CN111193453A - 一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法 - Google Patents

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张雷
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Abstract

本发明公开了一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，包括以下步骤：直接数字合成技术模块产生数字正弦波；∑‑Δ调制器模块将多比特信号转化成单比特流数据；经过低通滤波器滤波处理后转化为模拟正弦波信号；经过调理电路1处理后输出至旋变；旋变获取转子位置，并将位置信息反馈给调理电路2；经过调理电路2处理后输出至ADC；ADC将信号数字化后输入到FPGA；本发明利用FPGA并行处理数据的能力，为旋变软解码提供相位和频率可调的激励信号，产生激励信号成本低、谐波少，相位和频率可调有利于软解码的其他算法；产生的模拟正弦波谐波极少、没有温漂问题、抗干扰能力强，比软解码中利用DAC实现激励信号的方案更进一步降低成本。

Description

一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法。
背景技术
电机控制是指，对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的。对于电动机，通过电机控制，达到电机快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出及高过载能力的目的。
转子位置是电机控制的关键输入参数。新能源车用电机一般采用旋转变压器获取转子位置，旋转变压器通称为旋变，旋变解码有两种方式，硬解码和软解码，硬解码方案中旋变需要配合专用的解码芯片使用，但专用的旋变解码芯片成本高且难以在高速情况下保证位置和速度的精度，旋变软解码算法中需要获取激励信号的相位信息，现有技术中一般采用数模转换器(DAC)将数字正弦波转化成模拟信号，这种转换增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，利用FPGA并行处理数据的能力，为旋变软解码提供相位和频率可调的激励信号，本发明产生激励信号成本低、谐波少，相位和频率可调有利于软解码的其他算法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，利用FPGA产生激励信号，激励信号经过低通滤波器和调理电路1输出给旋变，旋变反馈的两路正弦信号和余弦信号再经过调理电路2，最后经过ADC将信号数字化后输入到FPGA。
进一步的，所述FPGA中包括直接数字合成技术模块(DDS)和∑-Δ调制器模块，其中，DDS模块负责实现频率可调和相位可调的数字正弦波信号，∑-Δ调制器模块负责将DDS模块产生的数字正弦波，按照∑-Δ调制算法将多比特信号转化成单比特流数据，输出的单比特流数据经过低通滤波器实现模拟正弦波信号。
进一步的，一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，包括以下步骤：
S1.直接数字合成技术模块产生数字正弦波并输出至∑-Δ调制器模块；
S2.∑-Δ调制器模块将多比特信号转化成单比特流数据，并输出至低通滤波器；
S3.经过低通滤波器滤波处理后转化为模拟正弦波信号，并输出至调理电路1；
S4.经过调理电路1处理后输出至旋变；
S5.旋变获取转子位置，并将位置信息用两路正弦信号和余弦信号的形式反馈给调理电路2；
S6.经过调理电路2处理后输出至ADC；
S7.ADC将信号数字化后输入到FPGA。
进一步的，在ADC信号输入至FPGA后进行激励正弦波信号验证。
进一步的，所述激励正弦波信号验证方法，包括：
P1.先判断旋变励磁输入信号的来源是否为ADC；
P2.再判断旋变软件解码得出的本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差是否超出设定阈值。
进一步的，P2中设定阈值为正负0.1°之间。
进一步的，其通过数字信号旋变软解码系统实现。
进一步的，所述数字信号旋变软解码系统包括FPGA、低通滤波器、调理电路1、调理电路2、旋变、ADC，所述FPGA与低通滤波器电气连接，所述低通滤波器与调理电路1电气连接，所述调理电路1与旋变电气连接，所述旋变与调理电路2电气连接，所述调理电路2与ADC电气连接，所述ADC与FPGA电气连接。
其中，FPGA属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。
ADC，模拟信号转数字信号编码芯片。
信号调理电路，即信号处理电路，对于待处理的模拟信号，需要先将该待处理的模拟信号经过模拟调理电路进行调理，得到待处理的模拟信号对应的调理信号，使得该待处理的模拟信号经过模拟调理电路处理后符合数字信号处理器的输入端口允许输入的电压范围。
旋转变压器，是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成，其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，旋变激励频率典型值为10KHz，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，具有以下好处：
1、利用FPGA并行处理数据的能力，为旋变软解码提供相位和频率可调的激励信号，本发明产生激励信号成本低、谐波少，相位和频率可调有利于软解码的其他算法。
2、产生的模拟正弦波谐波极少、没有温漂问题、抗干扰能力强，比软解码中利用DAC实现激励信号的方案更进一步降低成本。
3、软件解码，节省了硬件投入，降低了运行成本。
附图说明
图1为本发明中数字信号实现旋变软解码激励正弦波的流程图；
图2为本发明中旋变软解码架构示意图；
图3为本发明中数字信号实现旋变软解码激励正弦波示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：
一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，利用FPGA产生激励信号，激励信号经过低通滤波器和调理电路1输出给旋变，旋变反馈的两路正弦信号和余弦信号再经过调理电路2，最后经过ADC将信号数字化后输入到FPGA，旋变选用正-余弦旋转变压器。
其中，FPGA中包括直接数字合成技术模块(DDS)和∑-Δ调制器模块，其中，DDS模块负责实现频率可调和相位可调的数字正弦波信号，∑-Δ调制器模块负责将DDS模块产生的数字正弦波，按照∑-Δ调制算法将多比特信号转化成单比特流数据，输出的单比特流数据经过低通滤波器实现模拟正弦波信号。
数字信号实现旋变软解码激励正弦波的详细过程，包括以下步骤：
S1.直接数字合成技术模块产生数字正弦波并输出至∑-Δ调制器模块；
S2.∑-Δ调制器模块将多比特信号转化成单比特流数据，并输出至低通滤波器；
S3.经过低通滤波器滤波处理后转化为模拟正弦波信号，并输出至调理电路1；
S4.经过调理电路1调理后输出至旋变；
S5.旋变获取转子位置，并将位置信息用两路正弦信号和余弦信号的形式反馈给调理电路2；
S6.经过调理电路2调理后输出至ADC；
S7.ADC将信号数字化后输入到FPGA。
为了提升软解码激励正弦波的准确度，在ADC信号输入至FPGA后进行激励正弦波信号验证，激励正弦波信号验证方法，包括：
P1.先判断旋变励磁输入信号的来源是否为ADC，如果不是，说明软解码的激励正弦波信号错误，如果是，进行P2；
P2.再判断旋变软件解码得出的本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差是否超出设定阈值，如果超出，说明软解码的激励正弦波信号出错，如果没有超出阈值，说明软解码的激励正弦波信号准确，一般来说，阈值的选择在正负0.1°之间。
实施例二
本实施例中，一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法通过数字信号旋变软解码系统实现。
如图2所示，所述数字信号旋变软解码系统包括FPGA、低通滤波器、调理电路1、调理电路2、旋变、ADC，所述FPGA的输出端与低通滤波器的输入端电气连接，所述低通滤波器的输出端与调理电路1的输入端电气连接，所述调理电路1的输出端与旋变电性的输入端连接，所述旋变的输出端与调理电路2的输入端电气连接，所述调理电路2的输出端与ADC的输入端电气连接，所述ADC的输出端与FPGA的输入端电气连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，利用FPGA产生激励信号，激励信号经过低通滤波器和调理电路1输出给旋变，旋变反馈的两路正弦信号和余弦信号再经过调理电路2，最后经过ADC将信号数字化后输入到FPGA。
2.根据权利要求1所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，所述FPGA中包括直接数字合成技术模块(DDS)和∑-Δ调制器模块，其中，DDS模块负责实现频率可调和相位可调的数字正弦波信号，∑-Δ调制器模块负责将DDS模块产生的数字正弦波，按照∑-Δ调制算法将多比特信号转化成单比特流数据，输出的单比特流数据经过低通滤波器实现模拟正弦波信号。
3.根据权利要求2所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.直接数字合成技术模块产生数字正弦波并输出至∑-Δ调制器模块；
S2.∑-Δ调制器模块将多比特信号转化成单比特流数据，并输出至低通滤波器；
S3.经过低通滤波器滤波处理后转化为模拟正弦波信号，并输出至调理电路1；
S4.经过调理电路1处理后输出至旋变；
S5.旋变获取转子位置，并将位置信息用两路正弦信号和余弦信号的形式反馈给调理电路2；
S6.经过调理电路2处理后输出至ADC；
S7.ADC将信号数字化后输入到FPGA。
4.根据权利要求2所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，在ADC信号输入至FPGA后进行激励正弦波信号验证。
5.根据权利要求4所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，所述激励正弦波信号验证方法，包括：
P1.先判断旋变励磁输入信号的来源是否为ADC；
P2.再判断旋变软件解码得出的本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差是否超出设定阈值。
6.根据权利要求5所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，P2中设定阈值为正负0.1°之间。
7.根据权利要求1或3所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，其通过数字信号旋变软解码系统实现。
8.根据权利要求7所述的一种数字信号实现旋变软解码激励正弦波的方法，其特征在于，所述数字信号旋变软解码系统包括FPGA、低通滤波器、调理电路1、调理电路2、旋变、ADC，所述FPGA与低通滤波器电气连接，所述低通滤波器与调理电路1电气连接，所述调理电路1与旋变电气连接，所述旋变与调理电路2电气连接，所述调理电路2与ADC电气连接，所述ADC与FPGA电气连接。
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