一种高精度旋转变压器软解码实现方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度旋转变压器软解码实现方法，包括以下步骤：步骤S1）生成励磁信号并作用于旋转变压器的一次侧绕组；步骤S2）回采旋转变压器信号，包括励磁信号、正弦信号和余弦信号；步骤S3）解析旋转变压器差分信号，包括差分运算和幅值偏移量矫正；步骤S4）对矫正后的旋转变压器信号进行位置解析，输出相应的角度信息。本方案在无解码芯片的工况下实现高精度获取位置角度信息，同时增加幅值偏移量矫正环节，解决因外部因素引起的旋变信号幅值不平衡导致角度波动的问题，提高电机控制系统的稳定性。的稳定性。的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度旋转变压器软解码实现方法


[0001]本专利技术涉及电机
，具体涉及一种高精度旋转变压器软解码实现方法。

技术介绍

[0002]新能源汽车电驱动控制系统中，所使用的电机转子位置精度直接影响其整个电机控制系统的性能优劣。旋转变压器(以下简称“旋变”)因其精度高，抗干扰性能强等特点，被广泛应用于电驱动控制系统中。目前与旋变配合最为广泛进行位置信息采集的方式是基于专用集成解码芯片(如PGA411、AD2S1210等芯片)的硬件旋变
‑
数字变换器技术，但由于解码芯片价格昂贵，抗干扰性能差，易受旋变机械安装偏芯、调理电路非对称和幅值误差等非理想因素影响，逐步限制了解码芯片在新能源电驱动控制系统中的应用。为应对解码芯片的限制，同时提高位置角度信息采集的精度，国内外学者及工程师开始研究软解码技术，即直接通过微处理器(MCU)输出励磁信号至旋变励磁绕组上，然后再回采旋变的两路正交信号(正弦信号和余弦信号)至MCU内，进而在MCU内通过数学运算得到电机位置信息。
[0003]近些年来，现有的软解码技术已经能够较准确地获取旋变位置信息。例如，专利文献CN111181559A给出了一种基于DSADC实现旋变软解码的控制系统，但该方案需要对芯片模块进行复杂的配置，且当使用DSADC模块内的滤波器和积分器时，DSADC的采样起始点需要通过复杂的时序配合，以保证每次采样完整半个周波，否则无法精确地还原正余弦信号，导致解码失败。虽然专利文献CN112953339A解决了上述问题，即通过回采励磁信号，设计过零检测电路，实现对旋变输出的连续正余弦信号顶点位置处的数据的精确采集，并根据采集的正余弦信号解析电机的位置信息，但上述方法获取的角度信息精度较差，例如励磁信号频率为10K，该方法获取的角度最大分辨频率为20K。当电机高速运行时，角度信息的精度对控制性能至关重要，因此，提高获取的角度信息的精度是亟需解决的技术问题之一。此外，上述两种方法中，均未考虑实际外部因素引起的旋变信号幅值不平衡而导致角度波动的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述不足，提出了一种高精度的旋转变压器软解码实现方法，在无解码芯片的工况下实现高精度获取位置角度信息，同时增加幅值偏移量矫正环节，解决因外部因素引起的旋变信号幅值不平衡导致角度波动的问题，提高电机控制系统的稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种高精度旋转变压器软解码实现方法，包括以下步骤：步骤S1)生成励磁信号并作用于旋转变压器的一次侧绕组；步骤S2)回采旋转变压器信号，包括励磁信号、正弦信号和余弦信号；步骤S3)解析旋转变压器差分信号，包括差分运算和幅值偏移量矫正；步骤S4)对矫正后的旋转变压器信号进行位置解析，输出相应的角度信息。本专利技术提出了一种高精度的旋转变压器软解码实现方法，具体过程为：微处理器(MCU)通过励磁信号源生成模块，输出含有恒定频率正弦波形的高频脉宽调制波，然后通过励磁信号处理电路，从中提取出
标准的正弦励磁信号sin(θ
e
)(θ
e
＝2πf
e
t，f
e
为励磁信号频率)，将上述正弦励磁信号作用于旋转变压器的一次侧绕组，旋转变压器接收到励磁信号后，由于电磁感应原理，在旋转变压器的二次绕组内感应出正弦信号和余弦信号；接着微处理器(MCU)通过模拟/数字转换器模块以一定频率f
s
采集旋转变压器信号，获得旋转变压器差分信号，包括正弦差分信号Sin_Raw
+/
‑
、余弦差分信号Cos_Raw
+/
‑
，以及励磁差分信号Exc_Raw
+/
‑
；然后对旋转变压器差分信号进行解析，包括差分运算和幅值偏移量矫正，通过差分运算，获得原始的正弦信号Sin_Raw、余弦信号Cos_Raw，以及励磁信号Exc_Raw；考虑到外部因素可能会导致旋变信号幅值不平衡现象，对差分运算后获得的原始旋变信号进行幅值偏移量矫正，获得矫正后的旋变信号，保证后期输出的角度更加平滑；最后根据矫正后的旋变信号，采用基于PLL的角度跟踪观测器进行位置解析，获得精准的位置信息和角度信息，保证电机控制系统的稳定性。
[0007]作为优选，步骤S1的具体过程为：MCU通过励磁信号源生成模块，输出含有恒定频率正弦波形的高频脉宽调制波，然后通过励磁信号处理电路，提取出标准正弦励磁信号sin(θ
e
)(θ
e
＝2πf
e
t)，将所述标准正弦励磁信号作用于旋转变压器的一次侧绕组。旋转变压器接收到励磁信号后，由于电磁感应原理，在旋转变压器的二次绕组内感应出正弦信号和余弦信号。
[0008]作为优选，步骤S2的具体过程为：MCU通过模拟/数字转换器模块以一定频率f
s
采集旋转变压器信号，获得旋转变压器差分信号，包括正弦差分信号Sin_Raw
+/
‑
、余弦差分信号Cos_Raw
+/
‑
，以及励磁差分信号Exc_Raw
+/
‑
。模拟/数字转换器模块包括但不限于ADC模块、SDADC模块。采集频率f
s
的设置需满足采样定理，以完整还原所采集的正弦差分信号Sin_Raw
+/
‑
、余弦差分信号Cos_Raw
+/
‑
和励磁差分信号Exc_Raw
+/
‑
的波形信息，采集频率f
s
一般选择励磁信号频率f
e
的10倍或20倍等，以达到对位置信息的高精度解析。
[0009]作为优选，所述旋转变压器差分信号经过步骤S3中的差分运算后，获得正弦信号Sin_Raw、余弦信号Cos_Raw，以及励磁信号Exc_Raw。
[0010]作为优选，所述励磁信号Exc_Raw的表达式为：Exc_Raw＝A1*sin(θ
e
)+Exc_H_Offset其中，A1为励磁信号基波幅值，Exc_H_Offset为励磁信号的直流偏移量。
[0011]作为优选，所述励磁信号Exc_Raw幅值偏移量矫正的具体过程为：实时在一个励磁信号周期1/f
e
内检测励磁信号的最大值和最小值，在励磁信号周期结束的同时根据最大值和最小值提取偏移量，进而获得矫正后的励磁信号，通过进一步查找最大值以提取A1和sin(θ
e
)；所述矫正后的励磁信号Exc_Corr的表达式为：Exc_Corr＝Exc_Raw
‑
Exc_H_Offset＝A1*sin(θ
e
)其中，Exc_Corr为矫正后的励磁信号。励磁信号仅由频率为f
e
的正弦信号组成，对励磁信号进行幅值偏移量矫正时，先进行偏移量检测，原始的励磁信号Exc_Raw的表达式组成如下：E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：生成励磁信号并作用于旋转变压器的一次侧绕组；步骤S2：回采旋转变压器信号，包括励磁信号、正弦信号和余弦信号；步骤S3：解析旋转变压器差分信号，包括差分运算和幅值偏移量矫正；步骤S4：对矫正后的旋转变压器信号进行位置解析，输出相应的角度信息。2.根据权利要求1所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，步骤S1的具体过程为：MCU通过励磁信号源生成模块，输出含有恒定频率正弦波形的高频脉宽调制波，然后通过励磁信号处理电路，提取出标准正弦励磁信号sin(θ
e
)(θ
e
＝2πf
e
t)，将所述标准正弦励磁信号作用于旋转变压器的一次侧绕组。3.根据权利要求1所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：MCU通过模拟/数字转换器模块以一定频率f
s
采集旋转变压器信号，获得旋转变压器差分信号，包括正弦差分信号Sin_Raw
+/
‑
、余弦差分信号Cos_Raw
+/
‑
，以及励磁差分信号Exc_Raw
+/
‑
。4.根据权利要求3所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，所述旋转变压器差分信号经过步骤S3中的差分运算后，获得正弦信号Sin_Raw、余弦信号Cos_Raw，以及励磁信号Exc_Raw。5.根据权利要求4所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，所述励磁信号Exc
‑
Raw的表达式为：Exc_Raw＝A1*sin(θ
e
)+Exc_H_Offset其中，A1为励磁信号基波幅值，Exc_H_Offset为励磁信号的直流偏移量。6.根据权利要求5所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，所述励磁信号Exc_Raw幅值偏移量矫正的具体过程为：实时在一个励磁信号周期1/f
e
内检测励磁信号的最大值和最小值，在励磁信号周期结束的同时根据最大值和最小值提取偏移量，进而获得矫正后的励磁信号，通过进一步查找最大值提取A1和sin(θ
e
)；所述矫正后的励磁信号Exc_Corr的表达式为：Exc_Corr＝Exc_Raw
‑
Exc_H_Offset＝A1*sin(θ
e
)其中，Exc_Corr为矫正后的励磁信号。7.根据权利要求4所述的一种高精度旋转变压器软解码实现方法，其特征在于，所述正弦信号Sin_Raw的表达式为：Sin_Raw＝A2*(sin(θ
e
)+k1)*(sin(θ
m
)+k2)将上式整理为：Sin_Raw＝A2*sin(θ
e
)sin(θ
m
)+Sin_H_Offset+Sin_L_Offset+Sin_HL_Offset式中：θ
e
＝2πf
m
t，f
m
为电机的电频率；A2为正弦信号电频率基波幅值；Sin...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振铎，曹然，
申请(专利权)人：浙江零跑科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：