绝对式感应同步器复合测角系统的制作方法

本发明属于高精度测角系统技术领域，具体涉及一种绝对式感应同步器复合测角系统。

背景技术：

目前高精度测角系统中采用的角位置传感器主要有光电编码器和增量式感应同步器等角位置传感器。光电编码器具有较高的精度，输出为数字形式，工作原理简单，但是存在连轴节，对轴系精度要求高，不易安装调试、易受到电气干扰等缺点。而增量式感应同步器虽具有高精度、抗干扰能力强的优点，但无法输出绝对位置信息，上电后需要寻零过程，使用不方便。因此现有的测角系统无法同时满足高精度、抗干扰、绝对角位置输出的需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服现有技术的不足，提供一种高精度、抗干扰、高实时性、绝对角位置输出的测角系统。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种绝对式感应同步器复合测角系统，所述绝对式感应同步器复合测角系统与感应同步器进行数据传输，所述感应同步器为双通道的感应同步器，包括粗通道和精通道；感应同步器的粗通道的角度测量值简称为粗测轴角，作为合成轴角的整数部分，感应同步器的精通道的角度测量值简称精测轴角，作为合成轴角的小数部分；

所述绝对式感应同步器复合测角系统包括：前置放大模块、带通滤波模块、轴角解算模块、粗精通道数据组合模块；

其中，所述前置放大模块用于对感应同步器反馈的毫伏级信号形式的粗通道的角度测量值以及精通道的角度测量值进行放大；

所述带通滤波模块设置于前置放大模块后端，用于滤除放大后信号中噪声干扰，提高信噪比，滤波器中心频率设为10KHz；

所述轴角解算模块用于将滤波的模拟信号形式的粗通道的角度测量值以及精通道的角度测量值解算为角度数字信号输出；该角度数字信号包括数字信号形式的粗通道的角度测量值以及精通道的角度测量值；

粗精通道角度数据组合模块用于对数字信号形式的粗通道的角度测量值以及精通道的角度测量值进行组合并修正；其中，

假设角度数据的真值为a.b，其中a表示1°以上的角度值，b表示0.1°位的值；设感应同步器粗通道在0.1°位的测角误差为Δ，则粗测角度为：

整数值0.1°位值

其中，为感应同步器粗通道测量得到的整数角度值；

为感应同步器精通道测量得到的0.1°位值；

设感应同步器精通道测得的0.1°位的值为则粗、精组合所要解决的问题就是，利用测量值和区分三种情况以求得a；

由于感应同步器精通道的测角精度很高，因此认为

将式(1)0.1°位值减得

如设粗通道的测角误差界为ε，即

|Δ|<ε (3)

则式(2)差值的取值范围为：

为区分这三种情况，上述式(3’)中Δ-10、Δ、Δ+10范围值不能重叠；

由此得到粗通道的测角误差界的范围为

ε<5 (4)

即如要得到正确的粗、精组合，则需粗通道的测角误差的绝对值小于0.5°；考虑到Δ取整值，故这个误差界限定为ε＝4，对应粗通道的测角误差的绝对值为0.4°；

以上就是粗精通道数据组合的基本思路，即利用粗通道、精通道在0.1°位的值的差来判断是否有1°位的错误借位或进位并对其进行修正，其具体修正方法如下：

设双通道测角系统中，粗通道的测角误差不大于0.4°，则比较粗通道、精通道的0.1°位值，若：

①差值的绝对值不大于4，则说明粗测通道没有1°位的错误借位或进位，所得到1°位的值是真值，不必修正；

②差值大于等于6，则说明粗通道有1°位的误借位，需将其所得的1°位的值加1以得到真值；

③差值小于-6，则说明粗通道有1°位的误进位，需将其所得的1°位的值减1以得到真值；

④设定差值绝对值为5的情况不存在；

上述内容以公式形式展示如下：

(三)有益效果

本发明通过使用轴角转换芯片与双通道的感应同步器共同组成新型的绝对式测角系统；仿照螺旋测微器(千分尺)的原理，感应同步器的粗通道的测量值简称为粗测轴角，作为合成轴角的整数部分，感应同步器的精通道的测量值简称精测轴角，作为合成轴角的小数部分，从而提高了整个测角系统的精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)测角精度可达±2角秒，电路实现简单；

(2)上电即可输出绝对位置信息，使用方便；

(3)在恶劣环境下仍能可靠使用。

附图说明

图1是本发明测角系统案组成示意图。

图2为的取值范围，

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题，本发明提供一种绝对式感应同步器复合测角系统，如图1所示，所述绝对式感应同步器复合测角系统与感应同步器进行数据传输，所述感应同步器为双通道的感应同步器，包括粗通道和精通道；感应同步器的粗通道的测量值简称为粗测轴角，作为合成轴角的整数部分，感应同步器的精通道的测量值简称精测轴角，作为合成轴角的小数部分；

所述绝对式感应同步器复合测角系统包括：前置放大模块、带通滤波模块、轴角解算模块、粗精通道数据组合模块；

本发明的技术解决方案是：通过使用轴角转换芯片(优选AD2S1210、AD2S83)与双通道的感应同步器共同组成新型的绝对式测角系统；仿照螺旋测微器(千分尺)的原理，感应同步器的粗通道的测量值简称为粗测轴角，作为合成轴角的整数部分，感应同步器的精通道的测量值简称精测轴角，作为合成轴角的小数部分，从而提高了整个测角系统的精度。

其中，所述前置放大模块用于对感应同步器反馈的毫伏级信号进行放大，方案采用两级放大方式，放大器优选仪表放大器INA2128；

所述带通滤波模块设置于前置放大模块后端，用于滤除噪声干扰，提高信噪比，滤波器中心频率设为10KHz；

所述轴角解算模块用于将感应同步器反馈的模拟信号解算为角度数字信号输出，其中粗通道轴角解算芯片优选AD2S83，精通道优选AD2S1210；

粗精通道角度数据组合模块

设角度的真值为a.b，其中a表示1°以上的角度值，b表示0.1°位的值；设感应同步器粗通道在0.1°位的测角误差为Δ，则粗测角度为：

整数值0.1°位值

其中，为感应同步器粗通道测量得到的整数角度值；

为感应同步器精通道测量得到的0.1°位值；

设感应同步器精通道测得的0.1°位的值为则粗、精组合所要解决的问题就是，利用测量值和区分3种情况以求得a；

一般来说，感应同步器精通道的测角精度很高，因此通常可认为将式(1)0.1°位值减得

如设粗通道的测角误差界为ε，即

|Δ|<ε (3)

则式(2)差值的取值范围如图2所示，为：

为区分这三种情况，上述式(3’)中Δ-10、Δ、Δ+10范围值不能重叠，即图2中3个阴影区域不能重叠；

由此得到粗通道的测角误差界的范围为

ε<5 (4)

即如要得到正确的粗、精组合，则需粗通道的测角误差的绝对值小于0.5°；考虑到Δ取整值，故这个误差界限通常定为ε＝4，对应粗通道的测角误差的绝对值为0.4°；

以上就是粗精通道数据组合的基本思路，即利用粗通道、精通道在0.1°位的值的差来判断是否有1°位的错误借位或进位并对其进行修正，其具体修正方法如下：

设双通道测角系统中，粗通道的测角误差不大于0.4°，则比较粗通道、精通道的0.1°位值，若：

①差值的绝对值不大于4，则说明粗测通道没有1°位的错误借位或进位，所得到1°位的值是真值，不必修正；

②差值大于等于6，则说明粗通道有1°位的误借位，需将其所得的1°位的值加1以得到真值；

③差值小于-6，则说明粗通道有1°位的误进位，需将其所得的1°位的值减1以得到真值；

④设定差值绝对值为5的情况不存在；

上述内容以公式形式展示如下：

该过程可在单片机、DSP或FPGA中实现。

下面结合具体实施例说明。

实施例

本实施例中，绝对式测角过程如下：

(1)用图1设计的测角电路获得感应同步器粗通道、精通道角位置分量输出

(2)按照公式(5)计算整数部分角度真值a；

(3)得到正确的角度真值

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。