[發(fā)明專利]基于雙DDS的高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410147408.1
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103926844A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)旌?/a>;林忠麟;黃向華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 南京君陶專利商標(biāo)代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種基于雙DDS的高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器，用于發(fā)動機(jī)控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)的高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器，它采用雙DDS產(chǎn)生波形形狀可以任意定義、波形頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)的周期性信號，涉及到仿真技術(shù)、DDS技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，屬于航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機(jī)廣泛采用磁電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。磁電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器包括一個采用鐵磁性材料制成的帶齒的輪盤（也叫音輪）和一個磁感探頭，磁感探頭是用線圈環(huán)繞在一個永磁圓柱體上制成的，輪盤由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輪盤轉(zhuǎn)動，輪齒的齒頂和齒谷交替掠過磁感探頭時，磁感探頭磁路上的磁阻發(fā)生交替變化，導(dǎo)致磁場強(qiáng)度發(fā)生交替變化，從而在線圈上產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動勢，該電動勢的頻率和幅度均與轉(zhuǎn)速成正比。通常采用交流電動勢的頻率量表征轉(zhuǎn)速大小。發(fā)動機(jī)控制器一般采用放大器和滯環(huán)比較器將原始的轉(zhuǎn)速波形信號整形為脈沖方波信號，如果傳感器安裝位置不當(dāng)，或者輪盤破損，將導(dǎo)致原始信號波形畸變，整形后的方波信號不規(guī)則甚至頻率翻倍，對發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的安全將造成嚴(yán)重威脅。

為了驗(yàn)證發(fā)動機(jī)控制器對磁電脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器信號的適應(yīng)能力，有必要模擬發(fā)生畸變的轉(zhuǎn)速波形信號。傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號模擬器通常采用簡單的分頻法得到頻率可控的脈沖信號，無法模擬畸變的轉(zhuǎn)速波形信號。

基于分頻法的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號模擬，即采用一個計數(shù)器對高頻脈沖信號計數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定數(shù)值時輸出一定頻率的轉(zhuǎn)速脈沖信號。分頻法具有簡單且易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。但分頻法存在兩個明顯的不足：一個是無法模擬實(shí)際轉(zhuǎn)速信號因傳感器安裝位置的偏差或因輪盤的輪齒的不規(guī)則而造成的波形畸變；另一個是當(dāng)轉(zhuǎn)速頻率升高時，分頻法的精度將顯著降低，而不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號頻率的連續(xù)精確模擬。上述缺陷將嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)的逼真度，特別是不能模擬轉(zhuǎn)速傳感器的波形畸變故障模式，從而不能考核發(fā)動機(jī)控制器對轉(zhuǎn)速信號波形畸變的適應(yīng)能力。

DDS（Direct?Digital?Synthesis）直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是由J.Tierney?和C.M.Tader?等人在1971年發(fā)表的《A?Digital?Frequency?Synthesizer》一文中首次提出的。作為第三代頻率合成技術(shù)，它突破了間接合成法（PLL）和直接模擬合成法的原理，它從“相位”的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成。這種方法不僅可以產(chǎn)生不同頻率的正弦波，而且可以控制波形的初始相位，還可以用DDS方法產(chǎn)生任意波形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的是一種基于雙DDS的高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器,旨在解決以往航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器模擬中存在的頻率精度低、不具備畸變波形模擬能力問題，涉及使用相位累加器、時鐘脈沖生成、波形數(shù)據(jù)存儲RAM、高速D/A轉(zhuǎn)換器及波形定義和控制軟件等。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：基于雙DDS的高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器，其特征是包括用于提供時鐘信號的第一DDS，用于生成任意波形的第二DDS，用于波形定義和控制的嵌入式控制器；其中嵌入式控制器的第一信號輸出端連接第一DDS，嵌入式控制器的第二信號輸出端連接第二DDS，第一DDS信號輸出端將時鐘脈沖信號分別輸出給第二DDS中的相位累加器、任意波形數(shù)據(jù)RAM存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器，由D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形信號，所生成的信號波形可以任意定義、頻率分辨率高，可以高逼真地模擬發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器不規(guī)則周期信號。所述任意波形是指不局限于正弦、三角波、方波這幾個標(biāo)準(zhǔn)波形，波形形狀可以通過波形數(shù)據(jù)任意定義。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：采用雙DDS技術(shù)生成復(fù)雜可變的轉(zhuǎn)速模擬信號，信號波形可以任意定義，頻率分辨率高，高效簡潔地解決了航空發(fā)動機(jī)控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)中的轉(zhuǎn)速信號高逼真度模擬問題，提高了仿真試驗(yàn)的逼真度。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的DDS原理圖。

附圖2是本發(fā)明的雙DDS原理圖。

附圖3是本發(fā)明的雙DDS高逼真度轉(zhuǎn)速信號模擬器硬件框圖。

附圖4是本發(fā)明的AD9106硬件連接圖。

附圖5是本發(fā)明的CRIO和AD9106接口圖。

附圖6是本發(fā)明的74LVC4245硬件圖。

附圖7是本發(fā)明的上位機(jī)軟件界面圖。

附圖8是本發(fā)明的第一DDS產(chǎn)生的1MHZ時鐘脈沖波形圖。

附圖9是本發(fā)明的第二DDS產(chǎn)生的1KHZ頻率波形圖。

附圖10是本發(fā)明的用戶自定義波形圖。

具體實(shí)施方式