CN112953339A - 一种旋转变压器的软解码系统、方法以及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转变压器的软解码系统、方法以及存储介质，系统包括：电机、电路模块和微控制器；其中，电路模块分别与电机、和微控制器电连接；其中，电机内部设置有旋转变压器，用于接收电信号和输出电信号；其中，微控制器对旋转变压器输出的连续正余弦信号顶点位置处的数据进行采集，并根据采集的正余弦信号数据计算电机的转轴角的位置信息。因此，采用本申请实施例，由于本申请通过对旋转变压器输出的正余弦信号数据进行采样，以实现生成仅包含转轴角位置信息的正余弦信号，用于电机的转轴角的位置信息进行解算，从而避免使用硬件解码芯片，极大降低电驱系统的成本，进而提升了解算精度。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种旋转变压器的软解码系统、方法以及存储介质。
背景技术
新能源汽车上面的电驱动系统通常采用旋转变压器来获取电机转子角度位置，目前常用的旋转变压器，一次侧绕组和二次侧绕组均位于定子上，两个二次侧定子绕组机械错位90°，旋变转子的特殊设计使得二次侧所耦合的电压随转轴角位置的变化而发生正弦变化，因此计算转轴角位置可以用于电机扭矩控制功能及电机转矩估算功能。
在现有技术中，为了对转轴角的位置信息进行解算，目前大部分采用价格昂贵的专用芯片进行解码。由于专用芯片成本高且电路设计复杂，从而提升了解算的成本，难以被广泛用于对成本有严格要求的场合。为了省去昂贵的解码芯片，急需要设计同时具有较高的解码精度和较好的动态响应性能的软件解码新方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种旋转变压器的软解码系统、方法以及存储介质。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转变压器的软解码系统，系统包括：
电机、电路模块和微控制器；其中，
电路模块分别与电机、和微控制器电连接；其中，
电机内部设置有旋转变压器，用于接收电信号和输出电信号；其中，
所述旋转变压器与所述电机机械连接；其中，
微控制器对旋转变压器输出的连续正余弦信号顶点位置处的数据进行采集，并根据采集的正余弦信号数据计算电机的转轴角的位置信息。
可选的，电路模块包括旋变信号调理电路、过零检测电路以及激励放大电路；其中，过零检测电路与激励放大电路之间电气连接。
可选的，激励放大电路，用于将微控制器输出的信号转化为可以驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；
过零检测电路，用于从周期激励信号中识别出周期激励信号中的过零点位置处的信号并生成过零点位置标志的信号数据；
旋变信号调理电路，用于将旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号进行处理后生成可被所述微控制器识别的差分模拟信号。
可选的，微控制器包括同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块；其中，同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块通信连接。
可选的，激励生成模块，用于将原始信号处理后生成恒定频率的驱动信号；
同步解调模块，用于根据激励信号过零点位置处的信号数据针对差分模拟信号进行采集；
角度解算模块，用于根据同步解调模块采集的多个差分模拟信号进行计算电机的转轴角的位置信息。
可选的，同步解调模块包括时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器；其中，
时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器之间通信连接；其中，
时钟子模块，用于产生初始信号；
采样相偏移生成模块，用于生成相对于激励信号进行相移的采样时刻相移基准；
信号转换器，用于将差分模拟信号转换为数字信号。
第二方面，本申请实施例提供了一种旋转变压器解码的软解码方法，方法包括：
当微控制器接收到电机启动指令时，根据时钟子模块生成初始信号；
通过激励生成模块将所述初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号；
将所述恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；
将所述周期激励信号输入旋转变压器中，旋转变压器二次侧绕组则输出连续正余弦信号，同时采集所述周期激励信号，得到旋转变压器激励采样信号；
将所述旋转变压器激励采样信号输入过零检测电路中识别出周期激励信号中的过零点位置，并生成过零点位置处的标志信号数据，并将所述过零点位置处的标志信号数据反馈至同步解调模块；
通过旋变信号调理电路将所述输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号；
根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。
可选的，根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息，包括：
同步解调模块根据过零点位置处的信号数据针对连续差分模拟信号进行采样，生成多个包含转轴角位置信息的正余弦信号；
将多个包含转轴角位置信息的正余弦信号输入角度解算模块中进行反正切计算，输出电机的转轴角的位置信息。
可选的，针对连续差分模拟信号进行采样，包括：
创建坐标轴；
将连续差分模拟信号添加至坐标轴中进行表示；
采集坐标轴中顶点位置处的正余弦信号数据。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在本申请实施例中，旋转变压器的软解码系统当检测到电机启动时，首先根据时钟子模块生成初始信号，再通过激励生成模块将初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号，然后将恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号，同时周期激励信号输入到过零检测电路中，生成激励信号过零点位置的标志信号，其次输出旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号，再通过旋变信号调理电路将输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号，最后根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。由于本申请通过对旋转变压器输出的正余弦信号数据进行采样，以实现生成仅包含转轴角位置信息的正余弦信号，用于电机的转轴角的位置信息进行解算，从而避免使用硬件解码芯片，极大降低电驱系统的成本，进而提升了解算精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请实施例提供的一种旋转变压器的软解码系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种旋转变压器解码的软解码方法的方法示意图；
图3是本申请实施例提供的一种原始电信号在坐标轴中表示的示意图；
图4是本申请实施例提供的一种处理后电信号在坐标轴中表示的示意图；
图5是本申请实施例提供的一种同步解调模块的内部结构示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种处理后电信号在坐标轴中表示的示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
到目前为止，为了对转轴角的位置信息进行解算，目前大部分采用价格昂贵的专用芯片进行解码。由于专用芯片成本高且电路设计复杂，从而提升了解算的成本，难以被广泛用于对成本有严格要求的场合。为了省去昂贵的解码芯片，急需要设计同时具有较高的解码精度和较好的动态响应性能的软件解码新方案。为此，本申请提供了一种旋转变压器的软解码系统、方法以及存储介质，以解决上述相关技术问题中存在的问题。本申请提供的技术方案中，由于本申请通过对旋转变压器输出的正余弦信号数据进行采样，以实现生成仅包含转轴角位置信息的正余弦信号，用于电机的转轴角的位置信息进行解算，从而避免使用硬件解码芯片，极大降低电驱系统的成本，进而提升了解算精度，下面采用示例性的实施例进行详细说明。
请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种应用于旋转变压器解码的软解码系统示意图。
该系统包括电机、电路模块和微控制器；其中，电路模块分别与电机、和微控制器电连接；其中，电机内部设置有旋转变压器，用于接收电信号和输出电信号；其中，所述旋转变压器与所述电机机械连接；其中，微控制器对旋转变压器输出的连续正余弦信号顶点位置处的数据进行采集，并根据采集的正余弦信号数据计算电机的转轴角的位置信息。
在本申请实施例中，电路模块包括旋变信号调理电路、过零检测电路以及激励放大电路；其中，过零检测电路与激励放大电路之间电气连接。
在本申请实施例中，激励放大电路，用于将微控制器输出的信号转化为可以驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；过零检测电路，用于从周期激励信号中识别出周期激励信号中的过零点位置处的信号并生成过零点位置标志的信号数据；旋变信号调理电路，用于将旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号进行处理后生成可被所述微控制器识别的差分模拟信号。
在本申请实施例中，微控制器包括同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块；其中，同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块通信连接。
在本申请实施例中，激励生成模块，用于将原始信号处理后生成恒定频率的驱动信号；同步解调模块，用于根据激励信号过零点位置处的信号数据针对差分模拟信号进行采集；角度解算模块，用于根据同步解调模块采集的多个差分模拟信号进行计算电机的转轴角的位置信息。
在本申请实施例中，同步解调模块包括时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器；其中，时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器之间通信连接；其中，时钟子模块，用于产生初始信号；采样相偏移生成模块，用于生成相对于激励信号进行相移的采样时刻相移基准；信号转换器，用于将差分模拟信号转换为数字信号。
在本申请实施例中，旋转变压器的软解码系统当检测到电机启动时，首先根据时钟子模块生成初始信号，再通过激励生成模块将初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号，然后将恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号，同时周期激励信号输入到过零检测电路中，生成激励信号过零点位置的标志信号，其次输出旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号，再通过旋变信号调理电路将输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号，最后根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。由于本申请通过对旋转变压器输出的正余弦信号数据进行采样，以实现生成仅包含转轴角位置信息的正余弦信号，用于电机的转轴角的位置信息进行解算，从而避免使用硬件解码芯片，极大降低电驱系统的成本，进而提升了解算精度。
下面将结合附图2-5，对本申请实施例提供的旋转变压器的软解码方法进行详细介绍。该方法可依赖于计算机程序实现，可运行于基于冯诺依曼体系的旋转变压器解码的软解码系统上。该计算机程序可集成在应用中，也可作为独立的工具类应用运行。其中，本申请实施例中的旋转变压器解码的软解码系统可以为嵌入式控制器。
请参见图2，为本申请实施例提供了一种旋转变压器解码的软解码方法的流程示意图。如图2所示，本申请实施例的方法可以包括以下步骤：
S101，当微控制器接收到电机启动指令时，根据时钟子模块生成初始信号；
其中，电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。本申请可以理解成安装在新能源汽车上的电机，用于驱动车辆行驶。时钟子模块位于同步解调模块中，用来产生原始信号。
在一种可能的实现方式中，当新能源电动汽车通电后，微控制器开始通电工作，当新能源汽车需要向前行驶时，微控制器接收指令，首先通过自身内部的时钟子模块产生一个原始的电信号，并将原始的电信号发送给激励生成模块用来生成一定频率的驱动信号。
例如，激励生成模块利用微控制器产生的信号，生成频率一定的驱动信号。
S102，通过激励生成模块将初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号；
在一种可能的实现方式中，当激励生成模块接收到初始信号后，将接收到的初始信号进行恒定频率处理后，使得产生的信号为恒定频率的驱动信号，最后将恒定频率的驱动信号发送至激励放大电路。
S103，将恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；
其中，旋转变压器，一次侧绕组和二次侧绕组均位于定子上，两个二次侧定子绕组机械错位90°，旋变转子的特殊设计使得二次侧所耦合的电压随转轴角位置的变化而发生正弦变化。
在一种可能的实现方式中，激励放大电路接收激励生成模块发送的恒定频率的驱动信号，再将接收到的恒定频率的驱动信号进行放大处理，从而得到驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号，最后将驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号分为两路，一路发送至旋转变压器，另一路发送至过零检测电路。
需要说明的是，激励信号分为正激励信号R1和负激励信号R2。
如附图3所示，旋转变压器的激励信号的表达式为：
R1-R2＝Vexcsin(ωt)，其中，ω为预设周期系数，t为时间，Vexc为激励信号的电压幅值。
S104，将所述周期激励信号输入旋转变压器中，旋转变压器二次侧绕组则输出连续正余弦信号，同时采集所述周期激励信号，得到旋转变压器激励采样信号；
在一种可能的实现方式中，旋转变压器当接收到周期激励信号R1和R2后，旋转变压器随着电机被控制开始转动，在电机转动后输出旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号，最后将输出的连续正余弦信号发送至旋转信号调理电路进行处理。
S105，将所述旋转变压器激励采样信号输入过零检测电路中识别出周期激励信号中的过零点位置，并生成过零点位置处的标志信号数据，并将所述过零点位置处的标志信号数据反馈至同步解调模块；
其中，过零点检测电路从周期激励信号中识别出周期激励信号中的过零点位置处的信号并生成过零点位置标志的信号数据。同步解调模块根据过零点位置处的信号数据针对电信号进行采集。
在一种可能的实现方式中，过零检测电路接收到激励信号后，从激励信号中识别出周期激励信号中的过零点位置处的信号数据，识别后将多个过零点位置处的信号数据发送至微控制器中的同步解调模块。
进一步地，同步解调模块根据反馈的多个过零点位置处的信号数据为参考依据，可以对电信号进行采集。
S106，通过旋变信号调理电路将输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号；
如附图3所示，旋转变压器输出的正余弦反馈信号的表达式为：
S1-S3＝Vr·sin(ωt)·sin(θ)；
S2-S4＝Vr·sin(ωt)·cos(θ)；
其中，S1-S3为正弦反馈的差分信号，S2-S4为余弦反馈的差分信号，θ为转轴角，Vr代表反馈信号幅值。
当sin(ωt)＝±1时，即当激励信号处于一个周期内的上下顶点时，有如下式：
S1-S3＝±Vr·sin(θ)
S2-S4＝±Vr·cos(θ)
通过上式可知，通过对处于激励信号顶点的S1,S2,S3,S4进行采样，即可获得仅包含转轴角位置信息的正余弦信号。对处于激励信号上顶点的S1,S2,S3,S4进行采样，获得的效果例如附图4所示。而本方案基于顶点采样的旋转变压器软解码方法即基于此原理实现，这部分主要靠本发明中的同步解调模块实现。
S107，根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。
在一种可能的实现方式中，同步解调模块根据过零点位置处的信号数据针对连续差分模拟信号进行采样，生成多个包含转轴角位置信息的正余弦信号，最后将多个包含转轴角位置信息的正余弦信号输入角度解算模块中进行反正切计算，输出电机的转轴角的位置信息。
进一步地，针对连续差分模拟信号进行采样时，首先创建坐标轴，然后将连续差分模拟信号添加至坐标轴中进行表示，最后采集坐标轴中顶点位置处的正余弦信号数据。
如附图5所示，同步解调模块通过时钟模块捕获过零检测电路识别到的激励信号向上或向下过零点位置，得到采样基准；通过采样相偏移生成模块，得到相对采样基准1/4和3/4激励信号周期的相移时刻，作为正余弦信号的采样点，此时触发ADC进行采样转化，则得到的Sin+,Sin-,Cos+,Cos-数字信号，即为正余弦信号顶点所对应的信号值，而此值即是仅包含转轴角位置信息的正余弦信号。
进一步的，同步解调模块通过对上述Sin+,Sin-,Cos+,Cos-分别进行差值计算或者翻转运算，即可得到用于角度解算的正余弦信号Sin和Cos。
更优的，对一个激励周期内的上下顶点都进行采样，采样相偏移生成模块生成1/4和3/4激励信号周期两个相移，则可得到更加密集的仅包含转轴角位置信息的正余弦采样信号，可用于更高频以及更高精度要求的角度解算，例如图6所示。
在本申请实施例中，旋转变压器的软解码系统当检测到电机启动时，首先根据时钟子模块生成初始信号，再通过激励生成模块将初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号，然后将恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号同时，周期激励信号输入到过零检测电路中，生成激励信号过零点位置的标志信号，其次输出旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号，再通过旋变信号调理电路将输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号，最后根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。由于本申请通过对旋转变压器输出的正余弦信号数据进行采样，以实现生成仅包含转轴角位置信息的正余弦信号，用于电机的转轴角的位置信息进行解算，从而避免使用硬件解码芯片，极大降低电驱系统的成本，进而提升了解算精度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，相关程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，所述系统包括：
电机、电路模块和微控制器；其中，
所述电路模块分别与所述电机、和所述微控制器电连接；其中，
所述电机内部设置有旋转变压器，用于接收电信号和输出电信号；其中，
所述旋转变压器与所述电机机械连接；其中，
所述微控制器对所述旋转变压器输出的连续正余弦信号顶点位置处的数据进行采集，并根据所述采集的正余弦信号数据计算所述电机的转轴角的位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，
所述电路模块包括旋变信号调理电路、过零检测电路以及激励放大电路；其中，所述过零检测电路与激励放大电路之间电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，
所述激励放大电路，用于将所述微控制器输出的信号转化为可以驱动所述旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；
所述过零检测电路，用于从所述周期激励信号中识别出周期激励信号中的过零点位置处的信号并生成过零点位置标志的信号数据；
所述旋变信号调理电路，用于将所述旋转变压器二次侧绕组输出的连续正余弦信号进行处理后生成差分模拟信号。
4.根据权利要求3所述的一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，
所述微控制器包括同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块；其中，所述同步解调模块、角度解算模块以及激励生成模块通信连接。
5.根据权利4所述的一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，
所述激励生成模块，用于将原始信号处理后生成恒定频率的驱动信号；
所述同步解调模块，用于根据所述过零点位置标志的信号数据针对所述差分模拟信号进行采集；
所述角度解算模块，用于根据所述同步解调模块采集的多个差分模拟信号进行计算所述电机的转轴角的位置信息。
6.根据权利要求5所述的一种旋转变压器的软解码系统，其特征在于，
所述同步解调模块包括时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器；其中，
所述时钟子模块、采样相偏移生成模块、信号转换器之间通信连接；其中，
所述时钟子模块，用于产生初始信号；
所述采样相偏移生成模块，用于生成相对于激励信号进行相移的采样时刻相移基准；
所述信号转换器，用于将所述差分模拟信号转换为数字信号。
7.一种旋转变压器的软解码方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的系统信息，所述方法包括：
当微控制器接收到电机启动指令时，根据时钟子模块生成初始信号；
通过激励生成模块将所述初始信号进行处理，生成恒定频率的驱动信号；
将所述恒定频率的驱动信号输入激励放大电路进行处理，生成驱动旋转变压器内一次侧绕组的周期激励信号；
将所述周期激励信号输入旋转变压器中，旋转变压器二次侧绕组则输出连续正余弦信号，同时采集所述周期激励信号，得到旋转变压器激励采样信号；
将所述旋转变压器激励采样信号输入过零检测电路中识别出周期激励信号中的过零点位置，并生成过零点位置处的标志信号数据，并将所述过零点位置处的标志信号数据反馈至同步解调模块；
通过旋变信号调理电路将所述输出的连续正余弦信号进行处理，生成能被微控制器识别的连续差分模拟信号；
根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据同步解调模块、过零点位置处的信号数据以及连续差分模拟信号进行计算，生成电机的转轴角的位置信息，包括：
同步解调模块根据所述过零点位置标志的信号数据针对所述连续差分模拟信号进行采样，生成多个包含转轴角位置信息的正余弦信号；
将所述多个包含转轴角位置信息的正余弦信号输入角度解算模块中进行反正切计算，输出电机的转轴角的位置信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述针对所述连续差分模拟信号进行采样，包括：
创建坐标轴；
将所述连续差分模拟信号添加至所述坐标轴中进行表示；
采集所述坐标轴中顶点位置处的正余弦信号数据。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求7-9任意一项的方法步骤。
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