旋转变压器用高精度编码器的设计许振中徐开芸（南京机械高等专科学校工业自动化系，南京013）[摘要]本文介绍了一种提高旋转变压器测角精度的方法，采用硬件补偿型编码器电路，可将数字精度由13位提高到15位，并且这种补偿方法具有一定的推广价值。

　　旋转变压器是理想的角度检测元件之一，结构简单、坚固，体积较小，对工作环境要求不高，抗干扰能力较强，但其测角精度不太高，一般为角分数量级，往往会限制它的应用。为此，这里提出一种数字式补偿方案，可将原来测角精度提高4倍左右，即由13位数字精度（二进制） （ 0级品）补偿成15位数字精度（二进制）。

　　补偿原理1. 1非接触式正余弦旋转变压器这里使用的非接触式正余弦旋转变压器是专门为某产品研制，其有关参数如下励磁电压： 2V励磁频率： 2k Hz变比： 1电气误差：标准规定±3′零位误差：标准规定±3′。

　　1. 2旋转变压器?数字量转换器（ RDC）这里使用的旋转变压器?数字量转换器是美国公司生产的集成电路芯片，它是40脚双列直插陶瓷封装，采用BiM OS工艺，用户根据测。

　　需要可以将它设置成10位、12位、14位或16位数字精度工作方式。另外，还可以获得一个与实际转速成比例的模拟电压信号，并且当使用10位数字精度时，可测速度达到62400 rpm，这为速度闭环控制创造了条件。

　　1. 3励磁信号旋转变压器用励磁信号是使用美国公司生产的OSC1758集成芯片产生，通过外接的电阻器和电容器就可以调整励磁信号的幅值（ 2V ）和振荡频率（ 2k Hz） ，使用十分方便。

　　1. 4精度补偿方案由于旋转变压器的生产、装配过程中存在的误差势必会造成角度测量误差，而且这种误差是周期性的，可以先使用精度更高的激光分度头测出360°范围内旋转变压器和编码器（旋转变压器RDC2S80 O SC1758）的综合角度误差，制成一张表格，然后在检测过程中，根据当前的角度值查得应该补偿的误差值，并进行适当的补偿。显然，这种根据实测值进行查表补偿的思路既可以用软件方法实现，也可以用硬件方法实现，而下面介绍的主要是后一种方法。

　　补偿电路采用硬件电路实现补偿时，先使用EPROM（ 2732）存放使用激光分度头测得的误差补偿表，并且将设置成输出允许方式（ OE接数字地） ，其地址线与RDC2S80的数据线相连，这样当旋转变压器转到某一角度θ时，对应会寻址到E PROM的某个单元，片选EPROM后就可以读出该单元中对应补偿Δθi，则修正后的实际角度值为：理论上，可以针对数字量的每个变化点进行补偿，这时必须测得2（N为RDC的位数）个数据，不但工作量很大，实际上也无必要，因为旋转变压器测角误差的变化不可能突变，所以可以根据实际需要压缩补偿表格的规格。这里仅把360°分成64个区间进行补偿，则区间间隔为： 360°/64= 5. 625°。相应硬件电路实现时只要使用RDC2S80的高6位数据线来寻址的低6位地址即可。补偿电路的硬件原理框图如图2? 1所示。

　　补偿数据使用激光分度头和编码电路配合，从零位开始，按5. 625°进行递增，测得各个区间的角度误差补偿值，重复测量3次，取其均值，获得如图3? 1所示的误差补偿曲线。

　　现将该曲线进行数字化，从而获得如表3? 1所示角度误差补偿表格，表中补偿量首位为符号位，1表示负补偿，0表示正补偿。另外， 0°、90°、180°、270°、360°均可被5. 625°整除，也就是说这些特征点能够获得比较准确的补偿。

　　单元误差补偿量单元误差补偿量示。

　　基本方案该系统与原系统相比（参见图2 2） ，只是燃料调节子系统做了改进，即燃料调节子系统采用与汽轮机功率?频率电液调节系统相类似的前馈?反馈串级调节系统。主调节器采用比例调节器，与汽轮机功率?频率电液调节系统中的频差放大器相对应，其比例带相当于汽轮机的不等率，其大小表示锅炉带负荷能力的大小，比例带越大，锅炉带负荷能力就越强副调节器采用比例积分调节器，与汽轮机功率?频率电液调节系统中的功率调节器相对应引入燃料量反馈信号，与汽轮机功率?频率电液调节系统中的引入汽轮机级压力信号相对应，其作用是快速消除锅炉燃料量的自发性扰动（这一点与原系统相同） 引入锅炉负荷前馈信号，与汽轮机功率?频率电液调节系统中引入发电机有功功率信号相对应，其作用是当锅炉负荷变化时，提前改变燃料量，以改善调节品质。

　　4改进后的系统与原系统的比较改进后的系统与原系统相比，主要区别是：（ 1）原系统多台锅炉共用一个主汽压力调节器，且调节器采用比例积分调节器，使系统参数整定困难，锅炉调节系统之间相互影响，尤其是当并列运行锅炉台数多，且锅炉容量不同时，这种情况就更加明显改进后的系统每台锅炉都设有自己的主汽压力调节器，且调节器采用比例调节器，比例带可根据各自锅炉带负荷能力的大小设置，相互之间没有影响。

　　（ 2）改进后的系统比原系统简单、清楚。原系统主汽压力调节器与各台锅炉的燃料调节器分别组成串级调节系统，当n台锅炉并列运行时，要有彼此之间相互影响的n个串级调节系统。而改进后的系统取消了原系统的共用部分，各台锅炉燃烧控制系统自成体系，与单元制锅炉燃烧自动控制系统相类似。

　　（ 3）原系统的燃料调节子系统主回路为无差系统，改进后的系统的燃料调节子系统主回路为有差系统，当母管压力不在额定范围内时，通过改变各台锅炉的压力给定值（相当于汽轮机调节系统改变同步器位置） ，来维持母管压力。

　　（ 4）原系统根据母管压力变化由主汽压力调节器进行各台锅炉的负荷分配改进后的系统，各台锅炉根据各自的主调节器比例带的大小改变所带的负荷。

　　5结束语尽管中小电厂母管制并列运行锅炉逐渐被大型单元制运行锅炉所取代，但是就我国目前现状来看，在近几年内完全取代是不实际的，尤其是地方中小电厂。这些中小电厂锅炉燃烧的好坏，直接关系到环保和节能。本文的提出有助于改善目前中小电厂锅炉燃烧自动控制的现状，能提高中小电厂锅炉自动投入率，对保护环境，节约能源具有重大意义。

　　理论分析表明：改进后的系统正确合理。现场改造工作量小，只要在原系统的基础上稍做些投资就可以实现，因此具有一定的参考价值和实用价值。

　　[参考文献] [1 ]李遵基。热工自动控制系统。北京：中国电力出版社，[2 ]金以慧。过程控制。北京：清华大学出版社， 1993年4月[3 ]张玉铎，王满稼。热工自动控制系统。北京：水利电力出版社， 1985年5月[4 ]沈士一，庄贺庆，康松，庞立云。汽轮机原理。北京：水利电力出版社， 1992年6月小结利用如图2? 1所示硬件电路和表3? 1所给误差数据进行补偿后，可将原来±3′精度的旋转变压器（对应13位数字精度）补偿成±1′精度（对应15位数字精度） ，这为测角精度要求较高的特殊场合提供了一种相当有效的途径。特别是这种硬件补偿思想具有一定的通用性，可以很容易应用于类似补偿场合。但是，这种补偿方法不具备互换性，也就是说，补偿用数据表格与旋转变压器之间是一一对应的。

　　非接触式旋转变压器用高精度编码器的研究工作已经通过鉴定和验收，达到了预期目的，并成功应用于某伺服产品中。