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低成本高精度角位移测量系统研究与设计

作　者: 徐建华
导　师: 杨瑞峰
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 角位移测量旋转变压器轴角-数字转换器误差分析
分类号: TH822
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在航空、航天、船舶、国防等领域中,常常要求对角度进行快速精密测量,以便迅速调整被测物体的姿态、方位或可靠检测被测物体的角位性能。角位移测量是这类调测系统的重要组成部分,同时也是实现其它控制功能的基础。论文首先阐述了课题的研究背景、目的和意义,然后介绍了国内外角位移测量技术发展现状,通过分析比较,提出了利用“旋转变压器+轴角数字转换器+DSP”构成的低成本鉴幅型跟踪测角设计方案。该系统能够用于360°范围内角位信息的动态测量,并采用RS-232串行通信接口与上位机通信,可以实现绝对角度与相对角度输出。软件部分采用了C与汇编的混合语言编程方式,模块化设计使得程序易于修改和升级。论文对系统的误差进行了详细分析,研究了各种误差来源并推导出具体表达式和数学关系,为减小测角系统误差、提高测角精度提供了理论依据;针对误差的消除提出了有效的抑制和补偿措施。本文在分析测角系统结构的基础上,建立了轴角转换电路的数学模型,并对系统在位移、速度、加速度等信号作用下的动态特性进行了仿真,结果证明系统是一个Ⅱ型系统。最后,完成了系统的软硬件调试,实验表明系统总体工作稳定可靠、实时性强。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究来源、目的及意义  10
  1.2 国内外角位移测量技术发展现状  10-14
    1.2.1 传统测角方法  11
    1.2.2 现代测角方法  11-14
  1.3 本文研究内容  14-16
第二章系统设计方案及原理分析  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 测角系统性能指标  16
  2.3 角位移敏感元件选择  16-19
    2.3.1 旋转变压器概述  17-18
    2.3.2 正余弦旋转变压器  18-19
    2.3.3 线性旋转变压器  19
  2.4 轴角-数字转换器选择  19-22
    2.4.1 RC 相移法  20
    2.4.2 实时三角函数发生器方案  20-21
    2.4.3 利用A/D 和μP 的解调方案  21
    2.4.4 跟踪型变换方案  21-22
  2.5 主控单元选择  22-23
  2.6 硬件电路构成原理  23
  2.7 本章小结  23-24
第三章系统硬件电路设计  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 交流激磁产生电路  24-26
    3.2.1 激磁产生电路  24-26
    3.2.2 激磁放大电路  26
  3.3 角位信息提取与数字转换电路  26-33
    3.3.1 角位信息提取电路  26-27
    3.3.2 信号调理电路  27-28
    3.3.3 角位数字转换电路  28-33
  3.4 AD2S83 与 TMS320LF2407A 接口电路设计  33-36
    3.4.1 AD2S83 与TMS320LF2407A 之间的接口电路研究  33-34
    3.4.2 改进锁存型方式  34-35
    3.4.3 电路工作过程  35-36
  3.5 控制电路设计  36-39
    3.5.1 控制单元 TMS320LF2407A 介绍  36-37
    3.5.2 TMS320LF2407A 外围电路设计  37-39
  3.6 TMS320LF2407A 与 PC 机间的串行通信硬件接口电路  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第四章系统软件设计  41-53
  4.1 引言  41
  4.2 汇编语言与C 语言的混合编程  41-43
    4.2.1 汇编和 C 的相互调用  41-42
    4.2.2 汇编和 C 接口中寻址方式的改变  42-43
  4.3 TMS320LF2407A 的中断机制  43
  4.4 TMS320LF2407A 与 PC 机通讯数据格式  43-46
    4.4.1 SCI 模块功能介绍  43-44
    4.4.2 数据通信格式  44-46
  4.5 测量系统程序设计  46-50
    4.5.1 系统主程序  46-47
    4.5.2 测角系统自检子程序  47-48
    4.5.3 测角系统 SCI 接收中断程序  48-49
    4.5.4 角位移数据采集程序  49-50
  4.6 上位机软件设计  50-52
    4.6.1 LabWindows/CVI 简介  50-51
    4.6.2 PC 机显示、控制程序  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第五章误差分析及误差补偿  53-63
  5.1 引言  53
  5.2 系统误差来源  53-54
  5.3 静态误差分析  54-57
    5.3.1 旋转变压器误差分析  54-56
    5.3.2 轴角数字转换器误差分析  56-57
  5.4 动态误差分析  57-59
  5.5 AD2S83 的转换误差  59-60
  5.6 误差补偿方法  60-62
  5.7 本章小结  62-63
第六章系统特性及实验结果分析  63-72
  6.1 引言  63
  6.2 系统响应特性分析  63-68
    6.2.1 测量模块结构  63
    6.2.2 系统传递函数介绍  63-65
    6.2.3 系统动态响应特性  65-68
  6.3 实验波形及分析  68-71
    6.3.1 旋转变压器正余弦输出  68
    6.3.2 交流误差信号  68-69
    6.3.3 压控振荡器输出信号  69-70
    6.3.4 数据输出控制信号  70
    6.3.5 RIPPLE CLK 输出信号  70-71
    6.3.6 数据输出信号  71
  6.4 本章小结  71-72
第七章总结与展望  72-74
  7.1 全文总结  72
  7.2 存在问题及研究展望  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士期间发表的论文与科研工作  77-78
致谢  78

低成本高精度角位移测量系统研究与设计

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