CN102032867B - 测量双转子电机两转子相对转角和转速的方法及其传感器 - Google Patents

Abstract

测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法及实现该方法的传感器，属于电机位置检测领域。它解决了现有对双转子电机转角位置的测量方式存在测量结果误差大，并且信号滞后的问题。本发明通过两个与双转子电机的两个转子同心安装的旋转变压器采集双转子的信息，旋转变压器输出的信号经信号调理后，再由A/D采样，输入给坐标变换单元，再经锁相环解码单元实现了解调功能，它实现了实时跟踪所述双转子电机两个转子的相对转角差和相对转速差。本发明用于测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速。

Description

测量双转子电机两转子相对转角和转速的方法及其传感器

技术领域

本发明涉及一种测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法及实现该方法的传感器，属于电机位置检测领域。 

背景技术

当前，双转子电机被应用于电动汽车上。对双转子电机实现矢量控制必须知道其两个转子的转角差和转速差，目前测量双转子电机转角差和转速差采用的方法流程如图4所示，它将两个旋转变压器分别安装在双转子电机的两转轴上，当两旋转变压器的转子分别随双转子电机的两转轴旋转时，两旋转变压器信号绕组输出交流电压的幅值将随各自的转子角位移呈正弦和余弦规律变化，通过各自的轴角变换RDC芯片解码后得到相应转子相对电机定子的转角位置数字信号，再通过后续求差电路对结果求差，这种方法需要两套解码器，因此也引入了两套解码器的误差，求差电路求差时，在输入信号存在误差的情况下，还会产生新的误差和信号的滞后，因此很难满足矢量控制对精度和实时性的要求。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有对双转子电机转角位置的测量方式存在测量结果误差大，并且信号滞后的问题，提供一种测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法及实现该方法的传感器。 

本发明所述测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法为：将第一旋转变压器和第二旋转变压器分别同心安装在所述双转子电机的两个转子的转轴上，第一旋转变压器获得的转子转角信号为θ₁，第二旋转变压器获得的转子转角信号为θ₂； 

两个旋转变压器的激磁绕组输入同频同相的激磁信号：第一旋转变压器输入的激磁信号U_EXC1＝E₁cos(ω_et)，式中E₁为第一旋转变压器激磁信号的幅值，ω_e为激磁信号的角频率，t为时间， 

第二旋转变压器输入的激磁信号U_EXC2＝E₂cos(ω_et)，式中E₂为第二旋转变压器激磁信号的幅值， 

则第一旋转变压器的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为： 

式中U_S1为第一旋转变压器的正弦绕组输出信号，U_C1为第一旋转变压器的余弦绕组输出信号，V₁为第一旋转变压器输出信号的幅值，θ₁为第一旋转变压器转子的电角度， 

为第一旋转变压器输出信号的载波与激磁信号的相位差； 

第二旋转变压器的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为： 

式中U_S2为第二旋转变压器的正弦绕组输出信号，U_C2为第二旋转变压器的余弦绕组输出信号，V₂为第二旋转变压器输出信号的幅值，θ₂为第二旋转变压器转子的电角度， 

为第二旋转变压器输出信号的载波与激磁信号的相位差； 

将U_S1和U_C1分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第一旋转变压器输出信号的数字离散形式： 

式中V_S1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器的正弦绕组输出信号、V_C1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器的余弦绕组输出信号、V′₁为经过A/D转换获得的第一旋转变压器输出信号的幅值、 

经过A/D转换获得的第一旋转变压器输出信号的载波与激磁信号的相位差， 

将U_S2和U_C2分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第二旋转变压器输出信号的数字离散形式： 

式中V_S2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器的正弦绕组输出信号、V_C2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器的余弦绕组输出信号、V′₂为经过A/D转换获得的第二旋转变压器输出信号的幅值、 

为经过A/D转换获得的第二旋转变压器输出信号的载波与激磁信号的相位差， 

将V_S1、V_C1、V_S2和V_C2共同进行坐标变换，使该四路以静止坐标系为参考系的信号， 转换成两路与第二旋转变压器的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号，其坐标变换的表达式为： 

式中ΔU_S为两个转子转角差的正弦调制信号、ΔU_C为两个转子转角差的余弦调制信号， 

将ΔU_S和ΔU_C进行锁相环电路解算，得到双转子电机两个转子相对转角差Δθ和转速差Δω。 

本发明所述实现上述方法的传感器为：它包括第一旋转变压器、第二旋转变压器、激磁信号单元、第一低通滤波及功率放大单元、第二低通滤波及功率放大单元、第一调理电路、第二调理电路、第三调理电路、第四调理电路、第一A/D采样单元、第二A/D采样单元、第三A/D采样单元、第四A/D采样单元、坐标变换单元和锁相环解码单元， 

第一旋转变压器激磁绕组的激磁信号输入端连接第一低通滤波及功率放大单元的激磁信号输出端，第一低通滤波及功率放大单元的激磁信号输入端连接激磁信号单元的激磁信号输出端； 

第二旋转变压器激磁绕组的激磁信号输入端连接第二低通滤波及功率放大单元的激磁信号输出端，第二低通滤波及功率放大单元的激磁信号输入端连接激磁信号单元的所述激磁信号输出端； 

第一旋转变压器输出绕组的第一信号输出端连接第一调理电路的信号输入端，第一调理电路的信号输出端连接第一A/D采样单元的信号输入端，第一A/D采样单元的信号输出端连接坐标变换单元的第一信号输入端； 

第一旋转变压器输出绕组的第二信号输出端连接第二调理电路的信号输入端，第二调理电路的信号输出端连接第二A/D采样单元的信号输入端，第二A/D采样单元的信号输出端连接坐标变换单元的第二信号输入端； 

第二旋转变压器输出绕组的第一信号输出端连接第三调理电路的信号输入端，第三调理电路的信号输出端连接第三A/D采样单元的信号输入端，第三A/D采样单元的信号输出端连接坐标变换单元的第三信号输入端； 

第二旋转变压器输出绕组的第二信号输出端连接第四调理电路的信号输入端，第四调 理电路的信号输出端连接第四A/D采样单元的信号输入端，第四A/D采样单元的信号输出端连接坐标变换单元的第四信号输入端； 

坐标变换单元的第一信号输出端连接锁相环解码单元的第一信号输入端，坐标变换单元的第二信号输出端连接锁相环解码单元的第二信号输入端，锁相环解码单元的第一信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转角差Δθ，锁相环解码单元的第二信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转速差Δω。 

本发明的优点是：本发明可直接解算两个旋转变压器的信号，输出所述双转子电机两个转子的相对转角和相对转速，它避免了现有技术中两套解码电路分别引入误差的问题；本发明不再使用现有技术中的后续的求差电路，因此不会再引入求差电路的误差和滞后问题；本发明直接利用基于坐标变换的锁相环解码单元实现了解调功能，可实时跟踪所述双转子电机两个转子的相对转角差和相对转速差，并能抑制旋转变压器信号中的高频噪声。 

附图说明

图1为本发明实施方式一的信号流程图； 

图2为本发明实施方式二的信号流程图； 

图3为本发明实施方式三的信号流程图； 

图4为现有测量双转子电机转角差和转速差采用的方法的流程图。 

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法， 

将第一旋转变压器1-1和第二旋转变压器1-2分别同心安装在所述双转子电机的两个转子的转轴上，第一旋转变压器1-1获得的转子转角信号为θ₁，第二旋转变压器1-2获得的转子转角信号为θ₂； 

两个旋转变压器的激磁绕组输入同频同相的激磁信号：第一旋转变压器1-1输入的激磁信号U_EXC1＝E₁cos(ω_et)，式中E₁为第一旋转变压器1-1激磁信号的幅值，ω_e为激磁信号的角频率，t为时间， 

第二旋转变压器1-2输入的激磁信号U_EXC2＝E₂cos(ω_et)，式中E₂为第二旋转变压器1-2激磁信号的幅值， 

则第一旋转变压器1-1的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为： 

式中U_S1为第一旋转变压器1-1的正弦绕组输出信号，U_C1为第一旋转变压器1-1的余弦绕组输出信号，V₁为第一旋转变压器1-1输出信号的幅值，θ₁为第一旋转变压器1-1转子的电角度， 

为第一旋转变压器1-1输出信号的载波与激磁信号的相位差； 

第二旋转变压器1-2的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为： 

式中U_S2为第二旋转变压器1-2的正弦绕组输出信号，U_C2为第二旋转变压器1-2的余弦绕组输出信号，V₂为第二旋转变压器1-2输出信号的幅值，θ₂为第二旋转变压器1-2转子的电角度， 

为第二旋转变压器1-2输出信号的载波与激磁信号的相位差； 

将U_S1和U_C1分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第一旋转变压器1-1输出信号的数字离散形式： 

式中V_S1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器1-1的正弦绕组输出信号、V_C1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器1-1的余弦绕组输出信号、V′₁为经过A/D转换获得的第一旋转变压器1-1输出信号的幅值、 

经过A/D转换获得的第一旋转变压器1-1输出信号的载波与激磁信号的相位差， 

将U_S2和U_C2分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第二旋转变压器1-2输出信号的数字离散形式： 

式中V_S2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器1-2的正弦绕组输出信号、V_C2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器1-2的余弦绕组输出信号、V′₂为经过A/D转换获得的第二旋转变压器1-2输出信号的幅值、 

为经过A/D转换获得的第二旋转变压器1-2输 出信号的载波与激磁信号的相位差， 

将V_S1、V_C1、V_S2和V_C2共同进行坐标变换，使该四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器1-2的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号，其坐标变换的表达式为： 

式中ΔU_S为两个转子转角差的正弦调制信号、ΔU_C为两个转子转角差的余弦调制信号， 

将ΔU_S和ΔU_C进行锁相环电路解算，得到双转子电机两个转子相对转角差Δθ和转速差Δω。 

本实施方式中所述的方法基于以下原理： 

将旋转变压器的输出信号表达为： 

将其与激磁信号相乘，对其进行频谱搬移后，变换为： 

$\left(\begin{array}{c}{U^{\′}}_S\\ {U^{\′}}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\sin \mathrm{\θ}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{e}t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{e}t\right)\\ A\cos \mathrm{\θ}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{e}t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{e}t\right)\end{array}\right),$

再对其进行低通滤波，忽略低频信号的衰减和相移，可以获得转子转角的无载波的调制信号，其表达式为： 

$\left(\begin{array}{c}{U^{\′\′}}_S\\ {U^{\′\′}}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{A}{2}\sin \mathrm{\θ}\\ \frac{A}{2}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right),$

上述过程称为旋转变压器输出信号的同步解调。 

或 

都可以通过PLL解算器求解旋转变压器转子转角和转速。 

当有两个旋转变压器时，其输出信号可分别表示为： 

解调后两个旋转变压器的输出信号分别为： 

$\left(\begin{array}{c}{U^{\′}}_{S1}\\ {U^{\′}}_{C1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{V_1}{2}\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ \frac{V_1}{2}\cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right),$

$\left(\begin{array}{c}{U^{\′}}_{S2}\\ {U^{\′}}_{C2}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{V_2}{2}\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ \frac{V_2}{2}\cos {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right),$

将其中一个旋转变压器输出的信号通过坐标变换到另一个旋转变压器转子的旋转坐标系下为： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{U^{\′\′}}_S\\ \mathrm{\Δ}{U^{\′\′}}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{U^{\′}}_{C2}& -{U^{\′}}_{S2}\\ {U^{\′}}_{S2}& {U^{\′}}_{C2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{U^{\′}}_{S1}\\ {U^{\′}}_{C1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{V_1{V}_2}{4}\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\\ \frac{V_1{V}_2}{4}\cos ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\end{array}\right),$

该信号可直接由锁相环解码单元进行解算。 

由于两个传感器激磁信号同频同相，输出信号载波相移 很小，可以直接利用两相信号同时实现频谱搬移和坐标变换。 

该信号通过锁相环解码单元可直接解算出两转子相对转角。 

本实施方式中，信号的频谱搬移与坐标变换同时完成。 

具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述V_S1、V_C1、V_S2和V_C2进行坐标变换后，获得的ΔU_S和ΔU_C分别经过低通滤波后，忽略低频信号的相移和衰减，输出信号的表达式变换为： 

ΔU′_S和ΔU′_C是两个转子相对转角的无载波的调制信号，再将ΔU′_S和ΔU′_C进行锁相环电 路解算。 

本实施方式中，信号的频谱搬移与坐标变换同时完成，将ΔU_S和ΔU_C分别经过低通滤波后，使得锁相环解码电路输入信号中不含恒定频率的高频分量，可以提高系统鲁棒性。 

具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式利用激磁信号对输出信号进行频谱搬移，实现两个旋转变压器四路输出信号的解调，根据两个旋转变压器的激磁信号同频同相，信号调理后引入的相移相等，则 

选择补偿相位β，使 

将V_S1、V_C1、V_S2和V_C2与移相β角的激磁信号分别相乘后，获得： 

式中V′_S1为第一旋转变压器1-1的正弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_C1为第一旋转变压器1-1的余弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_S2为第二旋转变压器1-2正弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_C2为第二旋转变压器1-2余弦绕组输出信号频谱搬移后的信号； 

经低通滤波，忽略低频信号的相移和衰减，获得： 

$\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}^{\′\′}\\ V_{C1}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_1^{\′\′}\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ V_1^{\′\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right),$

$\left(\begin{array}{c}{V}_{S2}^{\′\′}\\ V_{C2}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_2^{\′\′}\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ V_2^{\′\′}\cos {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right),$

式中V″_S1为第一旋转变压器1-1的正弦绕组输出信号解调后的信号，V″_C1为第一旋转变压器1-1的余弦绕组输出信号解调后的信号；V″_S2为第二旋转变压器1-2的正弦绕组输出 信号解调后的信号，V″_C2为第二旋转变压器1-2的余弦绕组输出信号解调后的信号；V″₁为第一旋转变压器1-1输出信号解调后的幅值，V″₂为第二旋转变压器1-2输出信号解调后的幅值， 

将V″_S1、V″_C1、V″_S2和V″_C2进行坐标变换，使该四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器1-2的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号，其表达式为： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{U}_S\\ \mathrm{\Δ}{U}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{V}_{C2}^{\′\′}& -V_{S2}^{\′\′}\\ V_{S2}^{\′\′}& V_{C2}^{\′\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}^{\′\′}\\ V_{C1}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_1^{\′\′}{V}_2^{\′\′}\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\\ V_1^{\′\′}{V}_2^{\′\′}\cos ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\end{array}\right).$

本实施方式中先将旋转变压器输出的信号分别进行解调，再对其进行坐标变换和相对转角转速的解算。 

具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述实现测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法的传感器，是实现实施方式一所述方法的传感器，它包括第一旋转变压器1-1、第二旋转变压器1-2、激磁信号单元2、第一低通滤波及功率放大单元3-1、第二低通滤波及功率放大单元3-2、第一调理电路4-1、第二调理电路4-2、第三调理电路4-3、第四调理电路4-4、第一A/D采样单元5-1、第二A/D采样单元5-2、第三A/D采样单元5-3、第四A/D采样单元5-4、坐标变换单元6和锁相环解码单元7， 

第一旋转变压器1-1激磁绕组的激磁信号输入端连接第一低通滤波及功率放大单元3-1的激磁信号输出端，第一低通滤波及功率放大单元3-1的激磁信号输入端连接激磁信号单元2的激磁信号输出端； 

第二旋转变压器1-2激磁绕组的激磁信号输入端连接第二低通滤波及功率放大单元3-2的激磁信号输出端，第二低通滤波及功率放大单元3-2的激磁信号输入端连接激磁信号单元2的所述激磁信号输出端； 

第一旋转变压器1-1输出绕组的第一信号输出端连接第一调理电路4-1的信号输入端，第一调理电路4-1的信号输出端连接第一A/D采样单元5-1的信号输入端，第一A/D采样单元5-1的信号输出端连接坐标变换单元6的第一信号输入端； 

第一旋转变压器1-1输出绕组的第二信号输出端连接第二调理电路4-2的信号输入端，第二调理电路4-2的信号输出端连接第二A/D采样单元5-2的信号输入端，第二A/D采样单元5-2的信号输出端连接坐标变换单元6的第二信号输入端； 

第二旋转变压器1-2输出绕组的第一信号输出端连接第三调理电路4-3的信号输入端，第三调理电路4-3的信号输出端连接第三A/D采样单元5-3的信号输入端，第三A/D 采样单元5-3的信号输出端连接坐标变换单元6的第三信号输入端； 

第二旋转变压器1-2输出绕组的第二信号输出端连接第四调理电路4-4的信号输入端，第四调理电路4-4的信号输出端连接第四A/D采样单元5-4的信号输入端，第四A/D采样单元5-4的信号输出端连接坐标变换单元6的第四信号输入端； 

坐标变换单元6的第一信号输出端连接锁相环解码单元7的第一信号输入端，坐标变换单元6的第二信号输出端连接锁相环解码单元7的第二信号输入端，锁相环解码单元7的第一信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转角差Δθ，锁相环解码单元7的第二信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转速差Δω。 

具体实施方式五：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四的进一步限定，它还包括第一低通滤波单元8-1和第二低通滤波单元8-2， 

所述坐标变换单元6的第一信号输出端连接第一低通滤波单元8-1的信号输入端，第一低通滤波单元8-1的信号输出端连接锁相环解码单元7的第一信号输入端； 

所述坐标变换单元6的第二信号输出端连接第二低通滤波单元8-2的信号输入端，第二低通滤波单元8-2的信号输出端连接锁相环解码单元7的第二信号输入端。其它组成及连接关系与实施方式四相同。 

具体实施方式六：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四的进一步限定，它还包括相位补偿单元9、第一乘法器10-1、第二乘法器10-2、第三乘法器10-3、第四乘法器10-4、第三低通滤波单元8-3、第四低通滤波单元8-4、第五低通滤波单元8-5、第六低通滤波单元8-6， 

相位补偿单元9的信号输入端与激磁信号单元2的信号输入端相连接， 

所述第一A/D采样单元5-1的信号输出端连接第一乘法器10-1的第一信号输入端，相位补偿单元9的信号输出端连接第一乘法器10-1的第二信号输入端，第一乘法器10-1的信号输出端连接第三低通滤波单元8-3的信号输入端，第三低通滤波单元8-3的信号输出端连接坐标变换单元6的第一信号输入端， 

所述第二A/D采样单元5-2的信号输出端连接第二乘法器10-2的第一信号输入端，相位补偿单元9的信号输出端连接第二乘法器10-2的第二信号输入端，第二乘法器10-2的信号输出端连接第四低通滤波单元8-4的信号输入端，第四低通滤波单元8-4的信号输出端连接坐标变换单元6的第二信号输入端， 

所述第三A/D采样单元5-3的信号输出端连接第三乘法器10-3的第一信号输入端，相位补偿单元9的信号输出端连接第三乘法器10-3的第二信号输入端，第三乘法器10-3 的信号输出端连接第五低通滤波单元8-5的信号输入端，第五低通滤波单元8-5的信号输出端连接坐标变换单元6的第三信号输入端， 

所述第四A/D采样单元5-4的信号输出端连接第四乘法器10-4的第一信号输入端，相位补偿单元9的信号输出端连接第四乘法器10-4的第二信号输入端，第四乘法器10-4的信号输出端连接第六低通滤波单元8-6的信号输入端，第六低通滤波单元8-6的信号输出端连接坐标变换单元6的第四信号输入端。其它组成及连接关系与实施方式四相同。 

具体实施方式七：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四、五或六的进一步限定所述坐标变换单元6将四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器1-2的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号： 

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{U}_S\\ \mathrm{\Δ}{U}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{V}_{C2}& {-V}_{S2}\\ V_{S2}& V_{C2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}\\ V_{C1}\end{array}\right),$

其中式V_S1、V_C1、V_S2、V_C2为坐标变换单元的四路输入信号，ΔU_S、ΔU_C为坐标变换单元的两路输出信号。其它组成及连接关系与实施方式四、五或六相同。 

Claims (7)

1.一种测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法，其特征在于：

将第一旋转变压器(1-1)和第二旋转变压器(1-2)分别同心安装在所述双转子电机的两个转子的转轴上，第一旋转变压器(1-1)获得的转子转角信号为θ₁，第二旋转变压器(1-2)获得的转子转角信号为θ₂；

两个旋转变压器的激磁绕组输入同频同相的激磁信号：第一旋转变压器(1-1)输入的激磁信号U_EXC1＝E₁ cos(ω_et)，式中E₁为第一旋转变压器(1-1)激磁信号的幅值，ω_e为激磁信号的角频率，t为时间，

第二旋转变压器(1-2)输入的激磁信号U_EXC2＝E₂ cos(ω_et)，式中E₂为第二旋转变压器(1-2)激磁信号的幅值，

则第一旋转变压器(1-1)的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为：

式中U_S1为第一旋转变压器(1-1)的正弦绕组输出信号，U_C1为第一旋转变压器(1-1)的余弦绕组输出信号，V₁为第一旋转变压器(1-1)输出信号的幅值，

为第一旋转变压器(1-1)输出信号的载波与激磁信号的相位差；

第二旋转变压器(1-2)的信号绕组输出端输出转子转角的调制信号为：

式中U_S2为第二旋转变压器(1-2)的正弦绕组输出信号，U_C2为第二旋转变压器(1-2)的余弦绕组输出信号，V₂为第二旋转变压器(1-2)输出信号的幅值，

为第二旋转变压器(1-2)输出信号的载波与激磁信号的相位差；

将U_S1和U_C1分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第一旋转变压器(1-1)输出信号的数字离散形式：

式中V_S1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器(1-1)的正弦绕组输出信号、V_C1为经过A/D转换获得的第一旋转变压器(1-1)的余弦绕组输出信号、V′₁为经过A/D转换获得的第一旋转变压器(1-1)输出信号的幅值、

经过A/D转换获得的第一旋转变压器(1-1)输出信号的载波与激磁信号的相位差，

将U_S2和U_C2分别经过调理电路滤波、偏置及放大后，由A/D采样获得第二旋转变压器(1-2)输出信号的数字离散形式：

式中V_S2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器(1-2)的正弦绕组输出信号、V_C2为经过A/D转换获得的第二旋转变压器(1-2)的余弦绕组输出信号、V′₂为经过A/D转换获得的第二旋转变压器(1-2)输出信号的幅值、

为经过A/D转换获得的第二旋转变压器(1-2)输出信号的载波与激磁信号的相位差，

将V_S1、V_C1、V_S2和V_C2共同进行坐标变换，使该四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器(1-2)的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号，其坐标变换的表达式为：

式中ΔU_S为两个转子转角差的正弦调制信号、ΔU_C为两个转子转角差的余弦调制信号，

将ΔU_S和ΔU_C进行锁相环电路解算，得到双转子电机两个转子相对转角Δθ和相对转速Δω。

2.根据权利要求1所述的测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法，其特征在于：所述V_S1、V_C1、V_S2和V_C2进行坐标变换后，获得的ΔU_S和ΔU_C分别经过低通滤波后，忽略低频信号的相移和衰减，输出信号的表达式变换为：

ΔU′_S和ΔU′_C是两个转子相对转角的无载波的调制信号，再将ΔU′_S和ΔU′_C进行锁相环电路解算。

3.根据权利要求1所述的测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法，其特征在于：

根据两个旋转变压器的激磁信号同频同相，信号调理后引入的相移相等，则

选择补偿相位β，使

将V_S1、V_C1、V_S2和V_C2与移相β角的激磁信号分别相乘后，获得：

式中V′_S1为第一旋转变压器(1-1)的正弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_C1为第一旋转变压器(1-1)的余弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_S2为第二旋转变压器(1-2)正弦绕组输出信号频谱搬移后的信号，V′_C2为第二旋转变压器(1-2)余弦绕组输出信号频谱搬移后的信号；

经低通滤波，忽略低频信号的相移和衰减，获得：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}^{\′\′}\\ V_{C1}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_1^{\′\′}\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ V_1^{\′\′}\cos {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right),$

$\left(\begin{array}{c}{V}_{S2}^{\′\′}\\ V_{C2}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_2^{\′\′}\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ V_2^{\′\′}\cos {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right),$

式中V″_S1为第一旋转变压器(1-1)的正弦绕组输出信号解调后的信号，V″_C1为第一旋转变压器(1-1)的余弦绕组输出信号解调后的信号；V″_S2为第二旋转变压器(1-2)的正弦绕组输出信号解调后的信号，V″_C2为第二旋转变压器(1-2)的余弦绕组输出信号解调后的信号；V″₁为第一旋转变压器(1-1)输出信号解调后的幅值，V″₂为第二旋转变压器(1-2)输出信号解调后的幅值，

将V″_S1、V″_C1、V″_S2和V″_C2进行坐标变换，使该四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器(1-2)的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号，其表达式为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_S\\ {\mathrm{\ΔU}}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{V}_{C2}^{\′\′}& -V_{S2}^{\′\′}\\ V_{S2}^{\′\′}& V_{C2}^{\′\′}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}^{\′\′}\\ V_{C1}^{\′\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{V}_1^{\′\′}{V}_2^{\′\′}\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\\ V_1^{\′\′}{V}_2^{\′\′}\cos ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)\end{array}\right).$

4.一种实现权利要求1所述测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法的传感器，其特征在于：它包括第一旋转变压器(1-1)、第二旋转变压器(1-2)、激磁信号单元(2)、第一低通滤波及功率放大单元(3-1)、第二低通滤波及功率放大单元(3-2)、第一调理电路(4-1)、第二调理电路(4-2)、第三调理电路(4-3)、第四调理电路(4-4)、第一A/D采样单元(5-1)、第二A/D采样单元(5-2)、第三A/D采样单元(5-3)、第四A/D采样单元(5-4)、坐标变换单元(6)和锁相环解码单元(7)，

第一旋转变压器(1-1)激磁绕组的激磁信号输入端连接第一低通滤波及功率放大单元(3-1)的激磁信号输出端，第一低通滤波及功率放大单元(3-1)的激磁信号输入端连接激磁信号单元(2)的激磁信号输出端；

第二旋转变压器(1-2)激磁绕组的激磁信号输入端连接第二低通滤波及功率放大单元(3-2)的激磁信号输出端，第二低通滤波及功率放大单元(3-2)的激磁信号输入端连接激磁信号单元(2)的所述激磁信号输出端；

第一旋转变压器(1-1)输出绕组的第一信号输出端连接第一调理电路(4-1)的信号输入端，第一调理电路(4-1)的信号输出端连接第一A/D采样单元(5-1)的信号输入端，第一A/D采样单元(5-1)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第一信号输入端；

第一旋转变压器(1-1)输出绕组的第二信号输出端连接第二调理电路(4-2)的信号输入端，第二调理电路(4-2)的信号输出端连接第二A/D采样单元(5-2)的信号输入端，第二A/D采样单元(5-2)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第二信号输入端；

第二旋转变压器(1-2)输出绕组的第一信号输出端连接第三调理电路(4-3)的信号输入端，第三调理电路(4-3)的信号输出端连接第三A/D采样单元(5-3)的信号输入端，第三A/D采样单元(5-3)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第三信号输入端；

第二旋转变压器(1-2)输出绕组的第二信号输出端连接第四调理电路(4-4)的信号输入端，第四调理电路(4-4)的信号输出端连接第四A/D采样单元(5-4)的信号输入端，第四A/D采样单元(5-4)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第四信号输入端；

坐标变换单元(6)的第一信号输出端连接锁相环解码单元(7)的第一信号输入端，坐标变换单元(6)的第二信号输出端连接锁相环解码单元(7)的第二信号输入端，锁相环解码单元(7)的第一信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转角Δθ，锁相环解码单元(7)的第二信号输出端用来输出所述双转子电机两个转子相对转速Δω。

5.根据权利要求4所述的实现测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法的传感器，其特征在于：它还包括第一低通滤波单元(8-1)和第二低通滤波单元(8-2)，

所述坐标变换单元(6)的第一信号输出端连接第一低通滤波单元(8-1)的信号输入端，第一低通滤波单元(8-1)的信号输出端连接锁相环解码单元(7)的第一信号输入端；

所述坐标变换单元(6)的第二信号输出端连接第二低通滤波单元(8-2)的信号输入端，第二低通滤波单元(8-2)的信号输出端连接锁相环解码单元(7)的第二信号输入端。

6.根据权利要求4所述的实现测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法的传感器，其特征在于：它还包括相位补偿单元(9)、第一乘法器(10-1)、第二乘法器(10-2)、第三乘法器(10-3)、第四乘法器(10-4)、第三低通滤波单元(8-3)、第四低通滤波单元(8-4)、第五低通滤波单元(8-5)、第六低通滤波单元(8-6)，

相位补偿单元(9)的信号输入端与激磁信号单元(2)的信号输入端相连接，

所述第一A/D采样单元(5-1)的信号输出端连接第一乘法器(10-1)的第一信号输入端，相位补偿单元(9)的信号输出端连接第一乘法器(10-1)的第二信号输入端，第一乘法器(10-1)的信号输出端连接第三低通滤波单元(8-3)的信号输入端，第三低通滤波单元(8-3)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第一信号输入端，

所述第二A/D采样单元(5-2)的信号输出端连接第二乘法器(10-2)的第一信号输入端，相位补偿单元(9)的信号输出端连接第二乘法器(10-2)的第二信号输入端，第二乘法器(10-2)的信号输出端连接第四低通滤波单元(8-4)的信号输入端，第四低通滤波单元(8-4)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第二信号输入端，

所述第三A/D采样单元(5-3)的信号输出端连接第三乘法器(10-3)的第一信号输入端，相位补偿单元(9)的信号输出端连接第三乘法器(10-3)的第二信号输入端，第三乘法器(10-3)的信号输出端连接第五低通滤波单元(8-5)的信号输入端，第五低通滤波单元(8-5)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第三信号输入端，

所述第四A/D采样单元(5-4)的信号输出端连接第四乘法器(10-4)的第一信号输入端，相位补偿单元(9)的信号输出端连接第四乘法器(10-4)的第二信号输入端，第四乘法器(10-4)的信号输出端连接第六低通滤波单元(8-6)的信号输入端，第六低通滤波单元(8-6)的信号输出端连接坐标变换单元(6)的第四信号输入端。

7.根据权利要求4、5或6所述的实现测量同轴双转子电机两个转子相对转角和转速的方法的传感器，其特征在于：所述坐标变换单元(6)将四路以静止坐标系为参考系的信号，转换成两路与第二旋转变压器(1-2)的转子同步旋转的旋转坐标系为参考系的两路输出信号：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔU}}_S\\ {\mathrm{\ΔU}}_C\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{V}_{C2}& -V_{S2}\\ V_{S2}& V_{C2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{S1}\\ V_{C1}\end{array}\right),$

其中式V_S1、V_C1、V_S2、V_C2为坐标变换单元的四路输入信号，ΔU_S、ΔU_C为坐标变换单元的两路输出信号。

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