CN109669081A - 一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法 - Google Patents

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马小博
李亚锋
周勇
段小虎
边庆
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/20—Measuring number of turns; Measuring transformation ratio or coupling factor of windings

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Abstract

本发明一种正余弦旋转变压器变压比的实时监控方法属于控制系统设计领域。通过对正余弦旋转变压器的激励信号(EXC+/‑)，反馈信号(正弦SIN+/‑、余弦COS+/‑)实时解调、运算，解算出正余弦传感器的电压变比K，实现对正余弦传感器健康状态的实时监控。本发明中的监控方法具有较强的实时性，引入激励信号参与监控，消除了激励信号对监控结果的影响。本发明具有较强的通用性。

Description

一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法
技术领域
本发明一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法属于控制系统设计领域。
背景技术
随着技术的发展，控制系统中多采用角位移变压器(也叫：角位移传感器) 获取控制部件的角位移信息。给角位移变压器的定子绕组施加单相交流电，转子角度的变化与其转子绕组输出的电压成正余弦关系或线性关系等函数关系，以此将角位移变压器分为正余弦旋转变压器和线性旋转变压器
该两型传感器在控制领域均有较为广泛的使用。正余弦旋转变压器具有较高的稳定性和抗干扰性，其解调及监控电路也较复杂。正余弦旋转变压器具有较高的精度，是军用恶劣环境中的合适选择。
正余弦旋转变压器是一种精确测量角位置的传感器，其以可变耦合变压器的方式工作，初级线圈和两个次级线圈之间的磁耦合量根据旋转部件(转子)位置而改变，其次级输出的反馈电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。
正余弦旋转变压器包含一个激励初级线圈R1-R2，和两个反馈次级线圈 S1-S3和S2-S4。当采用正弦信号激励线圈R1-R2时，在次级线圈上会产生感应信号，信号的幅度相对于定子的转子位置成函数关系。激励信号的最大值与反馈信号的最大值的比值为正余弦旋转变压器的变压比K，变压比K为一个固定值，不随正余弦旋转变压器的运动及工作而变化。
正余弦旋转变压器采集的角位置信息是控制系统角度控制的直接依据，如果位置信息采集错误，严重时会导致控制失效，甚至导致控制部件及控制系统的损坏，造成安全事故。实时监控正余弦旋转变压器系统的工作状态就显得非常必要。由于反馈信号受激励信号影响，因此提出一种正余弦旋转变压器的监控方法，激励信号和反馈信号均参与监控，监控正余弦旋转变压器的变压比K，消除了激励信号对监控结果的影响。
发明内容
本发明的目的是：鉴于正余弦旋转变压器在控制系统中的重要性，提出一种正余弦旋转变压器电压变比K的实时监控方法。使用正余弦旋转变压器的激励信号和反馈信号，通过算法计算出正余弦旋转变压器的变压比K，通过实时监控变压比K，实现实时监控正余弦旋转变压器的健康状态。
本发明的技术方案：一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，是基于正余弦旋转变压器的实时监控模块实现，所述实时监控模块至少包括平方运算单元，和、商运算单元，变压比监控单元。平方运算单元完成对正余弦旋转变压器的激励信号(EXC+/-)和反馈信号(正弦SIN+/-、余弦COS+/-)分别求平方的运算，并输出EXC2、SIN2、COS2；和、商运算单元完成对(SIN2+COS2)/EXC2的运算，从而得到变压比K；变压比监控单元完成变压比系数K与判决门限的比较，并给出监控结果。该方法可实时监控变压比K，从而实时监控正余弦旋转变压器。
所述平方运算单元由乘法运算器实现，正余弦旋转变压器的激励信号 (EXC+/-)和反馈信号(正弦SIN+/-、余弦COS+/-)分别经过乘法运算器计算出EXC2、SIN2、COS2。
所述和、商运算单元完成(SIN2+COS2)/EXC2的运算，并输出变压比的平方K2。其中加法运算由加法运算器实现，除法运算用乘法器实现。
所述变压比监控单元实现变压比监控，根据正余弦旋转变压器的变压比实际值范围，调整变压比监控单元中的上限阈值KMAX和下限阈值KMIN，如果变压比K 在实际值范围内(KMIN≤K≤KMAX)则正余弦旋转变压器正常；如果变压比K在监控范围外(K<KMIN或K>KMAX)则正余弦旋转变压器正常。以此，应用系统可实时获知正余弦旋转变压器的情况。
所述判决门限是根据传感器特性调整判断门限的上下限。
本发明的优点是：本发明将正余弦旋转变压器的激励信号(EXC+/-)和反馈信号(正弦SIN+/-、余弦COS+/-)均参与监控，以此可消除激励信号对监控结果的影响；该监控方法可实时监控正余弦旋转变压器的工作状态；采用监控正余弦旋转变压器的变压比的方法，与其它只监控反馈信号的方法相比具有较强的可信性、可靠性；调整变压比监控范围可用与监控不同的正余弦旋转变压器，具有较强的通用性。
附图说明
图1是本发明系统结构框图；
图2是正余弦旋转变压器示意图。
具体实施方式
一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，是基于正余弦旋转变压器的实时监控模块实现，将正余弦旋转变压器的激励信号和反馈信号依次进行平方运算及和、商运算后得到变压比K；通过变压比系数K与判决门限的比较得出监控结果。
所述判决门限根据正余弦旋转变压器的变压比实际值范围，调整变压比监控单元中的上限阈值KMAX和下限阈值KMIN。
所述实时监控模块包括平方运算单元，和、商运算单元，变压比监控单元。其中，平方运算单元完成对正余弦旋转变压器的激励信号(EXC+/-)和反馈信号 (正弦SIN+/-、余弦COS+/-)分别求平方的运算，并输出EXC2、SIN2、COS2；和、商运算单元完成对(SIN2+COS2)/EXC2的运算，从而得到变压比K；变压比监控单元完成变压比系数K与判决门限的比较，并给出监控结果。该方法可实时监控变压比K，从而实时监控正余弦旋转变压器。
所述平方运算单元由模拟乘法器实现，正余弦旋转变压器的激励信号 (EXC+/-)和反馈信号(正弦SIN+/-、余弦COS+/-)分别经过模拟乘法器计算出EXC2、SIN2、COS2。
所述和、商运算单元完成(SIN2+COS2)/EXC2的运算，并输出变压比的平方K2。其中加法运算由加法运算器实现，除法运算用模拟乘法器实现。
所述变压比监控单元实现变压比监控，根据正余弦旋转变压器的变压比实际值范围，调整变压比监控单元中的上限阈值KMAX和下限阈值KMIN，如果变压比K 在实际值范围内(KMIN≤K≤KMAX)则正余弦旋转变压器正常；如果变压比K在监控范围外(K<KMIN或K>KMAX)则正余弦旋转变压器正常。以此，应用系统可实时获知正余弦旋转变压器的情况。
下面对本发明做进一步详细说明。
一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，是基于正余弦旋转变压器的实时监控模块实现，所述实时监控模块包括平方运算单元，和、商运算单元，变压比监控单元。平方运算单元完成对正余弦旋转变压器的激励信号(EXC+/-) 和反馈信号(正弦SIN+/-、余弦COS+/-)分别求平方的运算，并输出EXC2、SIN2、 COS2；和、商运算单元完成对(SIN2+COS2)/EXC2的运算，从而得到变压比K；变压比监控单元完成变压比系数K与判决门限的比较，并给出监控结果。
参见图2，正余弦旋转变压器包含一个激励初级线圈R1-R2，和两个次级线圈S1-S3和S2-S4。
设初级线圈加的激励电压为Vr,变压比为K,则可得下面公式：
Vr＝R1-R2 (1)
次级线圈的感应电压Vb＝S4-S2、Va＝S3-S1为：
Va＝KVrsinθ (2)
Vb＝kVrcosθ (3)
θ为余弦次级绕组轴线S1—S3与转子初级绕组轴线R1—R2之夹角，即被测转轴量旋转的角度信息。
变压比监控方法中的运算公式如下：
式(4)可知，激励信号和反馈信号经过平方运算、除法运算、求和运算后，可计算出正余弦旋转变压器的变压比的平方K2，其中K为常数。实际设计中，该公式可进行适当变换或化简。
平方运算单元计算出激磁信号Vr正弦反馈信号Va余弦反馈信号Vb的平方值，和、商运算单元计算出变压比的平方值K2，变压比监控单元中包含模数转换电路(A/D)和智能运算单元，通过模数转换将K2转换为数字量，由智能运算单元将变压比与上限阈值和下限阈值进行比较，依据比较结果给出正余弦旋转变压器的健康状态，供控制系统使用。

Claims (5)

1.一种正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，其特征在于：该方法是基于正余弦旋转变压器的实时监控模块实现，所述实时监控模块至少包括平方运算单元，和、商运算单元，变压比监控单元；其中，平方运算单元完成对正余弦旋转变压器的激励信号和反馈信号分别求平方的运算，并输出；再进行和、商运算，从而得到变压比K；变压比监控单元完成变压比系数K与判决门限的比较，并给出监控结果。
2.根据权利要求1所述的正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，其特征在于：所述平方运算单元由乘法运算器实现，正余弦旋转变压器的激励信号和反馈信号分别经过乘法运算器计算出。
3.根据权利要求1所述的正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，其特征在于：所述和、商运算单元完成的运算，并输出变压比的平方K2，其中加法运算由加法运算器实现，除法运算用乘法器实现。
4.根据权利要求1所述的正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，其特征在于：所述变压比监控单元实现变压比监控，根据正余弦旋转变压器的变压比实际值范围，调整变压比监控单元中的上限阈值KMAX和下限阈值KMIN，如果变压比K在实际值范围内，则正余弦旋转变压器正常；如果变压比K在监控范围外，则正余弦旋转变压器正常。
5.根据权利要求1所述的正余弦旋转变压器电压变比的实时监控方法，其特征在于：所述判决门限是根据传感器特性调整判断门限的上下限。
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