基于FPGA的旋转变压器高精度高响应解码单元设计

摘要

在伺服控制系统中，位置伺服系统因其响应信号的物理变量为速度或加速度等一类变化快且较难跟踪的变化量，所以这类伺服系统结构比较复杂。当今伺服控制系统已被广泛应用于各个科研领域，其中对物体位置角度定位的精确性更是提出了较高要求。因此对高精度和高响应位置伺服系统的开发研究有较高的实际意义。电子设计自动化
　　借助于可编程片上系统技术(SOPC)和电子设计自动化技术(EDA)日益成熟所提供的硬件支持，本文提出了以控制器与专用解码芯片为核心，配合外围工作电路的角位置解码方案。研究设计了一种基于FPGA为主控制器的旋转变压器角度位置测量系统，该系统可对360。范围内的角度位置信息进行解码。设计选用了高时钟频率的FPGA芯片和旋变专用解码芯片，保证了系统有较高的响应速度和准确的解码精度。在对整个解码系统的误差来源进行分析的基础上，提出了一种以软件干预为主，针对数字输出量的数据误差校正方法，将系统的解码精度控制在±0.01°的范围之内。系统的输出分为模拟信号和数字信号两种形式以实现不同的功能用途。
　　论文从实际工程出发，搭建实验平台，选用光电编码器为参照依据，对两者角度解码数字量和模拟输出波形进行比对。实验结果表明，本文所设计的系统能够正常工作，在精确程度和响应速度方面基本达到设计要求。

目录

声明

摘要

主要符号说明

1．1 论文研究背景及意义

1．2 相关技术动态

1．2．1 位置传感器的发展概况

1．2．2 旋转变压器角位置测量技术的研究现状

1．2．3 可编程逻辑器件发展现状及趋势

1．2．4 硬件描述语言发展与应用

1．3 本文研究的内容及论文结构

2．1 旋转变压器

2．1．1 旋转变压器相关技术参数

2．1．2 正、余弦旋转变压器工作原理

2．1．3 多极双通道旋转变压器

2．2 旋转变压器解算原理分析

2．2．1 反正切函数解算方法

2．2．2 CORDIC解码算法

2．2．3 角度反馈解码算法

2．3 旋转变压器解码方案分析

2．4 本章小结

3．旋转变压器数字解码系统硬件实现

3．1 硬件总体设计方案

3．2 解码系统硬件电路设计

3．2．1 电源电路

3．2．2 FPGA芯片配置电路

3．2．3 AD2S1210配置电路

3．2．4 旋转变压器驱动放大电路

3．2．5 数模转换电路

3．2．6 数字接口电路

3．2．7 串口通信电路

3．3 解码电路板绘制

3．4 本章小结

4．旋转变压器数字解码系统软件设计

4．1 旋变解码系统软件设计思路

4．2 专用解码芯片参数配置

4．2．1 AD2S1210通信模式

4．2．2 AD2S1210参数写入

4．3 RS232通信模块

4．4 DAC7741芯片写入模块

4．5 数据组合和误差校正

4．5．1 旋转变压器解码系统误差来源和分析

4．5．2 误差校正模块设计

4．6 本章小结

5．系统测试分析

5．1 实验设计

5．2 实验结果

5．3 旋变解码系统性能分析

5．3．1 硬件电路与系统性能的关系

5．3．2 分辨率选择与系统性能的关系

5．4 本章小结

6．1 设计总结

6．2 不足及展望

参考文献

致谢