DE2732024C3

DE2732024C3 - Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers

Info

Publication number: DE2732024C3
Application number: DE2732024A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter 3300 Braunschweig Holle
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1980-09-04
Also published as: FR2397622A1; FR2397622B1; GB2001222B; GB2001222A; JPS5914164B2; JPS5443055A; DE2732024B2; DE2732024A1

Description

h)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers, der eine Statorwicklung mit zwei um 90° versetzt angeordneten Polen aufweist,

a) mit einer Wechselstromquelle, die zwei um 90° phasenverschobene Wechselspannungen gleicher Frequenz und Amplitude (sin 2 π//, cos π ft) liefert, die jeweils einer der Statorwicklungen aufgeschaltet sind,

b) mit einem Zähler mit einer Taktfrequenz, die einem Vielfachen der Frequenz der Speisespan-S| nung der Statorwicklungen entspricht,

c) mit einem Amplitudendiskriminator, der an die Wicklung des Rotors angeschlossen ist und von dem in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Spannungsparameter ein die Zählung einleitender Impuls auf den Zähler gegeben wird,

d) mit einem Pulsgenerator für die Erzeugung der Zählertaktfrequenz,

e) mit einem Phasenkomparator für die Phasenlage der Wechselstromquelle und des Pulsgenerators, und

f) mit einer Anordnung zur Aufrechterhaltung der Phasengleichheit.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung der genannten Art (GB-PS 1291445 = US-PS 3 634 838) ist die Frequenz der Speise-Wechselspannung, die von der Wechselstromquelle abgegeben wird, abhängig von der Frequenz einer Signalquelle, und zwar über ein aktives Filter. Bei Phasenungleichheit wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasenkomparators über eine Schaltanordnung die Taktfrequenz geändert, die dem aktiven Filter zugeleitet wird, und zwar wird die von einem Teiler abgegebene Frequenz jeweils um eine Stufe vergrößert bzw. verkleinert. Eine Anpassung ist dabei jeweils nur durch Weglassen oder Hinzufügen einer Zähleinheit möglich. Damit ist aber ein Fehler vorgegeben, der in der Größenordnung größer als 5 Promille liegt. Für Anwendungen auf initialplattformen in der Trägheitsnavigation sind Fehler dieser Größenordnung noch als erheblich anzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwikkeln, daß der Meßfehler deutlich niedriger liegt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch folgende Merkmale:
g) der Pulsgenerator ist als spannungsgesteuerter Rechteckgenerator ausgebildet; h) der Pulsgenerator ist mittels einer Phasensynchronisierschaltung auf ein konstantes, phasenstarres Verhältnis zu der den Statorwicklungen aufgeschalteten Speisespannung nachregelbar.

Zweckmäßig ist der Reset-Eingang des Zählers in Abhängigkeit von der Spannung in einer der Statorwicklungen mit einem Reset-Impuls beaufschlagbar.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sind die inneren Zustände des Zählers fest und eindeutig mit der Phasenlage der Statorspannungen verknüpft. Es bleibt also das Teilungsverhältnis zwischen der Frequenz der Speisespannung für die Statorwicklungen des Resolvers und der Taktfrequenz für den Zähler erhalten, und zwar auch beim Nachregeln des Rechteckgenerators, falls im Phasenkomparator fehlende Phasengleichheit festgestellt wird.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers ist aus der US-PS 3 898568 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung wird die Frequenz der Wechselspannung und die Zählertaktfrequenz von einem einzigen Taktgenerator abgeleitet, wobei die Zählertaktfrequenz über Teiler mit unterschiedlichem Teilerverhältnis unterteilt ist. Eine Nachregelung der Zählertaktfrequenz ist hier nicht vorgesehen.

Es ist weiter aus der US-PS 3284795 ein Resolver bekannt, der für die Ausgabe eines Analogsignals ausgelegt ist und mit einer Trägerfrequenz arbeitet. In der Schaltung des Resolvers wird ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet, der dort jedoch zu anderen Zwecken dient als bei der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Resolver weist zwei um 90° versetzt angeordnete Ständerwicklungt Ii 2, 4 und einen Rotor 6 auf, der über eine mit dem Rotor fest verbundene Welle 8 verdrehbar ist. An den beiden Statorwicklungen 2 und 4 liegen zwei um 90°

phasenverschobene sinusförmige Wechselspannungen mit gleichen Amplituden an, durch die im Resolver ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird. Dieses Drehfeld induziert in der Rotorwicklung des Resolvers eine Wechselspannung, deren Phasenlage bezogen auf eine der Statorspannungen eit\ Maß für die Winkelstellung der Resolverwelle darstellt und deren Amplitude für alle Winkelstellungen gleich ist.

Der Winkelstellungssensor ist weiter mit einem Zähler 10 ausgerüstet, der mit einer vorgegebenen Frequenz läuft, wobei die inneren Zustände des Zählers fest und eindeutig mit der Phasenlage der Statorspannungen verknüpft sind. Vorzugsweise ist die Zähler-Taktfrequenz um das Z^fache größer als die Frequenz des Resolver-Drehfeldes, wobei N die Zahl der Binärstufen des Zählers bedeutet. Da am Ende der letzten Stufe des Zählers die Impulsfrequenz um das .''."fache kleiner ist als die Impulsfrequenz am Takteingang, können aus diesem Signal dvch Filterung die Statorwechselspannungen für den Resolver abgeleitet werden. Damit ist die Resolverfrequenz phasenstarr an die Zähler-Taktfrequenz gekoppelt.

Die in den Rotor 6 induzierte Wechselspannung liegt gegebenenfalls nach Verstärkung an einem Amplitudendiskriminator 12 an, über den bei Erreichen des Spannungsmaximums ein Impuls in den Zähler 10 gegeben wird. In dem Zähler werden dann die Takte gezählt, die als Restimpulse eines Zählerdurchlaufs verbleiben. Die in digitaler Form im Zähler gezählten Impulse geben eine digital codierte Anzeige für die Winkelstellung.

Da das System durchweg dynamisch arbeitet, ist mit einfachen Mitteln eine Ausfallserkennung realisierbar, bei der Informationen darüber geliefert werden, ob die vom Sensorsystem gelieferte digitale Winkelstellungsinformation infolge eines Bauteileausfalls verfälscht ist. Das Überwachungsverfahren innerhalb der Ausfallserkennung kann in bekannter Weise durchgeführt werden und braucht an dieser Stelle nicht beschrieben zu werden.

Anstelle einer Zählung der Impulse zwischen dem Erreichen des Maximums der in dem Rotor 6 indu-

zierten Wechselspannung und dem Erreichen des Maximums oder Nulldurchganges der Wechselspannung in einer der Statorwicklung können auch die Impulse zwischen dem Maximum- oder Nulldurchgang der Wechselspannung in einer der Statorwicklungen und dem Maximum- bzw. Nulldurchgang der im Rotor induzierten Wechselspannung gezählt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Resolverspannungen in einem Oszillator 14 erzeugt, welcher nach der Differentialgleichung y" + ω²y = 0 arbeitet. Der Oszillator weist zwei Integratoren und einen Operationsverstärker auf. Die von dieser Schaltung abgegebenen sinusförmigen Spannungen der Form U₀ sin cot und U₀ cos ωί werden verstärkt und dem Resolver zugeführt. Aus einer der beiden Spannungen wird ein Rücksetzsignal für den Zähler 10 abgeleitet. Die in den Resolverrotor induzierte Wechselspannung, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung phasenverschoben ist, wird durch Verstärkung und Begrenzung in einem Rechtecksignal übergeführt, aus welchem der Auslesepuls für den Zähler abgeleitet wird, der beispielsweise ein zehnstufiger Dualzähler sein kann. Die Taktimpulse für den Zähler 10 werden einem bezüglich der Frequenz spannungsgesteuerten Pulsgenerator entnommen. Mit Hilfe einer Phasensynchronisierschaltung 16 nach dem phase-Iocked-loop-Prinzip (PLL) wird der Pulsgenerator so gesteuert, daß die Pulsfrequenz des Zählertaktsignals in einem konstanten phasenstarren Verhältnis zur Resolverfrequenz steht. Zu diesem Zweck wird mittels eines Frequenzteilers ein Signal aus den Zählertaktimpulsen erzeugt, dessen Frequenz gleich dem 2'"ten Teil der Zählertaktfrequenz ist. Aus dem phasenmäßigen Vergleich dieses Signals mit der Resolver-Statcrspannung wird die Steuerspannung für den Taktpulsgenerator abgeleitet.

Das Rücksetzsignal für den Zähler ist erforderlich, um am Ende des Einschwenkvorganges nach Anlegen der Versorgungsspannungen den Zähler in einen definierten Anfangszustand zu setzen. Wenn der erwähnte Synchronismus erreicht ist, wird ein Rücksetzsignal nicht mehr benötigt.

. Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

b) Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers, der eine Statorwicklung mit zwei um 90° versetzt angeordneten Polen aufweist,

a) mit einer Wechselstromquelle, die zwei um 90 ° phasenverschobene Wechselspannungen gleicher Frequenz und Amplitude (sin 2 π/t, cos 2 π ft) liefert, die jeweils einer der Statorwicklungen aufgeschaltet sind,,
mit einem Zähler mit einer Taktfrequenz, die einem Vielfachen der Frequenz der Speisespannung der Statorwicklungen entspricht,

d) mit einem Pulsgenerator für die Erzeugung der Zählertaktfrequenz,

mit einer Anordnung zur Aufrechterhaltung der Phasengleichheit,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale: g) der Pulsgenerator (15) ist als spannungsgesteuerter Rechteckgenerator ausgebildet; der Pulsgenerator (15) ist mittels einer Phasensynchronisierschaltung (16) auf ein konstantes, phasenstarres Verhältnis zu der den Statorwicklungen (2, 4) aufgeschalteten Speisespannung nachregelbar.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reset-Eingang des Zählers (10) in Abhängigkeit von der Spannung in einer der Statorwicklungen (2,4) mit einem Reset-Impuls beaufschlagbar ist.

f)