作者：武漢空軍雷達(dá)學(xué)院電工教研室（430010） 盧飛星 兀迎川 張勝發(fā) 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

zsz系列軸角編碼器在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要： 在某雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)用了zsz系統(tǒng)軸角編碼器，解決了zsz軸角編碼器模擬速度量的微弱信號處理問題和數(shù)字化軸角編碼器的信號采集和遠(yuǎn)距離傳輸問題。

關(guān)鍵詞： zsz軸角編碼器 伺服系統(tǒng) 模擬速度量 傳輸

在雷達(dá)、火控、導(dǎo)彈發(fā)射架等需要實現(xiàn)角位置閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中，完成角位置測量是實現(xiàn)閉環(huán)控制的先決條件，在以前的伺服系統(tǒng)中通常應(yīng)用同步機(jī)加相敏檢波實現(xiàn)角誤差測量，系統(tǒng)笨拙，不易實現(xiàn)數(shù)字化控制。近年來單片機(jī)技術(shù)在交、直流伺服系統(tǒng)設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，伺服系統(tǒng)的數(shù)字化已成為伺服系統(tǒng)設(shè)計的主流，為此，與之相配置的數(shù)字化軸角編碼器裝置得到迅速發(fā)展。數(shù)字化軸角編碼器和同步發(fā)送機(jī)配合使用可以方便地完成角位置信息的數(shù)字化測量，從而用單片機(jī)控制可以方便地實現(xiàn)數(shù)字位置跟蹤［１］，由于它使用方便，可靠性極高，對使用環(huán)境無特殊要求，因此應(yīng)用前景廣闊。特別是在軍事裝備中更是如此。目前已有zsz系列國產(chǎn)化數(shù)字軸角編碼器產(chǎn)品。

在交、直流伺服系統(tǒng)設(shè)計中，通常需要設(shè)置位置閉環(huán)和速度內(nèi)閉環(huán)，用位置環(huán)保證跟蹤精度，速度環(huán)保證跟蹤的快速性，因此在需要角位置反饋信號的同時還需要角速度反饋信號。zsz系列軸角編碼器自身正好有一路與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速成正比的模擬速度信號輸出，但是對低轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)，模擬速度反饋信號的輸出很低。為了實現(xiàn)和速度給定量的匹配，必須對此信號放大，由于這一信號受到系統(tǒng)信號的干擾，簡單的放大處理將帶來速度閉環(huán)不穩(wěn)定，使這一功能應(yīng)用受到限制。在文獻(xiàn)［２］的雷達(dá)伺服系統(tǒng)設(shè)計中就在使用zsz編碼器構(gòu)成數(shù)字位置反饋信號的同時又在系統(tǒng)中配置了單獨(dú)的測速發(fā)電機(jī)實現(xiàn)速度閉環(huán)，增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。本文給出了對zsz模擬速度反饋信號的處理方法，并成功應(yīng)用于某雷達(dá)伺服系統(tǒng)的設(shè)計。

由于系統(tǒng)設(shè)計的需要，有時用于角位置數(shù)字化的zsz軸角編碼器和角位置信息處理的單片機(jī)之間傳輸距離較遠(yuǎn)，需要對并行輸出的角位置信息實現(xiàn)正確采集和傳輸。本文也給出了相應(yīng)設(shè)計方法，并成功應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計。

下面以zsz759數(shù)字化軸角編碼器在某雷達(dá)伺服系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用為例予以說明。

１ zsz數(shù)字化軸角編碼器模擬速度反饋信號的處理方法

12zsz759的模擬速度量輸出對應(yīng)編碼器最高跟蹤速度5r/s的輸出值是10v[3]，而雷達(dá)天線的最高允許轉(zhuǎn)速一般為6r/min=0.1r/s，對應(yīng)此最高轉(zhuǎn)速，模擬速度量最大輸出電壓=10v/5(r/s)×0.1(r/s)=0.2v，故vel的輸出范圍是0～0.2v，屬弱信號范疇，模擬速度環(huán)構(gòu)成速度反饋要求電壓范圍是－10v～+10v（負(fù)值對應(yīng)反轉(zhuǎn)），因此vel信號需放大50倍，然而，實測vel信號受到vco高頻開關(guān)信號和100hz電源信號（50hz整流）的干擾，因此這里的信號放大電路不能僅用比例放大器完成。高頻開關(guān)信號易于用低通濾波器和電源去耦濾除，而100hz信號處于速度閉環(huán)通帶內(nèi)，必須用陷波電路濾除。實踐證明，用雙“t”型陷波濾波器效果較差，影響閉環(huán)穩(wěn)定性。利用文獻(xiàn)[４]的方法設(shè)計了一種實用的陷波電路。較好地解決了100hz信號濾波問題，此陷波電路的原理如圖１所示。

　最后得出速度反饋放大電路如圖2所示。

圖3(a)直流電機(jī)電樞電流波形，圖3(b)是速度閉環(huán)實測濾波后的速度反饋值從電機(jī)啟動階段到穩(wěn)定運(yùn)行階段的波形，由圖可見100hz信號分量得到了有效的抑制，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后轉(zhuǎn)速運(yùn)行平穩(wěn)。

２ zsz軸角編碼器數(shù)字位置信號的采集和遠(yuǎn)距離傳輸

由于數(shù)字化軸角編碼器與單片機(jī)之間有一定的傳輸距離（一般＞5m），因此，在單片機(jī)獲取數(shù)據(jù)信息之前需要將軸角編碼器輸出的角位置信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)處理。8098為準(zhǔn)16位單片機(jī)，只有8位數(shù)據(jù)線，而12sz759角位置數(shù)據(jù)為12位并行輸出的，對數(shù)據(jù)的采集要用分時讀取的方式。當(dāng)單片機(jī)的工作頻率

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