專利名稱：依靠函數(shù)自同步機(jī)產(chǎn)生數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)角信息的方法及電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助函數(shù)自同步機(jī)(Funktionsdrehmelder)按振幅法產(chǎn)生數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)角信息的方法及電路結(jié)構(gòu)，其中以正弦和余弦的形式對(duì)載波振蕩進(jìn)行調(diào)幅，把由此形成的正弦和余弦信號(hào)輸給自同步機(jī)的相對(duì)固定安裝的定子繞組，自同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組提供一個(gè)自同步機(jī)信號(hào)，由此通過振幅適度計(jì)算導(dǎo)出轉(zhuǎn)角信息。
如同分解器(Resolver)或同步機(jī)(Synchro)一樣函數(shù)自同步機(jī)是一種耐用可靠的信號(hào)發(fā)生器，依靠其既可取得轉(zhuǎn)數(shù)信息又可取得轉(zhuǎn)角信息。關(guān)于如何計(jì)算函數(shù)自同步機(jī)信號(hào)原則上有兩種可能性。一種是利用了通過信號(hào)相位適度和/或頻率適度計(jì)算的多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是通過把自同步機(jī)的轉(zhuǎn)子頻率和一個(gè)基準(zhǔn)頻率相加而產(chǎn)生的。自同步機(jī)的信號(hào)頻率和基準(zhǔn)頻率之間的頻率差是對(duì)其轉(zhuǎn)數(shù)的量度。自同步機(jī)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的相位差即為對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的一個(gè)反映。由于自同步機(jī)時(shí)間常數(shù)的溫度依賴關(guān)系，引起相位偏差，又由于較高的干擾靈敏性只允許自同步機(jī)較短的饋電，所以產(chǎn)生了對(duì)導(dǎo)出轉(zhuǎn)角信息相位適度計(jì)算不良影響。
另外一種是轉(zhuǎn)角信息可以依靠自同步機(jī)信號(hào)的振幅適度計(jì)算來獲得，在此可利用干擾。由此涉及到本發(fā)明這類結(jié)構(gòu)特征，而相應(yīng)的振幅適度自同步機(jī)計(jì)算已在US-PS3，720，866和DE-OS3619285中公開。自同步機(jī)信號(hào)的振幅計(jì)算中可避免上述不良影響，然而在眾所周知的振幅法中僅僅是從正弦和余弦調(diào)制載波頻率信號(hào)的振幅關(guān)系中得到轉(zhuǎn)角信息的。
按照在US-PS3，720，866中敘述的方法，借助一個(gè)數(shù)字-處理機(jī)能夠在具有足夠好的分辨率和精確度的情況下計(jì)算出同步機(jī)的轉(zhuǎn)角。但如果想從數(shù)字轉(zhuǎn)角信息中導(dǎo)出一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)信息，則這種可能性僅僅是很有限的。這點(diǎn)人們可借助下面的數(shù)字例子了解到現(xiàn)有一個(gè)14比特(每轉(zhuǎn)為16，384角距)的轉(zhuǎn)角分辨率，最大考慮轉(zhuǎn)數(shù)為3，000/分，要問的是在一個(gè)0.1毫秒的測(cè)量停止時(shí)間(Messtotzeit)內(nèi)可以達(dá)到的最小轉(zhuǎn)數(shù)分辨率是多少？每秒轉(zhuǎn)角距數(shù)或頻率為f＝ (3000×16，384)/(60S) ＝819.200Hz每一測(cè)量停止時(shí)間的角距數(shù)是Z＝f·Tt＝819.2KHz×0.1ms＝81.92盡管轉(zhuǎn)角分辨率較高，但在自同步機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為最大的情況下，轉(zhuǎn)角僅僅變化了測(cè)量停止時(shí)間的約82個(gè)轉(zhuǎn)角距。對(duì)于小轉(zhuǎn)數(shù)分辨率來說，每一個(gè)測(cè)量停止時(shí)間必須至少達(dá)到一個(gè)角距，對(duì)此最小轉(zhuǎn)數(shù)分辨率為n最小＝ (n最大)/(Z) ＝ (3000／分)/81.92 ＝36.6／分在使用現(xiàn)代伺服傳動(dòng)裝置的情況下可掌握的82轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)范圍是完全不夠的。為了達(dá)到更高的調(diào)節(jié)范圍，測(cè)量靜止時(shí)間必須相應(yīng)延長。而這只有在限制傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)動(dòng)力和限制在較小轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)停止運(yùn)行才有可能。對(duì)于反應(yīng)很快的伺服傳動(dòng)裝置來說測(cè)量停止時(shí)間的放大是不合適的，按照在DE-OS3619285中敘述的方法可由分解器獲得很好的模擬信號(hào)。然而如要從該模擬轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)通過一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)字的話，那么失調(diào)和位移現(xiàn)象就明顯地會(huì)限制傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍和精確性。
所以本發(fā)明的任務(wù)是，用同類方法及電路結(jié)構(gòu)在很短的測(cè)試停止時(shí)間內(nèi)從自同步機(jī)得到一個(gè)高分辨率的無偏差的轉(zhuǎn)數(shù)的字。
根據(jù)本發(fā)明，用同類方法通過以下改進(jìn)來完成該任務(wù)，即首先將接收的自同步機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，然后借助調(diào)節(jié)算法獲得一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)字，緊接著通過轉(zhuǎn)數(shù)字的數(shù)值積分產(chǎn)生轉(zhuǎn)角字，同時(shí)藉此進(jìn)行載波振蕩的轉(zhuǎn)角函數(shù)形式的振幅調(diào)制。
此外，這個(gè)任務(wù)通過一個(gè)電路結(jié)構(gòu)來完成，在該電路結(jié)構(gòu)中自同步機(jī)信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)數(shù)字的計(jì)算、通過數(shù)值積分的轉(zhuǎn)角字的形成、載波頻率的產(chǎn)生和載波振蕩的調(diào)制是依靠帶有固定值儲(chǔ)存器的微控制器來進(jìn)行的。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于從自同步機(jī)信號(hào)直接獲得一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)信息，然后從該信息中導(dǎo)出轉(zhuǎn)角信息。數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)字不是從轉(zhuǎn)角信息中獲得的，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)角分辨率很高的信息成分本身不能在短測(cè)試停止時(shí)間內(nèi)達(dá)到高分辨率的轉(zhuǎn)角信息。在此，本發(fā)明的方法相反，從自同步機(jī)信號(hào)中在測(cè)試停止時(shí)間很短的情況下導(dǎo)出高分辨率無偏差的轉(zhuǎn)數(shù)字。
借助于實(shí)施例的附圖可對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
附

圖1所示為在函數(shù)自同步機(jī)(下面稱為“分解器”)中計(jì)算信號(hào)的流程圖。
附圖2所示為在使用微控制器情況下計(jì)算分解器信號(hào)的流程走向圖。
附圖3所示為圖2微控制器的流程。
圖1詳細(xì)示出了帶有分解器1的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，分解器1的電學(xué)上相互成90°安裝的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組位于調(diào)節(jié)回路中。分解器1的定子繞組由轉(zhuǎn)角函數(shù)部件5供給正弦和余弦信號(hào)，這些信號(hào)是從轉(zhuǎn)角信號(hào)導(dǎo)出的。在調(diào)制部件6和7中，具有矩形載波振蕩的正弦和余弦信號(hào)是通過周期的轉(zhuǎn)換受調(diào)制的，該載波振蕩由一個(gè)振蕩發(fā)生器產(chǎn)生?；诜纸馄骼@組的機(jī)械和電學(xué)結(jié)構(gòu)，可從分解器1的轉(zhuǎn)子繞組中得到一個(gè)自同步機(jī)信號(hào)，該信號(hào)與在轉(zhuǎn)角函數(shù)部件5中給出的轉(zhuǎn)角ψ和分解器1的機(jī)械轉(zhuǎn)角α之間的轉(zhuǎn)角差的正弦相對(duì)應(yīng)。
由于自同步機(jī)信號(hào)開始還帶有載波頻率，所以該信號(hào)通過符號(hào)轉(zhuǎn)換在解調(diào)器2中重新被解調(diào)。在解調(diào)器中獲得的信號(hào)sin(ψ-α)連到調(diào)節(jié)器3的輸入端上，該調(diào)節(jié)器的任務(wù)是將信號(hào)sin(ψ-α)調(diào)節(jié)到0，當(dāng)信號(hào)sin(ψ-α)＝0時(shí)，轉(zhuǎn)角ψ就與機(jī)械轉(zhuǎn)角α一致了。
轉(zhuǎn)角ψ是在積分器4中形成的，該積分器與調(diào)節(jié)器3的輸出端相連，由此通過調(diào)節(jié)器的輸出ω的積分而形成轉(zhuǎn)角ψ。機(jī)械轉(zhuǎn)角α與分解器1的機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)n的積分相對(duì)應(yīng)，所以調(diào)節(jié)器3的調(diào)節(jié)器輸出ω顯示出機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)n。轉(zhuǎn)角ψ在積分器4的輸出端能相應(yīng)地取出。
圖2示出了進(jìn)行上述調(diào)節(jié)的電路結(jié)構(gòu)。
由分解器1的轉(zhuǎn)子繞組提供的自同步機(jī)信號(hào)經(jīng)過放大器2輸給微控制器3的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入端ANO。微控制器3依靠調(diào)節(jié)算法計(jì)算出轉(zhuǎn)數(shù)字ω，此轉(zhuǎn)數(shù)字是通過中間儲(chǔ)存器15輸出的。通過對(duì)代表轉(zhuǎn)數(shù)大小的轉(zhuǎn)數(shù)字ω積分而計(jì)算出轉(zhuǎn)角ψ并且通過中間儲(chǔ)存器16輸出。微控制器3從程序和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器5中提取轉(zhuǎn)角ψ的正弦和余弦值并且把這些值連續(xù)地以字節(jié)的方式提供給數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器6。正弦和余弦值模擬地儲(chǔ)存在電容器11和12中，持續(xù)一個(gè)載波頻率半波。微控制器3通過帶有模擬開關(guān)8的符號(hào)轉(zhuǎn)換來進(jìn)行帶有載波頻率的調(diào)制。經(jīng)調(diào)制的正弦和余弦信號(hào)經(jīng)由放大器13和14被送到分解器1的定子繞組。
在圖3中示出了微控制器的流程，該流程在一個(gè)載波頻率的半波中完成。計(jì)算和調(diào)制由微控制器來同步。
根據(jù)本發(fā)明通過選擇自同步機(jī)信號(hào)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和直接的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換僅需要一個(gè)低分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器就可得到高分辨率的轉(zhuǎn)數(shù)字。AD轉(zhuǎn)換器的偏差雖然使其轉(zhuǎn)角大小ψ誤差明顯，但轉(zhuǎn)數(shù)大小ω卻是無偏差的。轉(zhuǎn)數(shù)大小ω的誤差可積分到一個(gè)轉(zhuǎn)角誤差上，該轉(zhuǎn)角誤差由調(diào)節(jié)器掌握和調(diào)節(jié)。
因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換器在此必須只是變換轉(zhuǎn)角偏差(ψ-α)的正弦，因此分辨范圍只需要達(dá)到自同步機(jī)的整個(gè)一圈360°的一小部分並只需考慮到動(dòng)力方面最大可能要出現(xiàn)的調(diào)節(jié)偏差。依靠最佳調(diào)節(jié)算法在加速度為20，000rad·s-2十分大的情況下，調(diào)節(jié)偏差本身可保持小于1°。由于這是一個(gè)較小而又必要的分辨范圍，商業(yè)上常用的微控制器的內(nèi)部8比特AD轉(zhuǎn)換器對(duì)16比特轉(zhuǎn)數(shù)字的產(chǎn)生來說完全足夠。又因?yàn)橹挥泻苄〉霓D(zhuǎn)角偏差產(chǎn)生，轉(zhuǎn)角偏差的正弦?guī)缀醯扔谵D(zhuǎn)角偏差(ψ-α≈sin(ψ-α))。因而可以很簡單地修正插入轉(zhuǎn)角偏差，這些轉(zhuǎn)角偏差小于載波頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)角分辨率。倘若要從轉(zhuǎn)角ψ導(dǎo)出轉(zhuǎn)數(shù)ω，則為了產(chǎn)生一個(gè)16比特轉(zhuǎn)數(shù)字ω，便要丟失由修正插入得到的信息。
為了產(chǎn)生一個(gè)16比特轉(zhuǎn)數(shù)字，對(duì)調(diào)制載波頻率來說具有12比特寬度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5中的一個(gè)90°正弦表已足夠。對(duì)一個(gè)360°的轉(zhuǎn)動(dòng)來說這可產(chǎn)生調(diào)制的14比特轉(zhuǎn)角分辨率。為了進(jìn)行載波頻率振幅適度的調(diào)制，可以選擇一個(gè)12比特?cái)?shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。
下面的角數(shù)據(jù)是在使用一個(gè)帶有12兆赫拍頻的商業(yè)用的8比特微控制器的情況下，借助本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)而得到的載波頻率6.25KHz測(cè)試停止時(shí)間80μs最大轉(zhuǎn)數(shù)＞6000/分轉(zhuǎn)角分辨率14比特(每轉(zhuǎn)16.384轉(zhuǎn)角距)轉(zhuǎn)數(shù)分辨率16比特(65.536轉(zhuǎn)數(shù)距)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)范圍＞30，000與很短的測(cè)試停止時(shí)間相聯(lián)系的這種高分辨率是至今任何已知方法都得不到的。此外，其優(yōu)點(diǎn)還在于在此所需的元件數(shù)量較少。
因?yàn)橹恍枰直媛实偷腁D和DA轉(zhuǎn)換器，所以這種線路結(jié)構(gòu)確實(shí)是比較廉價(jià)的。
此方法不僅適用于分解器、也適用于同步機(jī)。在按照轉(zhuǎn)角函數(shù)進(jìn)行的振幅調(diào)制中僅需考慮到定子繞組的幾何結(jié)構(gòu)。
用較高的載波頻率和16比特控制器還可進(jìn)一步提高測(cè)試停止時(shí)間和分辨率。
權(quán)利要求
1.借助函數(shù)自同步機(jī)并按振幅法產(chǎn)生數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)角信息的方法，其中，載波振蕩以正弦和余弦的形式進(jìn)行振幅調(diào)制，把由此形成的正弦和余弦信號(hào)饋送到相對(duì)固定安裝的定子繞組，同時(shí)自同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組提供出一個(gè)自同步機(jī)信號(hào)，由該信號(hào)通過振幅適度計(jì)算導(dǎo)出轉(zhuǎn)角信息，其特征在于把接收的自同步機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，並通過符號(hào)計(jì)值進(jìn)行調(diào)制，由其振幅借助調(diào)節(jié)算法得到一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)字，接著通過該轉(zhuǎn)數(shù)字的數(shù)值積分產(chǎn)生轉(zhuǎn)角字，由此，同時(shí)對(duì)載波振蕩以轉(zhuǎn)角函數(shù)形式進(jìn)行振幅調(diào)制。
2.實(shí)施權(quán)利要求1方法的電路結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)函數(shù)自同步機(jī)，該自同步機(jī)具有相對(duì)固定安裝的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，其中，以正弦和余弦形式調(diào)制的振幅的載波振蕩饋入定子繞組，從轉(zhuǎn)子繞組獲取自同步機(jī)信號(hào)，其特征在于，自同步機(jī)信號(hào)接到微控制器(3)的模擬數(shù)字變換器的輸入端上，微控制器(3)通過符號(hào)計(jì)值對(duì)自同步機(jī)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而借助調(diào)節(jié)算法算出轉(zhuǎn)數(shù)字，並通過數(shù)值積分產(chǎn)生轉(zhuǎn)角字，微控制器(3)從固定值存儲(chǔ)器(5)獲取與其相應(yīng)的正弦和余弦值，並以此調(diào)制提供到函數(shù)自同步機(jī)(1)定子繞組上的載波振蕩。
全文摘要
用函數(shù)旋轉(zhuǎn)報(bào)警器按振幅法產(chǎn)生數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)角信息。再對(duì)載波振蕩以正弦和余弦形式進(jìn)行振幅調(diào)制，形成的信號(hào)輸給自同步相對(duì)固定安裝的定子繞組。其轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)提供信號(hào)，由該信號(hào)通過振幅適度計(jì)算導(dǎo)出轉(zhuǎn)角信息。至此應(yīng)在很短的測(cè)試停止時(shí)間內(nèi)從自同步機(jī)得到高分辨率、無偏差轉(zhuǎn)數(shù)字。同時(shí)對(duì)收到的轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并先借助調(diào)節(jié)算法得到數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)字，再通過轉(zhuǎn)數(shù)字的數(shù)值積分產(chǎn)生轉(zhuǎn)角字，由此同時(shí)進(jìn)行載波振蕩轉(zhuǎn)角函數(shù)形式的振幅調(diào)制。
文檔編號(hào)G01B7/00GK1042011SQ89107649
公開日1990年5月9日 申請(qǐng)日期1989年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月10日
發(fā)明者卡爾·海茨·迪特馬爾, 蒂比爾·曼弗德, 克爾特邁·于爾根 申請(qǐng)人:倫策和阿爾承恩兩合公司