Прошу помощи по замене сельсин-приемника угла поворота антенны.
Антенна вращается со скоростью 1 оборот за 10 секунд. На антенне установлен сельсин-датчик, на обмотку возбуждения которого подается 110В 400Гц. Необходимо заменить сельсин-приемник цифровым девайсом (необходим 12 разрядный код угла поворота). Как наиболее просто можно это сделать? Применимы ли для моего случая AD2SXX? Если да, то какой? Как я понял есть ограничения на минимальную частоту входных напряжений. Есть ли у кого опыт разработки подобного девайса, прошу помочь.

Энкодер?

А чем он вас не устраивает(что за антенна)?

Чтобы применить AD2SXX вам нужен sin/cos вращающийся трансформатор с характеристиками не хуже 12ти разрядной точности.

Энкодер не годиться. В разрабатываемом устройстве не должно быть механических элементов.

Антенна является собственно антенной радиолокационной станции и цепи сельсин-датчика менять нельзя. Нужно оперировать штатными тремя фазами сельсина грубого отсчета (1 период за оборот), тремя фазами точного отсчета (16 периодов за оборот), и опорными 110В 400Гц.

В литературе описаны способы преобразования напяжения 3 фаз сельсина в sin/cos - трансформаторная схема Скотта либо на опрерационниках. Если не найду другого технического решения, то планирую делать именно так - преобразование 3 фаз в sin/cos, а далее AD2SXX для каждого сельсина, но какой, пока не знаю.

сельсин и есть такой же механический элемент. Они же парами. Второй на указателе, наверное. Его-то и соединить с энкодером.

\

Смотрите в сторону преобразователей DS-DC (сельсин код). Лет тридцать назад разрабатывал подобное. Прогрес в этой области очень значительный. Десять лет назад даже встречал интегральнае преобразователи. В общем гугль и ключевые слова DS-DC, сельсин код.


Именно так и делается. Но сделать трансформаторы на 12бит проблема еще та. Но если правильно сопрячь два канала грубо точно по 8 бит то может получится. Как то встречал подобное на каком то росийском станке с ЧПУ Индуктосинная линейка 12 метров двойная грубо и точно.

Кстати года три назад подыскивал такой блочёк как запчасть к станкам (газорезки) входное 110В 400ГЦ 10бит находил в инете аналоги ценой порядка 1000$ для единичного использования в самый раз.

Во-первых там не три фазы - там три синфазных напряжения с разной амплитудой.
Во-вторых: а нельзя ли тут отказаться от 110В 400Гц и использовать этот сельсин не в режиме сельсен-датчика, а в режиме сельсин-приемника в трансформаторном включении. Т.е. формировать три синфазных синуса, подавать их на обмотку синхронизации, а с обмотки возбуждения снимать сигнал рассогласования. И в зависимости от амплитуды сигнала рассогласования менять амплитуды подаваемого сигнала, загоняя сигнал рассогласования в ноль. Именно на таком принципе работают дистанционные передачи с исполнительными двигателями.

А если нельзя отключить 110в 400Гц - то можно оцифровать сигнал и дальше математически посчитать угол. На одном грубом сигнале и встроенном АЦП AVR я получал точность порядка 9 бит, используя ваши грубый и точный каналы 12 бит, думаю, достижимо легко. Надо только придумать способ синхронизировать момент выборки АЦП с фазой сигнала возбуждения. Тут надо, вероятно, что-то аналоговое придумывать. Я генерил сигнал возбуждения тем же процессором, у меня вопрос синхронизации не стоял.

Посмотрите еще вот эту неплохую книжку: Synchro/Resolver Conversion Handbook

Это где Вы в энкодере "механические элементы" нашли? В самом простом, примитивном варианте, оптический энкодер - это оптопара (светодиод/фотодиод) и диск с прорезями или "зубьями", который сажается непосредственно на ось устройства, или привода, или двигателя - куда удобнее по конструктивным соображениям. Если не подберете готовый энкодер (что сомнительно), то такую штуку можно даже изготовить по заказу, специально для вашего устройства - это обойдется в копейки. А по надежности, точности, простоте использования - сельсин даже близко не встанет. Забудьте про сельсин-датчик. Это каменный век.

Я синхронизировался к сигналу возбуждения стандартной схемой на оптопаре. Причем для повышения точности оцифровывал каждый из трех каналов синхронизации в течении всего полпериода возбуждения и складывал в соответствующие аккумуляторы. По окончании полпериода делил содержимое каждого аккумулятора на количество семплов на каждом из этих каналов. А дальше расчеты, используя отношения напряжений между каналами, чтобы избавиться от зависимости от напряжения возбуждения.

К сожалению избавиться ни от сельсин-датчика ни от 110В 400Гц нельзя. Можно только заменить сельсин-приемник.

Сначала несколько уточняющих вопросов.
Угловая точность какая нужна? Допустимо ли осреденение результатов с нескольких оборотов? Какова нестабильность угловой скорости антенны? Участвует ли это заменитель сельсина в петле обратной связи по угловому положению или угловой скорости? Какой должен быть код на выходе?
По реализации- контроллер с 4 канальным АЦП, желательно все 4 канала независимы. С достаточной памятью для хранения тригонометрических таблиц с нужным разрешением (это если не связываться с FPU или DSP с тригонометрией).
От опорной частоты 400 гц синхронзируется цифровая ФАПЧ для восстановления несущей внутри процессора. 3 канала АЦП цифруют 3 фазы и пермножаются на несущую (синхронное детектирование). По трем каналам вычисляются фазовые сдвиги и мажоритированием или по среднему арифметическому вычисляется угол. Где-то так.
ps www.ti.com/lit/an/spra605/spra605.pdf пример использования ДСП для обработки ресолвера, правда в том примере ресолвер квадратурный, а не трехфазный.

В таком случае, лучше вообще ничего не менять, а последовать совету Антона Козлова - соединить штатный сельсин-приемник с готовым энкодером.
Тем самым, решите задачу в одно действие, а на выходе получите нужный код. В точности Вы ничего не потеряете - какую точность сельсины
обеспечивают - такая и будет. Только еще раз повторюсь - это неправильное решение. А приделывать электронные "примочки" к допотопной
аппаратуре - это еще более неправильное решение. По моему скромному мнению...

А существующий сельсин датчик обеспечит вам требуемую точность? Если нет, то какой смысл всех электронных примочек.
Если да, то последуйте совету khach, (только все АЦП должны работать синхронно)

Dmi3y говорил о точности 12 бит. Сельсин точного канала делает 16 оборотов на оборот, т.е. 4 бита снимаются с грубого, на точный остается 8 бит. Это таблица на 256 байт. Не очень большой объем даже для слабенького контроллера.

Там нет трех фаз. Там вращающийся трансформатор, все три выхода синфазны между собой и могут иметь некоторый постоянный фазовый сдвиг относительно обмотки возбуждения.
Сельсин-датчики имеют точность не хуже половины градуса, что лучше 8 бит для точного канала. Выходит, что обеспечивают.

Проверьте этот тезис обычным осциллографом. Что то у меня большие сомнения. Другое дело, что в реале наблюдается осцииллирующее отклонениеи фазового сдвига по фазам в зависимости от угла поворота (фазы рисуют эллипсы на фазовой плоскости) и ротор реального сельсин-приемника осреднял результат по трем сигналам, а в цифровой системе этот ротор- усреднитель (он же и ФНЧ, и интегратор) надо имитировать алгоритмом. Интегрирование по скорости- это механический момент инерции ротора, его иногда тоже надо учитывать, особенно если сельсин используется в петле обратной связи. Надо ли это учитывать- незнаю, вроде скорость вращения постоянна в вашем случае.

Вот не поленился полазил по гугл:

AD2S44: Low Cost, 14-Bit, Dual Channel Synchro/Resolver-to-Digital Converter
AD2S90: Low Cost, Complete 12-Bit Resolver-to-Digital Converter
AD2S82AKPZ
AD2S83: Variable Resolution Resolver-to-Digital Converter

Вопрос только в согласовании входных сигналов

Достаточно обратиться к учебнику. Сдвига фаз между выводами обмоток синхронизации нет (осциллограф это подтверждает, если что).

Включение сельсинов может быть разным.
Певый способ на обмотку ротора подается питание. С двух/трех обмоток статора снимают три "фазы" сигнала различающиеся по амплитуде по фазе совпадают с опорным. Информация об угле поворота содержится в соотношении амплитуд.
Второй способ Питание в виде двух/трех фазного напряжения подаётся на статор. Сигнал снимается с ротора. Информация об угле поворота содержится в фазе сигнала снимается с ротора.
Встречал ещё систему измерения где сигнал на статор подавася в одной фазе на две обмотки статора но его амплитуда была как соотношение Sin/Cos Угла поворота система измерения в замкнутом контуре поддерживала ето соотношение таким чтобы напряжение на статоре было нулевым.

Не встречал такого способа ни в учебниках, ни на практике. Возможно вы имели ввиду трансформаторное включение - когда на возбуждение обмотки синхронизации (статор) подаются три синфазных сигнала с соответствующими амплитудами (с сельсин-датчика или его имитатора), а по амплитуде сигнала ротора снимается информация о рассогласовании положения сельсина и опорного сигнала. Сигнал ротора будет равен нулю при рассогласовании +90 градусов.

Это тоже трансформаторное включение, но не сельсина, а синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Сельсин тоже является вращающимся трансформатором, но немного другим.


Если подать на сельсин трехфазное напряжение - он превратится в асинхронный двигатель. Тоже проверено.

Добавлю- если ротор закоротить.

Требование "соотношение амплитуд Sin/Cos" было актуальным для упрощения жизни аналоговых систем -> a_sinsin * a_coscos == const.

Сельсин может использоваться и как двигатель - в военных штучках многолетней давности разработки такое решение часто использовалось и для круговой развёртки, и для следящих приводов (статорная обмотка при этом служила и датчиком рассогласования, и в неё же вгонялось компенсирующее воздействие).

К сожалению сельсины широко используются в обзорных радиолокаторах и по сей день. Обидно, что в станцию залезть и чего-то улучшить и доработать просто нельзя. Помимо нового девайса, который надо разработать (собственно, речь о передаче радиолокационной информации вкруговую по локальной сети на ПК потребителю) напряжения с сельсина передаются на штатные выносные индикаторы. И в них тоже влазить нельзя. В качестве источника информации можно использовать только то, что есть - напряжения сельсин-датчиков грубого и точного отсчетов. По поводу микросхем АD вроде бы есть ограничения на минимальную частоту согнала. (1 оборот за 10 сек. с заполнением 400 гц. вроде не подходит - мало).

Да, если все-таки АЦП и контроллер - какую гальваническую развязку по входу посоветуете (110 вольт все-таки).

Не только встречал но и ремонтировал. Система позиционирования на одном из токарно винторезных станков. Три синусоиды со сдвигом 120 град ситезировались счетчиками и тремя простейшими цифро-аналоговыми преобразователями. сигнал с ротора фильтровался и измерялась его фаза. Помню еще что ошибка была в разности амплитуд из за ухода параметров резистора в одном из АЦП.


Естественно трансформаторы. Причем требования к ним очень высокие. Один из двух фазных трансформаторов со средней точкой. Мотать обязательно в два провода.
В свое время реализовал все на рассыпухе: ПЗУ, перемножаующих ЦАП К572АП2, операционноки, счетчики. Сейчас лучше взять микросхемы AD... Правда дорогие.
Но если как следует поискать то можно найти и готовый на 110В 400гц
Кстати для рализации на контроллере потребуются три быстрых АЦП на канал (грубо/точно) Для получения небходимой для 12бит точности потребуется на глазок более 100 выборок за период.

Мы решали аналогичную задачу. Микроконтроллер сам запитывал ротор, подавая на него постоянное напряжение, пока ток в обмотке нарастает, измеряет напряжения на статорных обмотках. Затем напряжение снимается, а через некоторое время подается напряжение противоположной полярности - чтобы ротор не намагничвался - и опять измеряется напряжение статорных обмоток. По их соотношению вычисляется угол. Если запитку менять нельзя, нужно будет измерять переменное напряжение, это тоже не сложно.

Математика для вычисления угла примерно такая. Если магнитные датчики расположены под углом 90 градусов (т.е для синусно-косинусного трансформатора) и мы имеем сигналы Y=sin(phi) и X=cos(phi), то для вычисления угла достаточно посчитать арктангенс их отношения. Для этого имеется следующий итеративный алгоритм. Пусть phi0 - значение угла, подстраиваемое на каждой итерации. Для его вычисления домножаем сигнал Y на cos(phi0), а X на sin(phi0) и вычитаем их:

Y*cos(phi0) - X*sin(phi0) = sin(phi)*cos(phi0) - cos(phi)*sin(phi0) = sin(phi - phi0) ~ phi - phi0

Мы получили разность, прибавив которую к phi0 сразу получаем текущий угол. Выполняя эту операцию непрерывно мы будем непрерывно отслеживать угол.

В случае сельсина угол между обмотками 120 градусов и мы имеем Y=sin(phi) и X=sin(phi + d), где d = 120. Для вышеописанной формулы требуется косинус, для его вычисления выполним следующие преобразования:

sin(phi + d) = sin(phi)*cos(d) + cos(phi)*sin(d); заменяем синусы на X и Y
X = Y*cos(d) + cos(phi)*sin(d); из этого выражения находим cos(phi)
cos(phi)*sin(d) = X - Y*cos(d)
cos(phi) = (X - Y*cos(d)) / sin(d)

Таким образом, мы получили cos(phi), синус у нас уже есть и задача свелась к предыдущей.

Поскольку d=120, то получаем формулу cos(phi) = (X + Y/2) / (sqrt(3)/2)




Resolver - это СКТ (синусно-косинусный трансформатор). А сельсин - это selsyn. Отличаются они (если не считать мощностей) углом под которым расположены статорные обмотки.

Для случая запитки сельсина/резольвера напряжением через ротор их сигналы взаимно преобразуются (векторным сложением) с помощью двух трансформаторов.
Один со средней точкой. на крайние выводы две фазы сельсина. другой между третьей фазой и средней точкой. Коэффициенты трансформации связаны через корень из трех.
И легко вычисляется из тригонометрических уравнений.

Ты предлагаешь из двух оставшихся фаз подучить сигнал сдвинутый на 90 градусов относительно первой? Интересная мысль, но зачем здесь трансформаторы?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Достаточно из 3-й фазы вычесть 2-ю. То есть соединить их последовательно, поменяв у одной из них полярность. Ну, и поделить на корень из 3. Но считать угол процессору все равно придется, так что лучше пусть это процессор делает, чем путаться с обмотками и полярностью их включения.

Опять вы путаете понятие фаза. При включении сельсина с запиткой через ротор. Сигналы на всех "фазах" имеют одну и ту же фазу но их амлитуды есть- SinA, Sin(A+120гр), Sin(A-120гр),где A угол поворота ротора сельсина.
Сложением на трансформаторах получим Два сигнала SinA, Sin(A+90гр)=CosA, как на индуктосине. Причем это преобразование реверсивно. И причем здесь процессор Специализированные микросхемы от AD "вычислят" угол точнее быстрее и дешевле.

Да, это я загнался.

Процессор наверное все равно будет. А раз так, то нужно стремиться возложить на него максимум работы, потому что программа "ничего не стоит", и микросхемы стоят денег и снижают надежность.

Процессору потребуются минимум два высокоскоростных АЦП. А учитывая что автору топика нужен практически один эземляр. Программа окажется дороже всего остального.