基于旋转变压器的位置控制系统硬件设计(2)
从使用上看，旋转变压器的安装尺寸选择空间较大，尤其是本文总所描述的新型磁阻式旋转变压器，体积很小，结构紧凑，更适合用于一体化的电机系统中。从测量精度上来看，虽然光电编码器具有很高的精度，但是在很多场合中，旋转变压器的精度已经能够满足应用的要求。所以，对于在条件恶劣的场合中使用的伺服系统来说，宜采用旋转变压器来检测转子的位置信号。
1．2 国内外的研究现状
1．3 课题研究的目的和主要内容
本课题主要研究的是基于旋转变压器的位置控制系统硬件电路设计，旋转变压器是目前广泛应用的位置测量元件，对于正余弦旋转变压器其输出为一个正弦信号和一个余弦信号, 而转子的位置信号就包含在这个正余弦信号中，要从两路模拟信号解码得到转子位置的高精度数字信号是不容易的。因此，如何高精度，快速，准确地从旋转变压器的输出电压信号解码得到位置信息就变得十分重要。很多公司针对旋转变压器解码复杂这一情况，开发了一系列的旋转变压器专用解码芯片：如 ANALOG DEVICES 公司开发的AD2S80，AD2S80A，AD2S1200 系列和多摩川公司的 Au6802，Au6802N1，Au6803 系列。这些专用解码芯片能够快速，高精度的解码得到转子的数字位置量。本文的设计重点AD2S80A解码芯片外围电路设计，另外包含了单片机电路设计，模数转换电路设计，显示电路设计，最后通过PCB得到实现。
全文安排如下：
第一章绪论主要概述了伺服系统的原理，介绍了伺服系统中常用的两类传感器—旋转变压器和光电编码器，并比较两者的优缺点。具体介绍了旋转变压器的特点以及发展趋势。
第二章具体介绍了基于旋转变压器的位置控制系统的原理。另外就旋转变压器的工作原理及其数字化实现做了详细的说明。
第三章主要介绍了基于AD2S80A的旋变信号处理系统。简单介绍了AD2S80A芯片的特性，分析了AD2S80A芯片的工作原理，给出了AD2S80A芯片的外围电路设计方法。简述了单片机电路、模数转换电路和显示电路的设计方法。最后给出了整体的电路原理图和PCB图的设计。
2 基于旋转变压器的位置控制系统原理与设计
2．1 位置控制系统工作原理
位置控制系统是一种与普通电动机调速系统有着紧密联系但又有明显不同的系统[3]。一般说来，人们对调速系统的要求是希望有足够的调速范围、稳速精度高和快且平稳的启、制动性能。系统工作时，都是以一定的速度精度、稳定在调速范围内某一固定的转速上运行的，系统的主要控制目标，是使转速尽量不受负载变化、电源电压波动及环境温度变化等干扰因素的影响。而位置伺服系统，一般是以足够的位置控制精度(定位精度)、位置跟踪精度(位置跟踪误差)和足够快的跟踪速度作为它的主要控制目标。系统运行时要求能以一定的精度随时跟踪指令的变化，因而系统中伺服电动机的运行速度常常是不断变化的，系统在跟踪性能方面的要求一般要比普通调速系统高且严格得多。
位置控制系统是非常典型的随动系统，属于位置闭环反馈系统。系统中包含位置给定，位置检测和位置反馈环节，系统的各种参数都是连续变化的模拟量，其中位置检测装置可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。
图2.1所示的是旋转变压器作为解算元件时在位置随动系统中的应用。电压U1加在旋转变压器的转子绕组Z1-Z2两端，定子绕组D1-D2端和电势E2串联后接至放大器，经放大器放大后加在伺服电动机的电枢绕组中，伺服电动机通过减速器与旋转变压器转轴之间机械耦合[2]。