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在航空、航天、船舶、兵器、雷达、通讯等高精度、高科技领域都需要使用测角系统来辅助对以上各元器件进行控制。而使用旋转变压器做为主要元件的测角系统具有精度高、耐压性强、适应恶劣环境等特点。但是旋转变压器的输出信号为模拟量交流信号,经过信号的数字处理转换为数字角度信号才能进入计算机,而这种数字处理比较复杂,采用专用的旋转变压器解码芯片可达到理想的精度通常需要较高的成本和局限,限制了它在其他领域的应用[1]。而传统的基于双通道旋转变压器的测角系统都是使用专用芯片进行解算和激励的,而这样的系统由于体积大,重量偏大,调试较困难,误差补偿难测且费用较高等问题。
FPGA即现场可编程门阵列,是近年来在国内迅速崛起的一种新型的可编程逻辑硬件,可以使用硬件描述语言对内部逻辑进行编辑完成各项功能。并且可以将系统的集成度增加并使运算速度提高,降低了系统的时间、面积、金钱成本。
本文根据鉴幅型测量装置的改进以及对分离式测角系统的研究,基于ALTERA公司的FPGA平台以及内嵌的NIOSⅡ软核CPU和SOPC_Builder系统集成工具提供一种可用于模块化关节机器人控制器中的角度测量的、高集成度、可配置具有一定通用性、成本低廉、高精度的测角系统。
本文主要论述了一个基于FPGA平台的双通道旋转变压器测角系统提供旋转变压器所需的激励信号并对其的输出信号进行解算后输出角度值,包括:片内IP以产生数字形式的旋转变压器数字激励信号并且可计算由片外电路转换的旋转变压器输入的数字信号值、片外电路以进行励磁信号数模转换与功率放大并连接双通道旋转变压器进行输出值的模数转换。
本文所述系统中硬件电路包括:提供旋转变压器激励电源数字信号转换和功率放大的电路、旋转变压器输出信号的转换电路。而测角系统的片内IP进一步包括:提供旋转变压器激励电源的数字激励信号输出模块、进行旋转变压器信号转换后数字信号采样并取值的采样模块,进行采样后数字信号计算的解算算法模块、进行双通道信号解算后综合计算的粗精机耦合算法模块。其中数字激励信号产生使用DDS和CORDIC算法进行数字正弦信号的产生、采样通过分析振幅方式进行、解算模块使用CORDIC算法进行信号解算。
最终真实系统实验表明,本文设计的系统性能良好,与专用芯片的误差值符合系统要求的标准,能够顺利的完成测角系统的一系列任务。