本科毕业论文---轴角解算旋转变压器.doc
《本科毕业论文---轴角解算旋转变压器.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《本科毕业论文---轴角解算旋转变压器.doc(94页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、数字式高精度轴角解算研究3学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文所有研究工作,均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明,并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究做出任何贡献的个人和集体,均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名:日期: 年 月 日学位论文版权使用授权声明中国舰船研究院和江苏自动化研究所有权保存本人呈交的学位论文复印件及电子版,有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权中国舰船研究院和江苏自动化研究所将本学位论文的全部或部
2、分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于:公开内部秘密, 在 年解密后适用本授权书。(请在以上方框内打“” )学位论文作者签名: 导师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘要旋转变压器是一种高可靠性的角度测量传感器,具有耐冲击、耐高温、耐油污、高可靠、长寿命等优点,因此广泛地应用于雷达、坦克、地炮火控、机器人、汽车、电力、冶金、纺织、印刷等领域。旋转变压器输出为交流模拟信号,进入计算机控制系统前需进行数字化转换。传统的数据转换模块由专用集成芯片加外围电路构成,专用集成芯片分为模拟式和数字式两种。模拟式芯片精度高、可靠性好、不抖码,缺点是跟踪
3、速度慢、价格昂贵;数字式芯片跟踪速度快、成本低,是轴角解算芯片新的发展方向。由于数字解算算法实现难度较大,国内尚无该类型芯片。针对这种情况,课题对数字式高精度轴角解算进行了深入研究。本文的工作内容主要集中在以下几个方面:针对固定带宽无法兼顾响应速度和解算精度的问题,提出了动态带宽调整算法。该算法提高了解算精度、减小了阶跃响应时间。针对误差计算环节中正余弦值直接计算计算量大、查表法占用空间大的问题,设计了基于CORDIC算法的误差计算环节,减少了计算量、节省了存储空间。针对数字式解算抖码严重的情况,提出了动静态判断和最多值滤波的方法,有效的减少了数据抖动次数、控制了抖动的幅值。针对信号噪声采用了
4、FIR滤波器和累加采样方案,有效的减少了噪声对精度的影响。最后设计了以-AD和DSP的硬件解算系统,并对上述算法进行验证测试。验证结果显示轴角179阶跃跟踪时间为12ms、精度达到0.004、分辨率达到18位、抖码控制在1LSB。对比模拟式芯片AD2S83和数字式芯片AD2S1210的性能参数,本设计有效的提高了轴角解算的精度、分辨率和稳定性。关键词:数字化轴角解算;旋转变压器;CORDIC;系统设计;DSPIAbstractResolver is a kind of highly reliable angle measurement device, which is resistant to
5、 impact, high temperature and oil. Its high-reliability and long life make it a widely use in military field and industry filed, such as radar, fire control , tanks, robotics, automotive, power, metallurgy, textile printing and so on.The output of resolver is AC analog signals, it must be converted
6、to digital signals before enter the computer. The shaft conversion module in tradition combines special shaft conversion chip and peripheral circuit. The special shaft conversion chip can be separate to analog mode and digital mode. Analog-mode chip has high-precision, high-stability and no data jit
7、ter, its disadvantages includes: low tracking speed, high-price. Digital-mode chip with its high tracking speed and low price give the new direction of shaft conversion. its complex algorithm, low accuracy and data jitter make it difficult to realize. In view of this situation, the subject of the di
8、gital high-precision axis angle solver depth study.The work of this paper focuses on the following aspects: Account the shortcoming of fixed bandwidth can not ensure the speed and accuracy at the same time, proposed a dynamic bandwidth algorithm witch improved the accuracy with a fast step response.
9、 Design a new error calculationg method based on CORDIC algorithm instead of direct calculation witch take lots of time or look up witch take largue space. For digital code solver shake severe cases, proposed the most dynamic and static judgments and median filtering method, effectively reduced the
10、number of data jitter, and controlled the jitter amplitude. To reduce the impact of the noise, use the FIR filter and cumulative sampling program.Finally, the algorithm was verified on the -AD and DSP-based hardware platform. The result indicate that the angle resolution reached 18, the 179step trac
11、king time is 12ms, shake control in less than 2 yards. Contrast analog-mode chip AD2S83 and digital-mode chip AD2S1210,the design effectively improved the precision, resolution and the stability.Keywords:digital RDC; resolver; CORDIC; system design; DSP83目次摘要IABSTRACTII目次III图目次VI表目录VIII第一章绪论11.1研究背景
12、及意义11.2轴角转换的发展21.3论文工作与安排3第二章轴角解算原理和结构52.1轴角变换基础52.1.1旋转变压器52.1.2自整角机72.1.3数字角度表示82.1.4轴角变换误差分析92.2现有解算方法112.2.1直接解算122.2.2跟踪解算142.2.3方法对比172.3鉴幅解算的实现方案182.3.1基于AD2S83旋变信号解算182.3.2基于AD2S1210的旋变信号解算212.3.3方案对比242.4小结24第三章数字式轴角解算算法设计253.1动态二阶系统构建253.1.1矫正环节设计263.1.2数字化系统设计303.1.3动态带宽设计313.2正余弦值计算353.2
13、.1通用算法353.2.2CORDIC算法原理353.2.3360度CORDIC算法设计373.2.4CORDIC效果分析383.3抖码处理393.3.1动静态判断403.3.2最多值滤波413.4滤波器设计433.4.1FIR滤波器443.4.2滤波器参数设计463.4.3FIR滤波器的实现473.4.4滤波器效果493.5软件框图503.6小结51第四章系统硬件实现524.1AD模块设计524.1.1AD选型524.1.2CS5361电路设计534.1.3AD调理电路544.1.4隔离电源554.2CPLD数据采集模块设计564.2.1直接采集方案564.2.2峰值采样方案574.2.3累
14、加采集方案584.3激磁模块设计614.3.1PWM波生成原理624.3.2SPWM软件实现624.3.3PWM波调制电路634.3.4PWM电源电路634.4DSP模块设计644.4.1最小系统设计644.4.2数据输出设计654.5小结67第五章测试与分析685.1调试环境685.1.1软件调试环境搭建685.1.2硬件调试环境695.2性能测试695.2.1静态特性695.2.2动态特性725.3小结74第六章总结与展望756.1总结已完成工作756.2进一步工作的展望76致谢77参考文献78硕士在读期间发表文章82附录83CORDIC算法83SCI接口83FIR滤波器84PWM代码84
15、图目录图 2.1旋转变压器原理图6图 2.2旋转变压器信号与角度关系图6图 2.3 SCOTT变压器7图 2.4轴角解算算法分类12图 2.5反正切法结构框图12图 2.6线性化解算基本结构13图 2.7 PT,Vo,E与角度之间的关系图14图 2.8定子接参考示意图15图 2.9鉴相解算框图15图 2.10鉴幅解算16图 2.11解算框图16图 2.12 AD2S83推荐电路18图 2.13 AD2S83原理框图19图 2.14相敏调节作用19图 2.15相敏调节电路20图 2.16 VCO电路框图20图 2.17 AD2S1210推荐电路21图 2.18缓冲电路22图 2.19 AD2S1
16、210框图23图 3.1 DSP内部模块25图 3.2增加开环零点26图 3.3加入超前校正控制环的系统框图26图 3.4 的曲线27图 3.5矫正前后幅频特性28图 3.6不同带宽下的阶跃响应(由右到左为100Hz1kHz)29图 3.7离散系统数学模型30图 3.8 500Hz带宽179阶跃响应33图 3.9阶跃相应仿真图34图 3.10 CORDIC算法基本思想36图 3.11 360度CORDIC算法跟踪图39图 3.18状态判断处理框图41图 3.19抖码情况42图 3.20滤波结果42图 3.12 AD采样数据43图 3.13噪声频谱分析44图 3.14 FIR设计框图48图 3.
17、15数据更新策略48图 3.16基于数据链表的数据更新策略49图 3.17 AD数据滤波效果图49图 3.21程序流程图50图 4.1硬件框图52图 4.2 -AD原理图53图 4.3 AD电路图54图 4.4 AD调理电路55图 4.5 J5-24S05ML电路图55图 4.6 B0505D-2W电路图56图 4.7无累加方案中CPLD内部框图57图 4.8峰值采样58图 4.9累加方案示意图58图 4.10正弦窗函数幅频曲线图59图 4.11累加方案CPLD框图60图 4.12 CPLD外围硬件结构框图61图 4.13激磁产生电路61图 4.14脉冲调制62图 4.15 PWM波调理电路6
18、3图 4.16 J16-24D12MK电路图64图 4.17 TPS767D318PWP外围电路65图 4.18 JTAG接口65图 4.19 SCI接口电路图66图 4.20 DSP和CPLD通信框图66图 4.21硬件设计图67图 5.1软件调试环境68图 5.2调试台69图 5.3静态误差70图 5.4静态误差拟合71图 5.5补偿后误差图71图 5.6消抖前后数据对比72图 5.7 179阶跃响应73图 5.8 2000转/min跟踪响应74表目录表 2.1各数码权值表8表 2.2解算方法对比17表 2.3 AD2S1210相应参数24表 2.4性能对比24表 3.1 CORDIC解算
19、误差39表 4.1数据采集特点对比60表 5.1静态角度输出70表 5.2抖码测试72表 5.3设计结果对比74第1章 第一章 绪论随着科技的日新月异,人类已经进入信息时代。信息的感知、采集、转换、传输和处理都必须经过传感器完成。传感器作为信息采集的首要部件,是实现自动化、信息化的首要环节。当今的社会信息化主要依托现代信息技术传感器技术、通信技术和计算机技术三大主流技术的支撑 贾伯年,俞朴,宋爱国.传感器技术(第3版)东南大学出版社 2007,由此可以知道:传感器技术在国家工业化和社会信息化的进程中有着十分突出的地位和作用。随着科学技术的不断发展,人们对于传感器的要求也越来越高。传感器的种类越
20、来越多,精度越来越高,体积越来越小,应用也越来越广泛。甚至我们常用的手机上就有十几个传感器之多。常用的传感器有温度传感器,压力传感器,光强传感器等等。角度测量传感器作为一种重要的位置传感器,在传感器家族中有着极其重要的位置。1.1 研究背景及意义角度的测量有许多方法,例如高精度测角方法有激光干涉测量、圆光栅测量,常见的有光电编码器 黄法军, 万秋华, 杨守旺等. 光电轴角编码器测速方法现状分析与展望J. 激光与光电子学进展, 2013, (11):27-34.- 汤天瑾,曹向群等.光电角度编码器发展现状分析及展望.光学仪器J.2010,27(1):9095、磁电编码器 吕德刚.集成霍尔磁编码器
21、的研究:D. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009- 涂有瑞. 磁敏传感器产业的现状和发展趋势.电子科技导报J.1996(10): 2838、旋转变压器等。光电编码器精度高 赵志巍, 陈赟. 一种基于金属码盘的新型绝对式光电轴角编码器J. 传感技术学报, 2010, (5):656659.- 王显军. 光电轴角编码器细分信号误差及精度分析J. 光学精密工程, 2012, (2).3438、使用方便 赵长海, 万秋华, 孙莹. 光电轴角编码器的误码检测系统J. 电子测量与仪器学报, 2012, (5).1251,但它存在价格贵、怕震动、怕冲击、怕油污等缺点,适用于精度要求较高,环境较好的场合。磁电编
22、码器价格低、体积小、抗干扰能力强,但精度低,适合应用在环境恶劣、精度要求不高的场合。由于精度高、可靠性高和强大的恶劣环境适应能力,旋转变压器广泛的应用于高精度和高可靠性的控制系统中,例如舰炮、雷达、工业控制等 徐大林,高文政. 基于FPGA的多极旋转变压器粗精数据组合双速处理器的设计与实现.测控技术J,2009,25(5):4246。旋转变压器定子和转子相对的旋转角度为测量角度,旋转变压器转子输入激磁信号后,定子产生带有角度信号的两路正余弦同频电压。通过专门的解算电路 DU C, LIU S, ZHAO K. A DSP-Based Fast Tracking Resolver-to-Digi
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 本科毕业 论文 轴角解算 旋转 变压器
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。