自整角机/旋转变压器的数字角转换方法技术

本发明专利技术公开了一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，该方法首先采集自整角机或旋转变压器两路电压信号和一路激磁信号；然后利用两路电压信号与轴角的三角函数关系，通过激磁信号简化公式，得到只有轴角为未知变量的三角函数关系；最后通过求反三角函数，得到最终的数字化轴角。本发明专利技术具有转换过程简单、易于实现、精度高、实时性强、适用场合广泛、成本低、稳定可靠等优点。

Digital angle conversion method of self setting machine / rotating transformer

The invention discloses a synchro / resolver angle digital conversion method, this method first collects the synchro or resolver two voltage signals and an excitation signal; and then use the trigonometric function relationship between two voltage signals and the axial angle, the exciting signal of simplified formula, get the trigonometric function only axis angle as the unknown variables; finally through inverse trigonometric functions, get the final digital axial angle. The invention has the advantages of simple conversion process, easy realization, high precision, strong real time, wide application, low cost, stable and reliable and so on.

【技术实现步骤摘要】
自整角机/旋转变压器的数字角转换方法
本专利技术涉及数字角转换方法，特别是一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法。
技术介绍
自整角机通常应用在自动控制系统中需要指示位置、角度的数值或者远距离调节执行机构的速度等场合，需要一根或多根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动。旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。自整角机/旋转变压器作为角度测量器件，在各种工业领域得到了广泛的应用，为适应工业现代化的需求，工业控制现场的网络化、智能化逐步发展，需要将自整角机/旋转变压器输出的相电压瞬时信号转化为数字量轴角。美国ADI公司的自整角机/旋转变压器数字转换器AD2S44，集成了输入调节器、高速sin/cos乘法器、误差放大器、相敏调节器、积分器、压控振荡器、可逆计数器和输出锁存器，结构复杂，成本高昂。国内201所推出的ADI产品的原位替代品，如10、11、14ZSZ/XSZ系列，虽简化了ADI产品SDC/RDC1702、1700、1704系列的部分结构，但精度也随之下降，成本仍然高昂。申请号为201310186444.4的专利技术专利公开了一种自整角机/旋转变压器的数字转换器转换方法，该方法很大程度上解决了现有技术的成本问题，但该专利技术的转换方法多次进行近似，累加误差导致其精度较低，且使用单片机进行一系列的乘除和加减运算，实时性难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，包括以下步骤：步骤1，采集自整角机或旋转变压器两路电压信号和一路激磁信号；步骤2，利用两路电压信号与轴角的三角函数关系，通过激磁信号简化公式，得到只有轴角为未知变量的三角函数关系；步骤3，通过求反三角函数，得到最终的数字化轴角。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：本专利技术的自整角机/旋转变压器数字角转换方法具有转换过程简单、易于实现、精度高、实时性强、适用场合广泛、成本低、稳定可靠等优点。附图说明图1为本专利技术的自整角机/旋转变压器数字角转换方法流程图。图2为本专利技术实施例的原理框架图。具体实施方式结合图1，一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，包括以下步骤：步骤1，采集自整角机或旋转变压器两路电压信号和一路激磁信号；步骤2，利用两路电压信号与轴角的三角函数关系，通过激磁信号简化公式，得到只有轴角为未知变量的三角函数关系；步骤3，通过求反三角函数，得到最终的数字化轴角。进一步的，对于自整角机，数字角转换方法具体为：自整角机的线电压瞬时值为e1＝E0sin(wt)sinθe2＝E0sin(wt)sin(θ+120°)e3＝E0sin(wt)sin(θ+240°)E0为激磁信号幅值，w为激磁信号角频率，θ为轴角；模数转换器选择采集两路线电压信号及一路激磁信号，任取两路线电压信号，线电压信号取ei，ej，i＝1,2,3，j＝1,2,3，且i≠j；设激磁信号Es＝E0sin(ωt)，采集后送至FPGA，分别进行两路加、减运算：Ub＝ej-ei＝-3E0sin(ωt)cosθ根据使用场合切换模式1和模式2，采用模式1时只有一路线电压信号及一路激磁信号参与运算，采用模式2时有两路线电压信号及一路激磁信号参与运算；模式1即反余弦法，可少采集处理一路电压信号，运算少，对应高实时性要求场合，模式2即反正切法，因两路电压信号都随激磁信号变化，处理过程趋一致，可减小转换对象通道的信号误差，运用量化极限逼近判决法，可进行更高精度的转换，对应高精度场合，另在一些无差别场合，可根据实际使用效果，进行切换。两种模式的运算过程为：模式1：计算-Ub/(3Es)＝cosθ，由数学软件生成arccos的值，将值例化到FPGA的单口ROM中，通过查表1，再结合Ua、Es的符号，确定整周期轴角θ；表1其中，θ0为反三角函数得出值；模式2：计算得到tanθ后，通过量化误差计算，再通过极限逼近判决，由查找表2求结合Ub、Es的符号，确定整周期轴角θ；表2对于旋转变压器，数字角转换方法具体为：旋转变压器的两绕组电压的瞬时值为：ea＝E0sin(wt)sinθeb＝E0sin(wt)cosθ模数转换器采集两路瞬时电压信号及激磁信号，Ua＝ea，Ub＝eb，设激磁信号Es＝E0sin(ωt)，根据使用场合切换模式1和模式2，模式1为只有绕组电压信号及一路激磁信号参与运算，模式2有两路绕组电压信号及一路激磁信号参与运算；模式1：计算Ub/Er＝cosθ，得到cosθ，由数学软件生成arccos的值，将值例化到FPGA的单口ROM中，通过查表1，再结合Ua，Er的符号，确定整周期轴角θ。模式2：计算Ua/Ub＝tanθ，得到tanθ后，通过量化误差计算，再通过极限逼近判决，由查找表2求arctan(Ua/Ub)，再结合Ub、Er的符号，确定整周期轴角θ。模式2中通过量化误差，计算最小量化误差的对应端极值，将极限值归入极限判决，通过判决将极限值在最小量化误差允许内归入有限值。进一步的，自整角机或旋转变压器的两路电压信号和一路激磁信号通过衰减网络衰减后经隔离放大器进行隔离。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，自整角机/旋转变压器的两路线电压瞬时信号及激磁电压信号经过衰减网络，按一定衰减比进行衰减，根据输入信号的幅值范围，衰减比可调节，以适应隔离放大器输入范围。自整角机/旋转变压器的激磁信号为e＝E0sin(ωt)(1)对于自整角机信号e1＝E0sin(ωt)sinθe2＝E0sin(ωt)sin(θ+120°)e3＝E0sin(ωt)sin(θ+240°)e2，e3，e经过衰减及隔离放大器隔离后为：E2＝K1e2＝K1E0sin(ωt)sin(θ+120°)E3＝K1e3＝K1E0sin(ωt)sin(θ+240°)Es＝K1e＝K1E0sin(ωt)K1为自整角机信号经衰减网络后的衰减系数。(2)对于旋转变压器信号ea＝E0sin(ωt)sinθeb＝E0sin(ωt)cosθea，eb，e经过衰减及隔离放大器隔离后为：Ea＝K2ea＝K2E0sin(ωt)sinθEb＝K2eb＝K2E0sin(ωt)cosθEr＝K2e＝K2E0sin(ωt)K2为旋转变压器信号经衰减网络后的衰减系数。上述公式中ω为激磁电压信号角频率，θ为自整角机/旋转变压器的轴角，E0为信号的最大幅值。E2，E3，Es和Ea，Eb，Er经ADC采样数字化后，由FPGA进行如下处理：模式1对于自整角机，对E2，E3进行运算处理：-Ub/(3Es)＝cosθ得：θ＝arccos[-Ub/(3Es)]对于旋转变压器Ub/Er＝cosθ得：θ＝arccos(Ub/Er)由FPGA内的单口ROM中查表得出θ，-Ub/(3Es)∈[-1,1]，Ub/Er∈[-1,1]，则在一个最小正周期中，θ∈[0,π]，结合Ua，Er、Ua，Es符号即可得出整周期的θ值。模式2对于自整角机，对E2，E3进行运算处理：得：对于旋转变压器Ua/Ub＝tanθ得：θ＝arctan(Ua/U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集自整角机或旋转变压器两路电压信号和一路激磁信号；步骤2，利用两路电压信号与轴角的三角函数关系，通过激磁信号简化公式，得到只有轴角为未知变量的三角函数关系；步骤3，通过求反三角函数，得到最终的数字化轴角。

【技术特征摘要】
1.一种自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集自整角机或旋转变压器两路电压信号和一路激磁信号；步骤2，利用两路电压信号与轴角的三角函数关系，通过激磁信号简化公式，得到只有轴角为未知变量的三角函数关系；步骤3，通过求反三角函数，得到最终的数字化轴角。2.根据权利要求1所述的自整角机/旋转变压器的数字角转换方法，其特征在于，对于自整角机，数字角转换方法具体为：自整角机的线电压瞬时值为e1＝E0sin(wt)sinθe2＝E0sin(wt)sin(θ+120°)e3＝E0sin(wt)sin(θ+240°)其中，E0为激磁信号幅值，w为激磁信号角频率，θ为轴角；模数转换器选择采集两路线电压信号及一路激磁信号，任取两路线电压信号，线电压信号取ei，ej，i＝1,2,3，j＝1,2,3，且i≠j；设激磁信号Es＝E0sin(ωt)，采集后送至FPGA，分别进行两路加、减运算：Ub＝ej-ei＝-3E0sin(ωt)cosθ根据使用场合切换模式1和模式2，采用模式1时只有一路线电压信号及一路激磁信号参与运算，采用模式2时有两路线电压信号及一路激磁信号参与运算，两种模式的运算过程为：模式1：计算-Ub/(3Es)＝c...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭树生，席光荣，赵翔，曹迪，高宗彦，尚庆龙，李文超，徐文琪，张亚曦，盛俊铭，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32