一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用

摘要

本发明属于机电测角传感器技术领域，公开了一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用，测角装备外壳内部卡接有角度编码模块，角度编码模块上端为无接触双通道多级旋转变压器；角度编码模块包含角度编码电路、微型计算机、电源组合模块、数字接口电路，测角装置对外输出为数字通讯接口。本发明解决了测角装置连续360°旋转时，定子、转子分别出线产生缠绕问题和模拟信号长距离传输电磁干扰和衰减；本发明结构紧凑、抗冲击振动能力强、测角精度高、数字接口输出，可以为高精度转塔、火炮等武器系统提供实时角度信息、速度信息，解决了模拟信号长距离传输过程中信号衰减和电磁干扰，从而使测角装置可靠性和测角精度大大增强。

说明书

技术领域

本发明属于机电测角传感器技术领域，尤其涉及一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用。

背景技术

目前，随着武器装备的迅速发展，现代控制理论和传感器技术的进步，伺服系统对角位置测量的精度和快速反应提出了越来越高的要求。雷达天线跟踪控制、导弹控制、航空飞行器姿态控制、数控机床、机械手臂等需要实现角位置闭环控制的伺服系统，需要得到精确的角位置反馈，才能获得伺服控制的高精度和快速瞬态响应。测角系统的测量精度决定了整个角位置伺服控制系统的精度，相对于有效的控制策略和高精密的机械系统，要达到卓越的闭环系统控制性能，角位置传感器的精度和稳定性显得尤为重要。

旋转变压器是一种检测角度、位置、速度的仪器，该仪器适用于存在高温、严寒、潮湿的恶劣的场合，能实时检测系统的角度信号，可广泛应用航空航天、船舶、兵器、矿山、油田等需要检测角度、位置检的各个行业。而传统的旋转变压器输出是模拟信号，计算机不能使用模拟信号，所以传统的旋转变压器必将由数字旋转变压器代替；而且旋转变压器输出的信号直接数字化，系统匹配不是很好，角精度不太理想，功率消耗大，体积大，成本高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中的旋转变压器直接输出的是模拟信号，系统匹配效果差，角精度低，功率消耗大，体积大，成本高。

解决以上问题及缺陷的难度为：将旋转变压器的模拟信号通过一系列转换后变成数字信号，再通过接口电路送给计算机。旋转变压器输出的信号直接数字化，系统匹配不是很好，角精度不太理想，功率消耗大，体积大，成本高。因此，怎么处理旋转变压器数字化时系统不匹配，功耗大，体积大，成本高和精度低问题是一个难题。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明所涉及的数字式高精度旋转变压器测角装置，其特点是抗冲击振动能力强，结构紧凑，测角精度高，数字接口输出，可以为高精度转塔、火炮等武器系统提供实时角度、速度信息，是武器平台的测角系统主要关键部件，其测角精度直接影响到武器系统的战斗力。为此，我们提出了一种高精度数字式旋转变压器测角装置。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种高精度数字式旋转变压器测角装置，所述高精度数字式旋转变压器测角装置设置有测角装备外壳；

测角装备外壳采样铝合金制造，外壳内部尺寸按照无接触双通道多级旋转变压器结构尺寸加工设计，从而实现所有结构部件无缝连接。

测角装备外壳内部卡接有角度编码模块，角度编码模块上端为无接触双通道多级旋转变压器。

进一步，所述角度编码模块设置有角度编码电路、微型计算机、电源组合模块、接口电路。

进一步，所述测角装备外壳外部设置有数字通讯接口。

本发明的另一目的在于提供一种所述高精度数字式旋转变压器测角装置的康庄大道，所述高精度数字式旋转变压器测角装置的控制方法包括：无接触双通道多级旋转变压器输出与机械角度相对应的粗通道正余弦信号和精通道正余弦信号，角度编码电路完成粗精通道正余弦信号解算，由于采用32极对数多极旋变，同时编码电路采用14位解码器件，粗精机各输出14位角度数据。精机的角度数据同粗机角度数据应有如图1的对应关系。

一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用

技术领域

本发明属于机电测角传感器技术领域，尤其涉及一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用。

背景技术

目前，随着武器装备的迅速发展，现代控制理论和传感器技术的进步，伺服系统对角位置测量的精度和快速反应提出了越来越高的要求。雷达天线跟踪控制、导弹控制、航空飞行器姿态控制、数控机床、机械手臂等需要实现角位置闭环控制的伺服系统，需要得到精确的角位置反馈，才能获得伺服控制的高精度和快速瞬态响应。测角系统的测量精度决定了整个角位置伺服控制系统的精度，相对于有效的控制策略和高精密的机械系统，要达到卓越的闭环系统控制性能，角位置传感器的精度和稳定性显得尤为重要。

旋转变压器是一种检测角度、位置、速度的仪器，该仪器适用于存在高温、严寒、潮湿的恶劣的场合，能实时检测系统的角度信号，可广泛应用航空航天、船舶、兵器、矿山、油田等需要检测角度、位置检的各个行业。而传统的旋转变压器输出是模拟信号，计算机不能使用模拟信号，所以传统的旋转变压器必将由数字旋转变压器代替；而且旋转变压器输出的信号直接数字化，系统匹配不是很好，角精度不太理想，功率消耗大，体积大，成本高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中的旋转变压器直接输出的是模拟信号，系统匹配效果差，角精度低，功率消耗大，体积大，成本高。

解决以上问题及缺陷的难度为：将旋转变压器的模拟信号通过一系列转换后变成数字信号，再通过接口电路送给计算机。旋转变压器输出的信号直接数字化，系统匹配不是很好，角精度不太理想，功率消耗大，体积大，成本高。因此，怎么处理旋转变压器数字化时系统不匹配，功耗大，体积大，成本高和精度低问题是一个难题。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明所涉及的数字式高精度旋转变压器测角装置，其特点是抗冲击振动能力强，结构紧凑，测角精度高，数字接口输出，可以为高精度转塔、火炮等武器系统提供实时角度、速度信息，是武器平台的测角系统主要关键部件，其测角精度直接影响到武器系统的战斗力。为此，我们提出了一种高精度数字式旋转变压器测角装置。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高精度数字式旋转变压器测角装置、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种高精度数字式旋转变压器测角装置，所述高精度数字式旋转变压器测角装置设置有测角装备外壳；

测角装备外壳采样铝合金制造，外壳内部尺寸按照无接触双通道多级旋转变压器结构尺寸加工设计，从而实现所有结构部件无缝连接。

测角装备外壳内部卡接有角度编码模块，角度编码模块上端为无接触双通道多级旋转变压器。

进一步，所述角度编码模块设置有角度编码电路、微型计算机、电源组合模块、接口电路。

进一步，所述测角装备外壳外部设置有数字通讯接口。

本发明的另一目的在于提供一种所述高精度数字式旋转变压器测角装置的康庄大道，所述高精度数字式旋转变压器测角装置的控制方法包括：无接触双通道多级旋转变压器输出与机械角度相对应的粗通道正余弦信号和精通道正余弦信号，角度编码电路完成粗精通道正余弦信号解算，由于采用32极对数多极旋变，同时编码电路采用14位解码器件，粗精机各输出14位角度数据。精机的角度数据同粗机角度数据应有如图1的对应关系。

在理想情况下，粗机角度数据D8位同精机角度数据的D13位一致，粗机的D7位同精机的D12位相同……，粗机的D0位同精机的D5位相同。这样，只要将粗机的前5位角度数据同精机的14位角度数据拼接起来，就可以组合成19位角度数据，而实际上多极旋变粗精机是有误差，解算精粗机角度信号的解算器件也有误差，同时用软件读数存在精粗机读数不同步的误差，因此需要粗大误差修正。软件进行粗大误差的修正：

·粗机的D8、D7位全为1，且精机D13、D12位全为0，此时组合角度编码等于按理想情况组合而成19位数据加上0x4000

·粗机的D8、D7位全为0，且精机D13、D12位全为1，此时组合角度编码等于按理想情况组合而成19位数据减去0x4000

·当上述条件不满足时，组合角度等于按理想情况组合而成的19位编码数据。

微型计算机通过上述方法完成角度编码粗大误差修正，然后通过数字通讯接口进行实时角度编码输出，同时角度编码电路产生产生频率2KHz、电压4V交流激磁信号，为旋转变压器提供激磁电源，测角装置外壳实现无接触双通道多级旋转变压器、角度编码模块部件一体化组装。

本发明的另一目的在于提供一种高精度转塔实时角度信息、速度信息获取方法，所述高精度转塔实时角度信息、速度信息获取方法使用所述高精度数字式旋转变压器测角装置。

本发明的另一目的在于提供一种火炮实时角度信息、速度信息获取方法，所述火炮实时角度信息、速度信息获取方法使用所述高精度数字式旋转变压器测角装置。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明采用无接触双通道旋转变压器，励磁绕组激磁信号、输出绕组正余弦信号全部从定子端出线，解决了测角装置连续360°旋转时，定子、转子分别出线产生缠绕问题，测角装置直接为数字输出接口，解决模拟信号长距离传输衰减和电磁干扰问题；

本发明中角度编码模块采用比值跟踪技术，二阶闭环跟踪系统保证输出角度数据准确性和实时性，测角装置角度分辨率为19位，测角精度均方差5.04秒；旋转变压器、角度编码模块一体化设计、数字接口输出，很好解决模拟信号长距离传输过程中信号衰减和干扰，从而使系统可靠性和测角精度大大增强；同时角度编码模块自身产生交流高频电源，为旋转变压器提供激磁电源。

本发明通过设置有数字接口，实时输出19位粗精组合角度编码。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高精度数字式旋转变压器测角装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的高精度数字式旋转变压器测角装置主视图。

图3是本发明实施例提供的高精度数字式旋转变压器测角装置俯视图。

图中：1、无接触双通道多级旋转变压器；2、角度编码模块；3、测角装备外壳；4、数字接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高精度数字式旋转变压器测角装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的高精度数字式旋转变压器测角装置设置有测角装备外壳3内部卡接有角度编码模块2，角度编码模块2上端为无接触双通道多级旋转变压器1，测角装备外壳3外部设置有数字接口4。角度编码模块2设置有角度编码电路、微型计算机、电源组合模块、接口电路。

本发明的工作原理为：无接触双通道多级旋转变压器1输出与机械角度相对应的正弦信号和余弦信号，角度编码模块2完成粗精通道正余弦信号解算和角度编码粗大误差修正，通过数字接口4进行实时输出，同时角度编码模块2产生产生频率2KHz、电压4V交流激磁信号，为旋转变压器提供激磁电源，测角装置外壳3实现无接触双通道多级旋转变压器1、角度编码模块2等部件一体化组装。角度编码模块2采用比值跟踪技术，二阶闭环跟踪系统保证输出角度数据准确性和实时性，该测角装置角度分辨率为19位，实测测角精度均方误差5.04秒，表1为数字式旋转变压器实测数据。

表1数字式旋转变压器实测数据

本发明抗冲击振动能力强，结构紧凑，测角精度高，数字输出，可以为高精度转塔、火炮等武器系统提供实时角度信息、速度信息，很好解决模拟信号长距离传输过程中信号衰减和干扰，系统可靠性和精度大大增强。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。