基于RTLinux和AD2S80A的角位置测量系统设计与实现

【 摘 要 】 基于RTlinux和AD2S80A的角位置测量系统，选用旋转变压器和感应同步器作为测量系统的传感器，利用AD2S80A轴角变换器将两种测量传感器输出的模拟信号转换为相应的数字信号。根据双通道测角系统粗精耦合的原理，在RTLinux嵌入式系统中对两种数字信号进行耦合处理，并对耦合后信号的进行补偿处理，实现角位置的高精度测量。检测数据表明，这种测量系统可以实现以内的测量精度。

【 关键词 】 RTLinux；AD2S80A；测量系统；粗精耦合

Design and Analysis of Angle Measuring System Based on RTlinux and AD2S80A

Shen Wei-fang

(Jiangsu Province Rugao Vocational School Jiangsu Rugao 226500)

【 Abstract 】 Rotary transformer and inductosyn are chosen as sensors in the angle measuring system which is based on RTLinux and AD2S80A. The resolver-to-digital converter AD2S80A is used to convert analog signal into corresponding digital signal, and the analog signal is generated by the two sensors. Then, digital signal will be combined and compensated in the RTLinux embedded system by the combination for coarse-fine coed principle. Detected data has effectively improved that this measuring system can realize an measuring precision within.

【 Keywords 】 RTlinux; AD2S80A; measuring system; combination for coarse-fine coed

1 引言

角位置测量系统是测量技术的重要组成部分。在船舶、航空航天等工业领域中，常常要求对角位置进行快速精密的测量，以便调整或控制被测物体的方位、姿态等，使其稳定在工作要求的动态范围内。不同角位置测量系统的测量原理和工作方式往往由它采用的传感器决定，目前常用的角位置测量传感器有电位器、旋转变压器、感应同步器、光电编码器等，不同传感器的精度和价格是不同的。

通过综合分析比较以上传感器的特点，在设计某飞行姿态双轴仿真转台测量系统时，根据转台系统的特点，设计了一种基于RTlinux和AD2S80A的角位置测量系统。这种测量系统选用旋转变压器和感应同步器为传感器。首先由旋转变压器测量1周内的粗角位置信号，由感应同步器测量1度内的高精度角位置信号。其次，利用美国AD公司生产的AD2S80A轴角变换器将两种测量传感器输出的模拟信号转换为相应的数字信号。最后，根据双通道测角系统粗精耦合的原理，在RTLinux中通过对信号的耦合和补偿处理，实现1周内的高精度角位置信号测量。本文将对这测量系统的组成、工作原理、通讯接口、粗精耦合和补偿原理进行分析，并用数据说明这种测量系统的测量效果。

2 测量系统的组成和工作原理

基于RTlinux和AD2S80A的角位置测量系统主要包括旋转变压器、感应同步器、AD2S80A轴角变换器、接口转换电路和RTlinux嵌入式处理平台，它们之间的基本关系如图1所示。

从图1中可以看出，该测量系统首先由旋转变压器和感应同步器将角位置变化信号转换为不同的模拟电信号，受限于传感器的工作原理，这种信号不能直接表示为对应的数字信号。因此，在测量系统中的第二个部分选用由美国AD公司生产的AD2S80A轴角变换器对传感器输出的信号进行处理。这是一款针对旋转变压器和感应同步器输出信号处理的专用芯片，一方面，它对旋转变压器和感应同步器输出信号的波形失真、幅值稳定度等技术指标要求不高，有利于实现精确测角；另一方面，它的输出信号更新速度很快（为微秒级），有利于提高数字控制方案的采样频率，由它处理后输出的数字信号可以直接与通用的数字通讯接口或微处理器接口相连。

考虑实际使用的RTlinux是一款基于PC的嵌入式操作系统，选用一款PCI插槽的I/O板卡采集相应的数字信号；为了节约板卡资源，降低系统成本，在AD2S80A 芯片和RTLinux嵌入式处理平台之间添加了一块接口转换板。由于制造工艺的不同，旋转变压器输出的电信号表示的角位置范围大、精度低；感应同步器输出的电信号表示的角位置范围较小、精度高。它们中的任意一个都不能同时满足系统高精度、绝对编码的要求。因此，在RTlinux处理的过程中，首先需要对采集到两路信号进行耦合处理，再根据外界基准对耦合后的信号进行补偿，以消除系统机械安装、电磁干扰等造成的测量误差，提高测量的精度。

3 粗精耦合和误差补偿原理

3.1 粗精耦合原理

在粗、精双通道测角系统中，两个通道是相互独立的两套系统，它们的测量范围和精度均不相同，且任何通道都不能同时满足大范围、高精度测量系统的要求。粗、精耦合原理就是将两个通道测量值耦合为满足测量系统要求的准则。

在某飞行姿态双轴仿真转台测量系统中，粗测通道的旋转变压器测量精度为4角分，其输出的数据在十分位就可能同真实的角位置有偏差。由360对极感应同步器组成的精测通道具有较高的测量精度，它的测量精度最高可达万分之几度。在测量系统中，可以认为精测通道输出数据的前几位是真实的（带有精测误差的真实值）。因此所谓粗、精耦合实际上是先以精测的结果为标准对粗测结果进行修正，并将修正后的粗测整数位同精测的小数位合并形成最终测量系统得输出值。