旋轉(zhuǎn)變壓器用高精度編碼器的設(shè)計許振中徐開蕓（南京機(jī)械高等?？茖W(xué)校工業(yè)自動化系，南京013）[摘要]本文介紹了一種提高旋轉(zhuǎn)變壓器測角精度的方法，采用硬件補(bǔ)償型編碼器電路，可將數(shù)字精度由13位提高到15位，并且這種補(bǔ)償方法具有一定的推廣價值。

　　旋轉(zhuǎn)變壓器是理想的角度檢測元件之一，結(jié)構(gòu)簡單、堅固，體積較小，對工作環(huán)境要求不高，抗干擾能力較強(qiáng)，但其測角精度不太高，一般為角分?jǐn)?shù)量級，往往會限制它的應(yīng)用。為此，這里提出一種數(shù)字式補(bǔ)償方案，可將原來測角精度提高4倍左右，即由13位數(shù)字精度（二進(jìn)制） （ 0級品）補(bǔ)償成15位數(shù)字精度（二進(jìn)制）。

　　補(bǔ)償原理1. 1非接觸式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器這里使用的非接觸式正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器是專門為某產(chǎn)品研制，其有關(guān)參數(shù)如下勵磁電壓： 2V勵磁頻率： 2k Hz變比： 1電氣誤差：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定±3′零位誤差：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定±3′。

　　1. 2旋轉(zhuǎn)變壓器?數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ RDC）這里使用的旋轉(zhuǎn)變壓器?數(shù)字量轉(zhuǎn)換器是美國公司生產(chǎn)的集成電路芯片，它是40腳雙列直插陶瓷封裝，采用BiM OS工藝，用戶根據(jù)測。

　　需要可以將它設(shè)置成10位、12位、14位或16位數(shù)字精度工作方式。另外，還可以獲得一個與實際轉(zhuǎn)速成比例的模擬電壓信號，并且當(dāng)使用10位數(shù)字精度時，可測速度達(dá)到62400 rpm，這為速度閉環(huán)控制創(chuàng)造了條件。

　　1. 3勵磁信號旋轉(zhuǎn)變壓器用勵磁信號是使用美國公司生產(chǎn)的OSC1758集成芯片產(chǎn)生，通過外接的電阻器和電容器就可以調(diào)整勵磁信號的幅值（ 2V ）和振蕩頻率（ 2k Hz） ，使用十分方便。

　　1. 4精度補(bǔ)償方案由于旋轉(zhuǎn)變壓器的生產(chǎn)、裝配過程中存在的誤差勢必會造成角度測量誤差，而且這種誤差是周期性的，可以先使用精度更高的激光分度頭測出360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)變壓器和編碼器（旋轉(zhuǎn)變壓器RDC2S80 O SC1758）的綜合角度誤差，制成一張表格，然后在檢測過程中，根據(jù)當(dāng)前的角度值查得應(yīng)該補(bǔ)償?shù)恼`差值，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。顯然，這種根據(jù)實測值進(jìn)行查表補(bǔ)償?shù)乃悸芳瓤梢杂密浖椒▽崿F(xiàn)，也可以用硬件方法實現(xiàn)，而下面介紹的主要是后一種方法。

　　補(bǔ)償電路采用硬件電路實現(xiàn)補(bǔ)償時，先使用EPROM（ 2732）存放使用激光分度頭測得的誤差補(bǔ)償表，并且將設(shè)置成輸出允許方式（ OE接數(shù)字地） ，其地址線與RDC2S80的數(shù)據(jù)線相連，這樣當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)到某一角度θ時，對應(yīng)會尋址到E PROM的某個單元，片選EPROM后就可以讀出該單元中對應(yīng)補(bǔ)償Δθi，則修正后的實際角度值為：理論上，可以針對數(shù)字量的每個變化點進(jìn)行補(bǔ)償，這時必須測得2（N為RDC的位數(shù)）個數(shù)據(jù)，不但工作量很大，實際上也無必要，因為旋轉(zhuǎn)變壓器測角誤差的變化不可能突變，所以可以根據(jù)實際需要壓縮補(bǔ)償表格的規(guī)格。這里僅把360°分成64個區(qū)間進(jìn)行補(bǔ)償，則區(qū)間間隔為： 360°/64= 5. 625°。相應(yīng)硬件電路實現(xiàn)時只要使用RDC2S80的高6位數(shù)據(jù)線來尋址的低6位地址即可。補(bǔ)償電路的硬件原理框圖如圖2? 1所示。

　　補(bǔ)償數(shù)據(jù)使用激光分度頭和編碼電路配合，從零位開始，按5. 625°進(jìn)行遞增，測得各個區(qū)間的角度誤差補(bǔ)償值，重復(fù)測量3次，取其均值，獲得如圖3? 1所示的誤差補(bǔ)償曲線。

　　現(xiàn)將該曲線進(jìn)行數(shù)字化，從而獲得如表3? 1所示角度誤差補(bǔ)償表格，表中補(bǔ)償量首位為符號位，1表示負(fù)補(bǔ)償，0表示正補(bǔ)償。另外， 0°、90°、180°、270°、360°均可被5. 625°整除，也就是說這些特征點能夠獲得比較準(zhǔn)確的補(bǔ)償。

　　單元誤差補(bǔ)償量單元誤差補(bǔ)償量示。

　　基本方案該系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比（參見圖2 2） ，只是燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)做了改進(jìn)，即燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)采用與汽輪機(jī)功率?頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)相類似的前饋?反饋串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，與汽輪機(jī)功率?頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的頻差放大器相對應(yīng)，其比例帶相當(dāng)于汽輪機(jī)的不等率，其大小表示鍋爐帶負(fù)荷能力的大小，比例帶越大，鍋爐帶負(fù)荷能力就越強(qiáng)副調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器，與汽輪機(jī)功率?頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)器相對應(yīng)引入燃料量反饋信號，與汽輪機(jī)功率?頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的引入汽輪機(jī)第一級壓力信號相對應(yīng)，其作用是快速消除鍋爐燃料量的自發(fā)性擾動（這一點與原系統(tǒng)相同） 引入鍋爐負(fù)荷前饋信號，與汽輪機(jī)功率?頻率電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入發(fā)電機(jī)有功功率信號相對應(yīng)，其作用是當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，提前改變?nèi)剂狭?，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。

　　4改進(jìn)后的系統(tǒng)與原系統(tǒng)的比較改進(jìn)后的系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，主要區(qū)別是：（ 1）原系統(tǒng)多臺鍋爐共用一個主汽壓力調(diào)節(jié)器，且調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)參數(shù)整定困難，鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間相互影響，尤其是當(dāng)并列運(yùn)行鍋爐臺數(shù)多，且鍋爐容量不同時，這種情況就更加明顯改進(jìn)后的系統(tǒng)每臺鍋爐都設(shè)有自己的主汽壓力調(diào)節(jié)器，且調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，比例帶可根據(jù)各自鍋爐帶負(fù)荷能力的大小設(shè)置，相互之間沒有影響。

　?。?2）改進(jìn)后的系統(tǒng)比原系統(tǒng)簡單、清楚。原系統(tǒng)主汽壓力調(diào)節(jié)器與各臺鍋爐的燃料調(diào)節(jié)器分別組成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)n臺鍋爐并列運(yùn)行時，要有彼此之間相互影響的n個串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而改進(jìn)后的系統(tǒng)取消了原系統(tǒng)的共用部分，各臺鍋爐燃燒控制系統(tǒng)自成體系，與單元制鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)相類似。

　?。?3）原系統(tǒng)的燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)主回路為無差系統(tǒng)，改進(jìn)后的系統(tǒng)的燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)主回路為有差系統(tǒng)，當(dāng)母管壓力不在額定范圍內(nèi)時，通過改變各臺鍋爐的壓力給定值（相當(dāng)于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變同步器位置） ，來維持母管壓力。

　?。?4）原系統(tǒng)根據(jù)母管壓力變化由主汽壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行各臺鍋爐的負(fù)荷分配改進(jìn)后的系統(tǒng)，各臺鍋爐根據(jù)各自的主調(diào)節(jié)器比例帶的大小改變所帶的負(fù)荷。

　　5結(jié)束語盡管中小電廠母管制并列運(yùn)行鍋爐逐漸被大型單元制運(yùn)行鍋爐所取代，但是就我國目前現(xiàn)狀來看，在近幾年內(nèi)完全取代是不實際的，尤其是地方中小電廠。這些中小電廠鍋爐燃燒的好壞，直接關(guān)系到環(huán)保和節(jié)能。本文的提出有助于改善目前中小電廠鍋爐燃燒自動控制的現(xiàn)狀，能提高中小電廠鍋爐自動投入率，對保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源具有重大意義。

　　理論分析表明：改進(jìn)后的系統(tǒng)正確合理。現(xiàn)場改造工作量小，只要在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍做些投資就可以實現(xiàn)，因此具有一定的參考價值和實用價值。

　　[參考文獻(xiàn)] [1 ]李遵基。熱工自動控制系統(tǒng)。北京：中國電力出版社，[2 ]金以慧。過程控制。北京：清華大學(xué)出版社， 1993年4月[3 ]張玉鐸，王滿稼。熱工自動控制系統(tǒng)。北京：水利電力出版社， 1985年5月[4 ]沈士一，莊賀慶，康松，龐立云。汽輪機(jī)原理。北京：水利電力出版社， 1992年6月小結(jié)利用如圖2? 1所示硬件電路和表3? 1所給誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償后，可將原來±3′精度的旋轉(zhuǎn)變壓器（對應(yīng)13位數(shù)字精度）補(bǔ)償成±1′精度（對應(yīng)15位數(shù)字精度） ，這為測角精度要求較高的特殊場合提供了一種相當(dāng)有效的途徑。特別是這種硬件補(bǔ)償思想具有一定的通用性，可以很容易應(yīng)用于類似補(bǔ)償場合。但是，這種補(bǔ)償方法不具備互換性，也就是說，補(bǔ)償用數(shù)據(jù)表格與旋轉(zhuǎn)變壓器之間是一一對應(yīng)的。

　　非接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器用高精度編碼器的研究工作已經(jīng)通過鑒定和驗收，達(dá)到了預(yù)期目的，并成功應(yīng)用于某伺服產(chǎn)品中。