基于A(yíng)D2S83的角位置檢測系統及其在雷達伺服系統
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【摘 要】 對旋轉變壓器－數字變換器（RDC）集成電路AD2S83進(jìn)行了介紹，并簡(jiǎn)述了它在雷達伺服系統中的應用。
關(guān)鍵詞：旋轉變壓器－數字變換器（RDC），AD2S83，雷達伺服系統
1 引 言
基于電磁感應原理的旋轉變壓器（Resolver）是一種精密微控制電機，在雷達天線(xiàn)角位置伺服系統中，完成軸角位移信息的檢測功能。由于它是模擬機電元件，所以，用于計算機控制的數字伺服系統中，就需要一定的接口電路，即旋轉變壓器－數字變換器（RDC），以實(shí)現模擬量信號到控制系統數字量的轉換。隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，美國AD公司已將它發(fā)展成為一系列的單片集成電路，從而彌補了過(guò)去由分立元件搭成的RDC體積大、可靠性低的不足，給工程應用帶來(lái)了極大的方便。由旋轉變壓器和AD2S83就可以構成高精度的雷達天線(xiàn)角位置檢測系統，而且AD2S83輸出的模擬速度信號還可以作為速度反饋信號以構成雷達伺服系統中的速度回路。
2 旋轉變壓器
旋轉變壓器是按照電磁感應原理而工作的元件，其定、轉子上都有繞組，彼此同心安排，互相耦合聯(lián)系，旋轉變壓器采用正交的兩相繞組，它主要用于角度位置伺服控制系統中，作為角度位置的產(chǎn)生和檢測元件。若旋變的勵磁電壓為Uf＝Ufmsinω·t，則正交的A、B兩相繞組中感應的電動(dòng)勢為
eA＝Emcosθsin（ωt＋α）（1）
eB＝Emsinθsin（ωt＋α）（2）
其中，θ為旋變的轉子轉角，α為次級電動(dòng)勢與初級勵磁電壓之間的相位角。
3 AD2S83簡(jiǎn)介
AD2S83是美國AD公司推出的以BIMOSⅡ工藝制造的，將先進(jìn)的CMOS邏輯電路與高精度雙極線(xiàn)性電路相結合的單片集成電路。它功耗低（300mW），其數字輸出分辨率可被用戶(hù)設置成10，12，14或16位，并具有速度輸出信號可供用戶(hù)作為速度回路的速度反饋信號使用，以取代測速發(fā)電機等測速元件，從而縮小了系統的體積。
AD2S83按圖1連接后，就構成一個(gè)工作于Ⅱ型伺服環(huán)的跟蹤式RDC，其數字輸出能以選取的最大跟蹤速率自動(dòng)跟蹤軸角輸入，沒(méi)有靜態(tài)誤差。由于它在把旋轉變壓器信號轉換為二進(jìn)制數時(shí)，采用比率式跟蹤方法，輸出數字角僅與SIN和COS輸入信號的比值有關(guān)，而與它們的絕對值大小無(wú)關(guān)，因此，AD2S83對輸入信號的幅值和頻率變化不敏感，不必使用穩定、精確的振蕩器來(lái)產(chǎn)生參考信號，而仍能保證精確度。轉換環(huán)路中相敏檢測器的存在保證了對參考信號中的正交分量有很高的抑制能力。另外，它抑制噪聲、諧波的能力強。AD2S83最突出的優(yōu)點(diǎn)就在于它可由用戶(hù)選擇相應的參數來(lái)優(yōu)化整個(gè)系統的性能。
4 速度輸出與角位置檢測電路的設計
速度輸出與位置檢測電路設計的關(guān)鍵，就是要正確地選擇AD2S83的外圍元件。下面就介紹AD2S83外圍元件的選擇。應注意選用最接近理想值的元件，并工作于允許的溫度范圍內。選用誤差等級為5％的元件并不會(huì )降低變換器的性能。參見(jiàn)圖1。
4．1 高頻濾波器元件R1、R2、C1、C2的選擇
高頻濾波器的作用是消除直流偏置和減少進(jìn)入到AD2S83信號中的噪聲，因為它們影響相敏檢測器的輸出。在有來(lái)自開(kāi)關(guān)電源和無(wú)刷電機的噪聲時(shí)，其作用尤其重要。元件參數的選擇如下：
當取R2＝R3，C1＝C3時(shí)，R1、C2可以省略。
注意：由于該高頻濾波器對輸入到相敏檢測器的信號有3倍的衰減，因此，它會(huì )影響環(huán)路的增益。
4．2 增益比例電阻R4的選擇
若R1，C2滿(mǎn)足（3）式和（4）式，則
其中，100×10－9＝電流／LSB；
EDC＝160×10－3 10位分辨率；
＝40×10－3 12位分辨率；
＝10×10－3 14位分辨率；
?。?．5×10－3 16位分辨率。
4．3 R3，C3的選擇
合適的R3、C3使信號在參考頻率上沒(méi)有明顯的相位移，兩元件為：
VCO的輸入電阻R6用來(lái)設置變換器的最大跟蹤速率。若在最大跟蹤速率時(shí)，速度輸出為8V，則R6為：
4．5 閉環(huán)帶寬的選擇
選擇閉環(huán)帶寬（fBW）時(shí)，必須保證參考頻率與閉環(huán)帶寬的比率不超過(guò)表1所示的指標。
C6，C7，R7取以下的值：C6＝390pF，C7＝150pF，R7＝3．3kΩ。
4．7 偏置調整
積分器輸入端的漂移與偏置電流會(huì )引起變換器輸出端額外的位置漂移，如果能忽略漂移，則可省略R8，R9，否則應取R8＝4．7MΩ，R9＝1MΩ（電位器）。為了減小零點(diǎn)漂移，首先選擇好AD2S83的外圍元件，并斷開(kāi)AD2S83與旋轉變壓器的連接，然后連接COS與REFERENCEINPUT兩個(gè)引腳，SIN與SIGNALGROUND兩個(gè)引腳，加上電源與參考信號后，調節電位器R9，使輸出為全“0”。
AD2S83的輸出分辨率可以通過(guò)SC1，SC2兩個(gè)管腳的邏輯狀態(tài)被用戶(hù)設置為10，12，14，16位，具體見(jiàn)表2。
雷達伺服系統必須滿(mǎn)足一定的精度要求，同時(shí)要確保其具有高的可靠性，而在某些雷達中還要求其體積小、重量輕?；跓o(wú)刷旋轉變壓器與AD2S83集成電路的優(yōu)點(diǎn)，選用高可靠性的無(wú)刷旋轉變壓器與AD2S83 RDC構成這些雷達的角位置檢測系統，并以AD2S83的模擬速度輸出信號來(lái)作為速度反饋信號構成雷達伺服系統的速度回路是設計這些雷達伺服系統時(shí)較好的選擇。系統框圖見(jiàn)圖2。
根據系統的性能指標，按照上述計算方法選定AD2S83的外圍元件后，即可設計出速度反饋與位置檢測電路。在具體實(shí)現該電路時(shí)應注意＋Vs，－Vs與ANALOG GROUND之間，＋VL與DIGITAL GROUND之間要分別并聯(lián)100μF（陶瓷）和10μF（膽）的去耦電容，它們應盡量靠近AD2S83變換器放置，而且每個(gè)變換器都應有自己?jiǎn)为毜娜ヱ铍娙?。旋變的兩個(gè)信號地應連到變換器的SIGNAL GROUND管腳，以減少正、余弦信號間的耦合，另外，旋變的正、余弦信號以及參考信號最好分別使用雙絞屏蔽線(xiàn)。
下面介紹計算機對AD2S83 RDC的操作，在此之前先對AD2S83變換器的控制信號加以簡(jiǎn)單的說(shuō)明：
?。疘NHIBIT輸入：／INHIBIT信號只禁止可逆計數器向輸出鎖存器傳送數據，并不打斷跟蹤環(huán)的工作，釋放該信號將自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)BUSY，并刷新輸出鎖存器。
?。疎NABLE輸入：／ENABLE信號決定了輸出數據的狀態(tài)，高電平時(shí)，輸出數據管腳保持在高阻狀態(tài)。低電平時(shí)，允許輸出鎖存器中的數據傳送到輸出管腳上。對／ENABLE的操作不會(huì )影響變換器的工作。
BYTESELECT輸入：無(wú)論該信號的狀態(tài)如何當／ENABLE為低電平時(shí)，低位字節就將出現在數據輸出線(xiàn)DB9－DB16上。當BYTESELECT為高電平時(shí)，高8位字節將出現在數據輸出線(xiàn)DB1－DB8上；當BYTESELECT為低電平時(shí)，低8位字節將出現在數據輸出線(xiàn)DB1－DB8上，它們同時(shí)也出現在DB9－DB16上。
計算機對AD2S83讀取數據的過(guò)程：首先對AD2S83施加／INHIBIT信號，阻止鎖存器的刷新，當／INHIBIT被置為低電平并延遲600ns后數據有效，把／ENABLE信號置為低電平后，即可讀取數據。讀完數據后，應立即釋放／INHIBIT信號，把它置為高電平，以使輸出鎖存器能被刷新。
6 結束語(yǔ)
本文介紹了AD2S83 RDC集成電路的應用，并設計了由該集成電路和旋轉變壓器構成的雷達伺服系統中速度反饋與角位置檢測系統。經(jīng)實(shí)踐表明，該系統具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強、操作靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。
參考文獻
評論