AETI144的联合控制，满足了对四路旋变转换通道实时控制的功能要求。而且芯片EPM7256AETI144通过在线编程的方式在芯片自身集成了四片74LS373芯片的功能，简化了整体电路的设计，提高了系统可靠性。
[0018]2、粗精机数据融合技术。根据高精度双通道旋转变压器的参数特性，通过对芯片EPM7256AETI144粗精机数据融合模块进行合理的编程，实现了粗精机的数据融合。
[0019]3、粗精机数据纠错技术。根据高精度双通道旋转变压器的粗精机数据产生错误的原理，通过对芯片EPM7256AETI144粗精机数据纠错模块进行合理的编程，完成了对融合数据在出错情况下的修正。
[0020]经过在研项目实验证明，在实时性高、多通道旋变转换通道同时控制、要求高精度、数据错误率低的情况下，使用本实用新型专利中的四通道快速高精度旋变转换电路可靠性高，是一种很实用的方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的接口电路原理图；
[0022]图2是本实用新型的程序流程框图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0024]图1示出了本实用新型的接口电路原理图。本方案转换控制电路主要由控制器芯片、信号处理芯片、方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片、俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片、方位激磁电路、俯仰激磁电路、方位双通道旋转变压器以及俯仰双通道旋转变压器组成。
[0025]其中，轴角转换芯片采用AD公司生产的轴角数字转换芯片AD2S82A，它采用比值跟踪的转换方式，具有功耗低、由用户选择外围器件来设计动态性能、精度及可靠性高等优点。由于现代伺服控制系统对转动角度的位置信息精度要求越来越高，已经达到了秒级，所以旋转变压器现在都采用多级高精度双通道旋转变压器，该旋转变压器能输出粗机、精机两路模拟信号。因而在电路中就需要实时控制多路AD2S82A，而且还要对粗精机这两路数据进行融合纠错，达到伺服控制系统的测角技术指标。
[0026]控制器芯片采用TI公司主推的一款用于伺服控制处理领域的高性能DSP芯片TMS320F28335，它的最高工作频率可以到300MHz，是目前用于该领域性能最好的32位浮点DSP芯片之一，应用前景非常广阔，能满足实时控制多路AD2S82A此功能。
[0027]信号处理芯片采用的是ALTERA公司推出的一款CPLD芯片EPM7256AETI144，用于工业复杂逻辑控制，在该电路中用于实现粗精机数据融合纠错。
[0028]方位激磁电路分别与方位双通道旋转变压器、方位粗机轴角转换芯片以及方位精机轴角转换芯片连接，向它们提供方位激磁信号；
[0029]方位双通道旋转变压器分别与方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的方位电机角度位置信号，其中方位双通道旋转变压器将方位粗机正余弦模拟信号发送到方位粗机轴角转换芯片，将方位精机正余弦模拟信号发送给方位精机轴角转换芯片；
[0030]俯仰激磁电路分别与俯仰双通道旋转变压器、俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片，向它们提供俯仰激磁信号；
[0031]俯仰双通道旋转变压器分别与俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的俯仰电机角度位置信号，其中俯仰双通道旋转变压器将俯仰粗机正余弦模拟信号发送到俯仰粗机轴角转换芯片，将俯仰精机正余弦模拟信号发送给俯仰精机轴角转换芯片；
[0032]控制器芯片，用于控制方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片对方位粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号，控制俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片对俯仰粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号；
[0033]信号处理芯片由锁存模块、数据融合纠错模块组成，锁存模块接收并锁存来自方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，以及来自俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，并在控制芯片的控制下将锁存的16位精度的粗精机数字信号发送给数据融合纠错模块，数据融合纠错模块将融合后的数据发送给控制器芯片。
[0034]图2示出了本实用新型的程序流程框图。方位双通道旋变转换流程与俯仰双通道旋变转流程类似，现以方位双通道旋变转换为例。
[0035]芯片TMS320F28335首先控制芯片EPM7256AETI144的74LS373锁存器模块的使能信号关闭，接着给方位粗机轴角转化芯片AD2S82A和方位精机轴角转换芯片AD2S82A发送FffINHI信号，启动轴角转换，当方位粗机轴角转换芯片AD2S82A将角度位置正余弦模拟信号转换完成后，就会产生BUSYl脉冲，接着芯片TMS320F28335检测到BUSYl脉冲的下降沿时，发送禁止转换信号，同时控制方位粗机轴角转换芯片AD2S82A发送16位方位粗机已转换数据到CPLD总线上，接着芯片TMS320F28335控制芯片EPM7256AETI144的74LS373锁存器模块使能信号打开，将CPLD总线上的数据锁存至74LS373锁存器模块中，并置方位粗机数据锁存标志，再重新启动轴角转换。[0036]用同样的流程，将方位精机数据锁存至74LS373锁存器模块中，再判断方位粗机数据锁存标志及方位精机数据锁存标志是否都为1，若有一个为O或都为0，回到程序流程起点重新运行；若都为1，芯片TMS320F28335控制芯片EPM7256AETI144启动数据融合纠错模块，然后再控制芯片EPM7256AETI144将融合后的数据发送至TMS320F28335的总线上，最后芯片TMS320F28335从总线上读取最终采集的数据，角度位置数据采集完毕。
[0037]综上所述，本实用新型专利具有很强的适应伺服控制系统应用的需要。
[0038]本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。
【权利要求】
1.一种四通道快速高精度旋变角度转换电路，该电路由控制器芯片、信号处理芯片、方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片、俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片、方位激磁电路、俯仰激磁电路、方位双通道旋转变压器以及俯仰双通道旋转变压器组成，其特征在于:方位激磁电路分别与方位双通道旋转变压器、方位粗机轴角转换芯片以及方位精机轴角转换芯片连接，向它们提供方位激磁信号； 方位双通道旋转变压器分别与方位粗机轴角转换芯片、方位精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的方位电机角度位置信号，其中方位双通道旋转变压器将方位粗机正余弦模拟信号发送到方位粗机轴角转换芯片，将方位精机正余弦模拟信号发送给方位精机轴角转换芯片； 俯仰激磁电路分别与俯仰双通道旋转变压器、俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片，向它们提供俯仰激磁信号； 俯仰双通道旋转变压器分别与俯仰粗机轴角转换芯片、俯仰精机轴角转换芯片相连，向它们提供采集到的俯仰电机角度位置信号，其中俯仰双通道旋转变压器将俯仰粗机正余弦模拟信号发送到俯仰粗机轴角转换芯片，将俯仰精机正余弦模拟信号发送给俯仰精机轴角转换芯片； 控制器芯片，用于控制方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片对方位粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号，控制俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片对俯仰粗精机正余弦模拟信号进行AD轴角转换，转换为16位精度的粗精机数字信号； 信号处理芯片由锁存模块、数据融合纠错模块组成，锁存模块接收并锁存来自方位粗机轴角转换芯片和方位精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，以及来自俯仰粗机轴角转换芯片和俯仰精机轴角转换芯片的转换后的16位精度的粗精机数字信号，并在控制芯片的控制下将锁存的16位精度的粗精机数字信号发送给数据融合纠错模块，数据融合纠错模块将融合后的数据发送给控制器芯片。
2.根据权利要求1所述的一种四通道快速高精度旋变角度转换电路，其特征在于:控制器芯片采用TMS320F28335。
3.根据权利要求1所述的一种四通道快速高精度旋变角度转换电路，其特征在于:信号处理芯片采用EPM7256AETI144。
4.根据权利要求1所述的一种四通道快速高精度旋变角度转换电路，其特征在于:轴角转换芯片采用AD2S82A。
【文档编号】G01B7/30GK203414053SQ201320441733
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】曹俊, 陈智会, 许家勤 申请人:中船重工中南装备有限责任公司