CN106326608A - 一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型，包括多个变压器模型、正弦波发生器和乘法器模型，变压器模型、正弦波发生器分别与乘法器模型连接；正弦波发生器输出正余弦信号并通过调整正余弦位置模拟旋变电机转动；乘法器模型将外部激励信号经变压器模型输出与正弦波产生器输出的正余弦信号分别相乘；变压器模型中幅度处设置所需直流共模电平并通过调整直流共模电平模拟旋变电机共模电平。仿真验证的过程中可直接调用该模型，实现旋变电机仿真模拟，属通用模型，在旋变电机相关芯片仿真验证过程中均可使用；利用该模型可对旋变数字转换器芯片进行整体仿真，根据需求自主更改幅度、转速参数，并可连接采样系统，能更直观的分析芯片性能。

Description

一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型

技术领域

本发明属于电子信息领域，涉及一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型，用于旋变电机配套电路的仿真验证。

背景技术

旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变”，用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一，其输出是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服控制系统，作为角度信号的产生和检测元件。三线的三相自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于伺服控制系统中，因此作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。由于两相旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。特别是在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。

旋转变压器的应用近期发展很快。除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外，在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。特别应该提出的是，这些年来，随着工业自动化水平的提高，随着节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用越来越广泛。根据转子电信号引进、引出的方式，旋转变压器分为有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。在有刷旋转变压器中，定、转子上都有绕组，定、转子绕组的电信号通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。

旋转变压器的信号输出是两相正交的模拟信号，它们的幅值随着转角做正余弦变化，频率和励磁频率一致。这样一个模拟信号还不能直接应用，需要角度数据变换电路，把这样一个模拟量变换成明确的角度量，这就是RDC(ResolverDigital Converter—旋转变压器数字变换器)电路。在数字变换中有两个明显的特征：①为了消除由于励磁电源幅值和频率的变化，所引起的副边输出信号幅值和频率的变化，从而造成角度误差，信号的检测采用正切法，即检测两相信号的比值：这就避免了幅值和频率变化的影响；②采用适时跟踪反馈原理测角，是一个快速的数字随动系统，属于无静差系统。

然而，在设计实现旋变数字转换器芯片的时候，往往对数字模拟组合的系统无法整体仿真验证，只能分模块进行性能分析，例如在RDC电路仿真验证时，分离数字算法单元与模拟ADC，DAC单元，分别进行功能验证，对系统组合时的精度性能无法直观观察。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型，该模型包括多个变压器模型、正弦波发生器和乘法器模型，变压器模型、正弦波发生器分别与乘法器模型连接；正弦波发生器用于输出正弦信号、余弦信号并通过调整正余弦位置模拟旋变电机转动，可与ADC采样模块连接；乘法器模型用于将外部激励信号经变压器模型输出与正弦波产生器输出的正弦信号、余弦信号分别相乘；变压器模型中幅度位置设置所需直流共模电平并通过调整直流共模电平模拟旋变电机共模电平。

进一步地，该模型中变压器模型与乘法器模型之间可设置用于过滤外部激励信号输入的直流分量的隔直装置；该模型呈轴对称结构，有两组设备对称组合，每一组设备按实现架构分为三级，分别是：变压器模型与隔直装置单元、正弦波发生器与乘法器模型单元、变压器模型与直流共模电平单元，将两组设备以正余弦组合形成该模型不同速度设备连接于不同总线域内。

本发明提供的上述模型，遵守旋变电机的工作原理，按照旋变电机的输出公式，使用通用变压器模型与正弦波产生器模型进行组合，将不同变量参数分阶段并入，模拟旋变电机输出状态，得到与旋变电机输出相同的数据分量，将其使用在旋变电机系统中仿真验证，替换旋变电机，实现数字算法与模拟ADC单元的混合仿真验证。

本发明的有益效果：

仿真验证的过程中可直接调用该模型，实现旋变电机的仿真模拟，可使用范围广泛，属通用模型，在旋变电机相关芯片的仿真验证过程中均可使用；利用该模型可对旋变数字转换器芯片进行整体仿真，根据需求自主更改幅度、转速参数，并可以连接采样系统，能够更直观的分析芯片的性能。

附图说明

图1为标准旋变电机的结构图。

图2为本发明一优选实施例的架构图。

图3为基于图2架构的典型应用图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为标准旋变电机的结构图。基本的旋转变压器分经典旋变和可变磁阻式旋变等，它们在结构和绕组分配方式上略有不同，但是无论何种形式的旋变，其旋变输出电压(S3-S1,S2-S4)的计算公式均相同，即：

Vb＝S3-S1＝E×sinωt×sinθ (1)

Va＝S2-S4＝E×sinωt×cosθ (2)

式中，θ为转子转角，sinωt为转子激励频率，E为转子激励幅度Vs，电机激励Vr＝Vp×sinωt，Vp为激励的信号幅度。

本发明为实现旋变电机模型、模拟电机输出电压而采用通用变压器模型1、正弦波发生器2与乘法器模型3组合完成。如图2所示，本发明模型中包含4个通用变压器模型1，一个正弦波发生器2，两个乘法器模型3。其工作过程为：外部激励信号进入本发明模型后首先由双端转单端，此处变压器模型1输出的一端接地，另一端为输出信号，利用变压器的跟随性保证信号无失真。再通过隔直装置4将直流偏置过滤，外部激励信号的输入包含直流分量，在实际工作的电机模型中此直流分量不起作用，本发明模型通过隔直装置4将其过滤，只留下sinωt信号。隔直装置4可按照实际应用需求添加或者省略。将隔直后产生的sinωt信号与正余弦产生器2输出的正弦信号、余弦信号分别相乘，此处为混频操作，得到sinωt×sinθ与sinωt×cosθ信号。随后通过变压器模型1中幅度11位置按需要添加直流共模电平，得到需求的旋变电机输出电压。该发明模型添加的正余弦信号与直流共模电平均可调整。模拟电机旋转，当θ变化使θ＝(rt+Φ)时，定义r为旋转电机角速度，可模拟电机以固定角速度旋转。

本发明可用在旋变电机相关芯片的仿真测试中。目前集成电路芯片验证工作在旋变电机方向略显不足，大多数团队将数字模拟部分分离，单独仿真模拟部分，评估AD/DA性能以满足指标要求，数字解算部分以C模型来实现，无法将系统联合，进行系统级仿真。本发明模拟旋变电机工作原理，可调节幅度，角度及旋转速度，可用在多数旋变电机相关芯片的仿真验证中，如RDC变换电路。目前大部分单芯片RDC使用Type-II跟踪环路计算位置和速度。Type-II型跟踪环路采用二阶滤波器，确保静止或恒定速度输入信号的稳态误差为零。RDC同步采样两个输入信号，以便向数字引擎(即所谓Type-II跟踪环路)提供数字化数据，Type-II跟踪环路负责计算位置和速度。图3所示是对图2所示模型的一种典型应用。通过旋变电机模型与跟踪环路生成的正余弦信号相乘加，得到E×sinωt×sin(θ-φ)，将其与激励信号sinωt相乘进行解调、滤波，得到sin(θ-φ)，此时信号相当于电机转动的加速度。加速度第一次积分得到角速度信息，第二次积分后得到位置信息，将此信息反馈查找表得到正余弦信号，此时完成Type-II闭环系统。

仿真验证过程中使用变压器模型1模拟旋变电机的输出波形，在固定的转速情况下旋变电机的输出是转速与激励频率混频的调幅波，利用变压器模型1输出得到此调幅波的模拟量。将激励频率直接接到模型输入端，经过差分转单端后成为幅度增加一倍、共模电平为0的单端信号。此信号和正弦波发生器2产生的正弦余弦信号相乘，另外提供固定值的共模电平，得到RDC电路仿真需要的输入信号。利用ADC的采样原理对模拟调幅波进行采样计算，得到数字化的调幅波。将调制后的调幅波进行数字化作为输入信号。此输入信号按照Σ△过采样原理进行调制，得到验证RDC算法的输入信号。将模型输出作为Type-II型RDC电路的输入信号进行整体系统仿真。

Claims (2)

1.一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型，其特征在于：所述模型包括多个变压器模型(1)、正弦波发生器(2)和乘法器模型(3)，变压器模型(1)、正弦波发生器(2)分别与乘法器模型(3)连接；所述正弦波发生器(2)用于输出正弦信号、余弦信号并通过调整正余弦位置模拟旋变电机转动，可与ADC采样模块连接；所述乘法器模型(3)用于将外部激励信号经变压器模型(1)输出与正弦波产生器(2)输出的正弦信号、余弦信号分别相乘；所述变压器模型(1)中幅度(11)位置设置所需直流共模电平并通过调整直流共模电平模拟旋变电机共模电平。

2.根据权利要求1所述的模拟旋变电机正余弦调制信号模型，其特征在于：所述模型中变压器模型(1)与乘法器模型(3)之间可设置用于过滤外部激励信号输入的直流分量的隔直装置(4)；所述模型呈轴对称结构，有两组设备对称组合，每一组设备按实现架构分为三级，分别是：变压器模型(1)与隔直装置(4)单元、正弦波发生器(2)与乘法器模型(3)单元、变压器模型(1)与直流共模电平单元，将两组设备以正余弦组合形成该模型不同速度设备连接于不同总线域内。