CN117289684B - 一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旋变信号模拟检测技术领域，具体公开了一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法，包括DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器、TTL接口、液晶面板显示器、信号发生模块、通讯模块、PWM模块、信号调制电路模块及电源电路模块；DSP板卡，用于处理和控制旋变模拟器内DAC芯片、硬件运算器和各模块的运行逻辑，通过采集到电机控制器输入激励信号；本发明通过在旋变模拟器内设置DSP板卡、DAC芯片、乘法运算器和在DSP板卡外设PWM模块的结构，不仅模拟测试电机角速度、角位移的运行状态，还模拟测试获得电机运行状态下的实时温度变化，达到了旋变模拟器模拟测试速度快、延时低、精度高的效果。
Description
技术领域
本发明涉及旋变信号模拟检测技术领域，具体涉及一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法。
背景技术
新能源汽车是未来汽车行业的重要发展方向之一，其中，电机及其控制是至关重要的一环，旋转变压器是输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机，在汽车领域，电机的转速，位置等控制信息的获取一般采用旋转变压器来获取，而同时控制器的研发，生产和测试过程中，都需要依靠旋变信号，来给电机控制器输入电机转速和角度信号，以测试电机控制器的旋变信号解码功能。
由于旋变信号是需要和激励信号进行运算后并输出的一种信号，目前一般的信号发生器是无法实现这个功能的，在没有专用的旋转变压器的模拟设备之前，工程师们一般只能使用伺服电机带动旋转变压器来实现旋变信号的模拟测试，或者使用FPGA板卡来定制模拟器实现相关的模拟测试，会导致电机控制器在进行解码的时候，需要对输入的旋变信号和其输出的激励信号进行比较，才能进行正确解码，而众所周知，数据采集时的A/D转换，一定是需要消耗一些时间的，要么时间短，精度低，要么精度高，时间长，这都必然给设备造成精度或者时间的损失，从而使得旋变信号和激励信号之间形成一个较大的相位差，不能准确解码旋变信号，造成较大的波动和误差，以及老化的电机在运行时转速太快内部温度升高造成运算效率低、寿命低的问题。
因此，需要提供一种新型的旋变模拟器能够更加全面地、高效地和低成本地完成旋变信号收发和解码功能，并且实现故障注入功能和模拟温度测试，以提升新能源汽车的开发效率、降低研发成本。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法，用于解决现有方案中不能准确解码旋变信号、不能实现故障注入功能，以及旋变信号输入输出处理步骤繁琐消耗时间长的测试效率低的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种旋变模拟器，包括DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器、TTL接口、液晶面板显示器、信号发生模块、通讯模块、PWM模块、信号调制电路模块及电源电路模块；
DSP板卡，用于处理和控制旋变模拟器内DAC芯片、硬件运算器和各模块的运行逻辑，通过采集到电机控制器输入激励信号，生成模拟的电机信号，以模拟电机运转的角位移和角速度；
DAC芯片，建立准确的温度-电信号转换模型，将通过DSP板卡处理生成的数字信号转换为模拟信号，并在DAC芯片上集成温度模拟输出电路，来模拟高速旋转的旋转变压器相应的温度变化情况；
硬件运算器，采用乘法运算器对DSP板卡处理激励信号后输出的PWM波形信号进行乘法运算；
PWM模块，外设在DSP板卡中并用电源电路相连，通过调整信号的脉冲宽度进行模拟输出PWM信号；
信号调制电路模块，将信号调制电路接收的基频信号进行调制或解调，用于以模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，或者利用反三角函数信号对调制信号进行解调的恢复和解析。
优选地，所述温度-电信号转换模型，用于实时模拟电机的温度变化，提供温度传
感器的模拟信号给电机控制器，以获取电机运行的温度状态，鉴于输出电压与绝对温度成
正比，则温度-电信号转换模型的计算公式如下：，
式中，为温度与电压的换算系数，为模拟检测温度值，为激励信号，为感应信
号，为温度补偿常数。
优选地，根据所述温度-电信号转换模型中，输入电机温度值，由DAC线路输出模拟
温度传感器的温度信号，具体通过输入不同的电压值，以模拟电机在运行过程中的不同温
度状态，输出给电机控制器，由电机控制器来结合电机转速的条件，处理不同的工况，在所
述DAC芯片内预设一个安全运行的温度阈值，再将模拟检测出的温度值
与预设的温度阈值进行相互比较，超出温度阈值范围则触发温度报警功
能。
优选地，所述PWM模块、所述信号调制电路模块和所述通讯模块利用三角函数进行
调节计算，得出测量旋转物体的转速和角度，其中，转速算法公式为：，，式中，为Y轴方向的速度
值，为控制振动的幅度，为用于计算正弦函数和余弦函数中的角度的输入角度值参
数，为修正常数，为Z轴方向的速度值；角度算法公式为：，，式中，为Y轴方向的角度值，为用于计算Y角度和Z角度时的角度的输入角度标定参数，为Y轴方向的角度值，为控制振动的幅度，为修正常数，用于实现模拟检测基本
功能和故障注入功能。
优选地，所述通讯模块包括串联通信协议、TTL接口和硬件电路，用于与电机控制器进行通信和让旋变模拟器内部的各模块进行信号输入输出；所述串联通信协议又包括CAN信号控制接口和RS485信号控制接口，其中，电机控制器和旋变模拟器之间支持CAN信号控制接口，提供控制DBC，并且支持Modbus通信协议中的RS485信号控制接口。
优选地，所述TTL接口是连接液晶面板显示器，将DSP板卡处理的激励信号为数字信号后转换成TTL信号并传输至液晶面板显示器；
所述液晶面板显示器是接收TTL信号并显示出旋变模拟器的角位移和角速度的运行状态、温度参数和调试信息；
所述信号发生模块是基于预设的信号幅度和转速，生成六个独立的输出信号通
道，每个通道都模拟一个三角函数信号，则模拟三角函数公式为，，式中，、均
为特定时间的值，为振幅，为频率，为时间变量，为相位；
所述电源电路模块是对旋变模拟器内部的DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器和系统模块供电。
为了解决问题，本发明还公开了一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法，包括步骤如下：
101、采用串行通信协议连接电机控制器和旋变模拟器，旋变模拟器获取电机控制器内旋变电路输出的激励信号，并转换成对应的正弦信号和余弦信号；
102、DSP板卡接收激励信号，通过该板卡上布设的集成电路直接运算合成并输出为PWM波形，经过乘法运算器对转速和角度进行计算处理并传输至信号发生模块；
103、经过信号发生模块上预设的信号幅度和转速生成六路模拟三角函数信号，并通过DSP板卡上TTL接口连接的液晶面板显示器进行旋变信号的波形显示；
104、与此同时，旋变模拟器内设DAC芯片探测电机运行温度，从电压的输出方式输出模拟温度信号，以根据用户输入，来调制模拟出不同工况下的电机温度值；
105、通过在DSP板卡上外设PWM模块，并采用信号调制电路模块和通讯模块来配置转速，角度，加速度，故障注入幅值，故障注入相位偏差的配置信息参数，以实现模拟检测基本功能和故障注入功能。
优选地，步骤102中，所述DSP板卡上布设的集成电路包括电源电路，电源电路由电源电路模块控制；电源电路又包括斩波电路和转换电路，且斩波电路和转换电路串联连接，斩波电路和转换电路之间布设有若干个串联电容的接地线，用于稳定电压以保证整个旋转变压模拟器的内部结构模块能够正常工作。
优选地，步骤104中，DAC芯片上布设的集成电路包括温度模拟电路，在旋变模拟器中预设集成6路相同的温度模拟输出，将DAC芯片接收的电压电信号转换成温度信号。
优选地，步骤105中，信号调制电路模块上布设的集成电路包括信号调制电路，在旋变模拟器中预设集成3组6路相同的旋变信号发生器，通过乘法运算器处理DSP产生的PWM信号和励磁电压，结合模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，以形成两路对地的旋变信号并输出。
相比于现有方案，本发明实现的有益效果：
1、本发明通过在旋变模拟器内设置DSP板卡、DAC芯片、乘法运算器和在DSP板卡外设PWM模块的结构，不仅模拟测试电机角速度、角位移的运行状态，还模拟电机运行状态下的实时温度变化，达到了旋变模拟器模拟测试速度快、延时低、精度高的效果。
2、本发明通过设置PWM模块、信号调制电路模块，实现了故障注入的功能，进一步通过在旋变模拟器内注入调制信号的参数，将接收电机控制器传输的激励信号进行旋变信号的负反馈控制，达到了检测电机控制器在不同工作工况和异常工况下工作的鲁棒性的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明旋变模拟器的模块框图。
图2为本发明旋变模拟检测方法的流程框图。
图3为本发明直流电源电路中的斩波电路局部结构图。
图4为本发明直流电源电路中的转换电路局部结构图。
图5为本发明DSP板卡布设的信号调制电路1组2路局部结构图。
图6为本发明DAC芯片的温度模拟电路6路局部结构图。
图7为本发明故障注入功能的幅值注入波形图。
图8为本发明正常模拟测试输出相对位置的波形图。
图9为本发明故障注入相位偏差90度的波形图。
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。
实施例一
如图1所示，本发明为一种旋变模拟器，通过串联通信协议连接电机控制器，包括DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器、TTL接口、液晶面板显示器、信号发生模块、通讯模块、PWM模块、信号调制电路模块及电源电路模块；
本发明实施例中的应用设备旋变模拟器是针对新能源汽车驱动使用的电机控制器，通过采集电机内的旋变电路中的转子和定子所产生的旋变信号来进行模拟检测，具体为旋变的转子安装在电机的转轴上，与电机同步旋转，并在定子线圈中感应出位置信息，由定子线圈传递出来，以测试电机控制器性能的优劣，目前的公开的旋变模拟器，基于FPGA板卡和A/D转换器，只能检测到发动机故障、系统故障、告警信号，存在不支持故障注入，不能支持温度模拟测试，以及不兼容双协议控制接口的缺陷，在性能测试效率上、检测校验数据和故障注入存在一定的不足。本发明实施例通过对旋变模拟器的内部系统结构硬件和芯片上布设的电路进行了设计，以及根据接入电机控制器进行信号输入输出的三角函数计算进行了检验和故障注入的对比分析，及时通过TTL信号反馈数据并记录结果，以提高测试电机控制器功能的整体效果。
DSP板卡，是控制旋变模拟器的核心，接收模拟信号，采用二进制数字量形式将模
拟信号转换成数字信号，并进行高速实时处理，用于处理和控制旋变模拟器内DAC芯片、硬
件运算器和各模块的运行逻辑，通过采集到电机控制器输入激励信号，生成模拟的电机信
号，以模拟电机运转的角位移和角速度，且DSP产生的信号经过板卡上集成电路处理，再经
过乘法运算器进行合成，生成旋变模拟信号，用于模拟电机的角速度、位置运动状态和特
性；包括：假设激励信号为，，式中，为感应电压，且旋变的激
励线圈与水平夹角为，则结合激励线圈中的信号，即得出转子与定子两个感应线圈中的
信号；其中，转子通入高频正弦信号的公式为：，定子所在
的次级线圈中感应信号的公式为：，则根据输入的正余
弦激励信号分别以0和1进行离散型表示，并采用调制脉宽的方法将数字信号等效替代模拟
信号以PWM波形输出；
DSP板卡处理模拟信号的步骤如下：
采集信号，DSP板卡通过与电机控制器建立的串行通信协议，通过输入接口采集来
自电机控制器的输入激励信号，该激励信号包含了旋转物体的驱动信号或控制信号；
数据转换，采集到的模拟信号需要经过板卡上信号电路直接被DSP板卡进行进一步的数字信号处理，不经过ADC数模转换的处理过程；
数字信号处理，DSP板卡使用所搭载的数字信号处理器进行信号处理，通常采用包括卡尔曼滤波、小波变换算法对信号进行滤波、降噪、频谱分析处理；
角位移计算，通过该数字信号处理过程，基于连续采样的数据来计算或者利用差
分器的原理来计算，得到旋转物体的角度信息，再利用角度信息的起始点和结束点
进行角位移计算，即；
角速度计算，利用角位移的计算结果和采样时间间隔，即计算出旋转物体的
角速度，角速度计算公式是
DAC芯片，建立准确的温度-电信号转换模型，将通过DSP板卡处理生成的数字信号转换为模拟信号，即转换为模拟电压信号，结合DAC芯片具有高精度和可调节的输出能力，并在DAC芯片上集成6路温度模拟输出电路，来模拟高速旋转的电机相应的温度变化情况；
温度-电信号转换模型是将采集到的电信号转换为对应的温度值，以提供更准确
的温度数据，用于实时模拟电机的温度变化，提供温度传感器的模拟信号给电机控制器，以
获取电机运行的温度状态，鉴于输出电压与绝对温度成正比，则温度-电信号转换模型的计
算公式如下：，式中，为温度与电压的换算系数，为模拟检测温度值，为激励信号，为感应信号，为温度补偿常数，一般为16
℃/25℃。
另外，本发明实施例中建立温度-电信号转换模型，来模拟电机运行中不同的温度
工况，以测试将电信号转换为温度值，有助于我们对电机控制器内部的实际温度数据进行
解读，并预设一个安全运行的温度阈值，再将模拟检测出的温度值与预
设的温度阈值进行相互比较，超出温度阈值范围则触发温度报警功能，并且
负反馈控制、调节电机控制器采取物理散热和旋变模拟器采用降低转速的相应措施，以保
证电机控制器在电机在不同温度情况下的安全性，与此同时，将温度数据记录存储和线性
分析，用于后续数据处理、趋势分析、故障注入诊断等等。
若DAC芯片上集成的温度模拟电路传输的电压信号，根据温度-电信号转换模型计
算，则模拟检测温度值且，则旋变模拟器检测的电机运行状态正
常，转速稳定且不受影响，保持运算效率；
若则模拟检测温度值或者，均启动温度报警功能，且分为
两种情况，时，对电机控制器内运转的转速进行检测，以及对环境温度进行评
估，确保电机运行状态的正常情况；而时，对电机控制器内运转的转速进行检
测，判断是否运转速率太快，还是运转时间过长，结合环境温度的评估，采取物理散热和旋
变模拟器采用降低转速的相应措施，以维持电机运行状态的正常情况；
将温度模拟电路采集的电信号与建立温度-电信号转换模型换算后的温度值进行记录，采用线性回归算法对电机运行效率、温度和电压进行计算，用于对电机运行的趋势分析，从而精确高效的负反馈调制参数控制电机的运行状态；其中，所述线性回归算法是利用数理统计中回归分析，来确定电机运行效率、温度和电压三者之间的相互依赖的定量关系。
硬件运算器，采用乘法运算器对DSP板卡处理激励信号后输出的PWM波形信号进行
乘法运算，包括计算电机的转速、功率、极对数、信号延迟和温度，则计算公式分别如下：转
速，式中，为校准转速与激励信号之间的比例常数，为激励信号；功
率，式中，为激励信号，为输入功率，为额定功率；极对数，式中，为电机频率，为转速；信号延迟，式中，
为电机响应时间，模拟器采样周期。
乘法运算器具备高速运算、计算结果精确度高、节省资源、简化程序设计及节约功
耗的性能特点，且其在旋变模拟器中是根据激励信号和电机参数来计算电机的转速、功率和温度，通过建立激励信号与转速功率和温度的比例关系并应用于模拟
器中的乘法运算，用于模拟电机在不同激励信号下的转速变化、功率需求/输出情况和温度
变化。
PWM模块，外设在DSP板卡中并用电源电路相连，通过调整信号的脉冲宽度进行模拟输出PWM信号，用于精确控制电机的速度和功率；
PWM模块具备若干个独立的PWM输出通道，且每个通道能够独立地产生PWM信号；支持对每个PWM通道的脉宽进行调节，且通过改变脉冲宽度来控制输出信号的幅度或占空比；能够通过调整PWM信号的周期来调节输出的PWM信号频率；以及能够提供中断机制，使得在达到特定条件或计数值时，触发电机发生中断事件，实现更精细的控制和处理。
信号调制电路模块，将信号调制电路接收的基频信号进行调制或解调，以形成幅度调制AM、频率调制FM和相位调制PM的信号，用于以模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，或者利用反三角函数信号对调制信号进行解调的恢复和解析，得到原始的基频信号；
信号调制电路模块的调制步骤如下：
获取基频信号源，使得信号调制电路输入端连接信号转换电路输出端，接收信号转换电路输出的基频信号作为调制的输入信号源；
调制信号源，结合电机控制器的转速、角度、加速度、故障注入幅值和故障注入相位偏差的配置信息参数，将需要调制的三角函数信号作为调制信号源；
调制电路，在信号调制电路模块中，利用信号调制电路对基频信号进行幅度调制AM、频率调制FM或相位调制PM；
调制输出，将调制后的信号经过通讯模块输出至电机控制器或信号发生模块中进行接收和处理。
本发明实施例中，PWM模块、信号调制电路模块和通讯模块通过接受旋变模拟器输出的配置转速、角度、加速度、故障注入幅值和故障注入相位偏差的信息参数，并利用三角函数进行调节计算，得出测量旋转物体的转速和角度，以实现模拟检测基本功能和故障注入功能，其中，故障注入是对基本功能中的部分信号进行异常变形后的输出；
转速算法公式为：，，式
中，为Y轴方向的速度值，为控制振动的幅度，为用于计算正弦函数和余弦函数
中的角度的输入角度值参数，为修正常数，为Z轴方向的速度值；角度算法公式为：，，式
中，为Y轴方向的角度值，为用于计算Y角度和Z角度时的角度的输入角度标定参
数，为Y轴方向的角度值，为控制振动的幅度，为修正常数。
本发明实施例中，通讯模块包括串联通信协议、TTL接口和硬件电路，用于与电机控制器进行通信和让旋变模拟器内部的各模块进行通信，以接收和发送控制命令和反馈信息；串联通信协议又包括CAN信号控制接口和RS485信号控制接口，其中，电机控制器和旋变模拟器之间支持CAN信号控制接口，提供控制DBC，用于将通过CAN总线通信的数据信息能够用DBC文件进行读取，并且支持Modbus通信协议中的RS485信号控制接口，其中，RS485信号控制接口是有线传输，具备差分传输线的优势，能够把信号在传输过程中引入的干扰抵消掉。
本发明实施例中，TTL接口是连接液晶面板显示器，将DSP板卡处理的激励信号为数字信号后转换成TTL信号并传输至液晶面板显示器，具体过程是将高电平逻辑信号与低电平逻辑信号之间进行转换和适配；
液晶面板显示器是接收TTL信号并显示出旋变模拟器的角位移和角速度的运行状态、温度参数和调试信息；
信号发生模块是基于预设的信号幅度和转速，生成六个独立的输出信号通道，每
个通道都模拟一个三角函数信号，则模拟三角函数公式为，，式中，、均为特定时间的值，为振幅，
为频率，为时间变量，为相位；信号发生模块进行预设信号幅度和转速，先预设电机控
制器的电压数值来表示信号幅度，再设定频率、周期的配置参数来预设转速。
电源电路模块是对旋变模拟器内部的DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器和各模块供电。
实施例二
如图2所示，本发明为一种旋变模拟检测方法，是对实施例一中的旋变模拟器的使用方法进一步公开，包括步骤如下：
101、采用串行通信协议连接电机控制器和旋变模拟器，旋变模拟器获取电机控制器内旋变电路输出的激励信号，并转换成对应的正弦信号和余弦信号；
102、DSP板卡接收激励信号，通过该板卡上布设的集成电路直接运算合成并输出为PWM波形，经过乘法运算器对转速和角度进行计算处理并传输至信号发生模块；
103、经过信号发生模块上预设的信号幅度和转速生成六路模拟三角函数信号，并通过DSP板卡上TTL接口连接的液晶面板显示器进行旋变信号的波形显示；
104、与此同时，旋变模拟器内设DAC芯片探测旋转变压器运行温度，从电流、电压的输出方式输出模拟温度信号，且从液晶面板显示器上输出模拟的温度值；
105、通过在DSP板卡上外设PWM模块，并采用信号调制电路模块和通讯模块来配置转速，角度，加速度，故障注入幅值，故障注入相位偏差的配置信息参数，以实现模拟检测基本功能和故障注入功能。
参照中国实用新型专利CN201320546635.2（一种DSP实用电源电路）公开的DSP上布设的电源电路，基于电源电路能够将高压交流电转换成低压直流电，为DSP芯片提供稳定的电源和滤除干扰的工作原理，本发明实施例中的电源电路如图3和图4所示，步骤102中，DSP板卡上布设的集成电路包括电源电路，电源电路由电源电路模块控制；电源电路又包括斩波电路和转换电路，且斩波电路和转换电路串联连接，斩波电路和转换电路之间布设有若干个串联电容的接地线，用于稳定电压以保证整个旋转变压模拟器的内部结构模块能够正常工作；具体为在电机控制器接入电源端时，使用变压器转换220V交流电变为15V交流电，电机运行启动后传输电压至旋变模拟器时，则使用斩波电路将交流电变成直流电，经过镇流处理后获得15V直流电压，再经过转换电路处理获得3.3V，1.9V的工作电压。
参照中国发明专利CN201910012519.4（一种二线制温度传感器模拟方法及电路）公开的温度传感器模拟电路，基于DAC芯片上布设的温度模拟电路去模拟温度传感器的输出信号的工作原理，本发明实施例中的温度模拟电路如图5所示，步骤104中，DAC芯片上布设的集成电路包括温度模拟电路，在旋变模拟器中预设集成6路相同的温度模拟输出，将DAC芯片接收的电压电信号转换成温度信号。
参照中国发明专利CN201110069111.4（用于模拟旋转变压器输出信号的模拟器）公开的旋变模拟器内布设的信号调制电路，基于数字信号处理算法将模拟信号与高频载波信号进行线性叠加，以便在传输中实现信号的调制和解调的工作原理，本发明实施例中的电源电路如图6所示，步骤105中，信号调制电路模块上布设的集成电路包括信号调制电路，在旋变模拟器中预设集成3组6路相同的旋变信号发生器，其中，旋变信号发生器不限个数，预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置，通过乘法运算器处理DSP产生的PWM信号和励磁电压，结合模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，以形成两路对地的旋变信号并输出。
实施例三
如图7-9所示，本发明为一种旋变模拟器及旋变模拟检测方法，是对实施例二中的故障注入功能测试进一步公开，包括故障注入：在电压为5V时，理想状态下的正弦信号波形如图7所示；在电压为10V时，注入幅值，且正常输出相对位置的正弦、余弦信号波形如图8所示；在电压为10V时，注入偏差为90°的相位参数，得出如图9所示的正弦、余弦信号波形，通过对比图7-9能够明显实现故障注入功能，以及准确解码旋变信号，提高模拟测试结果的精确性。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的发明实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种旋变模拟器，通过串联通信协议连接电机控制器，其特征在于：包括DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器、TTL接口、液晶面板显示器、信号发生模块、通讯模块、PWM模块、信号调制电路模块及电源电路模块；
DSP板卡，用于处理和控制旋变模拟器内DAC芯片、硬件运算器和各模块的运行逻辑，通过采集到电机控制器输入激励信号，生成模拟的电机信号，以模拟电机运转的角位移和角速度；
DAC芯片，建立准确的温度-电信号转换模型，将通过DSP板卡处理生成的数字信号转换为模拟信号，并在DAC芯片上集成温度模拟输出电路，来模拟高速旋转的旋转变压器相应的温度变化情况；
其中，温度-电信号转换模型是将采集到的电信号转换为对应的温度值，以提供更准确的温度数据，用于实时模拟电机的温度变化，提供温度传感器的模拟信号给电机控制器，以获取电机运行的温度状态，鉴于输出电压与绝对温度成正比，则温度-电信号转换模型的计算公式如下：，式中，/>为温度与电压的换算系数，/>为模拟检测温度值，/>为激励信号，/>为感应信号，/>为温度补偿常数；
硬件运算器，采用乘法运算器对DSP板卡处理激励信号后输出的PWM波形信号进行乘法运算；
PWM模块，外设在DSP板卡中并用电源电路相连，通过调整信号的脉冲宽度进行模拟输出PWM信号；
信号调制电路模块，将信号调制电路接收的基频信号进行调制或解调，用于以模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，或者利用反三角函数信号对调制信号进行解调的恢复和解析。
2.根据权利要求1所述的一种旋变模拟器，其特征在于：所述温度-电信号转换模型，用于实时模拟电机的温度变化，提供温度传感器的模拟信号给电机控制器，以获取电机运行的温度状态，鉴于输出电压与绝对温度成正比，则温度-电信号转换模型的计算公式如下：，式中，/>为温度与电压的换算系数，/>为模拟检测温度值，/>为激励信号，/>为感应信号，/>为温度补偿常数。
3.根据权利要求2所述的一种旋变模拟器，其特征在于：根据所述温度-电信号转换模型中，通过输入不同的电压值，以模拟电机在运行过程中的不同温度状态，输出给电机控制器，由电机控制器来结合电机转速的条件，处理不同的工况，在所述DAC芯片内预设一个安全运行的温度阈值再将模拟检测出的温度值/>与预设的温度阈值/>进行相互比较，超出温度阈值范围则触发温度报警功能。
4.根据权利要求1所述的一种旋变模拟器，其特征在于：所述PWM模块、所述信号调制电路模块和所述通讯模块利用三角函数进行调节计算，得出测量旋转物体的转速和角度，其中，转速算法公式为：，/>，式中，/>为Y轴方向的速度值，/>为控制振动的幅度，/>为用于计算正弦函数和余弦函数中的角度的输入角度值参数，/>为修正常数，/>为Z轴方向的速度值；角度算法公式为：，/>，式中，/>为Y轴方向的角度值，/>为用于计算Y角度和Z角度时的角度的输入角度标定参数，/>为Y轴方向的角度值，/>为控制振动的幅度，/>为修正常数，用于实现模拟检测基本功能和故障注入功能。
5.根据权利要求4所述的一种旋变模拟器，其特征在于：所述通讯模块包括串联通信协议、TTL接口和硬件电路，用于与电机控制器进行通信和让旋变模拟器内部的各模块进行信号输入输出；所述串联通信协议又包括CAN信号控制接口和RS485信号控制接口，其中，电机控制器和旋变模拟器之间支持CAN信号控制接口，提供控制DBC，并且支持Modbus通信协议中的RS485信号控制接口。
6.根据权利要求1所述的一种旋变模拟器，其特征在于：所述TTL接口是连接液晶面板显示器，将DSP板卡处理的激励信号为数字信号后转换成TTL信号并传输至液晶面板显示器；
所述液晶面板显示器是接收TTL信号并显示出旋变模拟器的角位移和角速度的运行状态、温度参数和调试信息；
所述信号发生模块是基于预设的信号幅度和转速，生成六个独立的输出信号通道，每个通道都模拟一个三角函数信号，则模拟三角函数公式为，，式中，/>、/>均为特定时间/>的值，/>为振幅，/>为频率，/>为时间变量，/>为相位；
所述电源电路模块是对旋变模拟器内部的DSP板卡、DAC芯片、硬件运算器和系统模块供电。
7.一种旋变模拟检测方法，应用于权利要求1-6任一项所述的一种旋变模拟器，其特征在于：包括步骤如下：
101、采用串行通信协议连接电机控制器和旋变模拟器，旋变模拟器获取电机控制器内旋变电路输出的激励信号，并转换成对应的正弦信号和余弦信号；
102、DSP板卡接收激励信号，通过该板卡上布设的集成电路直接运算合成并输出为PWM波形，经过乘法运算器对转速和角度进行计算处理并传输至信号发生模块；
103、经过信号发生模块上预设的信号幅度和转速生成六路模拟三角函数信号，并通过DSP板卡上TTL接口连接的液晶面板显示器进行旋变信号的波形显示；
104、与此同时，旋变模拟器内设DAC芯片探测电机运行温度，从电压的输出方式输出模拟温度信号，以根据用户输入，来调制模拟出不同工况下的电机温度值；
105、通过在DSP板卡上外设PWM模块，并采用信号调制电路模块和通讯模块来配置转速，角度，加速度，故障注入幅值，故障注入相位偏差的配置信息参数，以实现模拟检测基本功能和故障注入功能。
8.根据权利要求7所述的一种旋变模拟检测方法，其特征在于：步骤102中，所述DSP板卡上布设的集成电路包括电源电路，电源电路由电源电路模块控制；电源电路又包括斩波电路和转换电路，且斩波电路和转换电路串联连接，斩波电路和转换电路之间布设有若干个串联电容的接地线，用于稳定电压以保证整个旋转变压模拟器的内部结构模块能够正常工作。
9.根据权利要求7所述的一种旋变模拟检测方法，其特征在于：步骤104中，DAC芯片上布设的集成电路包括温度模拟电路，在旋变模拟器中预设集成6路相同的温度模拟输出，将DAC芯片接收的电压电信号转换成温度信号。
10.根据权利要求7所述的一种旋变模拟检测方法，其特征在于：步骤105中，信号调制电路模块上布设的集成电路包括信号调制电路，在旋变模拟器中预设集成3组6路相同的旋变信号发生器，通过乘法运算器处理DSP产生的PWM信号和励磁电压，结合模拟三角函数信号对电机控制器接入的基频信号进行调制，以形成两路对地的旋变信号并输出。
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