- 前言
角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分，在国民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用，如:飞机、舰船、火箭、飞船常用惯性导航仪表来保证航行方向角的准确性;弹道式导弹的发射需要掌握发射点和落点的方位角;火炮以对其垂直角和水平角的控制，保证命中目标。随着电子测量仪器的迅速发展，角位移测量技术也在不断地改进，它已从传统的人工测量向由微处理器控制的测量方向发展，实现任意采样、逻辑判断、误差补偿等人工行为的机器化，使测量系统具有了功能全、自动化程度高、更新能力强等特点。采用微处理器参与控制和处理数据，已经成为测角系统提高可靠性、增强功能和实现自动化测试的重要手段之一[1]。
本课题采用TMS320F28335控制由旋转变压器和AD2S83构成的轴角位置检测系统，从而实现测角功能。系统结构框图如下[2]：
2. 相关领域历史发展与现状
2.1. 角位移测量技术
目前，国内外角位移测量技术领域的发展均已较为成熟。德国的Heidenhain公司、Opton公司、Bamp;L公司，日本的多摩川公司、三丰公司，以及英国、瑞士和俄罗斯等国家的众多研究机构和厂家都在致力于角位移测量仪器的研究和生产。其中以Heidenhain水平最高，品种最全，是提供各种角位测量方案中的佼佼者。而多摩川公司因为拥有0.001秒超精密角度计测装置和超精密角度分割装置，生产的测角传感器精度很高，在亚洲国家中应用广泛[12]。我国虽于建国初期在测角技术领域一度落后，甚至连简单的多面棱体都依赖进口。但经过半个世纪的发展，已建立并逐步完善了自己的角度计量基准，深入研究了角度测量的理论、方法和技术，研制出多种测角仪器，基本满足了经济建设和国防建设的需求。现在，我国从事角位移测量装置方面研究的厂家和科研院所主要包括研究和生产测角微特电机的昆明机床厂、武汉重型机床研究所，航天部303所等;研究光栅传感器的长春光机所和清华大学;研究数显及变送装置的北京飞博尔电子有限公司等[1]。
2.2. 旋转变压器
角位移传感器分为环形电位器、旋转变压器、光电编码盘等类型[8]。鉴于电位器式角位移传感器测试精度不高，动态响应较差[9]。光电编码盘虽然克服了传统接触式角位移传感器的磨损问题[11]，但对工作环境的要求比较严格，抗干扰能力较差，耐灰尘和抗震性能不理想。因此在设计中采用旋转变压器作为角位移传感器[15]。
旋转变压器（以下简称旋变）是一种精密控制微电机，原理是当输入端施加给定频率的正弦激励电压信号时，两路输出端将分别输出正弦和余弦电压信号，且输出信号的幅值与转子的角度位置是一一映射关系[2]。根据不同的设计和接法，旋变可以完成多种不同的功能，加上它的精度较高，工作可靠，目前已大量使用在飞机方位和距离的自动解算系统、远距同步传输系统,以及数控机床、机器人、雷达及火炮等领域的高精度轴角测量系统[17]，在民用工业的自动控制系统中也大量使用。在这些系统中用它来进行解算、数据的远距传输和作为移相器、坐标变换器等[1]。
旋变作为一种电磁式测角元件，其优点有：①体积小，精度高，对环境要求低；②有标准系列，使用方便；③抗干扰能力强，性能稳定，坚固耐用，抗震性强[16]。其缺点是：输出为模拟量信号，不易数字化，需要专门的解码电路的支持配合才能应用到数字化控制系统中[4]。在本课题中，旋变就需要经过A/D转换，才能输入计算机或DSP系统。而且使用旋转变压器方法必须提供激磁信号，这极大地增加了系统的复杂度[7]。另一方面，旋变解码器的测试往往需要用到复杂而昂贵的测试设备。这些设备往往体积大，成本高，给旋变的应用带来了困难[10]。
2011年之前，由于制造业兴起，旋变在我国整个微特电机产业曾占据重要地位，市场份额曾经一度超过现在整个控制微电机的份额。然而2011年之后产业饱和，市场需求下滑，至2014年产量已下滑至321万台。再加上近年来市场需求结构的变化调整，旋变在整个微特电机中的占比已经由2008年的12.9下降到2015年的10.08%。好在2015年微特电机行业保持回升趋势，年产量近60亿台，市场规模超过2400亿元，旋变跟随这一趋势，产量回升至400万台[5]。
