[发明专利]基于旋转变压器的直流电机控制器及控制方法

权利要求书

1.一种基于旋转变压器的直流电机控制器，它包括控制器(1)、DA转换器(2)、放大器(3)、旋转变压器(4)、旋变AD转换器(5)和驱动电路(7)，

控制器(1)包括励磁信号生成单元(1-1)、峰值检测单元(1-2)和电机控制单元(1-3)，

励磁信号生成单元(1-1)用于产生旋转变压器(4)的正弦励磁信号，励磁信号生成单元(1-1)的数字信号输出端连接DA转换器(2)的数字信号输入端，DA转换器(2)的模拟信号输出端连接放大器(3)的模拟信号输入端，放大器(3)的放大信号输出端连接旋转变压器(4)励磁绕组的励磁信号输入端，旋转变压器(4)的正弦绕组信号输出端连接旋变AD转换器(5)的第一模拟信号输入端，旋转变压器(4)的余弦绕组信号输出端连接旋变AD转换器(5)的第二模拟信号输入端，旋变AD转换器(5)的锁存控制信号输入端连接峰值检测单元(1-2)的锁存控制信号输出端，峰值检测单元(1-2)用于检测励磁信号生成单元(1-1)产生的正弦励磁信号的峰值时刻并根据该峰值时刻获得锁存控制信号；

旋变AD转换器(5)的第一数字信号输出端连接电机控制单元(1-3)的第一数字信号输入端，旋变AD转换器(5)的第二数字信号输出端连接电机控制单元(1-3)的第二数字信号输入端；电机控制单元(1-3)的驱动控制信号输出端连接驱动电路(7)的驱动控制信号输入端，驱动电路(7)用于驱动电机(6)运行，电机(6)的转轴连接旋转变压器(4)的转轴；

其特征在于，它还包括电流AD转换器(8)和电流传感器(9)，

电流传感器(9)用于采集电机(6)的输入电流信号，电流传感器(9)的电流信号输出端连接电流AD转换器(8)的电流信号输入端，电流AD转换器(8)的锁存控制信号输入端连接峰值检测单元(1-2)的锁存控制信号输出端，电流AD转换器(8)的电流信号输出端连接电机控制单元(1-3)的电流信号输入端。

2.基于权利要求1所述基于旋转变压器的直流电机控制器的基于旋转变压器的直流电机控制方法，其特征在于，励磁信号生成单元(1-1)产生正弦励磁信号时，峰值检测单元(1-2)获得该正弦励磁信号的正峰值或负峰值产生时刻，并产生锁存控制信号给旋变AD转换器(5)，以锁存正峰值或负峰值产生时刻旋转变压器(4)输出的正弦绕组电压信号和余弦绕组电压信号；

电机控制单元(1-3)根据离线标定的正弦绕组电压信号幅值计算获得旋转变压器(4)的转子相对于其定子转动角度所对应的正弦值；电机控制单元(1-3)根据离线标定的余弦绕组电压信号幅值计算获得旋转变压器(4)的转子相对于其定子转动角度所对应的余弦值；

电机控制单元(1-3)根据所述旋转变压器(4)的转子相对于其定子转动角度所对应的正弦值和旋转变压器(4)的转子相对于其定子转动角度所对应的余弦值进行计算，生成驱动电路(7)驱动控制信号，进而实现对电机(6)的控制。

3.根据权利要求2所述的基于旋转变压器的直流电机控制方法，其特征在于，旋转变压器(4)的转子相对于其定子所转动角度所对应的正弦值和余弦值的获得方法为：

根据作为正弦励磁信号的正弦波与余弦波的关系，确定余弦波由正值变为负值时对应正弦波的正的峰值时刻，余弦波由负值变为正值时对应正弦波的负的峰值时刻，确定旋变AD转换器(5)的锁存采样时刻；

首先正弦励磁信号的正弦波及其同时生成的余弦波计算公式的离散形式如下：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}s1\[n+1\]\\ c1\[n+1\]\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)& \cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)+1\\ \cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)-1& \cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}s1\[n\]\\ c1\[n\]\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{c}\cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)*(s1\[n\]+c1\[n\])+c1\[n\]\\ \cos \left({\mathrm{\ω}}_c\right)*(s1\[n\]+c1\[n\])-c1\[n\]\end{array}\right]\end{array},$

式中s1[n]为当前时刻正弦励磁信号值，c1[n]为与当前时刻正弦励磁信号值同时生成的余弦信号值：

s1[n+1]为当前时刻的下一时刻正弦励磁信号值，c1[n+1]为与当前时刻的下一时刻正弦励磁信号值同时生成的余弦信号值：ω_c为正弦励磁信号的频率；

设定正弦励磁信号V_ref为：

V_ref＝Vsin(ω_ct)，

式中V为正弦励磁信号的幅值，t为时间；

则AD转换器(5)在锁存采样时刻采集获得的旋转变压器(4)输出的正弦绕组电压信号V_sin和余弦绕组电压信号V_cos为：

V_cos＝KV_ref cos(θ)＝Asin(ω_ct)cos(θ)，

V_sin＝KV_ref sin(θ)＝Asin(ω_ct)sin(θ)，

式中K为旋转变压器的变比，A为旋转变压器输出信号的幅值，θ为电机转子相对于定子的转角；

在sin(ω_ct)峰值时刻，sin(ω_ct)＝1，则旋转变压器(4)输出的正弦绕组电压信号V_sin和余弦绕组电压信号V_cos变形为：

V_cos＝Acos(θ)，

V_sin＝Asin(θ)，

进而获得旋转变压器(4)的转子相对于其定子所转动角度所对应的正弦值sin(θ)和余弦值cos(θ)为：

cos(θ)＝V_cos/A，

sin(θ)＝V_sin/A。