摘要：介绍了自整角机／数字转换器原理与构成，以及自整角机／数字转换器关键技术。分析了激励信号谐波失真、激励信号与信号之间相移所带来的误差。

关键词：自整角机／数字转换器．伺服系统i误差分析

中图分类号：tm383.1    文献标识码：a    文章编号：1001-6848(2000)02-0006-02

    自整角机是目前最精确、最可靠的轴位模拟传感器[1]，广泛用于航空、航天、航海等各种控制系统，如雷达定向、导航、座标变换、火炮控制、机床控制系统等。传统上，自整角机输出的模拟信号由采样保持电路经a／d转换成数字信号再由计算机电路进行处理计算确定轴角位置，这种开环式的检测处理方法，使得整个系统的分辨率、****精度都非常低，尤其是跟踪速度非常低，根本无法满足高速高精度应用场合。为了解决这个问题，本文提出一种基于二阶伺服原理的数字转换电路，这个电路和自整角机一样能在很宽的温度、湿度、振动和冲击环境下正常工作，使自整角机可以充分发挥它的作用。

    自整角机到数字转换原理框图见图1，主要由scott变压器、高速数字正余弦乘法器[2]、误差放大器、楣敏检波器、比例积分器、压控振荡器、可逆计数器及逻辑控制电路组成。

    设自整角机模拟轴角位置为口，则其输出信号为：

 

    

    经scott变压器转换成口角正余弦形式输出，即

   

    设计数器表示的数字角，经数字正余弦乘法器得：

     

    两信号经误差放大器相减，则得：

      

    这个误差信号经相敏检测，积分器后输出电压去控制vco频率，从而改变计数器的计数频率和计数方向，由于整个系统是二阶闭环系统，最终使得sin(0-φ)=0，即θ=φ，完成模拟角到ttl电平输出数字角的转换。

    图l所示整个转换系统的数学模型可以用一个在正向通道中有两个积分器的反馈控制系统来表示，见图2。这里数字正余弦乘法器，误差放大器，相敏检波器，压控振荡器是比例环节，积分环节i是加了低通补偿的模拟积分器，以防止整个电路由于高频噪声所带来的误差，稳定整个系统，积分环节i由计数器构成。系统传递函数为

     

    式中k为系统加速度常数，即开环增益。t₁=c_lr₁，t2=c₂r₂，t₃=c₂r_l。整个系统是典型二阶伺服系统。理论上，这个系统可以跟踪均匀角速度变化，如果输入角是加速度变化，则会带来误差，这个加速误差等于输入角速度除以加速度常数，而且在任一时刻数字角φ都滞后输入模拟角。

    设n是自整角机每转对应的比特数，它对应的交流误差：