專利名稱：一種基于感應同步器測量電機轉角的電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于測量電機轉動角速度的裝置，具體的說是涉及一種基于 感應同步器而實現對電機角速度進行測量的電路。
背景技術：
現有技術中對電機角度進行測量的裝置，通常都是先進行轉速測量，進而計算出 轉動的角度。在這些裝置中，常用的轉速測量方法主要有M法即測頻法和T法即測周期法。 但是這些現有方法又存在著以下問題從測量分辨率上看，T法測低速時分辨率較高，但隨 著轉速的增大，分辨率變差；M法則相反，高速時分辨率較高，而低速時分辨率變低。從測量 精度上看，T法測速的測量精度隨著轉速的增加而減小；M法的測速精度在高速時較高，而 在低速時變低。而且，M法和T法測速均不適用于轉速變化較大的場合。
發明內容為了解決背景技術中提出的現有技術問題，本實用新型提供一種基于感應同步器 的測量電機轉角的電路，該種基于感應同步器測量電機轉角的電路能夠適用于對各種轉速 的測量，具有測量精度高、適用范圍廣的特點。本實用新型的技術方案是該種基于感應同步器測量電機轉角的電路，包括正弦 波發生器、功率放大1單元、感應同步器、功率放大2單元、R/D轉換器、光耦隔離單元、運算 放大器以及DSP微處理器，其特征在于所述正弦波發生器采用AD2S99芯片，所述功率放大 1單元采用TDA2030A芯片，所述感應同步器采用圓盤式感應同步器，所述功率放大2單元 采用INA128A芯片，所述R/D轉換器采用AD2S90芯片，所述光耦隔離單元采用HCPU631芯 片，所述運算放大器采用LF353芯片，所述DSP微處理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦 波發生器將產生的正弦波勵磁信號經過所述功率放大1單元放大后輸出給所述感應同步 器作為感應同步器定子的激磁信號，所述感應同步器轉子上兩個獨立繞組輸出的兩路正弦 波信號經功率放大2單元放大后輸出至所述R/D轉換器的兩個對應信號輸入端，同時，所述 正弦波發生器發出的正弦波信號經過所述運算放大器放大后作為同步基準電壓信號輸出 至所述R/D轉換器的基準電壓端口，所述R/D轉換器輸出的兩路信號經過所述光耦隔離單 元耦合后輸入至所述DSP微處理器。實用新型具有如下有益效果由于采取上述方案，首先利用感應同步器來完成位 置檢測，感應同步器不僅是一種高精度的角度測量元件，還可用于計算不同框架的相對轉 速，其主要優點是不僅可以在較高的采樣頻率下工作，而且具有較高的測試精度和分辨率， 從而可以避免在信號處理過程中產生較大的偏差和噪聲。同時，該測角元件還具有良好的 低溫特性、較強的抗振動和抗干擾能力。其次，本方案中采用AD2S99芯片作為激磁電路 信號發生器，它是專為R/D轉換器提供激磁信號的芯片。該芯片工作溫度范圍為-40°C到 +85°C，輸出正弦波最大失真度為10%，通過SELl與SEL2引腳的不同電平選擇可輸出2KHz、 5KHzUOKHz和20KHz的正弦波，這不但能夠方便實現與濾波電路的配合調整，還保證了這幾個頻段的精確度。它不僅為AD2S90提供同步基準電壓信號，同時還給感應同步器提供高 品質的正弦波勵磁信號，還具有信號相位補償和信號丟失檢測等優點。因為感應同步器的 Sin和Cos信號被輸入到AD2S99作為反饋信號，AD2S99的SYNREF引腳將根據這兩路信號 與激磁信號間的相位差輸出一個補償信號到AD2S90的REF引腳，從而對Sin和Cos信號做 出最大為士 10°的相位調整，所以省去了許多感應同步器測角電路中的移相部分，大大簡 化了設計，減少了誤差的引入。同時，由于AD2S90是對感應同步器的輸出信號進行數字變 換的專用集成電路芯片，所以以AD2S90芯片為核心的感應同步器數字轉換電路具有體積 小、結構簡、可靠性高、易于調試和可輸出多種信號模式等優點。另外，通過增量式編碼輸出 角度，可直接通過作為DSP處理器的TMS320F28335芯片的QEP接口測量角度，其最大跟蹤 角速度500rps，可以滿足一般系統的設計要求。綜上所述，這種裝置與現有技術中的測量電 機轉角的電路相比，能夠適用于對各種轉速的測量，具有測量精度高、適用范圍廣的特點。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型中所述功率放大2單元的電氣原理圖。圖3是本實用新型中所述功率放大1單元的電氣原理圖。圖4是本實用新型中所述正弦波發生器、R/D轉換器、光耦隔離單元以及運算放大 器連接后的電氣原理圖。圖5是本實用新型中所采用的INA128A芯片封裝形式原理圖。圖6是本實用新型中所采用的AD2S99芯片封裝形式原理圖。圖7是本實用新型中所采用的AD2S90芯片封裝形式原理圖。圖8是本實用新型中所采用的LF353芯片封裝形式原理圖。圖9是本實用新型中所采用的HCPL2631芯片封裝形式原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明由圖1所示，該種基于感應同步器測量電機轉角的電路，包括正弦波發生器、功率 放大1單元、感應同步器、功率放大2單元、R/D轉換器、光耦隔離單元、運算放大器以及DSP 微處理器。下面對各個組成部分分別做出詳細說明感應同步器是利用電磁原理將線位移和角位移轉換成電信號的一種裝置。根據用 途，可將感應同步器分為直線式和圓盤式兩種，分別用于測量線位移和角位移。在高精度數 字顯示系統或數控閉環系統中，圓盤式感應同步器用以檢測角位移信號，直線式用以檢測 線位移。感應同步器已經廣泛應用于高精度伺服轉臺、雷達天線、火炮和無線電望遠鏡的定 位跟蹤、精密數控機床以及高精度位置檢測系統中。其主要優點是精度高、行程大、性能可 靠，因此，對感應同步器的信號進行數字化變換是數顯數控的一個關鍵環節。而目前國內的 轉換電路多采用分立元件和非專用芯片.但這些芯片體積龐大、結構復雜、調試困難、可靠 性差，而且信號的輸出格式很難與現有的數顯數控裝置配接。所以在本方案中，就需要解決 這些問題才能實現利用感應同步器精確地測得電機轉動角速度。具體實施時，所述正弦波發生器采用AD2S99芯片，所述功率放大1單元采用TDA2030A芯片，所述感應同步器采用圓盤式感應同步器，所述功率放大2單元采用INA128A 芯片，所述R/D轉換器采用AD2S90芯片，所述光耦隔離單元采用HCPU631芯片，所述運算 放大器采用LF353芯片，所述DSP微處理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦波發生器將 產生的正弦波勵磁信號E+經過所述功率放大1單元放大后輸出給所述感應同步器作為感 應同步器定子的激磁信號4E1，所述感應同步器轉子上兩個獨立繞組輸出的兩路正弦波信 號Cl和Sl經功率放大2單元放大后輸出至所述R/D轉換器的兩個對應信號輸入端COS端 和SIN端，同時，所述正弦波發生器發出的正弦波信號E+經過所述運算放大器放大后作為 同步基準電壓信號輸出至所述R/D轉換器的基準電壓端口 REF，所述R/D轉換器輸出的兩路 信號A和B經過所述光耦隔離單元耦合后輸入至所述DSP微處理器。采用上述方案是基于如下考慮正弦波發生器采用AD2S99芯片，產生20kHz的正 弦波作為激磁信號。它不僅為R/D轉換器AD2S90提供同步基準電壓信號，同時還給感應同 步器提供高品質的正弦波勵磁信號。但是，感應同步器的阻抗很小，一般只有幾十Ω，且其 感應信號比較小，需要較大的電流驅動，因此正弦激磁信號輸入感應同步器之前還需要進 行功率放大，即功率放大1單元，采用TDA2030A芯片。由于感應同步器的輸出較小，因此在 其輸出信號在送入其他電路進行下一步處理之前應對其輸出進行放大。在本方案中，感應 同步器輸出放大電路采用的是INAU8通用儀表放大器芯片，該芯片的1腳和8腳之間接的 電阻決定其放大倍數，放大倍數計算公式，可以實現1 10000的任意增益選擇。因為感 應同步器的信號微弱，約1 2mV，所以選擇它的前置放大電路的=20，放大約2500倍。由 于正弦波發生器AD2S99產生的信號幅值較小，因此在送入AD2S90之前同樣需要進行功率 放大，即利用運算放大器實現，運算放大器采用的芯片是LF353，其電路如圖4所示。為了 提高本電路的抗干擾能力，減小模擬信號與數字信號之間的相互影響，采取了光耦隔離，其 中HCPU631芯片為雙通道的光耦隔離芯片，其輸出信號可直接送至DSP進行相關運算和處 理。圖5 圖10分別是本實用新型中所采用的各種芯片的封裝形式原理圖。運用本裝置的具體工作過程如下將感應同步器安裝于電機轉動部位后，由正弦 波發生器AD2S99產生一個大約20kHz的正弦波信號E+，并經功率放大電路放大后作為感應 同步器定子的激磁信號4E1。隨著轉子的運動，轉子上兩個獨立繞組輸出的兩路正弦波信號 將被轉子位置對應的機械角度〃所調相和調幅。這兩個信號和正弦波發生器的參考正弦 信號經運算放大器放大后，一起被送往接收有效值為2V、頻率范圍在3-20kHz的AD2S90的 SiruCos和REF端口。然后由AD2S90以鑒幅的方式將代表滑尺位置的角度θ轉換成數字 信號輸出，當AD2S90用作增量編碼器輸出方式時，它仿真一個IOM脈沖的增量編碼器。若 以180對級的圓感應同步器為例，即電機每旋轉360° /180=2°就產生IOM個脈沖，取兩 路的跳變沿還可獲得4096個脈沖。通過DSP微處理器的正交脈沖捕獲單元對Al、Bl正交 脈沖進行上升下降沿的同時計數，即可換算出相應的角度值。
權利要求1. 一種基于感應同步器測量電機轉角的電路，包括正弦波發生器、功率放大1單元、感 應同步器、功率放大2單元、R/D轉換器、光耦隔離單元、運算放大器以及DSP微處理器，其特 征在于所述正弦波發生器采用AD2S99芯片，所述功率放大1單元采用TDA2030A芯片，所 述感應同步器采用圓盤式感應同步器，所述功率放大2單元采用INA128A芯片，所述R/D轉 換器采用AD2S90芯片，所述光耦隔離單元采用HCPU631芯片，所述運算放大器采用LF353 芯片，所述DSP微處理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦波發生器將產生的正弦波勵磁 信號(E+)經過所述功率放大1單元放大后輸出給所述感應同步器作為感應同步器定子的 激磁信號(4E1)，所述感應同步器轉子上兩個獨立繞組輸出的兩路正弦波信號(Cl，Si)經 功率放大2單元放大后輸出至所述R/D轉換器的兩個對應信號輸入端(COS，SIN),同時，所 述正弦波發生器發出的正弦波信號(E+)經過所述運算放大器放大后作為同步基準電壓信 號輸出至所述R/D轉換器的基準電壓端口(REF)，所述R/D轉換器輸出的兩路信號(A，B)經 過所述光耦隔離單元耦合后輸入至所述DSP微處理器。
專利摘要一種基于感應同步器測量電機轉角的電路。主要解決現有測量裝置測量精度低、適用范圍窄的問題。其特征在于正弦波發生器將產生的正弦波勵磁信號(E+)經過功率放大1單元放大后輸出給感應同步器作為感應同步器定子的激磁信號(4E1)，感應同步器轉子上兩個獨立繞組輸出的兩路正弦波信號(C1，S1)經功率放大2單元放大后輸出至R/D轉換器的兩個對應信號輸入端(COS,SIN)，同時，正弦波發生器發出的正弦波信號(E+)經過運算放大器放大后作為同步基準電壓信號輸出至R/D轉換器的基準電壓端口(REF)，R/D轉換器輸出的兩路信號(A,B)經過光耦隔離單元耦合后輸入至DSP微處理器計算后得出電機轉角。該種裝置具有測量精度高、適用范圍廣的特點。
文檔編號G01D5/244GK201917315SQ20112000489
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者劉斌, 劉鐵良, 孫燚, 李卓 申請人:東北石油大學