CN205666778U - 一种采用单通道多级旋转变压器的光电转台系统 - Google Patents

Abstract

一种采用单通道多级旋转变压器的光电转台系统，涉及机电控制技术领域，包括俯仰轴控制电路和方位轴控制电路，俯仰轴控制电路的输出端连接俯仰轴电机驱动电路，俯仰轴电机驱动电路的输出端连接俯仰轴直流力矩电机，俯仰轴电机驱动电路的电流反馈信号连接俯仰轴控制电路；方位轴控制电路的输出端连接方位轴电机驱动电路，方位轴电机驱动电路的输出端连接方位轴直流力矩电机，方位轴直流力矩电机通过转台方位轴与方位轴单通道多级旋转变压器连接，方位轴电机驱动电路的电流反馈信号连接方位轴控制电路；俯仰轴控制电路和方位轴控制电路分别通过接口电路与车载计算机连接。本实用新型控制了直流力矩电机的四象限运行，获得比国内同类光电转台更好的快速性、更高的精度和更低的成本。

Description

一种采用单通道多级旋转变压器的光电转台系统

技术领域

本实用新型涉及机电控制技术领域，特别是电机转子位置的检测、控制技术。

背景技术

在光电转台控制系统中，为了实现高精度的控制要求，电机转子位置的实时检测往往是解决问题的关键。光电编码器法和旋转变压器法是目前比较常用的电机转子位置检测的方法。光电编码器虽然具有检测精度高的优点，但是它存在稳定性和抗干扰性差的不足，因此不宜应用在条件比较恶劣的场合中；而旋转变压器具有结构简单，坚固耐用，抗干扰性强的特点，因此广泛应用于各种条件恶劣的场合中。旋转变压器是在测角系统中广泛使用的一种精度较高的角传感器，具有精度高、可靠性高、体积小、环境适应性强等特点，大量应用在跟踪稳定平台、惯性导航、机械臂控制等控制系统中。

现有同等转动范围及精度要求的光电转台：

水平：0°～±180°； 俯仰：-15°～30°；

水平：1mrad； 俯仰：1mrad；

目前光电转台大多采用双通道多级旋转变压器，其中粗通道旋转变压器测量范围为0°～360°，其精度较低，误差大；而精通道是多级旋转变压器，负责更高精度的角度测量。双通道多级旋转变压器使用时需输出粗机和精机的励磁信号，并同时反馈粗机和精机的正余弦信号。通过两组正余弦反馈信号来解码实现高精度的角度测量，解码难度大且电路设计复杂。因为转台水平和俯仰轴系的转动范围均不大于一圈，系统本身又不仅质量大、成本高，而且解码难度大，所以使用双通道旋转变压器就失去了意义。

实用新型内容

本实用新型目的是提出一种质量小、低成本、高精度的采用单通道多级旋转变压器的光电转台系统。

本实用新型包括俯仰轴控制电路和方位轴控制电路。

所述俯仰轴控制电路的输出端连接俯仰轴电机驱动电路，俯仰轴电机驱动电路的输出端连接俯仰轴直流力矩电机，俯仰轴直流力矩电机通过转台俯仰轴与俯仰轴单通道多级旋转变压器连接，俯仰轴单通道多级旋转变压器的输出端连接俯仰轴RDC解码电路的输入端，俯仰轴RDC解码电路的位置信号输出端连接俯仰轴控制电路，俯仰轴电机驱动电路的电流反馈信号连接俯仰轴控制电路。

所述方位轴控制电路的输出端连接方位轴电机驱动电路，方位轴电机驱动电路的输出端连接方位轴直流力矩电机，方位轴直流力矩电机通过转台方位轴与方位轴单通道多级旋转变压器连接，方位轴单通道多级旋转变压器的输出端连接方位轴RDC解码电路的输入端，方位轴RDC解码电路的位置信号输出端连接方位轴控制电路，方位轴电机驱动电路的电流反馈信号连接方位轴控制电路。

所述俯仰轴控制电路和方位轴控制电路分别通过接口电路与车载计算机连接。

依据现有光电转台的转动范围及精度要求：

水平：0°～±180.5°； 俯仰：-15°～30°；

水平：1mrad； 俯仰：1mrad；

因为光电转台水平和俯仰轴系的转动范围均不大于一圈，我们选择单通道多级旋转变压器J60XFD001作为位置传感器。并设计了专用的绕线装置，保证转子上的激励信号线在转台正反转动时不会被拉断。

单通道多级旋转变压器使用只需输出一组励磁信号及反馈的正余弦信号，解码后利用算法来实现单圈高精度的角度测量。其电路设计较双通道多级旋转变压器的使用更为简单，大大降低了设计难度及成本。

由于系统要求到位精度较高，所以选取的旋转变压器分辨率必须要高。旋转变压器参数如下：

极对数：16 N,S极共有16对级

激励电压：3.8Vrms 典型的激励载波电压值

激励频率：2.4KHz 典型的激励频率

输入阻抗：（250±38）Ω 旋转变压器的等效输入阻抗。

变比：0.5±10% 输出电压与输入电压的比值。

精度：≦±25″ 旋转变压器的最小分辨率。

剩压：20mV 旋转变压器的零位输出电压。

旋转变压器及RDC解码电路组成的高精度反馈环节的计算：

最小精度±25″折算成弧度为：。指标要求重复精度最大为1mrad，选取最小分辨率0.12mrad的旋转变压器符合指标要求。

RDC解码电路：选用AD2S1210芯片能够实现系统的高精度控制，高精度和抗干扰的反馈解码电路是最为重要的环节。解码电路主要由RDC解码芯片，三阶巴特沃兹滤波器，激励驱动电路，正余弦差分放大电路组成。

三阶巴特沃兹滤波器设计为：

其中设计为88kHz，巴特沃兹滤波器优点在于，在通带内，振幅特性最为平坦。设计滤波器是最大限度的降低激励信号对旋转变压器的影响，达到最优的位置、角度采样信息。

驱动电路：旋转变压器的典型激励电压为3.8Vrms，阻抗为，驱动电流至少为A，即15mA。

驱动电路选用高电流驱动芯片AD8397，最大驱动电流可达310mA。

保证了驱动旋转变压器的可靠性，即保证旋转变压器在任意时刻都保持正常工作状态，从而保证了控制的可靠性。

正余弦信号差分放大电路同样设计为3阶巴特沃兹滤波器形式，提高了信号抗干扰的能力。

本实用新型实现了在小尺寸空间内，以微处理器控制技术为核心，采用先进的芯片和算法，控制直流力矩电机的四象限运行，获得比国内同类光电转台更好的快速性、更高的精度和更低的成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型设有俯仰轴控制电路1和方位轴控制电路2，俯仰轴控制电路1和方位轴控制电路2分别通过接口电路3与车载计算机4连接。

另外，俯仰轴控制电路1的输出端连接俯仰轴电机驱动电路5，俯仰轴电机驱动电路5的输出端连接俯仰轴直流力矩电机6，俯仰轴直流力矩电机6通过转台俯仰轴7与俯仰轴单通道多级旋转变压器8连接，俯仰轴单通道多级旋转变压器8的输出端连接俯仰轴RDC解码电路9的输入端，俯仰轴RDC解码电路9的位置信号的输出端连接俯仰轴控制电路1，俯仰轴电机驱动电路5的电流反馈信号连接俯仰轴控制电路1。

方位轴控制电路2的输出端连接方位轴电机驱动电路10，方位轴电机驱动电路10的输出端连接方位轴直流力矩电机11，方位轴直流力矩电机11通过转台方位轴12与方位轴单通道多级旋转变压器13连接，方位轴单通道多级旋转变压器13的输出端连接方位轴RDC解码电路14的输入端，方位轴RDC解码电路14的位置信号的输出端连接方位轴控制电路2，方位轴电机驱动电路10的电流反馈信号连接方位轴控制电路2。

本产品与车载计算机连接后，车载计算机以RS422接口输出控制指令，接口板接受到车载计算机的控制指令后，将其信息进行分解为各个轴的转动方向和位置，发送给控制电路。控制电路以微处理器为核心，完成对电机实际电流、位置信息采样，经过位置环（P），速度环（PI），电流环（PI）闭环调节，采用高性能控制算法对电机进行控制，通过驱动电路驱动力矩电机有序旋转，带动转台转动。光电转台采用单通道多级旋转变压器及RDC解码电路组成高精度反馈环节，并实时向车载计算机回传转台的状态及实际转动位置。

Claims (1)

1.一种采用单通道多级旋转变压器的光电转台系统，包括俯仰轴控制电路和方位轴控制电路；其特征在于：

所述俯仰轴控制电路的输出端连接俯仰轴电机驱动电路，俯仰轴电机驱动电路的输出端连接俯仰轴直流力矩电机，俯仰轴直流力矩电机通过转台俯仰轴与俯仰轴单通道多级旋转变压器连接，俯仰轴单通道多级旋转变压器的输出端连接俯仰轴RDC解码电路的输入端，俯仰轴RDC解码电路的位置信号输出端连接俯仰轴控制电路，俯仰轴电机驱动电路的电流反馈信号连接俯仰轴控制电路；

所述方位轴控制电路的输出端连接方位轴电机驱动电路，方位轴电机驱动电路的输出端连接方位轴直流力矩电机，方位轴直流力矩电机通过转台方位轴与方位轴单通道多级旋转变压器连接，方位轴单通道多级旋转变压器的输出端连接方位轴RDC解码电路的输入端，方位轴RDC解码电路的位置信号输出端连接方位轴控制电路，方位轴电机驱动电路的电流反馈信号连接方位轴控制电路；

所述俯仰轴控制电路和方位轴控制电路分别通过接口电路与车载计算机连接。