一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法及系统，涉及伺服控制的技术领域，以二阶多项式函数拟合的形式对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行拟合，得到二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式，并提取出项次矩阵与待优化参数矩阵，以得到正余弦矩阵，基于正余弦矩阵，构建正余弦校正误差函数，以正余弦校正误差函数最小为目标，利用待优化参数矩阵进行在线迭代求解，从而完成旋转变压器正余弦信号的在线校正，运算复杂度低，耗时短，与未校正正余弦信号直接进行解码的方式相比，提升了后续解码角度的线性度，降低了解码速度波动。降低了解码速度波动。降低了解码速度波动。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法及系统


[0001]本专利技术涉及伺服控制的
，更具体地，涉及一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法及系统。

技术介绍

[0002]旋转变压器作为一种高精度的电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，广泛应用于各类运动伺服控制系统、机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角度、位置检测系统中。
[0003]目前，新能源主驱电机通常采用旋转变压器来获取电机转子位置，由于旋转变压器输出的信号为交流模拟信号，而复杂的交流模拟信号不易被处理，因此，需要采用解码方案对模拟信号进行解码，从而将旋转变压器输出的模拟信号转换为数字信号量。通常有两种解码方案，一种为硬解码，即利用专用解码芯片比如AD2S1210进行解码，而后软件直接通过SPI(Serial Peripheral interface，串行外围设备接口)来获取角度和速度，此种方案硬件内置补偿，解码精度高、线性度好，但成本高昂；另一种为软解码，即利用单片机从旋转变压器输出的含有位置信号和载波信号的包络信号中，同步获取正余弦信号，然后，利用锁相环技术解码角度。然而，在这种方案中，获取的正余弦信号与标准正余弦信号存在一定的偏差，若获取正余弦信号后直接进行解码，会导致解算的角度存在非线性误差，解码的速度出现波动，因此，在获取的正余弦信号后对其进行校正十分有必要。
[0004]现有技术中提出了一种基于参数识别的高精度旋转变压器解码方法，在该方法中，引入椭圆拟合技术辨别误差参数，将旋转变压器输出的信号分解到正交平面，然后利用递推最小二乘法对信号轨迹进行拟合，并使用辨别参数对原信号进行重构，实现对信号的校正，有效抑制了误差，提高了旋转变压器的解码精度，但是这种方式运算复杂度高，且耗时较长，不易于MCU实现。

技术实现思路

[0005]为解决当前从旋转变压器直接获取正余弦信号进行解码的方式，导致解码非线性误差大、解码速度波动大的问题，本专利技术提出一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法及系统，提升了解码角度的线性度，降低了解码速度波动，并且运算复杂度低，耗时短。
[0006]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法，包括以下步骤：
[0008]从旋转变压器输出的包络信号中，解调获取原始正弦信号与原始余弦信号；
[0009]对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行二阶多项式函数拟合，得到二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式；
[0010]从二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式中提取项次矩阵与待优化参数矩阵，将所述项次矩阵与所述待优化参数矩阵相乘，得到正余弦矩阵；
[0011]基于正余弦矩阵，构建正余弦校正误差函数；
[0012]以正余弦校正误差函数最小为目标，利用待优化参数矩阵进行在线迭代求解，实时获取待优化参数矩阵的值。
[0013]通过上述技术手段，以二阶多项式函数拟合的形式对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行拟合，得到二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式，并提取出项次矩阵与待优化参数矩阵，以得到正余弦矩阵，基于正余弦矩阵，构建正余弦校正误差函数，以正余弦校正误差函数最小为目标，利用待优化参数矩阵进行在线迭代求解，从而完成旋转变压器正余弦信号的在线校正，运算复杂度低，耗时短，与未校正正余弦信号直接进行解码的方式相比，提升了后续解码角度的线性度，降低了解码速度波动。
[0014]优选地，设获取的原始正弦信号y
s
与原始余弦信号y
c
的表达式分别为：
[0015]y
s
＝A sin(θ)+B
[0016][0017]其中，A为原始正弦信号的幅值，B表示原始正弦信号的直流偏置，C表示原始余弦信号的幅值，D表示原始余弦信号的直流偏置，θ表示相位角，表示正交相移；
[0018]以f
s
()作为原始正弦信号y
s
的解调函数，以f
c
()作为原始余弦信号y
c
的解调函数，分别得到原始正弦信号y
s
的解调表达式和原始余弦信号y
c
的解调表达式：
[0019]y
s
＝f
s
(sin(θ))
[0020]y
c
＝f
c
(cos(θ))。
[0021]优选地，对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行二阶多项式函数拟合的过程为：
[0022]根据原始正弦信号y
s
的解调表达式和原始余弦信号y
c
的解调表达式，令f
s
‑1(y
s
)＝sin(θ)，f
c
‑1(yc)＝cos(θ)，采用二阶多项式函数分别拟合f
s
‑1(y
s
)与f
c
‑1(y
c
)，得到二阶正弦多项式函数的表达式为：
[0023][0024]得到二阶余弦多项式函数的表达式为：
[0025][0026]其中，p1，p2，p3，p4，p5，p6均表示校正系统参数。
[0027]优选地，从二阶正弦多项式函数的表达式与二阶余弦多项式函数的表达式中提取的项次矩阵为：
[0028][0029]待优化参数矩阵为：P＝[p
1 p
2 p
3 p
4 p
5 p6]T
；
[0030]将所述项次矩阵Y与所述待优化参数矩阵P相乘，得到正余弦矩阵，过程满足表达式：
[0031][0032]优选地，基于正余弦矩阵构建正余弦校正误差函数的过程为：
[0033]计算正余弦矩阵的二范数||YP||2，对正余弦矩阵的二范数求平方，得到
[0034]设标准正余弦矩阵为：满足：
[0035]构建正余弦校正误差函数，表达式为：
[0036]其中，J表示正余弦校正误差函数，e
n
表示校正误差，n表示迭代次序。
[0037]根据上述技术手段，考虑标准正余弦矩阵满足对于获取的正余弦矩阵：以衡量正余弦矩阵与标准正余弦矩阵之间的误差，从而构建出正余弦校正误差函数，能更好地实现正余弦信号的校正。
[0038]优选地，采用梯度下降法进行在线迭代求解。
[0039]优选地，采用梯度下降法进行在线迭代求解时，以正余弦校正误差函数最小为目标，设置梯度下降法的学习率为α，设待优化参数矩阵中的校正系统参数的初始值为：自校正系统参数的初始值开始迭代，迭代过程满足：
[0040][0041]其中，表示梯度运算求解，P
n
表示第n次迭代下的待优化参数矩阵，P...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转变压器正余弦信号在线校正方法，其特征在于，包括以下步骤：从旋转变压器输出的包络信号中，解调获取原始正弦信号与原始余弦信号；对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行二阶多项式函数拟合，得到二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式；从二阶正弦多项式函数表达式与二阶余弦多项式函数表达式中提取项次矩阵与待优化参数矩阵，将所述项次矩阵与所述待优化参数矩阵相乘，得到正余弦矩阵；基于所述正余弦矩阵构建正余弦校正误差函数；以所述正余弦校正误差函数最小为目标，利用所述待优化参数矩阵进行在线迭代求解，实时获取所述待优化参数矩阵的值。2.根据权利要求1所述的旋转变压器正余弦信号在线校正方法，其特征在于，设获取的原始正弦信号y
s
与原始余弦信号y
c
的表达式分别为：y
s
＝A sin(θ)+B其中，A为原始正弦信号的幅值，B表示原始正弦信号的直流偏置，C表示原始余弦信号的幅值，D表示原始余弦信号的直流偏置，θ表示相位角，表示正交相移；以f
s
()作为原始正弦信号y
s
的解调函数，以f
c
()作为原始余弦信号y
c
的解调函数，分别得到原始正弦信号y
s
的解调表达式和原始余弦信号y
c
的解调表达式：y
s
＝f
s
(sin(θ))y
c
＝f
c
(cos(θ))。3.根据权利要求2所述的旋转变压器正余弦信号在线校正方法，其特征在于，对解调后的原始正弦信号与原始余弦信号分别进行二阶多项式函数拟合的过程为：根据原始正弦信号y
s
的解调表达式和原始余弦信号y
c
的解调表达式，令采用二阶多项式函数分别拟合与得到二阶正弦多项式函数的表达式为：得到二阶余弦多项式函数的表达式为：其中，p1，p2，p3，p4，p5，p6均表示校正系统参数。4.根据权利要求3所述的旋转变压器正余弦信号在线校正方法，其特征在于，从二阶正弦多项式函数的表达式与二阶余弦多项式函数的表达式中提取的项次矩阵为：待优化参数矩阵为：P＝[p
1 p
2 p
3 p
4 p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚常瓦，陈小江，蓝金华，
申请(专利权)人：湖南行必达网联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：