在雷達(dá)、火控、導(dǎo)彈發(fā)射架等需要實(shí)現(xiàn)角位置閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中，完成角位置測(cè)量是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的先決條件，在以前的伺服系統(tǒng)中通常應(yīng)用同步機(jī)加相敏檢波實(shí)現(xiàn)角誤差測(cè)量，系統(tǒng)笨拙，不易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。近年來(lái)單片機(jī)技術(shù)在交、直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，伺服系統(tǒng)的數(shù)字化已成為伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流，為此，與之相配置的數(shù)字化軸角編碼器裝置得到迅速發(fā)展。數(shù)字化軸角編碼器和同步發(fā)送機(jī)配合使用可以方便地完成角位置信息的數(shù)字化測(cè)量，從而用單片機(jī)控制可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字位置跟蹤^[1]，由于它使用方便，可靠性極高，對(duì)使用環(huán)境無(wú)特殊要求，因此應(yīng)用前景廣闊。特別是在軍事裝備中更是如此。目前已有ZSZ系列國(guó)產(chǎn)化數(shù)字軸角編碼器產(chǎn)品。
　　在交、直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常需要設(shè)置位置閉環(huán)和速度內(nèi)閉環(huán)，用位置環(huán)保證跟蹤精度，速度環(huán)保證跟蹤的快速性，因此在需要角位置反饋信號(hào)的同時(shí)還需要角速度反饋信號(hào)。ZSZ系列軸角編碼器自身正好有一路與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速成正比的模擬速度信號(hào)輸出，但是對(duì)低轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)，模擬速度反饋信號(hào)的輸出很低。為了實(shí)現(xiàn)和速度給定量的匹配，必須對(duì)此信號(hào)放大，由于這一信號(hào)受到系統(tǒng)信號(hào)的干擾，簡(jiǎn)單的放大處理將帶來(lái)速度閉環(huán)不穩(wěn)定，使這一功能應(yīng)用受到限制。在文獻(xiàn)^[2]的雷達(dá)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中就在使用ZSZ編碼器構(gòu)成數(shù)字位置反饋信號(hào)的同時(shí)又在系統(tǒng)中配置了單獨(dú)的測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)，增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。本文給出了對(duì)ZSZ模擬速度反饋信號(hào)的處理方法，并成功應(yīng)用于某雷達(dá)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，有時(shí)用于角位置數(shù)字化的ZSZ軸角編碼器和角位置信息處理的單片機(jī)之間傳輸距離較遠(yuǎn)，需要對(duì)并行輸出的角位置信息實(shí)現(xiàn)正確采集和傳輸。本文也給出了相應(yīng)設(shè)計(jì)方法，并成功應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　下面以ZSZ759數(shù)字化軸角編碼器在某雷達(dá)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為例予以說(shuō)明。
1 ZSZ數(shù)字化軸角編碼器模擬速度反饋信號(hào)的處理方法
　　12ZSZ759的模擬速度量輸出對(duì)應(yīng)編碼器最高跟蹤速度5r/s的輸出值是10V^[3]，而雷達(dá)天線的最高允許轉(zhuǎn)速一般為6r/min＝0.1r/s，對(duì)應(yīng)此最高轉(zhuǎn)速，模擬速度量最大輸出電壓＝10V/5(r/s)×0.1(r/s)＝0.2V，故VEL的輸出范圍是0～0.2V，屬弱信號(hào)范疇，模擬速度環(huán)構(gòu)成速度反饋要求電壓范圍是－10V～+10V(負(fù)值對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn))，因此VEL信號(hào)需放大50倍，然而，實(shí)測(cè)VEL信號(hào)受到VCO高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)和100Hz電源信號(hào)(50Hz整流)的干擾，因此這里的信號(hào)放大電路不能僅用比例放大器完成。高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)易于用低通濾波器和電源去耦濾除，而100Hz信號(hào)處于速度閉環(huán)通帶內(nèi)，必須用陷波電路濾除。實(shí)踐證明，用雙“T”型陷波濾波器效果較差，影響閉環(huán)穩(wěn)定性。利用文獻(xiàn)^[4]的方法設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的陷波電路。較好地解決了100Hz信號(hào)濾波問(wèn)題，此陷波電路的原理如圖1所示。

　　
　　把(3)和(4)代入(2)式，得
　　R＝15.9kΩ，C＝0.1μs
　　R1＝31.8kΩ，C＝0.05μF
　　最后得出速度反饋放大電路如圖2所示。
　　圖3(a)直流電機(jī)電樞電流波形，圖3(b)是速度閉環(huán)實(shí)測(cè)濾波后的速度反饋值從電機(jī)啟動(dòng)階段到穩(wěn)定運(yùn)行階段的波形，由圖可見(jiàn)100Hz信號(hào)分量得到了有效的抑制，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后轉(zhuǎn)速運(yùn)行平穩(wěn)。

2 ZSZ軸角編碼器數(shù)字位置信號(hào)的采集和遠(yuǎn)距離傳輸
　　由于數(shù)字化軸角編碼器與單片機(jī)之間有一定的傳輸距離(一般＞5m)，因此，在單片機(jī)獲取數(shù)據(jù)信息之前需要將軸角編碼器輸出的角位置信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)處理。8098為準(zhǔn)16位單片機(jī)，只有8位數(shù)據(jù)線，而12ZSZ759角位置數(shù)據(jù)為12位并行輸出的，對(duì)數(shù)據(jù)的采集要用分時(shí)讀取的方式。當(dāng)單片機(jī)的工作頻率fOC＝6MHz時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)周期T＝500ns，而調(diào)制解調(diào)芯片1488、1489的最高工作頻率只有1MHz，滿足不了單片機(jī)讀、寫周期的時(shí)序要求，因此，要采集到正確的角位置信息，必須先把12ZSZ759并行輸出的12位角位置數(shù)字信號(hào)直接先進(jìn)行調(diào)制傳輸，解調(diào)處理后，再由譯碼電路進(jìn)行時(shí)序控制，讓單片機(jī)分時(shí)讀取。如果在調(diào)制前進(jìn)行分時(shí)控制，單片機(jī)將采集不到正確的角位置數(shù)據(jù)信號(hào)。
　　12ZSZ759軸角編碼轉(zhuǎn)換器模塊內(nèi)部沒(méi)有數(shù)據(jù)鎖存電路，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集，與單片機(jī)接口時(shí)，還需外加數(shù)據(jù)鎖存電路。12ZSZ759模塊有一“忙”信號(hào)輸出端BUSY，當(dāng)輸入模擬信號(hào)變化一個(gè)轉(zhuǎn)換器最低有效位對(duì)應(yīng)的電量時(shí)，該端就輸出一個(gè)約定2.5μs寬的脈沖，該信號(hào)為計(jì)算機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)換器狀態(tài)提供了極大的方便。當(dāng)BUSY為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)部正處于跟蹤狀態(tài)，此時(shí)的數(shù)據(jù)輸出代碼D0～D11為非有效數(shù)碼，單片機(jī)不應(yīng)采集此時(shí)的數(shù)據(jù)；當(dāng)BUSY為低電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)數(shù)據(jù)輸出端的數(shù)據(jù)有效，可以讀取。但由于可逆計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼D0～D11是一位一位的逐步刷新，因此在數(shù)碼轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在著過(guò)渡數(shù)碼。從數(shù)據(jù)最低位D0至最高位D11傳遞需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，大約為2μs。因而單片機(jī)8098應(yīng)在BUSY脈沖信號(hào)高電平變至零電平后2μs再讀取數(shù)據(jù)。8098單片機(jī)與12ZSZ759的接口電路如圖4所示。