任意波形变换器合成技术设计

任意波形变换器合成技术设计

姜成涛 ,张心泽

上海航天电子通讯设备研究所  上海  201100

摘要：回转器是一种线性无源的二端口电路元件，由于其可将电容回转为电感，因此，在许多领域中都有重要的应用。在实际应用时，理想回转器可采用基于运放的电路来实现，且有多种实现方案。显然，这些回转器实现方案的电路形式各异，但功能相同，它们为回转器的应用提供了多种选择。因此，探讨回转器的设计方法就具有很好的理论意义和应用价值。

关键词：DDS;直接数字频率;合成技术

引言

0世纪以来，以矢量控制、直接转矩控制和无传感器控制以及智能控制为代表的现代控制技术，逐渐应用于汽车电子、医疗设备等各行各业，以往的交流感应电机、有刷直流电机也逐渐被无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)所取代。为了驱动新型电机并实现这些现代控制技术，电机控制器也不断发展，从大体积，低集成度变得小巧而精密，但与此同时其电路组成也越发复杂。在现代电机控制技术中，为追求高效低成本，往往通过软件观测器代替以往的电机传感器，从采样得到的电机相电流信息中来获取电机角度位置等信息，而且以FOC(磁场定向控制)为代表的矢量控制技术，更是依赖于电机相电流的采样，以形成对电机励磁电流、转矩电流的精准控制。可以说电机控制器中的电流采样电路是现代电机控制技术的基石，只有实现准确的电流采样，才能保证电机驱动系统的高效稳定运行。

1AＲINC429总线简介

AＲINC429总线是基于数字信息传输系统(Digital Information Transfer System，DITS)规范的数据总线，在民用航空通信领域应用广泛。AＲINC429总线具有结构简单、性能稳定、抗干扰性强、数据精度高等优点。连接方式上，串行AＲINC429总线标准规定，429总线以差分输出的平衡方式工作，为面向接口型的单向广播式传输总线。AＲINC429总线标准还规定，429总线上只允许有1个发送器，但可以有最多20个接收器;数据采用双绞屏蔽线进行异步传输。电平特征上，429总线采用双极性归零码的三态调制编码方式，调制信号有“高”、“零”、“低”三种电平状态。传输速率方面，429总线可配置成高速(100kHz)、低速(12．5kHz)两种模式。

2 DDS直接数字频率合成技术

2.1滤波网络设计

在应用中，还需要考虑到电流采样电路的带宽限制，特别是滤波网络的配置会影响到电机电流环控制的带宽，进而对电流采样的快速性和准确性产生影响。滤波网络的设计目标是通过选择合适的ＲF、CF值，以抑制采样电阻回路中由于寄生电感引起的输出振铃以及驱动桥路开关噪声所带来的不利影响，并且在整个电机电流控制环路带宽内，保证幅值和相位增益不会发生突变。

2.2主电路设计与PLC电路设计

226为模块－控制器一体化可编程控制器，可借助编程器将用户程序写入存储器内。S7－226PLC控制器具有24路数字量输入和16路数字量输出，可满足温室控制系统自动化控制需求。由于通风窗电机、遮阳帘电机、水泵电机除功率不同外，均配有限位开关，需实现电机正反转和停止功能，因此，其工作电路设计相似。本系统中QK为总开关，执行机构的启闭均由其实现和控制。QF0为总分断器、QF1－QF4为分断路器、FR1－FR4为热继电器，可实现电机过载保护功能。KM1－KM8为交流接触器主触头，主要实现执行机构在启停和电机正反转、停止功能。PLC控制电路设计时，PLC的I／O地址分配根据实际需求制定I／O地址分配表。

2.3电子元器件的安装方法

电子元器件相关工程技术人员在确定选择使用哪种安装方式的过程中，首先必须重点关注的是该方法能否合理且行之有效。比如：电子电路板的安装、电子元器件的外形尺寸大小等，这些不确定因素均有可能会影响到电子元器件的正常使用，因此电子元器件相关工程技术人员必须高度关注并且需要完全防止此类安全隐患的出现，确保电子元器件设计的结构科学合理，安装工作必须基于正确步骤进行，不能影响电子元器件的正常使用，最大限度地提升电子元器件的工作效率。

2.4适应度评估

适应度是描述描述个体性能的主要指标，演化算法可以根据适应度的大小对个体进行优胜劣汰的选择。图编码描述了电路拓扑生成过程，通过执行图编码指令能够将个体编码转换为对应的实际电路，并以网表文件格式进行保存。网表文件是一种描述电路连接关系和元器件参数的文本文件，能够在ＳＰＩＣＥ电路仿真软件进行模拟仿真，得到电路幅频响应结果，从而进行电路适应度值计算。适应度评估步骤如下所示。①根据第１节所述的图编码方式对电路个体编码进行解码，得到包含电路信息的网表文件。②调用ＳＰＩＣＥ电路仿真软件对网表文件中所含包含的电路进行仿真评估，得到生成滤波器产生的幅频响应Ｈ（ｊω）。③根据提出的公式对候选滤波器进行适应度值计算，其中ｍ为仿真测量样本点数量，Ｈ＾（ｊω）为理想滤波器幅频响应结果，ｗｉ为第ｉ个样本点权重。

2.5电子电路在进行通电以后的综合检查

电子电路进行通电是针对电路运行安全稳定性的关键检查流程。通常状况下电子电路设计相关工程技术人员在通电检查以前，并不能增加电子信号以及各种重要功能的检测，然而只是单纯针对电子电路增加最大安全额定电压参数数值，进而检查在这种最大安全额定电压数值的情况下电子电路的安全稳定性。电子电路设计相关工程技术人员在增加电压的过程中，必须针对充电电源进行相关保护措施，例如“漏电保护开关”等。电子电路设计相关工程技术人员在进行电子电路通电以后，逐一开启电子电路中的电路控制相关开关，确保在每一级开启的过程中，必须存在一定规律的时间间隔，借助触摸电子电路板的方法查看其发热状况，进而观察其是否存在“冒烟”的安全隐患。

3优化设计方法

429总线的内回绕设计，对于研发机载计算机产品是必要的。正确地设计内回绕电路，对后期产品的调试、测试等环节意义重大。正确的429总线内回绕电路设计方法，即基于常用的具有1个发送通道、2个接收通道的标准429IP核，将发送通道(TX信号)经外围发送器1驱动后，回绕连接至接收器2，经过接收器2驱动后，挂接至同一个IP核的接收通道1(ＲX_LBACK信号);而图中虚线表示的连接关系代表有误的回绕电路设计，即将发送通道回绕连接至已设计为接收外部429信号的接收通道0。对于由标准429IP核实现的429总线发送和接收功能，回绕通道需要连接至IP核“空闲”的接收通道，连接至已定义接收功能的接收通道在产品处于联试环境中时会触发429总线故障.

结束语

本文提出了一种基于Ｔ形电路的回转器实现电路的设计方法。该方法利用运放电路来实现受控源，不涉及负电阻的实现，易于理解且具有普遍性，对于回转器以外的其它特定二端口电路的设计也具有一定的启发意义。

参考文献

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[5]王俊.基于自动驾驶的激光雷达测距技术研究[D].电子科技大学,2020.