一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统技术方案

本发明专利技术涉及旋转变压器的信号处理，具体为一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统。本发明专利技术通过对旋变输出信号幅值不平衡及相位非正交所引起的误差进行分析，提出一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统。通过对输入的正余弦信号进行幅值和相位校正，得到幅值平衡、相位正交的正余弦信号，再通过跟踪型轴角数字转换器解析出永磁直驱电机的转子位置和转速。采用该方法能够提高旋转变压器解析出转子位置和转速的精度，从而进一步提高永磁直驱电机的控制性能。该发明专利技术方法不仅适用于大功率永磁直驱电力机车，同样适用于以旋转变压器为位置传感器的各项永磁同步电机的应用场合。

An all digital RDC decoding system with error suppression function

The invention relates to signal processing of a resolver, in particular to an all digital RDC decoding system with error suppression function. By analyzing the error caused by the unbalanced amplitude and non orthogonal phase of the rotary variable output signal, the invention proposes an all digital RDC decoding system with the function of error suppression. Through the amplitude and phase correction of the input sine and cosine signals, the sine and cosine signals with amplitude balance and phase orthogonal are obtained, and then the rotor position and speed of the permanent magnet direct drive motor are analyzed by the tracking shaft angle digital converter. Using this method can improve the accuracy of resolver's rotor position and speed, and further improve the control performance of permanent magnet direct drive motor. The method of the invention is not only suitable for high-power permanent magnet direct drive electric locomotive, but also suitable for the application of various permanent magnet synchronous motors with rotating transformer as position sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统
本专利技术涉及旋转变压器的信号处理，具体为一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统。
技术介绍
永磁电机牵引系统具有损耗低、效率高、启动特性好、加速性能强、噪声低等显著优点，代表了未来节能减排、绿色环保的技术发展趋势，成为下一代牵引系统的发展方向。直接传动技术，具备解决传递损耗、噪声和维修等问题，减轻车辆的总体重量，提高传动效率，给转向架的设计提供更多自由的空间等优点。目前中车永济电机有限公司与大同电力机车有限公司合作的大功率永磁直驱电力机车完成装车，并且已完成整车的联调试验。在永磁直驱电机的矢量控制过程中，为了获得高动态响应、高精度调速和高效率等控制特性，需要实时获取电机的转速和转子位置信息。比较常用的位置传感器有编码器和旋转变压器，旋转变压器具有精度高、耐高温高湿、可靠性高、防水防尘和抗干扰能力强等优点，在轨道交通、电动汽车、航空及航天等多种领域得到广泛应用。理想情况下，旋转变压器通过向励磁绕组注入高频励磁信号，输出包含转子位置信息的正余弦反馈信号，然后通过解调，即可得到电机的转速和转子位置信息。但在实际应用中，旋转变压器受结构设计和外围电路的影响，其输出的模拟信号并不是随转角按理想的正余弦变化的，总是存在偏差。当旋转变压器的正余弦绕组与励磁绕组的磁场耦合存在差异，或者轴角转换电路的增益不一致时，会造成正余弦反馈绕组感应电动势的最大值不同，从而表现为幅值不平衡误差；当旋转变压器在制造时正余弦反馈绕组空间分布存在偏差，或者信号在传输及放大过程中存在电抗性元件，导致两相信号之间出现相位误差，从而表现为相位正交误差。现有技术一(CN208092582U)提出一种旋转变压器的信号处理电路，包括信号滤波电路和差分调制电路，信号滤波电路由共模电感构成，两个输入端连接旋转变压器，两个输出端连接差分调制电路的两个输入端；差分调制电路由二阶有源低通滤波电路构成，两个输出端用于连接解码芯片。现有技术一提出的信号处理电路采用二阶有源低通滤波电路，能够有效地抑制共模噪声和差模噪声，提高信号的抗干扰能力，但在某种程度上造成了相位延迟，并且对旋变信号的幅值不平衡及相位非正交造成的误差没有抑制作用。此外现有技术一采用旋变解码芯片解析转子位置，成本比较高。现有技术二(CN108631656A)提供了一种旋转变压器解码方法及系统，首先获取旋转变压器的正余弦反馈信号以及锁相环所得的转子转速，然后基于正余弦反馈信号计算得到目标d-q轴电压分量。再基于锁相环所得的转子转速，确定出与转子转速对应的负序分量权重值，并根据负序分量权重值，对正序d-q轴电压分量以及负序d-q轴电压分量进行解耦，得到目标正序q轴分量，最后将目标正序q轴分量输入锁相环，得到永磁同步电机的转子位置和转速。现有技术二根据锁相环所得的转子转速，确定解耦的输入参数，进而加快锁相环的响应过程，并且能够抑制幅值不平衡和相位非正交造成的误差，但是算法比较复杂，不容易实现。
技术实现思路
本专利技术通过对旋变输出信号幅值不平衡及相位非正交所引起的误差进行分析，提出一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统。通过对控制器采到的正余弦反馈信号进行幅值和相位校正，得到幅值平衡、相位正交的正余弦反馈信号，再通过跟踪型轴角数字转换器解析出永磁直驱电机的转子位置和转速。采用该方法能够提高旋转变压器解析出转子位置和转速的精度，从而进一步提高永磁直驱电机的控制性能。该专利技术方法不仅适用于大功率永磁直驱电力机车，同样适用于以旋转变压器为位置传感器的各项永磁同步电机的应用场合。本专利技术是采用如下的技术方案实现的：一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，包括DSP控制器、励磁信号放大与滤波电路、旋转变压器、正余弦信号调理电路，其中DSP控制器内部包括励磁PWM产生模块、旋变信号解调模块和具有误差抑制功能的RDC解码模块，励磁PWM产生模块用于产生正弦励磁参考信号，正弦励磁参考信号经过励磁信号放大与滤波电路得到适合于旋转变压器励磁的正弦励磁信号，送至旋转变压器；正余弦信号调理电路对旋转变压器输出的正余弦反馈信号进行调理，将其转换成单端正余弦信号,送至DSP控制器；DSP控制器内部旋变信号解调模块在励磁参考信号的峰值时刻通过AD对单端正余弦信号进行采样，即可得到与电机转子位置相关的正余弦包络信号，具有误差抑制功能的RDC解码模块首先对正余弦包络信号进行幅值和相位校正，然后通过跟踪型轴角数字变换器得到电机控制所需的转子位置和转速，用于电机控制算法。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，具有误差抑制功能的RDC解码模块首先对正余弦包络信号进行幅值校正得到幅值相等的正余弦信号，之后通过向量加减法对相位进行校正，得到相位正交的正余弦信号，但是此时两信号幅值又不平衡，并且和原信号相位相差一定角度，因此需要再次进行幅值校正，并且在跟踪型轴角数字变换器的角度计算中加上计算出的角度补偿，从而得到更加精确的转子位置和转速。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，具有误差抑制功能的RDC解码模块对正余弦包络信号进行幅值校正时，首先找到正弦和余弦两相信号的最大值，即信号的幅值，然后对其中一信号乘以两信号幅值的比值，即可校正为幅值相等的两相信号。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，对经过幅值校正的正余弦信号进行相加减，得到正交的两相信号Vs2和Vc2。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，令Vs2＝A2sinβ，Vc2＝A3cosβ，Vc2与相位校正前的信号Vc1相差一个固定角度θc，θc的计算公式为：δ为正余弦包络信号间的相位误差。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，经过相位校正的两相信号，先找到两相信号的最大值，即信号的幅值，然后对其中一信号乘以两信号幅值的比值，即可校正为幅值相等的两相信号。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，跟踪型轴角数字变换器通过幅值平衡、相位正交的正余弦信号解析出转子位置β和转速ωr，解析出的转速是真实的转速，解析出的转子位置补偿掉相位误差θc得到真实转子位置θ。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，励磁PWM产生模块通过查表法产生正弦励磁参考信号。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，励磁信号放大与滤波电路采用芯片TC1427对励磁PWM产生模块输出的正弦励磁参考信号进行功率放大，得到适合于旋变励磁功率的SPWM信号，再经过低通滤波器滤除SPWM信号中的高频成分，得到差分的正弦励磁信号。上述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，正余弦信号调理电路采用型号为INA128U的高精度宽电压范围的仪用放大器，对正余弦反馈信号进行放大并转换为适合于DSP采样的单端正余弦信号。本专利技术技术方案带来的有益效果采用本专利技术方法能够校正由于旋转变压器结构设计或外围电路的影响引起的幅值不平衡误差或者相位非正交误差，从而提高经过跟踪型轴角数字转换器解析出转子位置和转速的精度，进而提高永磁同步电机的控制性能。该技术方案适用于大功率永磁直驱电力机车，同样适用于所有以旋转变压器为位置传感器的永磁同步电机应用场合。附图说明图1为本专利技术旋转变压器解码系统控制框图。图2为旋转变压器定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，其特征在于包括DSP控制器、励磁信号放大与滤波电路、旋转变压器、正余弦信号调理电路，其中DSP控制器内部包括励磁PWM产生模块、旋变信号解调模块和具有误差抑制功能的RDC解码模块，励磁PWM产生模块用于产生正弦励磁参考信号，正弦励磁参考信号经过励磁信号放大与滤波电路得到适合于旋转变压器的正弦励磁信号，送至旋转变压器；正余弦信号调理电路对旋转变压器输出的正余弦反馈信号进行调理，将其转换成单端正余弦信号,送至DSP控制器；DSP控制器内部旋变信号解调模块在励磁参考信号的峰值时刻通过AD对单端正余弦信号进行采样，即可得到与电机转子位置相关的正余弦包络信号，具有误差抑制功能的RDC解码模块首先对正余弦包络信号进行幅值和相位校正，然后通过跟踪型轴角数字变换器得到电机控制所需的转子位置和转速，用于电机控制算法。

【技术特征摘要】
1.一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，其特征在于包括DSP控制器、励磁信号放大与滤波电路、旋转变压器、正余弦信号调理电路，其中DSP控制器内部包括励磁PWM产生模块、旋变信号解调模块和具有误差抑制功能的RDC解码模块，励磁PWM产生模块用于产生正弦励磁参考信号，正弦励磁参考信号经过励磁信号放大与滤波电路得到适合于旋转变压器的正弦励磁信号，送至旋转变压器；正余弦信号调理电路对旋转变压器输出的正余弦反馈信号进行调理，将其转换成单端正余弦信号,送至DSP控制器；DSP控制器内部旋变信号解调模块在励磁参考信号的峰值时刻通过AD对单端正余弦信号进行采样，即可得到与电机转子位置相关的正余弦包络信号，具有误差抑制功能的RDC解码模块首先对正余弦包络信号进行幅值和相位校正，然后通过跟踪型轴角数字变换器得到电机控制所需的转子位置和转速，用于电机控制算法。2.根据权利要求1所述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，其特征在于具有误差抑制功能的RDC解码模块首先对正余弦包络信号进行幅值校正得到幅值相等的正余弦信号，之后通过向量加减法对相位进行校正，得到相位正交的正余弦信号，但是此时两信号幅值又不平衡，并且和原信号相位相差一定角度，因此需要再次进行幅值校正，并且在跟踪型轴角数字变换器的角度计算中加上计算出的角度补偿，从而得到更加精确的转子位置和转速。3.根据权利要求2所述的一种具有误差抑制功能的全数字RDC解码系统，其特征在于具有误差抑制功能的RDC解码模块对正余弦包络信号进行幅值校正时，首先找到正弦和余弦两相信号的最大值，即信号的幅值，然后对其中一信号乘以两信号幅值的比值，即可校正为幅值相等的两相信号。4.根据权利要求3所述的一种具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志勇，张瑞峰，张吉斌，路瑶，王彬，詹哲军，梁海刚，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14