CN110022097A - 一种旋转变压器角位置解算装置及方法 - Google Patents

一种旋转变压器角位置解算装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110022097A
CN110022097A CN201910284883.6A CN201910284883A CN110022097A CN 110022097 A CN110022097 A CN 110022097A CN 201910284883 A CN201910284883 A CN 201910284883A CN 110022097 A CN110022097 A CN 110022097A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor angle
signal
angle location
rotary transformer
pumping signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910284883.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110022097B (zh
Inventor
李宁
任明乐
朱晓春
汪木兰
左健民
王保升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN201910284883.6A priority Critical patent/CN110022097B/zh
Publication of CN110022097A publication Critical patent/CN110022097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110022097B publication Critical patent/CN110022097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了旋转变压器应用技术领域的一种旋转变压器角位置解算装置及方法，旨在解决现有技术中采用专用集成电路解算导致成本较高、灵活性不强、输出方式单一，以及采用鉴幅法解算较为复杂且存在一定误差的技术问题。所述装置包括：激励信号发生模块、功率放大电路、转子信号解算电路；所述激励信号发生模块用于产生激励信号；所述功率放大电路用于对激励信号进行数模转换、滤波、功率放大以激励旋转变压器运行；所述转子信号解算电路用于对旋转变压器运行产生的输出信号进行采样并根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置信息；所述转子角位置信息包括：转子角位置的正弦值和余弦值。

Description

一种旋转变压器角位置解算装置及方法
技术领域
本发明涉及一种旋转变压器角位置解算装置及方法，属于旋转变压器应用技术领域。
背景技术
交直流伺服系统、数控机床、机器人系统等领域都需要进行角位置测量，以便高精度控制电机的位置、转速及其转矩。常用的测量工具为光电编码器和旋转变压器。其中旋转变压器不仅可用于检测旋转物体的绝对角位置，而且由于具备结构简单、精度高、可靠性强、环境适应能力强等特点，被广泛应用于航空航天、汽车和军事应用等对系统精度和可靠性要求比较高的领域。目前，旋转变压器所采用的角位置解算方法有鉴相法和鉴幅法两种，都需采用复杂的数字和模拟电路进行解算，采用专用集成电路导致成本较高、灵活性不强、输出方式单一；采用鉴幅法进行旋变信号解算需引入参考角度与实际角度进行比较运算，解算方法较为复杂且存在一定误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷或缺陷之一，提供了一种旋转变压器角位置解算装置，包括：激励信号发生模块、功率放大电路、转子信号解算电路；
所述激励信号发生模块用于产生激励信号；
所述功率放大电路用于对激励信号进行数模转换、滤波、功率放大以激励旋转变压器运行；
所述转子信号解算电路用于对旋转变压器运行产生的输出信号进行采样并根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置信息；
所述转子角位置信息包括：转子角位置的正弦值和余弦值。
进一步地，转子信号解算电路包括：加法器、减法器、乘法器、除法器。
进一步地，还包括：位置信号解算输出电路；
位置信号解算输出电路包括：微处理器、通信接口部件；
所述微处理器用于根据转子角位置的正弦值和余弦值获取转子角位置并按预设的输出方式输出转子角位置信息；
所述通信接口部件用于按预设的通信接口将转子角位置信息发送至上级控制系统；
转子角位置信息还包括：转子角位置。
为达到上述目的，本发明还提供了一种旋转变压器角位置解算方法，包括如下步骤：
产生一组激励信号输入旋转变压器定子绕组以激励旋转变压器运行；
对旋转变压器转子绕组运行产生的一组输出信号进行采样；
根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置信息；
所述转子角位置信息包括：转子角位置的正弦值和余弦值。
进一步地，转子角位置信息的获取方法，包括如下步骤：
根据激励信号的向量关系获取采样信号的向量关系；
根据激励信号、采样信号的向量关系对采样信号进行运算；
所述运算包括：加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算。
进一步地，一组激励信号包括：正弦激励信号、余弦激励信号；
定子绕组包括：直轴定子绕组、交轴定子绕组；
所述正弦激励信号输入直轴定子绕组，所述余弦激励信号输入交轴定子绕组；
一组输出信号包括：正弦输出信号、余弦输出信号。
进一步地，向量关系包括：正弦激励信号与余弦激励信号的幅值相同、角频率相同、初始相位均为零。
进一步地，转子角位置信息的获取方法，包括如下计算公式：
其中，
Ds(t)＝U*sinωt，
Dc(t)＝U*cosωt，
Usout(t)＝KU*sin(ωt+θ)，
Ucout(t)＝KU*cos(ωt+θ)，
式中，θ为转子角位置，sin为正弦函数，cos为余弦函数，Dc(t)为余弦激励信号向量，Ds(t)为正弦激励信号向量，Usout(t)为正弦输出信号向量，Ucout(t)为余弦输出信号向量，K为旋转变压器变压比，U为正弦激励信号向量和余弦激励信号向量的幅值，ω为正弦激励信号向量和余弦激励信号向量的角频率，t为时间。
进一步地，还包括如下步骤：
根据转子角位置的正弦值和余弦值获取转子角位置并按预设的输出方式输出转子角位置信息；
转子角位置信息还包括：转子角位置；
转子角位置信息的输出方式包括：转子角位置、转子角位置的正弦值、转子角位置的余弦值中的一项或多项。
进一步地，还包括如下步骤：
按预设的通信接口将转子角位置信息发送至上级控制系统；
转子角位置信息还包括：转子角位置；
通信接口包括：RS232接口、RS485接口、SPI接口、光电编码器接口中的一项或多项。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：简化了旋转变压器转子角位置的解算方法，提高了旋转变压器转子角位置的解算精度和输出灵活性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种旋转变压器角位置解算装置的电路原理框图；
图2是本发明具体实施方式提供的一种旋转变压器角位置解算方法的工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，是本发明具体实施方式提供的一种旋转变压器角位置解算装置的电路原理框图。所述装置包括：激励信号发生模块、功率放大电路、转子信号解算电路、位置信号解算输出电路。
所述激励信号发生模块：用于产生一组正弦和余弦激励信号；所述正弦和余弦激励信号的幅值、角频率完全相同且初始相位为零。
所述功率放大电路：用于对激励信号发生模块产生的正弦和余弦激励信号进行数模转换、滤波，功率放大，从而为旋转变压器提供稳定的激励信号输入以激励旋转变压器运行。
所述转子信号解算电路：用于对旋转变压器的转子输出信号进行采样并根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置的正弦值和余弦值。转子信号解算电路包括：四象限数模乘法器、加法器、减法器、除法器；所述四象限数模乘法器是由两路双极性的数字输入信号和模拟输入信号构成的乘法器，用于旋转变压器激励信号与转子输出信号相乘，其中旋转变压器激励信号为数字信号，转子输出信号为模拟信号；所述加法器采用反相加法器。
所述位置信号解算输出电路包括：用于根据转子角位置的正弦值和余弦值获取转子角位置并按预设的输出方式输出转子角位置信息的微处理器、用于将转子角位置信息发送至上级控制系统的通信接口部件；所述转子角位置信息包括：转子角位置、转子角位置的正弦值、转子角位置的余弦值；所述输出方式包括：转子角位置、转子角位置的正弦值、转子角位置的余弦值中的一项或多项；所述微处理器采用现场可编程门阵列(FPGA)，所述通信接口部件包括：RS232接口、RS485接口、SPI接口、光电编码器接口等常用的串行数据通信接口。用户可以根据实际需要，选择相应的输出方式和通信接口输出转子角位置信息。
所述装置还包括系统电源，所述系统电源采用220V外部电源通过电源转换电路为旋转变压器角位置解算装置供电。
如图2所示，是本发明具体实施方式提供的一种旋转变压器角位置解算方法的工作原理框图。所述方法采用本发明具体实施方式提供的一种旋转变压器角位置解算装置解算旋转变压器角位置，所述方法包括如下步骤：
步骤一，首先，激励信号发生模块通过调用正余弦函数表，产生一组幅值和角频率相同、初始相位为零的正弦和余弦激励信号。然后，通过功率放大电路为旋转变压器直轴定子绕组通入正弦激励信号、为交轴定子绕组通入余弦激励信号以激励旋转变压器运行。正弦激励信号向量Ds(t)＝U*sinωt，余弦激励信号向量Dc(t)＝U*cosωt，其中，U为正弦和余弦激励信号向量的幅值，ω为正弦和余弦激励信号向量的角频率，t为时间。
步骤二，旋转变压器转子绕组运行产生一组正弦和余弦输出信号，所述正弦和余弦输出信号与正弦和余弦激励信号的向量关系包括：幅值成固定比例、角频率相同、存在相位差。正弦输出信号向量Usout(t)＝KU*sin(ωt+θ)，余弦输出信号向量Ucout(t)＝KU*cos(ωt+θ)，其中,K为旋转变压器变压比，θ为转子角位置。
步骤三，首先，转子信号解算电路对旋转变压器转子绕组运行产生一组正弦和余弦输出信号进行采样。然后，转子信号解算电路根据正弦和余弦输出信号与正弦和余弦激励信号的向量关系对采样信号进行运算以获取转子角位置的正弦值和余弦值。所述运算包括：加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算，对应地通过转子信号解算电路中的加法器、减法器、四象限数模乘法器、除法器予以实现。转子角位置的正弦值和余弦值的运算公式如下：
步骤四，用户可以根据实际需要，通过位置信号解算输出电路配置是否需要获取旋转变压器的转子角位置θ以及选择相应的通信接口将转子角位置信息发送至上级控制系统。如不需要获取旋转变压器的转子角位置θ，则直接输出转子角位置θ的正弦值sinθ和余弦值cosθ。如需要获取旋转变压器的转子角位置θ，则通过微处理器比较sinθ与cosθ的正负，即可判断转子角位置θ所在象限；再通过求解反三角函数即可获取旋转变压器的转子角位置θ。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转变压器角位置解算装置，其特征是，包括：激励信号发生模块、功率放大电路、转子信号解算电路；
所述激励信号发生模块用于产生激励信号；
所述功率放大电路用于对激励信号进行数模转换、滤波、功率放大以激励旋转变压器运行；
所述转子信号解算电路用于对旋转变压器运行产生的输出信号进行采样并根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置信息；
所述转子角位置信息包括：转子角位置的正弦值和余弦值。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器角位置解算装置，其特征是，转子信号解算电路包括：加法器、减法器、乘法器、除法器。
3.根据权利要求1或2所述的旋转变压器角位置解算装置，其特征是，还包括：位置信号解算输出电路；
位置信号解算输出电路包括：微处理器、通信接口部件；
所述微处理器用于根据转子角位置的正弦值和余弦值获取转子角位置并按预设的输出方式输出转子角位置信息；
所述通信接口部件用于按预设的通信接口将转子角位置信息发送至上级控制系统；
转子角位置信息还包括：转子角位置。
4.一种旋转变压器角位置解算方法，其特征是，包括如下步骤：
产生一组激励信号输入旋转变压器定子绕组以激励旋转变压器运行；
对旋转变压器转子绕组运行产生的一组输出信号进行采样；
根据激励信号的向量关系和采样信号获取转子角位置信息；
所述转子角位置信息包括：转子角位置的正弦值和余弦值。
5.根据权利要求4所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，转子角位置信息的获取方法，包括如下步骤：
根据激励信号的向量关系获取采样信号的向量关系；
根据激励信号、采样信号的向量关系对采样信号进行运算；
所述运算包括：加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算。
6.根据权利要求4所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，
一组激励信号包括：正弦激励信号、余弦激励信号；
定子绕组包括：直轴定子绕组、交轴定子绕组；
所述正弦激励信号输入直轴定子绕组，所述余弦激励信号输入交轴定子绕组；
一组输出信号包括：正弦输出信号、余弦输出信号。
7.根据权利要求6所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，向量关系包括：正弦激励信号与余弦激励信号的幅值相同、角频率相同、初始相位均为零。
8.根据权利要求7所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，转子角位置信息的获取方法，包括如下计算公式：
其中，
Ds(t)＝U*sinωt，
Dc(t)＝U*cosωt，
Usout(t)＝KU*sin(ωt+θ)，
Ucout(t)＝KU*cos(ωt+θ)，
式中，θ为转子角位置，sin为正弦函数，cos为余弦函数，Dc(t)为余弦激励信号向量，Ds(t)为正弦激励信号向量，Usout(t)为正弦输出信号向量，Ucout(t)为余弦输出信号向量，K为旋转变压器变压比，U为正弦激励信号向量和余弦激励信号向量的幅值，ω为正弦激励信号向量和余弦激励信号向量的角频率，t为时间。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，还包括如下步骤：
根据转子角位置的正弦值和余弦值获取转子角位置并按预设的输出方式输出转子角位置信息；
转子角位置信息还包括：转子角位置；
转子角位置信息的输出方式包括：转子角位置、转子角位置的正弦值、转子角位置的余弦值中的一项或多项。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的旋转变压器角位置解算方法，其特征是，还包括如下步骤：
按预设的通信接口将转子角位置信息发送至上级控制系统；
转子角位置信息还包括：转子角位置；
通信接口包括：RS232接口、RS485接口、SPI接口、光电编码器接口中的一项或多项。
CN201910284883.6A 2019-04-10 2019-04-10 一种旋转变压器角位置解算装置及方法 Active CN110022097B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910284883.6A CN110022097B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种旋转变压器角位置解算装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910284883.6A CN110022097B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种旋转变压器角位置解算装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110022097A true CN110022097A (zh) 2019-07-16
CN110022097B CN110022097B (zh) 2020-11-13

Family

ID=67190866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910284883.6A Active CN110022097B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种旋转变压器角位置解算装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110022097B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350674A (zh) * 2020-11-26 2021-02-09 九江精密测试技术研究所 一种双通道多对极旋转变压器电路
CN116827204A (zh) * 2023-08-30 2023-09-29 南京理工大学 基于低能量载波反馈的伺服电机旋转变压器解码系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06311774A (ja) * 1993-04-15 1994-11-04 Toei Denki Kk モーター特性測定方法と制御方法およびその装置
CN101521480A (zh) * 2008-11-21 2009-09-02 西北工业大学 一种旋转变压器信号解算方法及解算器
CN101719752A (zh) * 2009-11-26 2010-06-02 西北工业大学 一种检测无刷电机转子位置的方法及装置
CN202261137U (zh) * 2011-10-11 2012-05-30 北京中纺锐力机电有限公司 一种开关磁阻电机用旋转变压器角位置传感器
CN105222814A (zh) * 2015-11-04 2016-01-06 上海无线电设备研究所 多圈记忆旋转变压器解码电路及其位置解算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06311774A (ja) * 1993-04-15 1994-11-04 Toei Denki Kk モーター特性測定方法と制御方法およびその装置
CN101521480A (zh) * 2008-11-21 2009-09-02 西北工业大学 一种旋转变压器信号解算方法及解算器
CN101719752A (zh) * 2009-11-26 2010-06-02 西北工业大学 一种检测无刷电机转子位置的方法及装置
CN202261137U (zh) * 2011-10-11 2012-05-30 北京中纺锐力机电有限公司 一种开关磁阻电机用旋转变压器角位置传感器
CN105222814A (zh) * 2015-11-04 2016-01-06 上海无线电设备研究所 多圈记忆旋转变压器解码电路及其位置解算方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘柏林: "基于FPGA的旋转变压器解码算法与系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350674A (zh) * 2020-11-26 2021-02-09 九江精密测试技术研究所 一种双通道多对极旋转变压器电路
CN116827204A (zh) * 2023-08-30 2023-09-29 南京理工大学 基于低能量载波反馈的伺服电机旋转变压器解码系统
CN116827204B (zh) * 2023-08-30 2023-11-21 南京理工大学 基于低能量载波反馈的伺服电机旋转变压器解码系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110022097B (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101521480B (zh) 一种旋转变压器信号解算方法及解算器
CN102721362B (zh) 旋转变压器位置测量系统及方法
Benammar et al. A novel resolver-to-360/spl deg/linearized converter
CN100470201C (zh) 旋转变压器数字转换器
CN101237213B (zh) 交流旋转机的控制装置及使用该控制装置的交流旋转机的电常数测定方法
CN108196213A (zh) 一种旋转变压器的零位角测试装置、方法及系统
CN105222814A (zh) 多圈记忆旋转变压器解码电路及其位置解算方法
CN107332565A (zh) 基于dsadc的旋变软件解码系统及其方法
CN101281041B (zh) 单电源cmos集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换方法
US11689126B2 (en) Method for determining the angle of the rotor of an electric motor control unit and vehicle
CN110022097A (zh) 一种旋转变压器角位置解算装置及方法
CN202083398U (zh) 一种旋转变压器信号调理电路
CN103023399A (zh) 旋转变压器转子零位角度标定系统
CN111740672B (zh) 基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和系统
CN106326608A (zh) 一种模拟旋变电机正余弦调制信号模型
CN207780217U (zh) 一种旋转变压器的零位角测试装置
CN103312332A (zh) 一种旋转变压器数字转换器及转换方法
CN107276481B (zh) 基于旋转变压器的矢量控制方法、系统及电机系统
CN202940767U (zh) 旋转变压器转子零位角度标定系统
CN206077268U (zh) 用于速度和位置反馈的正余弦信号处理电路
Reddy et al. Inverse tangent based resolver to digital converter-A software approach
KR101012740B1 (ko) 레졸버 디지털 변환장치 및 이를 이용한 위치 측정 장치
GB2448350A (en) PLL type resolver utilizing transducer excitation signal
JP2007114090A (ja) レゾルバ
Hwang et al. Signal compensation for analog rotor position errors due to nonideal sinusoidal encoder signals

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant