CN102650532B - 数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，实现该方法的电路包括数字-正余弦信号转换电路和电子SCOTT变压器，数字-正余弦信号转换电路接收16位自然二进制数字角度量和频率为DC～1kHz的参考信号，产生高精度6.81V正余弦信号给电子SCOTT变压器,电子SCOTT变压器经不同的跳线方式，实现线-线电压11.8V自整角机信号、线-线电压11.8V旋转变压器信号或线-地电压6.81V正余弦信号输出；转换精度±1角分，信号频率DC～1kHz，输出信号类型为自整角机/旋转变压器/正余弦信号可编程。本发明设计更为合理，具备精度高，输出类型多，工作频率宽，适应性强等优点。

Description

数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法

技术领域

本发明是属于信号模拟与测试技术领域，特别是一种数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法。

背景技术

常见的轴角信号有自整角机信号/旋转变压器信号和正余弦信号，数字-轴角转换器就是将计算机发送的数字角度信号转换成三线自整角机信号/四线旋转变压器信号和两线正余弦信号，是现代轴角电子变换技术中的核心器件，广泛应用于航天、航空、雷达、火控及工业自动化领域。现有的数字-轴角转换器只能实现一种信号类型、一种信号频率和一种信号电压的转换，精度低、输出类型及频率单一、适应性差，不利于角度测量及控制领域的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种设计更为合理、精度高、输出类型多、工作频率宽、适应性强的数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于：实现该方法的电路包括数字-正余弦信号转换电路和电子SCOTT变压器，数字-正余弦信号转换电路接收16位自然二进制数字角度量和频率为DC～1kHz的参考信号，产生高精度6.81V正余弦信号给电子SCOTT变压器,电子SCOTT变压器经不同的跳线方式，实现线-线电压11.8V自整角机信号、线-线电压11.8V旋转变压器信号或线-地电压6.81V正余弦信号输出；转换精度±1角分，信号频率DC～1kHz，输出信号类型为自整角机/旋转变压器/正余弦信号可编程。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。以上所述的转换方法，其特点是：所述的数字-正余弦信号转换电路将16位数字量θ分为α和β两部分，α为高3位粗分数字角：0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°共8个值中的某一个值，即将圆周分成8等分；β为低13位细分数字角：0°～(45°-1LSB)，即将0～45°范围扇面等分成8192个子扇面，1LSB＝0.055°；数字-正余弦信号转换电路由此可以细分为高3位粗分电路和低13位细分电路，实现与α，β有关的各项，最后得到全角“α+β”范围的正余弦信号。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。以上所述的转换方法，其特点是：数字-正余弦信号转换电路的高3位粗分电路中，180°控制位通过模拟开关和精密电阻实现参考信号的反相，从而实现输出正余弦信号 $\left\{\begin{array}{c}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 至 $\left\{\begin{array}{c}-\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 切换，其中K为信号线-地电压的有效值；45°控制位通过模拟开关实现sinβ和sin(45°-β)相互切换；45°和90°控制位通过模拟开关和精密电阻网络产生sinα,cosα,sin(α+45°),cos(α+45°)的函数值，从而实现四个象限共8个粗分点的正余弦函数值。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。以上所述的转换方法，其特点是：数字-正余弦信号转换电路的低13位细分电路采用代表13位权值的精密电阻网络结构产生13路电流信号，由运算放大器将电流信号转换为低位正余弦信号，同时将该信号通过正反馈的形式补偿前端参考信号，0.707106≤sinβ+sin(45°-β)≤0.76536，补使补偿后正余弦信号更接近理论值从而降低矢径偏差值，提高转换精度。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。以上所述的转换方法，其特点是：电子SCOTT变压器接收6.81V的正余弦信号，根据输出信号类型不同，采用相应的跳线方式切换对应电路，输出线-线电压11.8V的三线自整角机信号时，线-地电压输出线-线电压11.8V的四线旋转变压器信号时，线-地电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_1=-0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_3=0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_4=-0.732\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.,$ 输出线-地电压6.81V的正余弦信号时， $\left\{\begin{array}{c}{S}_3=\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.,$ 其中K为信号线-地电压的有效值。

本发明的数字-正余弦信号转换电路的高3位粗分电路中，180°控制位通过模拟开关电路将分压后的参考电压接入运算放大器，实现参考信号的反相，从而实现输出信号由一、二象限至三、四象限的180°镜像功能。设计精密电阻网络产生0.707的函数值，45°和90°控制位通过模拟开关电路互换低13位正余弦信号值并将相应函数值切入运算放大器，实现正余弦信号的乘积运算，从而实现输出信号在一、二象限粗分角度的正余弦信号转换功能。

本发明的数字-正余弦信号转换电路的低13位细分电路中，13位DAC电路采用精密权电阻网络结构，13路信号均可以微调，采用精密电阻及运算放大器将电流信号转换为低位正余弦信号，同时将该信号通过正反馈的形式接入前端参考输入端，低13位数字角在0～45°变化时参考信号变化量为7.6％，可视为略有变化的近似常数对输入参考VR进行补偿，补偿系数由2个正反馈电阻控制，使补偿后正余弦信号更接近理论值从而降低矢径偏差值，提高转换精度。

本发明的电子SCOTT变压器中，S₂和S₄电路结构固定：S₂＝cos(θ)×Ksin(ωt)，S₄＝-0.732S₂＝-0.732cos(θ)×Ksin(ωt)。当线-地电压6.81V正余弦信号输出时，S₂’与地短接、S₃’悬空，S₃＝sin(θ)×Ksin(ωt)，实现线-地电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_3=\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right..$ 当线-线电压11.8V旋转变压器信号类型输出时，S₂’与地短接、S₃’与S₃短接，S₃＝0.866sin(θ)×Ksin(ωt)，S₁＝-S₃＝-0.866sin(θ)×Ksin(ωt)，实现线-地电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_1=-0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_3=0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_4=-0.732\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.,$ 线-线电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_2-S_4=1.732\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_3-S_1=1.732\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right..$ 当线-线电压11.8V自整角机信号类型输出时，S₂’与S₂短接、S₃’与S₃短接，S₃＝0.866sin(θ)×Ksin(ωt)-0.5cos(θ)×Ksin(ωt)，S₁＝-(S₃+S₂)实现线-地电压线-线电压

与现有技术相比，本发明设计更为合理，具备精度高，输出类型多，工作频率宽，适应性强等优点。

附图说明

图1是本发明的总体电路原理框图；

图2是数字-正余弦信号转换电路的180°控制电路图；

图3是数字-正余弦信号转换电路的45°和90°控制电路图；

图4是数字-正余弦信号转换电路的低13位细分电路图；

图5是电子SCOTT变压器电路图。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，参照图1-5，一种数字信号到自整角机/旋转变压器转换方法，实现该方法的电路包括数字-正余弦信号转换电路和电子SCOTT变压器，数字-正余弦信号转换电路可细分为高3位粗分电路和低13位细分电路，接收16位自然二进制数字角度量和频率为DC～1kHz的参考信号，产生高精度6.81V正余弦信号给电子SCOTT变压器,电子SCOTT变压器经不同的跳线方式，实现线-线电压11.8V自整角机信号、线-线电压11.8V旋转变压器信号或线-地电压6.81V正余弦信号输出。该转换方法实现转换精度最高±1角分，信号频率范围DC～1kHz，输出信号类型为自整角机/旋转变压器/正余弦信号可编程。

实施例2，实施例的1所述的数字信号到自整角机/旋转变压器转换方法中：所述的所述的数字-正余弦信号转换电路将16位数字量θ分为α和β两部分，α为高3位粗分数字角：0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°共8个值中的某一个值，即将圆周分成8等分；β为低13位细分数字角：0°～(45°-1LSB)，即将0～45°范围扇面等分成8192个子扇面，1LSB＝0.055°；数字-正余弦信号转换电路由此可以细分为高3位粗分电路和低13位细分电路，实现与α，β有关的各项，最后得到全角“α+β”范围的正余弦信号。

实施例3，实施例的1或2所述的数字信号到自整角机/旋转变压器转换方法中：数字-正余弦信号转换电路的高3位粗分电路中，180°控制位通过模拟开关和精密电阻实现参考信号的反相，从而实现输出正余弦信号 $\left\{\begin{array}{c}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 至 $\left\{\begin{array}{c}-\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 切换；K为信号线-地电压的有效值；45°控制位通过模拟开关实现sinβ和sin(45°-β)相互切换；45°和90°控制位通过模拟开关和精密电阻网络产生sinα,cosα,sin(α+45°),cos(α+45°)的函数值，从而实现四个象限共8个粗分点的正余弦函数值。

实施例4，实施例的1或2或3所述的数字信号到自整角机/旋转变压器转换方法中：数字-正余弦信号转换电路的低13位细分电路采用代表13位权值的精密电阻网络结构产生13路电流信号，由运算放大器将电流信号转换为低位正余弦信号，同时将该信号通过正反馈的形式补偿前端参考信号，0.707106≤sinβ+sin(45°-β)≤0.76536，补使补偿后正余弦信号更接近理论值从而降低矢径偏差值，提高转换精度。

实施例5，实施例的1或2或3或4所述的数字信号到自整角机/旋转变压器转换方法中：电子SCOTT变压器接收6.81V的正余弦信号，根据输出信号类型不同，采用相应的跳线方式切换对应电路，输出线-线电压11.8V的三线自整角机信号时，线-地电压输出线-线电压11.8V的四线旋转变压器信号时，线-地电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_1=-0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_3=0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_4=-0.732\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.,$ 输出线-地电压6.81V的正余弦信号时， $\left\{\begin{array}{c}{S}_3=\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right..$

Claims (5)

1.一种数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于：实现该方法的电路包括数字-正余弦信号转换电路和电子SCOTT变压器，数字-正余弦信号转换电路接收16位自然二进制数字角度量和频率为DC～1kHz的参考信号，产生高精度6.81V正余弦信号给电子SCOTT变压器,电子SCOTT变压器经不同的跳线方式，实现线-线电压11.8V自整角机信号、线-线电压11.8V旋转变压器信号或线-地电压6.81V正余弦信号输出；转换精度±1角分，信号频率DC～1kHz，输出信号类型为自整角机信号、旋转变压器信号或者正余弦信号，对自整角机信号、旋转变压器信号或者正余弦信号中的任何一种按需要编程。

2.根据权利要求1所述的数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于：所述的数字-正余弦信号转换电路将16位数字量θ分为α和β两部分，α为高3位粗分数字角：0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°共8个值中的某一个值，即将圆周分成8等分；β为低13位细分数字角：0°～(45°-1LSB)，即将0～45°范围扇面等分成8192个子扇面，1LSB＝0.055°；数字-正余弦信号转换电路由此可以细分为高3位粗分电路和低13位细分电路，实现与α，β有关的各项，最后得到全角“α+β”范围的正余弦信号。

3.根据权利要求2所述的数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于，数字-正余弦信号转换电路的高3位粗分电路中，180°控制位通过模拟开关和精密电阻实现参考信号的反相，从而实现输出正余弦信号 $\left\{\begin{array}{c}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 至 $\left\{\begin{array}{c}-\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ -\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.$ 切换，其中K为信号线-地电压的有效值；45°控制位通过模拟开关实现sinβ和sin(45°-β)相互切换；45°和90°控制位通过模拟开关和精密电阻网络产生sinα,cosα,sin(α+45°),cos(α+45°)的函数值，从而实现四个象限共8个粗分点的正余弦函数值。

4.根据权利要求2所述的数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于，数字-正余弦信号转换电路的低13位细分电路采用代表13位权值的精密电阻网络结构产生13路电流信号，由运算放大器将电流信号转换为低位正余弦信号，同时将该信号通过正反馈的形式补偿前端参考信号，0.707106≤sinβ+sin(45°-β)≤0.76536。

5.根据权利要求2所述的数字信号到自整角机/旋转变压器信号的转换方法，其特征在于：电子SCOTT变压器接收6.81V的正余弦信号，根据输出信号类型不同，采用相应的跳线方式切换对应电路，输出线-线电压11.8V的三线自整角机信号时，线-地电压

输出线-线电压11.8V的四线旋转变压器信号时，线-地电压 $\left\{\begin{array}{c}{S}_1\text{=-0.866sin}\left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_3=0.866\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_4=-0.732\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×k\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.;$ 输出线-地电压6.81V的正余弦信号时，

$\left\{\begin{array}{c}{S}_3=\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ S_2=\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\×K\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right.,$ 其中K为信号线-地电压的有效值。