ZSZ系列轴角编码器在伺服系统中的应用
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:574
zsz系列轴角编码器在伺服系统中的应用
摘 要： 在某雷达天线伺服系统的设计中应用了zsz系统轴角编码器，解决了zsz轴角编码器模拟速度量的微弱信号处理问题和数字化轴角编码器的信号采集和远距离传输问题。
关键词： zsz轴角编码器 伺服系统 模拟速度量 传输
在雷达、火控、导弹发射架等需要实现角位置闭环控制的伺服系统中，完成角位置测量是实现闭环控制的先决条件，在以前的伺服系统中通常应用同步机加相敏检波实现角误差测量，系统笨拙，不易实现数字化控制。近年来单片机技术在交、直流伺服系统设计中得到广泛应用，伺服系统的数字化已成为伺服系统设计的主流，为此，与之相配置的数字化轴角编码器装置得到迅速发展。数字化轴角编码器和同步发送机配合使用可以方便地完成角位置信息的数字化测量，从而用单片机控制可以方便地实现数字位置跟踪［１］，由于它使用方便，可靠性极高，对使用环境无特殊要求，因此应用前景广阔。特别是在军事装备中更是如此。目前已有zsz系列国产化数字轴角编码器产品。
在交、直流伺服系统设计中，通常需要设置位置闭环和速度内闭环，用位置环保证跟踪精度，速度环保证跟踪的快速性，因此在需要角位置反馈信号的同时还需要角速度反馈信号。zsz系列轴角编码器自身正好有一路与系统转速成正比的模拟速度信号输出，但是对低转速伺服系统，模拟速度反馈信号的输出很低。为了实现和速度给定量的匹配，必须对此信号放大，由于这一信号受到系统信号的干扰，简单的放大处理将带来速度闭环不稳定，使这一功能应用受到限制。在文献［２］的雷达伺服系统设计中就在使用zsz编码器构成数字位置反馈信号的同时又在系统中配置了单独的测速发电机实现速度闭环，增加了系统成本和复杂性。本文给出了对zsz模拟速度反馈信号的处理方法，并成功应用于某雷达伺服系统的设计。
由于系统设计的需要，有时用于角位置数字化的zsz轴角编码器和角位置信息处理的单片机之间传输距离较远，需要对并行输出的角位置信息实现正确采集和传输。本文也给出了相应设计方法，并成功应用于系统设计。
下面以zsz759数字化轴角编码器在某雷达伺服系统设计中的应用为例予以说明。
１ zsz数字化轴角编码器模拟速度反馈信号的处理方法
12zsz759的模拟速度量输出对应编码器最高跟踪速度5r/s的输出值是10v[3]，而雷达天线的最高允许转速一般为6r/min=0.1r/s，对应此最高转速，模拟速度量最大输出电压=10v/5(r/s)×0.1(r/s)=0.2v，故vel的输出范围是0～0.2v，属弱信号范畴，模拟速度环构成速度反馈要求电压范围是－10v～+10v（负值对应反转），因此vel信号需放大50倍，然而，实测vel信号受到vco高频开关信号和100hz电源信号（50hz整流）的干扰，因此这里的信号放大电路不能仅用比例放大器完成。高频开关信号易于用低通滤波器和电源去耦滤除，而100hz信号处于速度闭环通带内，必须用陷波电路滤除。实践证明，用双“t”型陷波滤波器效果较差，影响闭环稳定性。利用文献[４]的方法设计了一种实用的陷波电路。较好地解决了100hz信号滤波问题，此陷波电路的原理如图１所示。
最后得出速度反馈放大电路如图2所示。
图3(a)直流电机电枢电流波形，图3(b)是速度闭环实测滤波后的速度反馈值从电机启动阶段到稳定运行阶段的波形，由图可见100hz信号分量得到了有效的抑制，系统稳定运行后转速运行平稳。
２ zsz轴角编码器数字位置信号的采集和远距离传输
由于数字化轴角编码器与单片机之间有一定的传输距离（一般＞5m），因此，在单片机获取数据信息之前需要将轴角编码器输出的角位置信息进行调制、解调处理。8098为准16位单片机，只有8位数据线，而12sz759角位置数据为12位并行输出的，对数据的采集要用分时读取的方式。当单片机的工作频率
zsz系列轴角编码器在伺服系统中的应用
摘 要：
在某雷达天线伺服系统的设计中应用了zsz系统轴角编码器，解决了zsz轴角编码器模拟速度量的微弱信号处理问题和数字化轴角编码器的信号采集和远距离传输问题。
关键词： zsz轴角编码器 伺服系统 模拟速度量 传输
在雷达、火控、导弹发射架等需要实现角位置闭环控制的伺服系统中，完成角位置测量是实现闭环控制的先决条件，在以前的伺服系统中通常应用同步机加相敏检波实现角误差测量，系统笨拙，不易实现数字化控制。近年来单片机技术在交、直流伺服系统设计中得到广泛应用，伺服系统的数字化已成为伺服系统设计的主流，为此，与之相配置的数字化轴角编码器装置得到迅速发展。数字化轴角编码器和同步发送机配合使用可以方便地完成角位置信息的数字化测量，从而用单片机控制可以方便地实现数字位置跟踪［１］，由于它使用方便，可靠性极高，对使用环境无特殊要求，因此应用前景广阔。特别是在军事装备中更是如此。目前已有zsz系列国产化数字轴角编码器产品。
在交、直流伺服系统设计中，通常需要设置位置闭环和速度内闭环，用位置环保证跟踪精度，速度环保证跟踪的快速性，因此在需要角位置反馈信号的同时还需要角速度反馈信号。zsz系列轴角编码器自身正好有一路与系统转速成正比的模拟速度信号输出，但是对低转速伺服系统，模拟速度反馈信号的输出很低。为了实现和速度给定量的匹配，必须对此信号放大，由于这一信号受到系统信号的干扰，简单的放大处理将带来速度闭环不稳定，使这一功能应用受到限制。在文献［２］的雷达伺服系统设计中就在使用zsz编码器构成数字位置反馈信号的同时又在系统中配置了单独的测速发电机实现速度闭环，增加了系统成本和复杂性。本文给出了对zsz模拟速度反馈信号的处理方法，并成功应用于某雷达伺服系统的设计。
由于系统设计的需要，有时用于角位置数字化的zsz轴角编码器和角位置信息处理的单片机之间传输距离较远，需要对并行输出的角位置信息实现正确采集和传输。本文也给出了相应设计方法，并成功应用于系统设计。
下面以zsz759数字化轴角编码器在某雷达伺服系统设计中的应用为例予以说明。
１ zsz数字化轴角编码器模拟速度反馈信号的处理方法
12zsz759的模拟速度量输出对应编码器最高跟踪速度5r/s的输出值是10v[3]，而雷达天线的最高允许转速一般为6r/min=0.1r/s，对应此最高转速，模拟速度量最大输出电压=10v/5(r/s)×0.1(r/s)=0.2v，故vel的输出范围是0～0.2v，属弱信号范畴，模拟速度环构成速度反馈要求电压范围是－10v～+10v（负值对应反转），因此vel信号需放大50倍，然而，实测vel信号受到vco高频开关信号和100hz电源信号（50hz整流）的干扰，因此这里的信号放大电路不能仅用比例放大器完成。高频开关信号易于用低通滤波器和电源去耦滤除，而100hz信号处于速度闭环通带内，必须用陷波电路滤除。实践证明，用双“t”型陷波滤波器效果较差，影响闭环稳定性。利用文献[４]的方法设计了一种实用的陷波电路。较好地解决了100hz信号滤波问题，此陷波电路的原理如图１所示。
最后得出速度反馈放大电路如图2所示。
图3(a)直流电机电枢电流波形，图3(b)是速度闭环实测滤波后的速度反馈值从电机启动阶段到稳定运行阶段的波形，由图可见100hz信号分量得到了有效的抑制，系统稳定运行后转速运行平稳。
２ zsz轴角编码器数字位置信号的采集和远距离传输
由于数字化轴角编码器与单片机之间有一定的传输距离（一般＞5m），因此，在单片机获取数据信息之前需要将轴角编码器输出的角位置信息进行调制、解调处理。8098为准16位单片机，只有8位数据线，而12sz759角位置数据为12位并行输出的，对数据的采集要用分时读取的方式。当单片机的工作频率
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