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角度测量系统研究

作　者: 白明方
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: 角度测量旋转变压器 AD2S83 TMS320F2812
分类号: TH712
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 261次
引　用: 2次
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内容摘要

角度测量被广泛应用于航空、航天、雷达、坦克和地炮火控等军事装备,也可用于数控机床和机器人等民用控制系统和机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷等领域。这些领域都需要高精度、高分辨率的角度测量控制系统。而角度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。论文首先阐述了角度测量研究的意义,然后介绍了国内外角度测量技术发展现状,通过分析比较,提出了利用“旋转变压器+AD2S83+ TMS320F2812”构成的鉴幅型跟踪测角设计方案,使用CPLD代替分离芯片完成了AD2S83与TMS320F2812通信的接口逻辑设计。该系统能够用于360°范围内角度信息的动态测量,并采用RS-232串行通信接口与上位机通信,可以实现角位移和角速度输出。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。论文提出了一种提高旋转变压器角度测量精度的细分原理,并以此为基础设计了细分电路,针对旋转变压器要求两相交流激磁信号严格正交使用了相对正弦波更为精确的SPWM激励波,对系统的粗精耦合及测速算法进行了详细分析,采用基于α-β-γ滤波器的数据处理方法,为减小测角系统误差、提高测角精度提供了理论依据和实践方法。而TMS320F2812通过CPLD实时的分别读取粗精角度数据,这种方法避免了TMS320F2812读取AD2S83的数据时因为等待INHIBIT、BUSY、ENABLE等信号而造成的时间延迟。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 角度传感器研究的意义  10-11
  1.2 国内外角度发展现状  11-12
  1.3 角度测量分类  12-14
    1.3.1 电学方法测角  12
    1.3.2 光栅方法测角  12-13
    1.3.3 编码器方法测角  13
    1.3.4 光纤机械方法测角  13
    1.3.5 纯光学方法测角  13-14
    1.3.6 电磁方法测角  14
  1.4 课题任务  14-15
第二章系统总体设计  15-16
  2.1 系统组成  15
  2.2 系统硬件框图  15-16
第三章旋转变压器、轴角数字转换电路模块及 DSP 分析  16-36
  3.1 旋转变压器分析  16-22
    3.1.1 有刷式旋转变压器  16-17
    3.1.2 无刷式旋转变压器  17-22
  3.2 轴角数字转换电路模块分析  22-26
    3.2.1 基于轴角数字转换模块的轴角数字转换电路  22-24
    3.2.2 基于单片机的轴角数字转换电路  24-25
    3.2.3 基于光电编码器的轴角数字转换电路  25-26
  3.3 AD2S83 分析  26-30
    3.3.1 AD2S83 的特点  26-27
    3.3.2 AD2S83 外围电路设计及参数选择  27-28
    3.3.3 AD2583 的工作原理  28-30
  3.4 DSP 选择  30
  3.5 TMS320F2812 分析  30-36
    3.5.1 TMS320F2812 中断  30-31
    3.5.2 SCI 模块功能介绍  31-32
    3.5.3 SCI 模块发送和接受数据的工作原理  32-33
    3.5.4 数据通信格式  33-36
第四章系统硬件设计  36-43
  4.1 激磁产生电路  36
  4.2 功率驱动电路  36-37
  4.3 旋转变压器电路  37-38
  4.4 信号调理电路  38
  4.5 AD2S83 与ATmega16L 的通信设计  38-39
  4.6 AD2S83 与TMS320F2812 的接口逻辑设计及改进  39-41
  4.7 MS320F2812 与PC 机间的接口电路  41-42
  4.8 本章小结  42-43
第五章系统改进及数据处理  43-53
  5.1 引言  43
  5.2 双极旋转变压器  43
  5.3 提高旋转变压器角度测量精度的细分原理  43-44
  5.4 提高旋转变压器角度测量精度的细分电路  44-46
  5.5 SPWM 激励波  46-48
  5.6 粗精耦合算法和测速算法实现  48-51
  5.7 数据处理  51-52
  5.8 本章小结  52-53
第六章系统软件设计  53-66
  6.1 汇编语言与C 语言的混合编程  53-57
    6.1.1 准备工作  53-54
    6.1.2 C 语言程序中嵌入汇编语言  54
    6.1.3 C 语言程序调用汇编函数  54-56
    6.1.4 汇编语言程序调用C函数  56-57
  6.2 程序设计  57-65
    6.2.1 系统主程序  57-58
    6.2.2 测角系统自检子程序  58-61
    6.2.3 测角系统 SCI 接收中断程序  61-63
    6.2.4 角度数据采集程序  63-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章总结与展望  66-68
  7.1 全文总结  66
  7.2 存在问题及研究展望  66-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  71-72
致谢  72

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