CN100390496C - 双速轴角-数字转换器 - Google Patents

Abstract

一种双速轴角—数字转换器，以DSP(数字信号处理器)芯片为核心处理器，旋转变压器的励磁信号经过同步信号产生电路接入DSP芯片，粗、精两个通道的旋转变压器信号分别经过信号调整电路接入DSP芯片，DSP芯片核心处理器首先包括依次通过过采样、数字滤波、抽取及PI(比例、积分算法)角度提取，获取组合轴角位置和速度；再经角度纠错和组合后，通过接口电路实现角度数字量的输出；由DSP芯片产生的随机抖动信号通过滤波电路与粗、精两个通道的旋转变压器信号同时接入信号调整电路。其速比和转换精度可调。转换过程全部由软件算法实现，不仅可以减少硬件电路，降低系统成本，而且可以用软件调节参数，提高转换性能和适应性。

Description

双速轴角-数字转换器

技术领域

本发明属于工业控制领域，特别是一种可用于实现对双速轴角位置和角速度的测量并数字输出的双速轴角-数字转换器。

背景技术

轴角-数字转换器是用于测量角位移和角速度的模拟到数字转换接口，是实现高精度角度位置测量的基础元件，广泛应用于数控机床、机械设备、机器人、雷达以及火炮等随动系统中。目前国外已推出单片旋转变压器-数字转换器(RDC)。现有的双速轴角转换方案采用两套RDC电路和双速处理器电路相组合，整个过程由硬件实现。系统成本高，速比和转换精度可调性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种速比和转换精度可调性的双速轴角-数字转换器。它能降低系统成本，而且可以用软件调节参数，提高转换性能和适应性。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种双速轴角-数字转换器，其特点是：以DSP(数字信号处理器)芯片为核心处理器，旋转变压器的励磁信号经过同步信号产生电路接入DSP芯片，粗、精两个通道的旋转变压器信号分别经过信号调整电路接入DSP芯片，DSP芯片处理器首先依次通过过采样、数字滤波、抽取及PI(比例、积分算法)角度提取，获取组合轴角位置和速度；再经角度纠错和组合后，通过与DSP芯片处理器相接的接口电路实现角度数字量的输出；由DSP芯片产生的随机抖动信号通过滤波电路与粗、精两个通道的旋转变压器信号同时接入信号调整电路。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，PI角度提取通过PI动态跟踪环实现。

本发明公开了一种基于DSP技术的粗/精组合双速轴角-数字转换器。以DSP(数字信号处理器)芯片作为核心处理器，外围辅以信号调理电路对输入的旋转变压器信号进行调理。粗、精两个通道的旋转变压器信号经A/D(模拟/数字)变换后，分别进行数字信号处理，采用PI(比例、积分)算法跟踪角度变化，获取组合轴角位置和速度，完成双速旋转变压器信号到数字量的转换。其速比和转换精度可调。转换过程全部由软件算法实现，不仅可以减少硬件电路，降低系统成本，而且可以用软件调节参数，提高转换性能和适应性。

附图说明

图1为本发明的结构简图。

图2为DSP核心处理器的处理框图。

图3为角度提取PI动态跟踪环图。

图4为角度的纠错与组合框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步描述。

实施例，根据图所示，一种双速轴角-数字转换器，以DSP(数字信号处理器)芯片5为核心处理器，旋转变压器的励磁信号经过同步信号产生电路接入DSP芯片5，粗、精两个通道的旋转变压器信号分别经过信号调整电路2、3接入DSP芯片5，粗、精通道的旋转变压器信号分别进行降压、平移等调整处理，以适应芯片的电压输入范围，经芯片内部A/D变换后，进行角度的提取和纠错组合，再通过接口电路6并行输出二进制数字量。DSP芯片5核心处理器包括首先通过PI(比例、积分算法)角度提取，获取组合轴角位置和速度；再经角度纠错和组合后，通过接口电路6实现角度数字量的输出。

为了补偿速度延迟并进一步提高A/D变换的精度和分辨率，旋转变压器信号在调整处理过程中加入了用软件由芯片产生的随机抖动信号，由DSP芯片5产生的随机抖动信号通过滤波电路4与粗、精两个通道的旋转变压器信号同时接入信号调整电路2、3。采用了过采样7、数字滤波8及抽取9等数字信号处理手段。旋转变压器的激磁信号经变换后作为采样同步信号，根据不同的过采样倍率处理产生控制信号对采样时刻进行控制。

A/D采样由软件定时中断完成。主流程中对采样结果进行数字滤波、PI调节、角度纠错组合及输出处理。

PI角度提取10过程如图3所示。这是一个二阶闭环系统，积分器和PI控制器极大地提高了滤波能力，可精细地跟踪实际角度和速度，并且不断地更新偏差。θ_IN为输入的实际角度的正余弦值，θ_OUT为上次计算角度值，经查表得到sin(θ_OUT)、cos(θ_OUT)，两组值经运算得出差值Δθ，即PI控制偏差。对Δθ进行PI调节，就得出控制量θ_OUT，即本次计算角度值。由PI计算的中间量可以得到角速度值ω。K1、K2是PI参数，Ts是采样周期。调节K1和K2可以达到平滑滤波和减少调节时间的目的。

角度的纠错与组合11如图4所示。θ_C、θ_F为已经提取的粗、精通道的二进制角度量，假定数据字长为16位，且高位对齐。N为速比。则z为粗角度的整圈数值，x为一圈以内粗角度的最高两位值，y为一圈以内精确角度的最高两位值。比较x与y，以对z进行纠错处理，得到精确的角度整圈数z′。纠错算法见图中算法框。z′再与精角度量θ_F相组合，就得到高精度角度输出量φ。

根据N的不同取值，φ的精度不同。当精通道精度为m位，且2^k≤N＜2^k+1时，组合后的角精度为(m+k)位。即例如，精通道为14位精度，当N取64时，φ可达20位精度。

Claims (2)

1.一种双速轴角一数字转换器，其特征在于：以DSP芯片(5)为核心处理器，旋转变压器的励磁信号经过同步信号产生电路(1)接入DSP芯片(5)，粗、精两个通道的旋转变压器信号分别经过信号调整电路(2、3)接入DSP芯片(5)，DSP芯片(5)处理器首先依次通过过采样(7)、数字滤波(8)、抽取(9)及PI角度提取(10)，获取组合轴角位置和速度；再经角度纠错和组合(11)后，通过与DSP芯片(5)处理器相接的接口电路(6)实现角度数字量的输出；由DSP芯片(5)产生的随机抖动信号通过滤波电路(4)与粗、精两个通道的旋转变压器信号同时接入信号调整电路(2、3)。

2.根据权利要求1所述的双速轴角一数字转换器，其特征在于：PI角度提取(10)通过PI动态跟踪环(12)实现。

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