[发明专利]基于方波激励信号的旋转变压器轴角转换的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于实现旋转变压器轴角转换的装置，主要包括DSP芯片，DSP芯片与旋转变压器变压器之间连接有外围电路，外围电路包括放大电路、两路解调电路和两路调理电路；其中，解调电路主要由模拟乘法器芯片构成。利用本发明实现旋转变压器轴角转换方法的步骤包括：方波激励信号的产生，方波激励信号作用于旋转变压器后输出电压信号的波形，采用激励信号与调制波相乘的方法对旋转变压器输出电压信号进行解调，从而获得连续、平滑的解调波波形，避免了固定频率采样问题；然后，利用调理电路将解调波的幅值调整至与采样要求一致；采样后利用反正切函数准确的计算得出转子位置，提高了电机的控制性能。

技术领域

本发明属于电机控制领域，更具体的说，是涉及一种利用旋转变压器实现转子位置测量的轴角转换方法。

背景技术

永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、调速性能好等优点，被广泛应用于航空航天、数控机床等领域。在电机的驱动系统中，获得精确的转子位置信息尤为重要。转子位置的准确度关系到电机驱动系统的控制性能。旋转变压器因其抗干扰能力强、安装方便可靠等优点，在位置检测领域得到了广泛的应用。

旋转变压器的输出信号虽然包含转子位置信息，但该旋转变压器的模拟输出信号必须经过轴角转换，才能转换成表示转子位置的信号。该轴角转换过程主要包括激励的产生、输出信号的解调以及转子位置的计算。当激励信号作用于旋转变压器时，旋转变压器的输出绕组会产生随转子转动角度变化的输出信号。通过对输出信号进行解调处理，得到与转子位置正、余弦值的正比例的解调波，最终通过解调波计算转子位置。

目前旋转变压器的激励信号大多采用正、余弦信号，该信号主要由振荡电路或DSP产生。DSP产生方法常用的是通过对PWM波形滤波来产生正、余弦激励信号，该产生方法与振荡电路相比，实现简单，但滤波电路的使用会造成PWM波形与旋转变压器输出信号之间的延时。针对旋转变压器的输出信号，通常使用峰值采样技术和过采样技术实现解调。峰值采样是在激励电压达到峰值时，对旋转变压器的输出信号进行采样，从而实现解调。该方法实现简单，但需要在激励信号达到峰值时，对旋转变压器的输出信号进行采样，采样频率与激励频率一致，从而限制了转子位置的准确性。过采样技术通过多倍于激励频率的采样频率对旋转变压器输出信号进行采样，采样值通过带通滤波器进行滤波，减小了输出信号的带宽，提高了采样值的精度。通过在每个激励周期内的多个采样样本中抽取一个样本的方式实现解调。过采样方法提高了采样值的精度，但滤波器会带来延时问题；该方法中的抽取过程将采样率降为与激励频率一致，因此过采样与峰值采样存在同样的问题，即固定的采样率限制了转子位置检测精度的提高。由于旋转变压器的激励频率通常是1～10kHz，两种采样方法对应的实际采样率同样为1～10kHz。对于低激励频率的旋转变压器，根据采样值计算的转子位置值在高速下会产生较大的量化误差。

已有的旋转变压器的轴角转换方法中仍存在一些问题，由PWM波形经过滤波电路产生的激励信号存在延时问题；解调需要依靠采样技术实现，该技术需要在旋转变压器输出信号的固定点采样，对采样点的准确度要求高；采样频率与激励频率一致，限制了解调信号的采样精度，电机高速时会给转子位置的计算带来明显的量化误差，影响了最终转子位置检测的准确度，从而影响电机的控制性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于方波激励信号的旋转变压器轴角转换方法用于转子位置的测量。