CN106092150B - 旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备 - Google Patents

旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备，所述旋转变压器的位置信息控制方法包括以下步骤：接收源于硬件解码器的激励信号以生成两路正交正弦信号，对两路正交正弦信号进行第一预设处理，并对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示旋转变压器的位置信息的第一位置数据；同时，直接接收源于硬件解码器的用以表示旋转变压器的位置信息的第二位置数据；将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示硬件解码器正常，直接采用第二位置数据；若否，则表示硬件解码器故障，采用第一位置数据。本发明保证了解码结果稳定可靠，且抗干扰能力好。

Description

旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备
技术领域
本发明属于旋转变压器技术领域，涉及一种获取方法及系统，特别是涉及一种旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备。
背景技术
旋转变压器作为一种角度位置传感器，由于其具有高可靠性以及高精度的优点，广泛应用于各类运动伺服控制系统中，如家用电器，工业生产过程以及电动汽车等。
由于旋转变压器直接输出的信号是两路正交的正弦信号，不能直接用来得到位置信息，因此需要经过信号调理和解算来得到位置信息。传统的旋转变压器位置获取方法主要是采用专用的解码芯片及信号处理电路，然而一旦芯片或解码电路出现故障，则整个系统就不能正常工作，这样就降低了旋转变压器位置解码系统的可靠性。
随着旋转变压器的应用范围越来越广泛，特别是随着电动汽车的推广，旋转变压器的可靠性也越来越受到重视。同时，随着高性能、低成本的嵌入式处理器的出现和推广，在使用硬件解码电路的同时，利用软件对旋转变压器输出的正余弦信号进行解码，从而提高旋转变压器位置解码的可靠性。
但是，目前的旋转变压器软件解码算法大多数都采用的是计算反正切函数这一途径，而采用这一途径就不可避免的带来了抗干扰性较差的问题。
因此，如何提供一种旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备，以解决现有技术中若仅采用硬件解码电路解码时，一旦解码芯片或解码电路出现故障，会降低旋转变压器的位置的可靠性，若仅采用软件解码时，又会出现抗干扰性较差的问题，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备，用于解决现有技术中若仅采用硬件解码电路解码时，一旦解码芯片或解码电路出现故障，会降低旋转变压器的位置的可靠性，若仅采用软件解码时，又会出现抗干扰性较差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种旋转变压器的位置信息获取方法，所述旋转变压器与硬件解码器连接，所述旋转变压器的位置信息控制方法包括以下步骤：接收源于所述硬件解码器的激励信号以生成两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理，并对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；同时，直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据；将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据。
于本发明的一实施例中，所述第一预设处理包括：对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。
于本发明的一实施例中，所述对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的步骤是指解码所述AD转换值。
于本发明的一实施例中，所述旋转变压器的位置信息获取方法还包括接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值进行解码的逻辑电平。
本发明另一方面提供一种旋转变压器的位置信息获取系统，所述旋转变压器的位置信息获取系统与所述旋转变压器和硬件解码器连接，所述旋转变压器在接收到源于所述硬件解码器的激励信号后，生成两路正交正弦信号；所述旋转变压器的位置信息获取系统包括：第一处理模块，与所述旋转变压器连接，用于对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；分析模块，分别与所述硬件解码器和第一处理模块连接，用于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据，同时直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据，将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据。
于本发明的一实施例中，所述第一处理模块用于对所述两路正交正弦信号进行滤波，对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。
于本发明的一实施例中，所述旋转变压器的位置信息获取系统还包括与所述硬件解码器和所述分析模块连接的第二处理模块，所述第二处理模块用于接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的逻辑电平。
于本发明的一实施例中，所述第二处理模块采用基于运放的电压比较器；所述硬件解码器输入的激励信号经过所述电压比较器转换为可识别的高低电平逻辑信号。
于本发明的一实施例中，所述第一处理模块包括运算放大器、与所述运算放大器连接的多个电阻、及多个电容。
于本发明的一实施例中，所述分析模块采用单片机，所述单片机通过SPI数据线与所述硬件解码器相连接，所述SPI数据线用于传输所述第二位置数据。
本发明又一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：旋转变压器，与所述旋转变压器连接的硬件编码器；及与所述旋转变压器和硬件编码器连接的，旋转变压器的位置信息获取系统。
如上所述，本发明的旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备，具有以下有益效果：
本发明所述的旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备保证了解码结果稳定可靠，只需很少量的外围电路就可以实现系统的冗余功能，且抗干扰能力好。
附图说明
图1显示为本发明的旋转变压器的位置信息获取方法于一实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的旋转变压器的位置信息获取方法中解码流程示意图。
图3显示为本发明的经过解码各流程处理后的信号曲线图。
图4显示为本发明的旋转变压器的位置信息获取系统于一实施例中的原理结构示意图。
图5显示为本发明的第一处理模块的电路示意图。
图6显示为本发明的分析模块的接口原理图。
图7显示为本发明的第二处理模块的电路示意图。
图8显示为本发明的电子设备于一实施例中的原理结构示意图。
元件标号说明
1 旋转变压器的位置信息获取系统
11 第一处理模块
12 分析模块
13 第二处理模块
2 旋转变压器
3 硬件解码器
4 电子设备
S1～S6 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种旋转变压器的位置信息获取方法，所述旋转变压器与硬件解码器连接，所述旋转变压器的位置信息控制方法包括以下步骤：
接收源于所述硬件解码器的激励信号以生成两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理，并对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；同时，直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据；
将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据.
以下将结合图示对本实施例所述的旋转变压器的位置信息获取方法进行详细阐述。请参阅图1，显示为旋转变压器的位置信息获取方法于一实施例中的流程示意图。如图1所示，所述旋转变压器的位置信息获取方法包括以下几个步骤：
S1，所述旋转变压器接收源于所述硬件解码器的激励信号，通过感应生成两路正交正弦信号，即sin信号和cos信号。转入步骤S2。
在执行步骤S1的同时，所述旋转变压器的位置信息获取方法还包括：
S1’,直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据；
及同时执行
S1”，接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的逻辑电平。
S2，对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理。在本实施例中，所述第一预设处理包括对所述两路正交正弦信号进行滤波处理，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。
S3，对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据。请参阅图2，显示为解码流程示意图。如图2所示，解码流程包括：
输入经过第一预设处理后的两路正交正弦信号，对处理后的信号进行调制，信号选择，Comb滤波，数据准换，FIR滤波、偏置补偿，积分，输出数字信号。具体地，旋变的激励信号本身是一个10KHz的正弦信号，因此旋转变压器的两个定子绕组中感应出来的正余弦信号也是基于10KHz载波的信号。旋变的转子在不同的角度位置时，两定子绕组中感应出来的正余弦信号幅值也是不同的，因此需要从该信号中解调出所需的正余弦信号。请参阅图3，显示为经过解码各流程处理后的信号曲线图。如图3所示，图3中A曲线是旋变输出信号经滤波抽取后的信号曲线，其对应着一个360°的轴旋转周期。对该曲线中一个载波周期的信号进行分析，图3中B曲线所示，通过载波信号Carrier_sign正负标志(见C曲线)，在0～180°的旋转位置内，将负半轴的信号进行反转，得到如图3中D曲线。以此类推，将该区间内的波形信号全部反转到了正半轴。同理，对于180°～360°的旋转位置，将正半轴的信号全部反转到负半轴，最终的到的波形效果如图3中E曲线。这样，一个完整的360°旋转周期内的调制正弦曲线就得到了。再进行一系列的积分处理，就可以得到一条光滑的正弦曲线，如图3中F曲线。同理也可以的到另一个定子绕组中余弦曲线。
S4，将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断所述第一位置数据与所述第二位置数据之间的误差是否小于预设值；若是，则表示表示所述硬件解码器正常，并执行步骤S5，若否，则表示所述硬件解码器发生故障，执行步骤S6。
S5，直接采用所述第二位置数据以得到所述旋转变压器的位置信息。该第二位置数据是通过硬件解码器直接获取。
S6，采用所述第一位置数据以得到所述旋转变压器的位置信息。该第一位置数据是采用软件解码得到的位置信息。
本实施例所述的旋转变压器的位置信息获取方法保证解码结果稳定可靠，抗干扰性较好。
实施例二
本实施例提供一种旋转变压器的位置信息获取系统，所述旋转变压器的位置信息获取系统与所述旋转变压器和硬件解码器连接，所述旋转变压器在接收到源于所述硬件解码器的激励信号后，生成两路正交正弦信号；所述旋转变压器的位置信息获取系统包括：
第一处理模块，与所述旋转变压器连接，用于对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；
分析模块，分别与所述硬件解码器和第一处理模块连接，用于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据，同时直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据，将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据。
以下将结合图示对本实施例所述的旋转变压器的位置信息获取系统进行详细阐述。请参阅图4，显示为旋转变压器的位置信息获取系统于一实施例中的原理结构示意图。如图4所示，所述旋转变压器的位置信息获取系统1与旋转变压器2，硬件解码器3连接。在本实施例中，所述旋转变压器的位置信息获取系统1与硬件解码器3之间通过SPI数据线连接以便从与所述旋转变压器2连接的所述硬件解码器中直接获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据。在本实施例中，所述硬件解码器3采用型号为AD2S1210的解码电路。
继续参阅图4，所述旋转变压器的位置信息获取系统1包括第一处理模块11、分析模块12、第二处理模块13。
与所述旋转变压器2连接的第一处理模块11接收在所述旋转变压器接收到源于所述硬件解码器的激励信号后，生成两路正交正弦信号后，对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据。在本实施例中，所述第一处理模块11具体用于对所述两路正交正弦信号进行滤波，对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。请参阅图5，显示为第一处理模块的电路示意图。如图5所示，所述第一处理模块11包括运算放大器、与所述运算放大器连接的多个电阻、及多个电容。所示两路正交正弦信号通过高精度的电阻与运算放大器，经过比例缩小以及直流偏置转换为适合分析模块直接采集的数据信号。继续参阅图5，输入的两路正交正弦信号sin信号和cos信号，经过第一处理模块之后的输出信号如下：
VSin＝(VEXT_S4-VEXT_S2)+VREFOUT
VCos＝(VEXT_S3-VEXT_S1)+VREFOUT
Vsin和Vcos为经过过第一预设处理后的数据信号，这两路数据信号会输入到所述分析模块的两个信道中，即图4中所述的DSADC_CH0和DSADC_CH1。
与所述第一处理模块11连接的分析模块12用于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；在本实施例中，分析模块12解码所述AD转换值。同时所述分析模块12直接接收源于所述硬件解码器3的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据，将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据，该第二位置数据是通过硬件解码器直接获取；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据，该第一位置数据是采用软件解码得到的位置信息。所述分析模块12采用单片机TC275，其片内集成先进的Σ-Δ型ADC采样模块(DS-ADC)以采集旋转变压器的位置信息，过采样频率可高达10～20MHz，完全可以满足对旋转变压器输出的高频信号的采样要求。此外，该模块片上集成了多种滤波器以及积分器，并且特别支持旋转变压器接口的应用。在本实施例中，所述分析模块12解码功能具体包括：输入经过第一预设处理后的两路正交正弦信号，对处理后的信号进行调制，信号选择，Comb滤波，数据准换，FIR滤波、偏置补偿，积分，输出数字信号。具体地，旋变的激励信号本身是一个10KHz的正弦信号，因此旋转变压器的两个定子绕组中感应出来的正余弦信号也是基于10KHz载波的信号。旋变的转子在不同的角度位置时，两定子绕组中感应出来的正余弦信号幅值也是不同的，因此需要从该信号中解调出所需的正余弦信号。请参阅图3，显示为经过解码各流程处理的信号曲线图。如图3所示，图3中A曲线是旋变输出信号经滤波抽取后的信号曲线，其对应着一个360°的轴旋转周期。对该曲线中一个载波周期的信号进行分析，图3中B曲线所示，通过通过DS-ADC模块内部的载波信号Carrier_sign正负标志(见C曲线)，在0～180°的旋转位置内，将负半轴的信号进行反转，得到如图3中D曲线。以此类推，将该区间内的波形信号全部反转到了正半轴。同理，对于180°～360°的旋转位置，将正半轴的信号全部反转到负半轴，最终的到的波形效果如图3中E曲线。这样，一个完整的360°旋转周期内的调制正弦曲线就得到了。再进行一系列的积分处理，就可以得到一条光滑的正弦曲线，如图3中F曲线。同理也可以的到另一个定子绕组中余弦曲线。
同时，TC275也是一款理想的电机控制芯片，因此本发明可以很方便地集成到电机控制系统中，从而提高整个系统的可靠性。请参阅图6，显示为分析模块的接口原理图。所述DS-ADC模块采用差分输入模式，正端(DS1PA和DS0PA)的输入为经过调理的响应信号(即VSin和VCos)，负端(指DS1NA和DS0NA)的输入为响应信号调理电路中的直流偏置电压(即VREFOUT)，从而可以直接从采样结果中得到原始响应信号的值，并且避免了由于直流偏置电压标定不准或者产生波动导致的真实响应信号与采样得到的响应信号之间的误差。
与所述硬件解码器3和分析模块12连接的第二处理模块12用于接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的逻辑电平，即产生可被分析模块12识别的高低电平信号Carrier_Sign。在本实施例中，所述第二处理模块12为如图7所示的电压比较器。通过该电压比较器对源于硬件解码器3的激励信号进行解析，即基于运放的电压比较器对差分激励信号的两个输出端Vexc和Vexcn进行比较，得到的高低电平Carrier_Sign输入到单片机的对应引脚，从而为分析模块12，即本实施例单片机TC275内部软件解码提供理想的逻辑电平。
实施例三
本实施例提供一种电子设备，请参阅图8，显示为电子设备于一实施例中的原理结构示意图。如图8所示，所述电子设备4包括：实施例二中所述描述的旋转变压器的位置信息获取系统1，与其连接的旋转变压器2，与所述旋转变压器的位置信息获取系统1和旋转变压器2连接的硬件编码器3。
综上所述，本发明所述的旋转变压器的位置信息获取方法、系统及电子设备保证了解码结果稳定可靠，只需很少量的外围电路就可以实现系统的冗余功能，且抗干扰能力好。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种旋转变压器的位置信息获取方法，其特征在于，所述旋转变压器与硬件解码器连接，所述旋转变压器的位置信息获取方法包括以下步骤：
接收源于所述硬件解码器的激励信号以生成两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理，并对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；同时，直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据；
将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器的位置信息获取方法，其特征在于：所述第一预设处理包括：
对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。
3.根据权利要求2所述的旋转变压器的位置信息获取方法，其特征在于：所述对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的步骤是指解码所述AD转换值。
4.根据权利要求1所述的旋转变压器的位置信息获取方法，其特征在于：所述旋转变压器的位置信息获取方法还包括接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值进行解码的逻辑电平。
5.一种旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于，所述旋转变压器的位置信息获取系统与所述旋转变压器和硬件解码器连接，所述旋转变压器在接收到源于所述硬件解码器的激励信号后，生成两路正交正弦信号；所述旋转变压器的位置信息获取系统包括：
第一处理模块，与所述旋转变压器连接，用于对所述两路正交正弦信号进行第一预设处理以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据；
分析模块，分别与所述硬件解码器和第一处理模块连接，用于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码以获取用以表示所述旋转变压器的位置信息的第一位置数据，同时直接接收源于所述硬件解码器的用以表示所述旋转变压器的位置信息的第二位置数据，将获取到的第一位置数据与所述第二位置数据进行分析比对以判断两者之间的误差是否小于预设值；若是，则表示所述硬件解码器正常，直接采用所述第二位置数据；若否，则表示所述硬件解码器故障，采用所述第一位置数据。
6.根据权利要求5所述的旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于：所述第一处理模块用于对所述两路正交正弦信号进行滤波，对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，并读取经过直流偏置后的两路正交正弦信号的AD转换值。
7.根据权利要求5所述的旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于：所述旋转变压器的位置信息获取系统还包括与所述硬件解码器和所述分析模块连接的第二处理模块，所述第二处理模块用于接收源于所述硬件解码器的激励信号，并对所述激励信号进行解析以产生适于对经过第一预设处理后的两路正交正弦信号进行解码的逻辑电平。
8.根据权利要求7所述的旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于：所述第二处理模块采用基于运放的电压比较器；所述硬件解码器输入的激励信号经过所述电压比较器转换为可识别的高低电平逻辑信号。
9.根据权利要求5所述的旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于：所述第一处理模块包括运算放大器、与所述运算放大器连接的多个电阻、及多个电容。
10.根据权利要求5所述的旋转变压器的位置信息获取系统，其特征在于：所述分析模块采用单片机，所述单片机通过SPI数据线与所述硬件解码器相连接，所述SPI数据线用于传输所述第二位置数据。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
旋转变压器，与所述旋转变压器连接的硬件编码器；及
与所述旋转变压器和硬件编码器连接的，如权利要求5-10中任一项所述的旋转变压器的位置信息获取系统。
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