同步机及旋转变压器二级

  轴角编码纠错方法

    张俊科(国防科技大学)

    【摘  要】介绍同步机及旋转转变压器二级轴角编码纠锗方法。这种方法可适于任何二级数字系统。

    【主题词】同步电机，旋转变压器．／轴角编码，纠错

1粗精组合提高精度

    利用粗精组合提高精度是广泛使用的方法。便如常见钟表的时针及分针．时针是粗测．分针是精测；游标卡尺测量，主尺是粗测，游标尺是精测。在数字控制系统中，利用旋转变压器及同步机的粗精组合机构如图1所示。

     图1中n为传逮比．以前传速比多为20～30，现在传速比已提高，如32．64等。传速比n=20,其意思是粗轴转过1。时，精轴转过20^。；粗轴转过一圈时．精轴转过20圈。粗精组合的基本思想是利用传速比放大，而后继续测量达到提高精度的目的。例如轴角o=215．3^。,假设利用单级轴角编码时．只能测得准确到1^。则测得结果为215^。。小数O．3^。无法测得。但是粗精组合后．设传速比n=20．则粗轴角为215。3^。时，精轴角为215．3^。×20=4306^。，去掉整圈数11圈后．余数为346。，仍然用分辨率为1。的轴角编码来测量时，得346^。。由于这是被放大20倍而测得的结果，所以粗精组合时，应缩小20倍，故346。÷20=17．3。。最后粗精读数合为一体时．粗级编码只测得精级轴角的整圈数。因精级转一固．粗级转360^。÷20=18^。，故·粗读数为11×18^。=198。

    ·精读数为17．3。

    ·组合读数为198^。+17．3^。=215．3。

    可见，经过粗精组合，测量的精度提高了。

2粗精组合的纠错

    粗精组合法可以达到提高精度的目的。但是这里要有一个条件，即要保证粗读整数不能有差错．因为一旦粗读整数有错，精读小数再准确也是无意义的。

    但是由于种种原因，例如旋转变压器、同步机误差，编码电路的误差等均会使粗读整数产生一个单位的读数误差。这种误差发生于粗读整数在二个刻度的边界状态下，这种误差或者使粗读整数多了一个“l”，或者少了一个“1”。在传速比n=20的情况下，粗读整数差的这个1,就是I 8。的误差。显然这是****不能容许的。通过下面分析可知．尽管编码器中各个元器与电路的精度再高．这种误差也是无法****避免的．它们属于原理性的误差，因此必须研究这种误差是怎样产生的及其纠正方法。

2．1粗读整数

    设粗精轴的传速比为1：20，这表示将粗级轴角分为20个刻度，每个刻度为360。／20=18。．因传速比为l：20，故粗级轴角每转18。．精级轴角转过360。。图2示出了粗轴角与精轴角严格对应的1青况。粗轴转一大格，精轴转一圈。若将粗级的每一大格又等分四小格，则小格与粗级的1／d圆周对应，图2中用箭头表示轴角位置。(a)为粗轴转过正好三格又一小格时．精轴位于90。时的情况；(b)为粗轴转过了三大格二小格时．精轴位于l80。时的情况；(c)为粗轴转过三大格三小格时，精轴位于270。时的情况；(d)为粗轴正好转过四大格．精轴位于360^。时的情况。

    现在假设实际轴角为72。还多一点．可用4×l 8。+△表示，△表示很小的角度．则此时粗轴读数应为4,精轴集团为△×20．如图3(a)所示。

   应该注意到，因为粗精之间是靠传速比来联系的,而粗精轴编码数是独立的，由于实际设备精度受限，编码中各部分总免不了有一微小误差，只要有一误差就有可能产生图3(b)中的情况。即；实际粗读整数为3，而精读数仍然为△×20,其效果如图3的轴位．这种情况叫做整数少了一个1,相当于有18^。的误差。

    换言之，粗读整数本应为4,而实际读3，这样在粗精组合时，本应为4×18^。+△=72。+△．而实际上组合时为3×18^。+△=54^。+△，所以差了18^。。

    另外一种情况，假设实际轴角位置为3×18^。+x，其中x比18^。小一点点，但非常靠近18^。。这种情况下，正确读数时，粗读整数本应为3，精读数为20×x^。但由于粗读整数非常接近于4，只要有一微小误差，就会使粗读数变为4，而精读数仍为20×x．这样真正轴角本应为3×18^。+x，而实际读数4×18^。+x，这就相差了18^。，如图4所示，这种情况叫做多了一个1。

    由上述分析容易看出，这种误差是原理性的误差，依靠提高器件电路及电机的精度来达到避免这种误差是不可能的。器件电路及电机精度的提高只会减少产生这种误差的概率。

    所谓纠错就是判断粗读整数是否有错，如有错，应加以纠正。

2．2余数比较法

    设粗精传速比为n，n=20，****纠错能力为360^。／20×1/4。5^。。讨论的前提是各利，

因素所造成的****误差不得大于土4．5^。。若大于士4．5。．本纠错方法无能为力。(注意。给定的土4．5^。的允许误差范围是相当大的)。

    因n=20．所以粗轴分为20个刻度，每个刻度之间的角度为18^。。再将每个刻度分

四个区间。四个区间对应的余数如表1所示。表2给出了粗角0粗的余数及精角0粗的对应位置关系。

    表3及表d分别给出了粗角0粗****有+4．5。误差及一4．5。误差时,0粗整数的情况。

    由上述分析可见，若用电子计算机来纠错，可根据0粗所在区间及0粗的余数大小来

判断纠错。具体纠错规则为

    a．当0粗在0^。～90^。区间时．而0粗的余数为13．5^。～18^。时，则表示粗整数读数少了一个1．应加1(18^。)。

    b．当0粗在270^。～360^。区间时．而0粗的余数为0^。～4．5^。时，则表示L整数读数多了一个1．应减1(18^。)。

3基本参数设计

    已知轴角范围为0^o~360^。，要求最小刻度为Δ0，传速比为n，则

  a．粗精组合系统总的编码二进制位数n总

  b．粗读数的位数n粗为

  C．精读数的位数n粗为

    d.粗轴编码器ADC的位数n粗AD为

     式(d)中一3是因为符号位将360分为8个区间或12个区间，占了三位；+2是考虑

到纠错需要。

  e.精轴编码器ADC的位数n精ADC为

    式(5)中～3的理由同式(4)。