一种高精度转子位置测量系统及测量方法技术方案

一种高精度转子位置测量系统及测量方法，系统是DSP主要进行脉宽调制波产生、模数转换采样、信号解调和角度计算。电机的转子与旋转变压器相连。DSP生成PWM波输出给第一幅值调节电路，第一幅值调节电路的两个输出连接至旋转变压器的输入绕组端，旋转变压器的输出端连接至第二幅值调节电路的四个输入端，第二幅值调节电路的两个输出端与DSP芯片的两个输入端连接。方法：DSP芯片生成脉宽调制信号；经第一幅值调节电路调节生成激励信号；处理含有电机转子位置信息的交流调制信号，得到与DSP兼容的信号；DSP芯片采样、解调旋转变压器输出的信号U

【技术实现步骤摘要】
一种高精度转子位置测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及一种转子位置测量系统。特别是涉及一种高精度转子位置测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]高精度转子位置测量是高性能电机控制技术的基础，对于航空电机控制领域尤其如此。在高精度转子位置测量的传感器中，旋转变压器因其抗干扰能力强、安装方便可靠等优点，得到了广泛的应用。
[0003]旋转变压器的输出为两路包含转子绝对位置信息的高频调制模拟信号，在常见的数字式电机控制中应用时，需要先对这些高频调制模拟信号解码，得到转子绝对位置数字信号。常见的解码方法是使用专用解码芯片，其技术成熟，有较高的精度和较好的性能，但芯片接口电路复杂，而可靠性要求高的航空电机控制领域要求接口尽可能简单。
[0004]中国专利技术专利文献CN201110418563.9公开了一种基于单现场可编程门阵列(FPGA)的旋转变压器解码处理装置和方法。由FPGA输出正弦激励信号，经数模转换电路、缓冲电路功率放大后输入到旋转变压器，旋转变压器输出信号经调理电路、模数转换电路，转换成数字信号给到FPGA电路和数字信号处理器(DSP)控制电路计算转子位置和速度。由于采样是在正弦激励波形最高点进行，容易引入误差。而且，该方法需同时使用多种硬件电路，硬件电路接口复杂。中国专利技术专利文献CN202011024096.7公开了一种高精度高速跟踪轴角转换器及其控制方法，增加了分辨率切换增益控制电路与双宽带电路，提高了转子位置测量精度。但是，此种方法同样存在硬件接口电路过于复杂，使用灵活性低的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可高速跟踪和高分辨率地测量转子位置的高精度转子位置测量系统及测量方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种高精度转子位置测量系统及测量方法，系统包括有由DSP芯片构成的数字信号处理单元，还设置有第一幅值调节电路、旋转变压器和第二幅值调节电路，其中，所述数字信号处理单元包括有：用于产生脉宽调制波的PWM模块，用于对接收的电压信号进行模数转换的ADC模块，用于对转换后的数字电压信号进行解调的信号解调模块，以及用于将解调后的数字电压信号变换成角度信号输出的角度计算模块；所述PWM模块的输出端连接所述第一幅值调节电路的输入端，将产生的脉宽调制波送入第一幅值调节电路，所述第一幅值调节电路的两个输出端对应连接所述旋转变压器的两输入绕组和端，将脉宽调制波调节生成具有设定幅值的激励信号送入给旋转变压器，所述旋转变压器的转子与被测电机的转子同轴相连，旋转变压器的两个输出端和与所述第二幅值调节电路的输入端相连，在接收的激励信号的激励下，向第二幅值调节电路输出含有电机转子位置信息的调制信号，所述第二幅值调节电路的输出端连接所述ADC模块输入端，将与DSP芯片要求电压兼容的含有电机转子位置信息的信号送入ADC模块。
[0007]测量方法，包括如下步骤：
[0008]1)DSP芯片生成脉宽调制信号Uo；
[0009]2)脉宽调制信号Uo经第一幅值调节电路调节生成具有设定幅值的激励信号Ui；
[0010]3)获取并处理含有电机转子位置信息的交流调制信号，得到与DSP芯片要求电压兼容的信号U
c
和U
s
；
[0011]4)DSP芯片采样、解调旋转变压器输出的信号U
c
和U
s
；
[0012]5)角度计算模块计算输出转子位置信息θ。
[0013]本专利技术的一种高精度转子位置测量系统及测量方法，具有如下有益效果：
[0014]1、通过数字信号处理器DSP直接进行信号的产生与处理，以软件方式实现对转子位置的测量，避免了多种硬件电路的应用，外部仅有幅值调节电路，接口电路非常简单，增强了可靠性，同时使转子位置的检测更加准确。
[0015]2、采用基于同步旋转坐标系锁相环算法计算转子位置和转速，提供了一个额外的滤波效果，减少了噪声和电磁干扰的影响，并且可高速跟踪和高分辨率地测量转子位置。
[0016]3、旋转变压器采用方波激励的方式，相比传统的正弦激励方式，不受最高点采样的限制，减小转子位置计算的误差，使用灵活。
附图说明
[0017]图1是本专利技术高精度转子位置测量系统的构成框图；
[0018]图2是本专利技术中角度计算模块的闭环算法结构图；
[0019]图3a是第一幅值调节电路输出的激励信号Ui的波形图；
[0020]图3b是DSP解调波U
s2
对应转子位置φ的正弦值变化波形图；
[0021]图3c是第二幅值调节电路输出的U
c
受幅值随φ的余弦值变化、载波为激励方波信号的调制波形图；
[0022]图3d是转子转速ω为100πrad/s波形图；
[0023]图3e是第二幅值调节电路输出的U
s
受幅值随φ的正弦值变化、载波为激励方波信号的调制波形图；
[0024]图3f是转子位置φ在0～2π内周期变化的相位图，一个周期表示转子转动一圈；
[0025]图3g是DSP解调波U
c2
对应转子位置φ的余弦值变化波形。
[0026]图中
[0027]1：数字信号处理单元
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1.1：PWM模块
[0028]1.2：ADC模块
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1.3：信号解调模块
[0029]1.4：角度计算模块
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2：第一幅值调节电路
[0030]2.1：第一运算放大器
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2.2：光电耦合器
[0031]3：旋转变压器
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4：第二幅值调节电路
[0032]4.1：第二运算放大器
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4.2：第三运算放大器
具体实施方式
[0033]下面结合实施例和附图对本专利技术的一种高精度转子位置测量系统及测量方法做出详细说明。
[0034]如图1所示，本专利技术的一种高精度转子位置测量系统，包括有由DSP芯片构成的数字信号处理单元1，还设置有第一幅值调节电路2、旋转变压器3和第二幅值调节电路4，其中，所述数字信号处理单元1包括有：用于产生脉宽调制波的PWM模块1.1，用于对接收的电压信号进行模数转换的ADC模块1.2，用于对转换后的数字电压信号进行解调的信号解调模块1.3，以及用于将解调后的数字电压信号变换成角度信号输出的角度计算模块1.4；所述PWM模块1.1的输出端连接所述第一幅值调节电路2的输入端，将产生的脉宽调制波送入第一幅值调节电路2，所述第一幅值调节电路2的两个输出端对应连接所述旋转变压器3的两输入绕组R1和R2端，将脉宽调制波调节生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度转子位置测量系统，包括有由DSP芯片构成的数字信号处理单元(1)，其特征在于，还设置有第一幅值调节电路(2)、旋转变压器(3)和第二幅值调节电路(4)，其中，所述数字信号处理单元(1)包括有：用于产生脉宽调制波的PWM模块(1.1)，用于对接收的电压信号进行模数转换的ADC模块(1.2)，用于对转换后的数字电压信号进行解调的信号解调模块(1.3)，以及用于将解调后的数字电压信号变换成角度信号输出的角度计算模块(1.4)；所述PWM模块(1.1)的输出端连接所述第一幅值调节电路(2)的输入端，将产生的脉宽调制波送入第一幅值调节电路(2)，所述第一幅值调节电路(2)的两个输出端对应连接所述旋转变压器(3)的两输入绕组(R1)和(R2)端，将脉宽调制波调节生成具有设定幅值的激励信号送入给旋转变压器(3)，所述旋转变压器(3)的转子与被测电机(M)的转子同轴相连，旋转变压器(3)的两个输出端(S2、S4)和(S3、S1)与所述第二幅值调节电路(4)的输入端相连，在接收的激励信号的激励下，向第二幅值调节电路(4)输出含有电机转子位置信息的调制信号，所述第二幅值调节电路(4)的输出端连接所述ADC模块(1.2)输入端，将与DSP芯片要求电压兼容的含有电机转子位置信息的信号送入ADC模块(1.2)。2.根据权利要求1所述的一种高精度转子位置测量系统，其特征在于，所述的第一幅值调节电路(2)包括有第一运算放大器(2.1)和光电耦合器(2.2)，所述第一运算放大器(2.1)的输入端连接所述PWM模块(1.1)的输出端，所述第一运算放大器(2.1)的输出端连接所述光电耦合器(2.2)的输入端，所述光电耦合器(2.2)的两个输出端连接所述旋转变压器(3)的两输入绕组(R1)和(R2)端。3.根据权利要求1所述的一种高精度转子位置测量系统，其特征在于，所述的第二幅值调节电路(4)包括有第二运算放大器(4.1)和第三运算放大器(4.2)，所述第二运算放大器(4.1)的输入端连接所述旋转变压器(3)的一个输出端(S1、S3)，所述第三运算放大器(4.2)的输入端连接所述旋转变压器(3)的另一个输出端(S2、S4)，所述第二运算放大器(4.1)和第三运算放大器(4.2)的输出分别连接所述ADC模块(1.2)的输入端。4.一种权利要求1所述高精度转子位置测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)DSP芯片生成脉宽调制信号Uo；2)脉宽调制信号Uo经第一幅值调节电路调节生成具有设定幅值的激励信号Ui；3)获取并处理含有电机转子位置信息的交流调制信号，得到与DSP芯片要求电压兼容的信号U
c
和U
s
；4)DSP芯片采样、解调旋转变压器输出的信号U
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；5)角度计算模块计算输...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟伦珑，回晓双，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：