CN102519353A - 一种基于fpga获得磁位置传感器角度信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信号的方法，其特征在于：将磁位置传感器测得的数据进行相乘；计算一个正弦周期内相乘结果的累加和，得到正弦累加和Us和余弦累加和Uc，将Us和Uc进行相加和相减，对U₊和U_-进行除法运算得到当前转角的粗值α，对α值进行数字滤波得到当前转角的角度。本发明提出的方法，较之传统方法具有以下特点：应用场合为有限角测量，计算方法步骤简练，得磁位置传感器角度信号的到速度快；以FPGA为依托，利用A/D和D/A组成实现电路，电路简单有效，成本低廉。

Description

一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信号的方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信息的方法，具体地说是一种利用FPGA和A/D、D/A对磁位置传感器(如旋转变压器、自整角机等)信号进行快速解算的方法。本方法可用于各种类型的磁位置传感器。

背景技术

磁位置传感器作为精密测角元件，以其出色的抗震动性、抗冲击性以及对各种恶劣环境的适应能力而被广泛应用于军工、船舶、航空航天、冶炼、开采等各类行业中。但其输出信号为正余弦模拟信号，无法直接使用，需对其信号进行解算。目前，常用的解调方法有两类。其一，使用专用的轴角转换芯片，如ADI公司的AD2S82、DDC公司的RDC19230等。该类芯片内部采用二阶跟踪闭环，可以对输入位置信号进行无静差跟踪，进而输出实时的角度信息；另一类方法为采用A/D芯片对其信号进行采集，再使用反正切算法(如，Cordic算法、LUT查表法等)来解算当前角度。

第一类解调方法计算精度高、速度快，但专用芯片成本较高；第二类方法虽成本较低，但计算速度慢。在应用实际中，有很多场合只需要测量有限角度，如测量-15°～+15°，-30°～+30°等角度范围，所以需要一种测量有限角度的方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，针对这种有限角测量的应用要求，本发明提出一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信息的方法，具有计算速度快、解算精度高、应用简单方便等优点。

技术方案

一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信息的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将磁位置传感器测得的数据进行相乘

$\left\{\begin{array}{c}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×M_{\sin }^{*}\\ {U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×M_{\sin }^{*}\end{array}\right.$

其中：U^* _si为磁位置传感器正弦输出数据，U^* _ci为磁位置传感器余弦输出数据，M^* _sin为当前时刻的正弦表数据；所述M^* _sin＝sin[(2i+1)π/n]，其中：n为A/D芯片一个正弦周期内的采样点数；

步骤2：计算一个正弦周期内步骤1相乘结果的累加和，

$\left\{\begin{array}{c}{U}_S=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\\ U_C=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\end{array}\right.$

分别得到正弦累加和Us和余弦累加和Uc；其中，k为整数；

步骤3：将Us和Uc进行相加和相减，得U+和U-

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{+}=\mathrm{Us}+\mathrm{Uc}\\ U_{-}=\mathrm{Us}-\mathrm{Uc}\end{array}\right.$

步骤4：对U₊和U_-进行除法求余数运算得到当前转角的粗值α

α＝U_-％U₊；

步骤5：采用

对α值进行数字滤波得到当前转角的角度，其中：N＝3，a1＝0.25。

有益效果

本发明提出的一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信息的方法，较之传统方法具有以下特点：

1、应用场合为有限角测量，范围0°～+45°和-90°～0°；

2、计算方法步骤简练，得到磁位置传感器角度信息的速度快；

3、本方法以FPGA为依托，利用A/D和D/A组成实现电路，电路简单有效，成本低廉。

附图说明

图1：本发明的方法流程框图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例以FPGA为依托，利用A/D和D/A来进行设计。FPGA的型号为Xilinx公司的Spartan-3A系列的XC3S1400A，采用的A/D芯片为ADI公司的AD7676；采用的D/A芯片为ADI公司的AD5547。

FPGA通过数据总线输出正弦表信号，再经D/A转换为正弦波，通过放大电路来驱动磁位置传感器。接着，磁位置传感器输出的数据，经过调理电路进入A/D芯片，经转换后将信息传送给FPGA。FPGA内部通过软件进行解算。

其方法的实现框图见图1所示，步骤流为：首先，在446.4285KHz时钟FG的控制下，KUT单元读入当前16位正弦表ROM数据M^* _sin、16位正弦信号数据U^* _si和16位余弦信号数据U^* _ci；再将上述三个数据输送给乘法器，根据下式

$\left\{\begin{array}{c}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×M_{\sin }^{*}\\ {U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×M_{\sin }^{*}\end{array}\right.$

进行计算；接着，截取计算结果中的高16位，并将其传送给累加器。累加器对正弦周期内的21点数据进行计算，

$\left\{\begin{array}{c}{U}_S=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\\ U_C=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\end{array}\right.$

并有SY1脉冲信号控制清零。其中，SY1脉冲信号为正弦表结束标志。再将累加器输出数据的高16位在CE_RG信号的控制下，传送给加减法器，以完成下式

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{+}=\mathrm{Us}+\mathrm{Uc}\\ U_{-}=\mathrm{Us}-\mathrm{Uc}\end{array}\right.$

的运算。其中，SY2信号为正弦波第20个数据的载入脉冲信号；CE_RG信号由SY1和SY2信号产生，为一个FG周期的正脉冲信号。接着，再将加减法器的结果传送给除法器，以完成α＝U_-％U₊的运算。取除法器的16位余数做为计算结果。最后将该计算结果传送给TTY脉冲信号控制的数字滤波器，以完成

$y\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a1\×i(n-1)$

的运算，得到最终的计算结果，即该位置上磁位置传感器所对应的角度编码值。其中，TTY信号为1.0655KHz，占空比为377/419的方波信号。

Claims (1)

1.一种基于FPGA获得磁位置传感器角度信息的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将磁位置传感器测得的数据进行相乘

$\left\{\begin{array}{c}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×M_{\sin }^{*}\\ {U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×M_{\sin }^{*}\end{array}\right.$

其中：U^* _si为磁位置传感器正弦输出数据，U^* _ci为磁位置传感器余弦输出数据，M^* _sin为当前时刻的正弦表数据；所述M^* _sin＝sin[(2i+1)π/n]，其中：n为A/D芯片一个正弦周期内的采样点数；

步骤2：计算一个正弦周期内步骤1相乘结果的累加和，

$\left\{\begin{array}{c}{U}_S=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Si}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\\ U_C=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{kn}-1}{\mathrm{\Σ}}}{U^{*}}_{\mathrm{Ci}}\×\sin [(2i+1)\mathrm{\π}/n]\end{array}\right.$

分别得到正弦累加和Us和余弦累加和Uc；其中，k为整数；

步骤3：将Us和Uc进行相加和相减，得U₊和U_-

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{+}=\mathrm{Us}+\mathrm{Uc}\\ U_{-}=\mathrm{Us}-\mathrm{Uc}\end{array}\right.$

步骤4：对U₊和U_-进行除法取余数运算得到当前转角的粗值α

α＝U_-％U₊；

步骤5：采用

对α值进行数字滤波得到当前转角的角度，其中：N＝3，a1＝0.25。

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