CN108507459A - 一种自整角机信号角度的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种自整角机信号角度的测量方法，利用现场直接测量出的自整角机不同信号线之间的电压值，根据自整角机信号表达式或电子SCOTT变压器的传递函数，推导出含有该电压值的反正切函数的求角公式，依据自整角机信号函数图像的分布规律，对测量的自整角机信号间的电压值进行象限的判别，然后针对自整角机信号所处的不同象限，对求角公式进行变换，实现在0°～360°全角度范围内的角度测量。该测量方法具有测量的电压及频率范围宽，测量精度高等特点；同时，该测量方法可以通过软件算法实现，能够安装在各种智能手机上，具有外出携带方便，特别适合外场保障，尤其是舰船等保障环境的使用。

Description

一种自整角机信号角度的测量方法
技术领域
本发明是属于轴角传感器的角度测量技术领域，本发明涉及一种自整角机信号角度的测量方法。
背景技术
自整角机信号是现代轴角变换技术中的常见传输信号，在航空、航天、舰船、雷达及工业自动化领域广泛应用。目前，国内常见的自整角机信号角度的测量均是基于复杂的硬件电路而实现的，一种是基于大量的运算放大器、模拟开关、精密电阻等元件，采用跟踪型原理实现的角度位置测量装置；另一种是基于运算放大器、AD转换芯片、单片机或DSP等元件，通过DSP处理实现的角度测量装置。这两种测角装置均需要复杂的电路元件支撑，产品价格高，体积庞大，外出携带不便；特别是在进行角度测量时，测量设备必须与信号实时连接，在技术保障中无法及时实现远程的技术支持及排故。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种自整角机信号角度的测量方法，该方法无需额外硬件电路支撑，可以通过软件算法加以实现，从而实现自整角机信号角度的自动测量。解决测角设备外出携带不便及无法实现远程诊断问题，实现测角方法的软件化、便携化。
实现本发明目的技术解决方案为：利用现场直接测量出的自整角机不同信号线之间的电压值，根据自整角机信号表达式或电子SCOTT变压器的传递函数，推导出含有该电压值的反正切函数的求角公式，依据自整角机信号函数图像的分布规律，对测量的自整角机信号间的电压值进行象限的判别，然后针对自整角机信号所处的不同象限，对求角公式进行变换，实现在0°～360°全角度范围内的角度测量。
以上所述的一种自整角机信号角度的测量方法，进一步优选的技术方案或技术特征为：根据电子SCOTT变压器的传递函数或自整角机信号的传递函数表达式，推导出利用自整角机的三个线电压值表示的反正切函数，该函数即为自整角机信号的求角公式：式中：
V(s3-s1)：表示自整角机信号s3端与s1端之间的电压有效值；
V(s1-s2)：表示自整角机信号s1端与s2端之间的电压有效值；
V(s2-s3)：表示自整角机信号s2端与s3端之间的电压有效值。
以上所述的一种自整角机信号角度的测量方法，进一步优选的技术方案或技术特征为：求角公式实现角度范围内的角度计算，自整角机信号实际的象限位置，需要根据线电压与激磁的相位关系进行判定，判别方法为线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)分别与激磁电压V(RH-RL)串联后，再与激磁的电压值进行大小比较，最终判别出自整角机信号线电压实际所处的具体象限位置，V(RH-RL)：表示激磁信号RH端与RL端之间的电压有效值。
以上所述的一种自整角机信号角度的测量方法，进一步优选的技术方案或技术特征为：求角公式处在不同的象限时，自整角机信号的3个线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)中均有一个线电压的方向需要发生变更，求角公式需要根据此时线电压的方向及位置关系变化对公式中的V(s2-s3)-V(s1-s2)进行适当的变换，使正切公式中，分母部分电压值的关系计算正切，从而最终实现0°～360°全角度范围内的角度测量。
本发明所述的自整角机信号角度的测量方法，是一种基于求角数学公式的算法，该算法包含自整角机信号求角公式的推导、自整角机信号间线电压值的测量及信号象限的判别、根据不同的象限对求解公式进行变换，然后将测量的自整角机信号线电压值代入求角公式进行计算，即可实现自整角机信号角度的测量。
本发明一种自整角机信号角度的测量方法中，自整角机信号求角公式可以通过电子SCOTT变压器传递函数推导，也可以通过自整角机信号传递函数推导，最终推导出相同的求角数学公式角度值θ可以通过实际测量的线电压值代入公式计算。
推导出的求角公式仅实现角度范围内的角度测量，为了实现0°～360°范围全角度的测量，必须先判别自整角机信号所处的实际象限位置。利用自整角机信号线电压的关系与激磁的相位关系进行判别，引入三个象限判别电压象限判别电压V(RH-S1)、V(RH-S3)、V(RH-S2)分别与激磁电压V(RH-RL)进行大小比较，最终判别出自整角机信号实际所处的象限位置。
本发明一种自整角机信号角度的测量方法依据求角公式计算，在不同的象限范围内，求角公式中的交流线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)均由数字万用表直接测量，但万用表无法判断线电压V(s2-s3)、V(s1-s2)的相位方向是否一致，因此，求角公式中的V(s2-s3)-V(s1-s2)不能进行简单的数值相加。利用自整角机信号象限内角度的判别关系图，在每个象限内出现一路线电压发生相位偏转时，该偏转点位置对应的另外两路线电压值呈现数值相等的特性，在偏转点两边的角度位置，线电压V(s2-s3)与V(s1-s2)的相位关系是保持不变的，因此，根据这一特性，需要将求角公式中的V(s2-s3)-V(s1-s2)进行适当的变换，以便得到正确的基于万用表测量出的线电压值的求角公式。
与现有技术相比，本发明测量方法通过日常的电压表测试一组自整角机信号的线电压值，然后代入推导出的求角算法公式中，即可快速测量出当前自整角机信号的角度值。该测量方法具有测量的电压及频率范围宽，测量精度高等特点；同时，该测量方法可以通过软件算法实现，能够安装在各种智能手机上，具有外出携带方便，特别适合外场保障，尤其是舰船等保障环境的使用。该测量方法基于算法实现，该测角方法可以通过软件算法实现角度的快速测量，从而实现该角度测量方法的应用推广。
附图说明
图1为自整角机信号象限判别电压连线图；
图2为自整角机信号象限判别关系图；
图3为自整角机信号象限内角度判别关系图；
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体实施方案，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1，一种自整角机信号角度的测量方法，利用现场直接测量出的自整角机不同信号线之间的电压值，根据自整角机信号表达式或电子SCOTT变压器的传递函数，推导出含有该电压值的反正切函数的求角公式，依据自整角机信号函数图像的分布规律，对测量的自整角机信号间的电压值进行象限的判别，然后针对自整角机信号所处的不同象限，对求角公式进行变换，实现在0°～360°全角度范围内的角度测量。
根据电子SCOTT变压器的传递函数或自整角机信号的传递函数表达式，推导出利用自整角机的三个线电压值表示的反正切函数，该函数即为自整角机信号的求角公式：式中：
V(s3-s1)：表示自整角机信号s3端与s1端之间的电压有效值；
V(s1-s2)：表示自整角机信号s1端与s2端之间的电压有效值；
V(s2-s3)：表示自整角机信号s2端与s3端之间的电压有效值。
求角公式实现角度范围内的角度计算，自整角机信号实际的象限位置，需要根据线电压与激磁的相位关系进行判定，判别方法为线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)分别与激磁电压V(RH-RL)串联后，再与激磁的电压值进行大小比较，最终判别出自整角机信号线电压实际所处的具体象限位置，V(RH-RL)：表示激磁信号RH端与RL端之间的电压有效值。
求角公式处在不同的象限时，自整角机信号的3个线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)中均有一个线电压的方向需要发生变更，求角公式需要根据此时线电压的方向及位置关系变化对公式中的V(s2-s3)-V(s1-s2)进行适当的变换，使正切公式中，分母部分电压值的关系计算正切，从而最终实现0°～360°全角度范围内的角度测量。
实施例2，一种自整角机信号角度的测量方法，利用现场直接测量出的自整角机不同信号线之间的电压值，推导出含有该电压值的反正切函数的求角公式。
根据自整角机信号的传递函数假设：Vsinθ＝Vmax·Sinθ＝V(s3-s1)，则：
求角公式(3)无法识别测量出的自整角机信号线电压处于哪个象限，所以要先进行象限判别；象限判别电压V(RH-S1)、V(RH-S3)、V(RH-S2)按照图1进行接线，用V(RH-S1)与激磁电压V(RH-RL)进行大小关系的比较，判断出信号角度处于第一、二象限还是三、四象限；用V(RH-S3)与V(RH-S2)进行大小关系的比较，判断出信号角度处于第一、四象限还是二、三象限；然后通过两者的综合，判断自整角机信号处于具体的象限位置。处于象限上的信号角度，可以直接赋予固定的信号角度值。
无论自整角机信号电压分布在哪一个象限，用万用表所测量出的线电压值均为一个无相位关系的交流信号电压值，根据自整角机信号象限内角度判别关系图3，在不同的角度区间内，万用表测量出的线电压值V(s2-s3)与V(s1-s2)的方向并不是一致的。所以求角公式需要根据线电压的同一象限中不同位置的线电压方向关系，对求角公式中的分母部分V(s2-s3)-V(s1-s2)进行适当的变形。
当角度处于第一象限内时，求角公式做如下变换：
当V(s1-s2)>V(s3-s1)时，
当V(s1-s2)＜V(s3-s1)时，
当角度处于第二象限内时，求角公式做如下变换：
当V(s2-s3)＜V(s3-s1)时，
当V(s2-s3)>V(s3-s1)时，
当自整角机信号处于第三象限内的求角公式变形如下：
当V(s1-s2)>V(s3-s1)时，
当V(s1-s2)＜V(s3-s1)时，
当自整角机信号处于第四象限内的求角公式变形如下：
当V(s2-s3)＜V(s3-s1)时，
当V(s2-s3)>V(s3-s1)时，
对于象限内用于比较的判别电压相等时的信号角度，可以直接赋予固定的信号角度值。
分别测量出自整角机信号线电压值、象限判别电压值，计算出当前的自整角机信号角度值。

Claims (4)

1.一种自整角机信号角度的测量方法，其特征在于：利用现场直接测量出的自整角机不同信号线之间的电压值，根据自整角机信号表达式或电子SCOTT变压器的传递函数，推导出含有该电压值的反正切函数的求角公式，依据自整角机信号函数图像的分布规律，对测量的自整角机信号间的电压值进行象限的判别，然后针对自整角机信号所处的不同象限，对求角公式进行变换，实现在0°～360°全角度范围内的角度测量。
2.根据权利要求1所述的一种自整角机信号角度的测量方法，其特征在于，根据电子SCOTT变压器的传递函数或自整角机信号的传递函数表达式，推导出利用自整角机的三个线电压值表示的反正切函数，该函数即为自整角机信号的求角公式：式中：
V(s3-s1)：表示自整角机信号s3端与s1端之间的电压有效值；
V(s1-s2)：表示自整角机信号s1端与s2端之间的电压有效值；
V(s2-s3)：表示自整角机信号s2端与s3端之间的电压有效值。
3.根据权利要求2所述的一种自整角机信号角度的测量方法，其特征在于：求角公式实现角度范围内的角度计算，自整角机信号实际的象限位置，需要根据线电压与激磁的相位关系进行判定，判别方法为线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)分别与激磁电压V(RH-RL)串联后，再与激磁的电压值进行大小比较，最终判别出自整角机信号线电压实际所处的具体象限位置，V(RH-RL)：表示激磁信号RH端与RL端之间的电压有效值。
4.根据权利要求2所述的一种自整角机信号角度的测量方法，其特征在于，求角公式处在不同的象限时，自整角机信号的3个线电压V(s3-s1)、V(s2-s3)、V(s1-s2)中均有一个线电压的方向需要发生变更，求角公式需要根据此时线电压的方向及位置关系变化对公式中的V(s2-s3)-V(s1-s2)进行适当的变换，使正切公式中，分母部分电压值的关系计算正切，从而最终实现0°～360°全角度范围内的角度测量。
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