[发明专利]一种带有高频测角机构的转台/摇摆台及测角方法

说明书

本发明公开了一种带有高频测角机构的转台/摇摆台及测角方法，涉及测角技术领域，包括高频测角机构、上位机控制器和若干编码器，所述编码器安装在转台/摇摆台的俯仰轴轴端和方位轴轴端，每个所述编码器通过相应的连接件与高频测角机构连接，所述高频测角机构与上位机控制器连接；所述高频测角机构包括延时误差检测器、误差校对器、时钟发生器、数据接收器、全局时钟发生器和多路切换器，所述多路切换器与编码器连接并进行信息交互，延时误差检测器、时钟发生器、数据接收器均为一端与多路切换器连接，另一端与误差校对器连接。本发明具有较高的反馈频率，能够满足伺服控制系统的高频控制要求。

技术领域

本发明涉及测角技术领域，具体涉及一种带有高频测角机构的转台/摇摆台及测角方法。

背景技术

随着现代工业快速发展，高速、高精度已经成为伺服驱动系统的发展趋势，而位置检测是决定伺服系统性能的关键之一，光电数字编码器是工业测量系统中常用的一种高精度的测量仪器，其以精度高、抗干扰能力强的优点，成为目前伺服驱动系统中常用的测角元件，并广泛应用于航空航天、船舶工业、机械制造中。

光电数字编码器是伺服控制系统的主要器件之一，其控制精度和跟踪精度在很大程度上依赖于编码器的测量精度。

测角反馈在位置环和速率环的控制中具有重要地位，角度反馈频率越高，系统位置环控制的到位速度越快，速率环控制的速率越稳定，设备控制带宽也越高。

在测角装置中，编码器和控制器之间通过一定长度的线缆连接，对于不同长度和特性的线缆，它的传输延时和损耗是不同的，随着线缆的延长，为保证数据的准确性，测角的时钟频率必须下降，测角时钟与线缆长度的关系参见图1所示。如果无传输延时补偿，时钟频率取决于电缆长度，只可采用低频时钟进行测角。由于电缆延长和通过接插件数量的增多均会导致信号传输时间延长，同时设备长期使用后，电子元器件与线缆的老化也会加大信号的传输时间，这种时间的延时会导致后续电子设备不能有效区分数据配置的程度，造成数据错误。

通常，转台/摇摆台试验设备的绝对式数字角度编码器安装在轴端，可以实时反馈角度位置情况。而FPGA测角系统通常安装在控制柜中，编码器与测角系统通讯过程中，信号会经过滑环、多个接插件和较长的线缆，导致数据在传输过程中有传输延时和信号损耗。因此，在传统的测角算法中，一般选择降低时钟频率来确保数据的可靠性，如选择时钟频率为500KHz进行测角，测角时序图如图2所示。

但是，采用500KHz的低频时钟进行测角时，时钟周期为2us，尽管在传输过程中有延时时间T的存在，但是相对于2us的长时钟周期，T可以忽略不计，所以在检测过程中不会出现数据错位情况。在这种低频环境下测角，大幅拉长了每帧数据的检测时间，帧间隔为100us，数据刷新率只有10KHz。

如果在上述传统测角算法的基础上，直接使用10MHz的时钟频率测角，则会发生如图3所示的数据错位的情况，由于将时钟提升到了10MHz，而周期只有100ns，此时传输延时时间T是100ns周期的好几倍，这就会对测角周期产生影响，图中，数据最高位错位到START起始信号，数据第二位错位到“0”位信号，这就会造成整体数据错位，无法完成系统的测角反馈，因此，在传统的测角过程中，必须主动降低时钟频率，才能确保数据的正确性，避免数据发生错位现象。

但是频率太低会拉长读取一帧角度值的时间，每100us才能更新一个角度数据，测角反馈只有10KHz，而随着转台/摇摆台的实时性能需求的提高，10KHz的反馈和控制已无法满足控制系统的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种带有高频测角机构的转台/摇摆台及测角方法，具有较高的反馈频率，能够满足伺服控制系统的高频控制要求。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：