一种旋转变压器信号解算方法及解算器技术

本发明专利技术公开了一种旋转变压器信号解算方法及解算器，采集电机的转角信号并设 立正弦表，采样当前低频正弦信号和低频余弦信号，将转子的角度位置划分为四个象 限，确定转子位置所属象限；根据低频正弦信号及转子位置查正弦表并判断转子旋转 方向。正弦激励信号发生器连接旋转变压器和差分信号转换器，旋转变压器反馈的正 弦差分信号经差分信号转换器后与参考信号一起输入到精密绝对值加法器，经低通滤 波器后输入数字信号处理器；旋转变压器反馈的另一路余弦差分信号经另一差分信号 转换器后与经反相器的正弦激励信号一同输入精密绝对值加法器，经低通滤波器后输 入数字信号处理器。本发明专利技术极大的减小了成本，能够对输入信号进行精确采样与转换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转变压器信号解算方法，还涉及采用该方法的一种解算器。
技术介绍
高性能无齿轮减速式(也称直接驱动)旋转伺服系统的关键之一是如何精确测量 伺服电机输出轴的角度位置，常用的测角度传感器有绝对式光栅编码器、霍尔传感器 和旋转变压器。绝对式光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号，应用简单方便， 但因环境适应性、价格等因素致使难以广泛应用；霍尔传感器结构简单，但难以达到 高精度角度测量要求而受到限制；旋转变压器因结构可靠、实时性好、环境适应性强 等优点而广泛应用于高精度伺服系统中。旋转变压器是一种可用于测量旋转装置转子角度的传感器，但其输出为包含转子 位置信息的模拟量，需要旋转变压器数字转换器(简称RDC)处理成相应的数字信号 才能与DSP等数字伺服控制器联接。目前，对旋转变压器的输出信号进行解算的方法分为两种第一种采用专用旋转 变压器解算芯片，即RDC，这类芯片大都以鉴幅方式对正-余弦信号进行解调，实现 对转子位置信息数字转换，专用的解算芯片虽然能达到较高的精度，但其价格昂贵， 难以在成本低的高精度伺服系统中广泛使用；第二种将旋转变压器反馈信号直接送入 模数转换器，然后再通过软件解调算法实现转子位置信息的数字转换，这种方法原理 简单，但旋转变压器为保证测量速度于精度，其反馈信号频率要求在10kHz以上，对 模数转换器的转换速率以及软件解调速率要求更高(通常需要在lMHz)，从而导致器 件成本大大增加。
技术实现思路
为了克服现有技术价格昂贵、成本较高的不足，本专利技术提供一种应用于高精度伺 服系统中的旋转变压器信号解算方法，它通过对旋转变压器的输出进行实时调理，输 出数字信号处理器可识别的信号，然后通过数字信号处理器解算出转子实际位置，同 时能够判断出转子的旋转方向，既满足了伺服系统高精度的要求，又极大的降低了成 本。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤1) 整周转动电机，采集电机的转角信号，得出转角信号波形的波峰和波谷的数值， 设立0~1/4周期的正弦表，其幅值为AH ，其中AQ为波峰和波谷数值的平均值，7V2 为波峰的数值，对应的角度为0 90。，以备查表计算。2) 采样当前低频正弦信号C/、(^)和低频余弦信号R(e)并将这两个角度值转换为数 字量分别为X、 Y，同时将当前X、 Y分别保存备份为X一bak和Y—bak，与下一次采 样结果比较进而判断转子旋转方向。3) 将转子的角度位置e划分为四个象限，分别是0~90°、 90°~180°、 180°~270°、 270°~360°，根据数字信号X、 Y确定转子位置所属象限当iVl <义S 7V2且0 < r S Aa时，转子位置0落在0 卯°范围内；当Aa〈义^iV2且Aa〈;r^yv2时，转子位置^落在90。 i80。范围内；当0〈KAH且Aa〈;r《iV2时，转子位置9落在180。 270。范围内； 当(XX《7Vl且0〈;rsAa时，转子位置^落在270。 360。范围内。4) 根据X及转子位置^的范围查正弦表当0 < ^ S 90°时，根据X值查到正弦表所对应的角度即为转子当前位置；当90°<0^180°时，根据X值査到正弦表所对应的角度再被180。减去后的结果 即为转子当前位置；当180°<^^270°时，用X加上N1后的结果査找正弦表，査找后所对应的角度 再被270。即为转子当前位置；当270°<9《360°时，用X加上N1后的结果查找正弦表，査找后所对应的角度 再被360。即为转子当前位置。5) 转子旋转方向判断用当前的采样结果与上一次进行比较，即 AX = Z-Z_bak,Ay = :r-y_bak，对AZ， AF和转子位置角度^进行判断当0<^-900时，若AAT〉0，厶7>0，贝IJ电丰几正转，若AX〈0， Ar〈0贝U电禾几反转； 当90°<^《180。日寸，若AZ〈0， a;K>0，贝lj电机正转，若AX〉0， AF〈0贝U电禾几反转；当1800<^^2700时，若AZ〈0， A;F<0，贝U电丰几正转，若AZ〉0，厶7>0贝1』电禾几反转；当270°<汐《360°时，若AX〉0， AF〈0，贝U电丰几正转，若AZ〈0， A7〉0贝U电丰几反转。本专利技术所述的解算器包括旋转变压器的正弦激励信号发生器、差分信号转换器、 精密绝对值加法器、反相器和低通滤波器以及数字信号处理器。旋转变压器正弦激励 信号发生器产生高频的正弦波差分信号， 一方面作为旋转变压器的输入激励，使旋转 变压器产生出包含转子位置信息的反馈信号，另一方面正弦信号经过差分信号转换器 后输出单端信号，作为后续调理的参考信号；旋转变压器的输出信号分别是带有转子 转角位置信息的一路正弦差分信号和一路余弦差分信号，其频率与激励信号相同，幅 值随转子角度的变化而改变。旋转变压器反馈回来的正弦差分信号经过差分信号转换 器后输出单端正弦信号，该信号与参考信号一起输入到精密绝对值加法器进行叠加， 输出的信号经过低通滤波器后最终输入到数字信号处理器的模拟输入引脚；旋转变压 器反馈回的另一路余弦差分信号同样经过另一差分信号转换器后输出单端余弦信号， 它与经过反相器的正弦激励信号一同输入到精密绝对值加法器进行叠加，输出的信号 经过低通滤波器后最终输入到数字信号处理器的另一模拟输入引脚。数字信号处理器 对两路模拟信号进行采样，通过固化在数字信号处理器上的程序解算出转子的位置和 旋转的方向，从而实现对无刷直流电机的精确控制。本专利技术的有益效果是本专利技术可将旋转变压器的输出信号进行调理成数字信号处 理器能够识别的低频模拟信号，再由固化在数字信号处理器的程序求出电机转子位置 以及确定转子的旋转方向，从而完成了对旋转变压器的解算。本专利技术的特点在于(1)调理旋转变压器信号的差分信号转换器，精密绝对值加法 器，反相器和低通滤波器均由运算放大器及电阻电容等分立元件组成，无需加专用解 算芯片，极大的减小了成本；(2)旋转变压器信号调理电路将高频的正余弦输出信号 经过低通滤波器后去除了高频成分，只输出与转子位置有关的低频信号，使得微处理 器能够对输入的模拟信号进行精确采样与转换。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 附图说明图1是本专利技术所述解算器的结构示意图中，l-旋转变压器；2-正弦激励信号发生器；3-差分信号转换器一；4-差分信号转换器二； 5-差分信号转换器三；6-反相器；7-精密绝对值加法器一；8-精密绝对值加法器二； 9-低通滤波器一；10-低通滤波器二； 11-数字信号处理器。 具体实施例方式方法实施例，包括以下步骤1) 整周转动电机，采集安装在电机轴上的旋转变压器反馈的转角信号，得出转角信号波形的波峰和波谷的数值，波峰的数值为4095，波谷的数值0，在数字信号处理 器11中存放0 l/4周期的正弦表，其幅值为2048~ 4095，对应的角度为0 90。，以备査表并做插值计算。2) 采样当前低频正弦信号f/、(。和低频余弦信号R(0并将这两个角度值转换为数 字量分别为X、 Y，同时将当前X、 Y分别保存备份为X_bak和Y_bak，与下一次采 样结果比较进而判断转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转变压器信号解算方法，其特征在于包括下述步骤：　（ａ）整周转动电机，采集电机的转角信号，得出转角信号波形的波峰和波谷的数值，设立０～１／４周期的正弦表，其幅值为Ｎ１～Ｎ２，其中Ｎ１为波峰和波谷数值的平均值，Ｎ２为波峰的数值，对应的角度为０～９０°，以备查表计算；　（ｂ）采样当前低频正弦信号Ｕｓ（θ）和低频余弦信号Ｕｃ（θ）并将这两个角度值转换为数字量分别为Ｘ、Ｙ，同时将当前Ｘ、Ｙ分别保存备份为Ｘ＿ｂａｋ和Ｙ＿ｂａｋ，与下一次采样结果比较进而判断转子旋转方向；（ｃ）将转子的角度位置θ划分为四个象限，分别是０～９０°、９０°～１８０°、１８０°～２７０°、２７０°～３６０°，根据数字信号Ｘ、Ｙ确定转子位置所属象限：　当Ｎ１＜Ｘ≤Ｎ２且０＜Ｙ≤Ｎ１时，转子位置Θ落在０～９０°范围内；当Ｎ１＜Ｘ≤Ｎ２且Ｎ１＜Ｙ≤Ｎ２时，转子位置Θ落在９０°～１８０°范围内；　当０＜Ｘ≤Ｎ１且Ｎ１＜Ｙ≤Ｎ２时，转子位置Θ落在１８０°～２７０°范围内；　当０＜Ｘ≤Ｎ１且０＜Ｙ≤Ｎ１时，转子位置Θ落在２７０°～３６０°范围内；　（ｄ）根据Ｘ及转子位置θ的范围查正弦表：　当０＜θ≤９０°时，根据Ｘ值查到正弦表所对应的角度即为转子当前位置；　当９０°＜θ≤１８０°时，根据Ｘ值查到正弦表所对应的角度再被１８０°减去后的结果即为转子当前位置；当１８０°＜θ≤２７０°时，用Ｘ加上Ｎ１后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被２７０°减去后的结果即为转子当前位置；　当２７０°＜θ≤３６０°时，用Ｘ加上Ｎ１后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被３６０°减去后的结果即为转子当前位置；　（ｅ）转子旋转方向判断：用当前的采样结果与上一次进行比较，即ΔＸ＝Ｘ－Ｘ＿ｂａｋ，ΔＹ＝Ｙ－Ｙ＿ｂａｋ，对ΔＸ，ΔＹ和转子位置角度θ进行判断：　当０＜θ≤９０°时，若ΔＸ＞０，ΔＹ＞０，则电机正转，若ΔＸ＜０，ΔＹ＜０则电机反转；　当９０°＜θ≤１８０°时，若ΔＸ＜０，ΔＹ＞０，则电机正转，若ΔＸ＞０，ΔＹ＜０则电机反转；　当１８０°＜θ≤２７０°时，若ΔＸ＜０，ΔＹ＜０，则电机正转，若ΔＸ＞０，ΔＹ＞０则电机反转；　当２７０°＜θ≤３６０°时，若ΔＸ＞０，ΔＹ＜０，则电机正转，若ΔＸ＜０，ΔＹ＞０则电机反转。...

【技术特征摘要】
1、一种旋转变压器信号解算方法，其特征在于包括下述步骤(a)整周转动电机，采集电机的转角信号，得出转角信号波形的波峰和波谷的数值，设立0～1/4周期的正弦表，其幅值为N1～N2，其中N1为波峰和波谷数值的平均值，N2为波峰的数值，对应的角度为0～90°，以备查表计算；(b)采样当前低频正弦信号Us(θ)和低频余弦信号Uc(θ)并将这两个角度值转换为数字量分别为X、Y，同时将当前X、Y分别保存备份为X_bak和Y_bak，与下一次采样结果比较进而判断转子旋转方向；(c)将转子的角度位置θ划分为四个象限，分别是0～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°，根据数字信号X、Y确定转子位置所属象限当N1<X≤N2且0<Y≤N1时，转子位置θ落在0～90°范围内；当N1<X≤N2且N1<Y≤N2时，转子位置θ落在90°～180°范围内；当0<X≤N1且N1<Y≤N2时，转子位置θ落在180°～270°范围内；当0<X≤N1且0<Y≤N1时，转子位置θ落在270°～360°范围内；(d)根据X及转子位置θ的范围查正弦表当0<θ≤90°时，根据X值查到正弦表所对应的角度即为转子当前位置；当90°<θ≤180°时，根据X值查到正弦表所对应的角度再被180°减去后的结果即为转子当前位置；当180°<θ≤270°时，用X加上N1后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被270°减去后的结果即为转子当前位置；当270°<θ≤360°时，用X加上N1后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被360°减去后的结果即为转子当前位置；(e)转子旋转方向判断用当前的采样结果与上一次进行比较，即ΔX＝X-X_bak，ΔY＝Y-Y_bak，对ΔX，ΔY和...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢刚，李声晋，周奇勋，张举中，张君，刘仕钊，肖文超，
申请(专利权)人：卢刚，李声晋，周奇勋，张举中，张君，刘仕钊，肖文超，
类型：发明
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