[其他]多路同步机的转角-数据变换器

说明书

本发明涉及一种轴转角的数码变换器，特别涉及一种多路同步机（自整角机、旋转变压器）的转角数码变换器。

现有的将同步机的转角直接从输出电信号转变成码，大都采用移相法。并且美国已有组件出售。移相法的基本出发点是依据同步机的转角与同步机输出二相载频之间的相移成正比，而把这个相移的间隔变为方波，并用作对一个高频脉冲进行计数的闸门，所计的数即可代表该同步机的转角。苏联1982年发表的号为955152题为《轴转角的数码变换器》的专利，也采用移相法。即把与轴转角成正比的相移变为方波，但它不是用计数法，而是将此方波进行电压积分，再将此积分电压转变成数码。

移相法要求同步机载频的波形是比较理想的正弦波，任何谐波都会影响其相移;还要求电压波动要小，任何电压波动也会影响相移。由于同步机在不同的转角时，其相移也不同，所以不能随时读取数码，只能在计数完毕（或方波电压积分完毕）的特定时刻才能读数，即转换速度慢。由于移相法很难做到转角和相移的严格线性关系，因而提高精度受到了限制。移相法更容易受到电源频率波动的影响，而电源频率的波动，在某些场合下是经常发生的（特别是逆变电源，如许多雷达的电源）。

本发明的目的是提供一种采用微机（或计算机，下同省略）处理的直接把多路（或单路）同步机输出的电信号转换成角度数据的变换器。本发明采用简单的电路，用较低的成本，即可提高转换精度和转换速度。

本发明的变换器，不受同步机载频波形失真、电压波动及频率波动的影响，转换速度快，随时可以读取同步机的转角数据，而且任何角度的精度都一样。特别适合多路同步机转角的同时测量。但本发明只适合于有微机应用的场合。在微机中只要划出一个中断程序就可以了，而不影响微机主程序工作。实际上转角转变成数码大部分也是供微机处理的。

为了便于理解本发明，首先简述一下本发明中同步机转角的计算和判别。

同步机输出二相被其转角调制的信号，其包络是正交的。如果象自整角机输出是三相的，那么可以通过SCOtt变压器变成正交的二相。经同步检波后，解出二个正交的低频信号，对应调制信号的包络。二相关系如下：

a＝ASinθ

b＝ACOSθ

式中a为a相的瞬间值;b为b相的瞬间值;A为幅值;θ为瞬间转角。

同步机360°转角可分为四个象限。上述二相正交的低频信号在四个象限中简单的数学关系如下：

一象限    Sin（θ+2π）＝Sinθ

COS（θ+2π）＝COSθ

二象限 Sin（θ+ (π)/2 ）＝COSθ

COS（θ+ (π)/2 ）＝-Sinθ

三象限    Sin（θ+π）＝-Sinθ

COS（θ+π）＝-COSθ

四象限 Sin（θ+ 3/2 π）＝-COSθ

COS（θ+ 3/2 π）＝Sinθ

由上述四组数学式可见，只要知道a相和b相的符号位，就可以判别转角在哪一个象限，然后再计算θ值。

为了保证θ值的精度和减少电源电压的影响，利用二相信号正交的特点，在每个象限里分二段来计算它们的tgθ或Ctgθ值。当tgθ＞1时，计算Ctgθ;当Ctgθ＞1时，计算tgθ。即以45°作分界线。因为tg≤1或Ctgθ≤1计算的θ值，角度与函数值的关系线性较好，保证了计算精度;又由于tgθ＝ (Sinθ)/(COSθ) ＝ 1/(Ctgθ) ，即由正交的二相相除而得，则减少了电源波动的影响。

根据上述的分段计算和360°内分成四个象限，则实际角度分八个区来计算，列表如下：

以上转角的判别和计算，是把被同步机转角调制的二相电信号解调出包络之后，通过A/D转换，再送到微机运算的。微机的中断处理和运算程序是很简单的，这里就不赘述了。

当然真正的机械起始角度和电气起始角度存在着一个固定的差值，测出这个值并减去之，便可以得到真正的角度。

本发明有两种不同的方案。其一，转换精度高，但成本偏高;其二，转换精度略低，但成本却大大下降。以适于不同的应用场合。

〔方案一〕

现就图1～5为例，比较详细地叙述一下本方案的具体内容。

图1为四路同步机转角同时测量的电路方框图。当然可以接更多的同步机，只要选择合适的多路模拟转换开关或增加其数量就可以了。只是为了说明的方便，仅以四路为例。其中二台为自整角机，二台为旋转变压器。