于恩祥,郭繼寧

（渤海大學(xué),遼寧錦州,121000）

基于AT89C51單片機實現(xiàn)同步機角度數(shù)字化的一種方法

于恩祥,郭繼寧

（渤海大學(xué),遼寧錦州,121000）

本文闡述同步機角度數(shù)字化的原理，并介紹基于AT89C51單片機實現(xiàn)角度數(shù)字化方法。本文采用的角度數(shù)字化方法簡單實用易于實現(xiàn)。

同步機；角度；數(shù)字化；單片機

0 引言

同步機是電動機的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一致的電機，在傳統(tǒng)的軸角同步聯(lián)動系統(tǒng)中被廣泛采用。將同步機軸角量轉(zhuǎn)化為能被微機處理的數(shù)字量是現(xiàn)代檢測、控制系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的一個問題。本文從同步機角度信號數(shù)字化的基本原理出發(fā)，給出一種算法，并利用AT89C51單片機實現(xiàn)角度數(shù)字化。

1 角度/數(shù)字轉(zhuǎn)換原理

同步機輸出的信號是反映在被調(diào)幅的50Hz正弦波的幅度上，被調(diào)制的信號如圖1。

圖1 同步機輸出經(jīng)調(diào)制后的信號

圖2 理想同步機

同步機上的三個繞組按120°的相位安裝在轉(zhuǎn)子上，如圖2。圖中（t）為50Hz的基準(zhǔn)電源電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，三個轉(zhuǎn)子輸出的信號是相差120°的正弦電壓。如果以為公共端，則有：

同步機上的三個繞組按120°的相位安裝在轉(zhuǎn)子上，如圖2。圖中u（t）為50Hz的基準(zhǔn)電源電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，三個轉(zhuǎn)子輸出的信號是相差120°的正弦電壓。如果以R3為公共端，則有：

式中θ為轉(zhuǎn)角,即本文要數(shù)字化的角度，Em為幅度，ω為角頻率，即調(diào)制頻率，φ0為初相。u1、u2濾波后的波形如圖3。

圖3 u1,u2濾波后的波形

令k 值限制在|k |≤1，

對應(yīng)θ值的范圍是0～60°、150°～240°、330°～360°。

對應(yīng)θ值的范圍是60°～150°、240°～330°。

圖4 曲線

表2 -1 角φ在不同區(qū)間的求解公式

通過以上的討論，我們可以利用公式⑿實現(xiàn)角度數(shù)字化

2 角度數(shù)字化的硬件實現(xiàn)

同步機輸出的角度信號是三路50V—60V/50Hz的交流電壓，我們把兩路引入系統(tǒng)中，一路作為公共端。通過分壓器將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換成單片機能夠處理的電壓后進行A/D轉(zhuǎn)換，為提高A/D轉(zhuǎn)換的精度，A /D轉(zhuǎn)換器采用14位高精度高速的AD9244。多路模擬開關(guān)將多路并行信號轉(zhuǎn)換為串行處理，以降低成本及體積。為了提高轉(zhuǎn)換精度，電路中涉及到精度不分的電路均采用精度高的元器件。系統(tǒng)除了能夠顯示數(shù)字化后的角度信息之外，并通過串口送計算機。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖5。

圖5 硬件原理框圖

3 角度數(shù)字化的軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)程序由單片機匯編語言完成，這樣可以提高系統(tǒng)的運行速度。由于系統(tǒng)開機時所得角度不一定與目標(biāo)的角度一致，因此需要對角度進行修正，最后，將角度數(shù)據(jù)一路送顯示，一路送計算機做進一步處理。系統(tǒng)的主要流程圖如圖6。

圖6 程序流程圖

4 結(jié)論

[1] 楊建文，高尚瑞.一種獨特的同步機軸角數(shù)字化新方案.火炮發(fā)射與控制學(xué)報[J]，1996，（4）：pp43—45.

[2] 于恩祥.同步機角度-數(shù)字轉(zhuǎn)換的一種新方法及其實現(xiàn).吉林大學(xué)學(xué)報，2001.（1）：pp53—56.

Method of Achieving Digitalization of Synchronous Machine Angle Based on SCM AT89C51

Yu Enxiang，Guo Jining
（Bohai University,Liaoning Jinzhou,121000）

The paper elaborates the principle of synchronous machine angle and introduces ways of angle digitalization.The method of angle digitalization adopted in the paper is simple, useful and achievable.

synchronous machine;angle;digitalization;single chip computer

于恩祥（1964-），男，遼寧北鎮(zhèn)人，碩士，從事信號與信息處理專業(yè)的教學(xué)及科研工作