轴角测试系统误差分析与设计

　　1引言

　　自整角机与S/D变换构成的轴角测试系统广泛用于飞机、导弹、卫星、火炮、军舰、雷达，机床和机器人控制等领域，用来测量方位，姿态和位移等角度信息。如何才能设计出高精度的测角系统是人们一直关心的问题，分析自整角机、S/D变换的工作原理，误差形成的原因，以及对系统的影响程度，合理地配置系统、进行有效的误差分析、误差设计和误差修正是设计高精度轴角测试系统的良好途径。

　　2自整角机的原理^【3】

　　自整角机是角度转换器的总称，几乎所有的自整角机都有相似的内部结构，由一个转子和嵌有三相绕组的定子组成，三相绕组在空间上呈120。分布，采用星型连接，同时被直接连到终端端子s ₁，s ₂，S ₃上;转子绕组通常由集流环或电刷连到R ₁，和R ₂端子上，如图1所示。如果自整角机的转子绕组由交流参考电压激励，定子绕组感应电压与该绕组轴线和转子激磁绕组轴线之间夹角Q的余弦成正比，定子终端上的感应电压是与两个绕组电压相位相关的和或差。如果自整角发送机的转子由端子R ₁和R ₂提供激励，激励电压为Asinwt，通过定子在其端子

s ₁，s ₂，S ₃:上产生的电压为

　　3 s/D变换的原理阁^[3]

　　S/D变换是将自整角机输出的三相载波交流电压转换成二进制数字量。由于通常的S/D变换器采用了二阶伺服回路，因而它的输出数字量连续跟踪输入轴角的变化。主要由微型scott变压器、高速数字式正余弦乘法器、误差放大器、相敏检波器、比例积分器、压控振荡器和可逆计数器组成。原理框图如图2所示。

　　这时可逆计数器的输出代码值沪就代表了自整角机的轴角Q。输出的数字角度自动地跟随输入轴角的变化，这种方法通常叫做反馈跟踪法。

　　4轴角测试系统的误差分析闭

　　典型的轴角测试系统是由自整角机和S/D变换器组成，为了提高测角精度，两套系统再加粗精合成器构成轴角测试系统，精自整角机与粗自整角机以N，1检测角信息，其两组输出电压可用下式表示

　　在这种粗一精系统中，系统的分辨率主要取决于精自整角机和精调S/D变换器的分辨率以及粗一精传动速比，自整角机的精度越高，S/D变换器的分辨率越大，速比越大，测试系统的分辨率越高。在粗一精轴角测试系统中要获得高的分辨率不成问题，但过渡地增加分辨率是无意义的。