一種激磁同步的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激磁同步的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)變壓器因其測(cè)量精度高、抗擾性及環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為比較常見的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的傳感器，在其應(yīng)用過程中往往需要將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再與伺服控制器聯(lián)接，解算出旋轉(zhuǎn)變壓器的角度和頻率。
[0003]目前，旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)轉(zhuǎn)換方案有很多，在工程應(yīng)用中大多采用旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)模塊，這種方法成本較高、在設(shè)計(jì)電路板過程中占用空間大，電路復(fù)雜，不利于產(chǎn)品的小型化。工程應(yīng)用中也可通過旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板，解碼板實(shí)現(xiàn)一種采用硬件電路解調(diào)的方法，該方法電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，集成度差，易產(chǎn)生干擾且精度有限；應(yīng)用軟件解碼方法可以克服硬件解調(diào)的諸多問題，但現(xiàn)有的軟件解調(diào)技術(shù)采用的解碼算法較復(fù)雜、控制器執(zhí)行算法代碼較繁瑣，工程上不易實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激磁同步的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置，可提高解調(diào)的精度。
[0005]—種激磁同步的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置，包括激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊、旋轉(zhuǎn)變壓器、A/D采集模塊、激磁同步信號(hào)發(fā)生模塊、激磁同步信號(hào)濾波和分頻模塊以及DSP解調(diào)模塊；
[0006]所述激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生激磁信號(hào)Zl和Z2，其中，Zl = AO XSin (ω t)，Z2的輸出端接地;A0為激磁模塊輸出信號(hào)的最大幅值，ω為角頻率，t為時(shí)間；
[0007]所述旋轉(zhuǎn)變壓器基于從激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊接收激磁信號(hào)Zl和Z2產(chǎn)生輸出信號(hào)S1、S2、S3 和 S4，且滿足:S1 = E0XSin(co t) XSin( θ ) ;S2 = EOXSin(ω t) XCos( θ )；其中，S3和S4的信號(hào)輸出端均接地；EO為旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的最大幅值，Θ為旋轉(zhuǎn)變壓器的角位置；
[0008]所述激磁同步信號(hào)發(fā)生模塊根據(jù)從激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊接收激磁信號(hào)Zl和Z2，產(chǎn)生激磁同步信號(hào)；
[0009]所述DSP解調(diào)模塊接收所述激磁同步信號(hào)，并基于該激磁同步信號(hào)對(duì)所述A/D采集模塊進(jìn)行觸發(fā)，使得A/D采集模塊采集信號(hào)SI和S2對(duì)應(yīng)幅值為大于或等于0.8E0的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者采集信號(hào)SI和S2對(duì)應(yīng)幅值為小于或等于-0.8E0的數(shù)據(jù)點(diǎn)；
[0010]DSP解調(diào)模塊接收A/D采集模塊采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)，針對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，得出角度位置值Θ:
[0011 ] Tan(Θ) = = (S1+-S1-)/(S2+-S2-)
[0012]其中，SI+= ElXSin(0)+E2，表示信號(hào)SI的正向信號(hào)；E2為采集模塊的共模電壓；
[0013]S2+ = ElXCos( Θ )+E2，為 S2 的正向信號(hào)；
[0014]S1- = -ElXSin( Θ )+E2，為 SI 的負(fù)向信號(hào)；
[0015]S2- = -ElXCos( θ )+E2，為 S2 的負(fù)向信號(hào)。
[0016]進(jìn)一步的，還包括激磁同步信號(hào)濾波分頻模塊，濾除激磁同步信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的激磁同步信號(hào)的噪聲后再進(jìn)行分頻處理，即將激磁同步信號(hào)的頻率降為激磁信號(hào)頻率的1/5后發(fā)給DSP解調(diào)模塊，使得DSP解調(diào)模塊每每隔4個(gè)激磁信號(hào)周期觸發(fā)A/D采集模塊一次。
[0017]較佳的，所述激磁同步信號(hào)濾波分頻模塊采用的型號(hào)為74161的計(jì)數(shù)器對(duì)激磁同步信號(hào)進(jìn)行分頻。
[0018]較佳的，所述激磁同步信號(hào)濾波分頻模塊采用D觸發(fā)器對(duì)激磁信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0019]較佳的，所述激磁同步信號(hào)發(fā)生模塊采用型號(hào)為AD8397的運(yùn)算放大器；VCCA引腳接+5V電源，VSSA引腳接-5V電源；信號(hào)Zl通過電阻Rl接到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；運(yùn)算放大器的正輸入端串接電阻R2后接地；正輸入端與輸出端之間串接電阻R5 ;輸出端依次串接電阻R3、二極管Vl和電阻R4后接地，則二極管與電阻R4之間引出所述激磁同步信號(hào)；其中，電阻Rl為IkQ，電阻R2為3.9kΩ ,電阻R3為IkQ，電阻R4為3.3kΩ ,電阻R5為Ik Ω。
[0020]較佳的，所述A/D采集模塊采用的型號(hào)為AD7608。
[0021]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022](I)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置，通過硬件電路和軟件算法將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)進(jìn)行解碼；通過產(chǎn)生激磁同步信號(hào)控制A/D采集模塊只采集信號(hào)SI和S2的幅值在I和-1附件的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并發(fā)送給DSP解調(diào)模塊進(jìn)行輸出信號(hào)的解碼，可提高解調(diào)的精度；本裝置硬件電路簡(jiǎn)易、節(jié)省空間，軟件算法易實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明一方面提高了產(chǎn)品的研發(fā)速度、縮短了研制周期，另一方面，無需使用旋變解調(diào)模塊和解碼芯片及相關(guān)外圍電路，降低了電路的復(fù)雜度、很大程度上降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；在不接模擬開關(guān)擴(kuò)展AD采集通道的前提下，可同時(shí)解調(diào)4路旋轉(zhuǎn)變壓器，擴(kuò)展性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置的原理框圖；
[0024]圖2為激磁相位同步示意圖；
[0025]圖3為激磁同步信號(hào)發(fā)生電路；
[0026]圖4為U①波形示意圖；
[0027]圖5為激磁同步信號(hào)波形示意圖；
[0028]圖6為激磁同步信號(hào)濾波和分頻電路；
[0029]圖7為AD7608采集電路。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031]如圖1所示的旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)裝置原理框圖，由激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊給旋轉(zhuǎn)變壓器和激磁同步信號(hào)發(fā)生電路供激磁信號(hào)，選用高精度采集芯片AD7608采集旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦、余弦兩路信號(hào)，通過DSP主控芯片TMS320F38335執(zhí)行旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)算法，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)變壓器的角度位置值，解調(diào)的精度取決于選用AD芯片的精度。激磁同步信號(hào)發(fā)生電路可將激磁信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出的激磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為幅值為3.3V的激磁同步信號(hào)，經(jīng)過CPLD芯片EPM7064AETI44-7內(nèi)部硬件電路濾波和分頻處理，生成2kHz的激磁同步信號(hào)，該激磁同步信號(hào)輸出給DSP，在上升沿與下降沿啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換并觸發(fā)DSP外部中斷。該DSP控制系統(tǒng)解調(diào)旋轉(zhuǎn)變壓器的同時(shí)，還可進(jìn)行其他工作，因此，將激磁同步信號(hào)控制在2kHz以內(nèi)，以滿足控制系統(tǒng)采樣頻率要求。
[0032]本發(fā)明涉及的旋變解調(diào)原理如下:
[0033]I)旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁與輸出
[0034](Zl - Z2) = AOXSin(ω t)
[0035]式中Z1、Z2為激磁模塊輸出的激磁信號(hào)，AO激磁模塊輸出信號(hào)的最大幅值，ω為角頻率。
[0036](S1- S3) = EOXSin(ω t) XSin( Θ )
[0037](S2 - S4) = EOXSin(ω t) XCos( θ )
[0038]式中S1、S2、S3、S4為旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)，EO旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的最大幅值，Θ為旋轉(zhuǎn)變壓器的角位置。
[0039]2)旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)算法原理
[0040]將12, S3，S4都接AD7608電源地，使Zl, SI, S2信號(hào)有電壓參考點(diǎn)，Zl, SI, S2就變成如下公式:
[0041]Zl = AOXSin(ω t)
[0042]SI = EOXSin(ω t) XSin( θ )
[0043]S2 = EOXSin(ω t) XCos( θ )
[0044]如圖5所示將采集芯片AD7608的5 (0S2)、4 (OSl)、3 (OSO)引腳通過硬件電路設(shè)置成低、高、低電平，即0、1、0，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制為2。根據(jù)AD7608芯片特性，在AD7608內(nèi)部進(jìn)行22= 4次過采樣，即I個(gè)信號(hào)采集4次，對(duì)這個(gè)信號(hào)4次采集量進(jìn)行加權(quán)平均運(yùn)算，可起到對(duì)該信號(hào)的濾波的作用。AD7608進(jìn)行4倍過采樣時(shí)間的最大值為18.8 μ S。
[0045]如圖2所示，激磁信號(hào)Zl為1kHz頻率的正弦波，其周期為Ι/lOkHz，即100 μ s’若從14.65 μ s開始采集S1、S2信號(hào)，14.65 μ s對(duì)應(yīng)的相位角為14.65ysX360° /100 μ s= 52.74。, Sin (52.74° ) = 0.8，18.8 μ s 后即 33.45 μ s 時(shí)采集完成，33.45 μ s 對(duì)應(yīng)的相位角為 33.45 μ sX360。/100 μ s = 120.42 ° ,Sin (120.42° ) = 0.86。AD7608 在相位(52.74° +k ii)?(120.42° +k π )之間完成對(duì)S1、S2信號(hào)的采集，相位固定，AD7608始終同時(shí)采集SI，S2信號(hào)在Sin(ω t) =0.8?Sin(ω 0=1和5化(0 t) =-0.8?Sin(ω t) =-1之間的點(diǎn)，S卩同步信號(hào)產(chǎn)生在Sin(co t) = I和-1附近，在角度值解算時(shí)，可提高精度:AD采集芯片采集大模擬量值要比采集小模擬量值的精度要高。例如:AD7608位18位AD采集芯片，218= 262144LSB，AD7608采集的范圍為±5V，即262144LSB對(duì)應(yīng)10V，采集分辨率為10/262144 = (3.8147E-5) V/LSB，AD7608采集的電壓為U，實(shí)際采集的電壓為(U±3.8147E-5)V，采集精度為(3.