一种旋转变压器角度信号解码方法技术

本发明专利技术是属于传感器测量技术领域，涉及一种旋转变压器角度信号解码方法，包括：连续采集旋转变压器的两路输出信号ｕｃｏｓ（ｋ）和ｕｓｉｎ（ｋ）；构造复数数字信号序列：ｕｃｏｍｐｌｅｘ（ｋ）＝ｕｃｏｓ（ｋ）＋ｉ.ｕｓｉｎ（ｋ），ｋ＝０，２，．．．，Ｎ；设ｆｌ表示频率域的离散自变量，则傅立叶变换复数序列的解析表达式为：其中，在傅立叶变换复数序列中找到ｆｌ＝ｆｍ处的取值Ｕｃｏｍｐｌｅｘ（ｆｍ），然后计算Ｕｃｏｍｐｌｅｘ（ｆｍ）的复数角，即得到位置信号θ值。本发明专利技术具有易于实现鲁棒性好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是属于传感器测量
，涉及。
技术介绍
旋转变压器作为一种角度检测元件，具有精度高、结构简单，抗干扰能力强，已经 广泛应用于环境恶劣而精度要求高的场合下的角度测量。由于旋转变压器的输出实际上是调制了角度信息的载波信号，因此从中提取角度 信号需要设计旋转变压器角度信号解码方法。目前的解码方法都是在信号的时间域内设计 算法，例如在峰值处采样，然后利用求反正切的方法来计算角度等等，存在着易于受干扰影 响，鲁棒性差等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提出一种易于实现鲁棒 性好的基于旋转变压器的角度信号解码方法。本专利技术采用如下的技术方案，包括下列步骤(1)设旋转变压器的励磁信号为uin(t) = Uincos(2 Ji fint)，其两路输出信号分别 为 uc。s(t) = KUincos (2 ji fint) cos ( 0 )和 usin(t)=叨^08(23140^11(0)，其中3表示 时间，9为角度信号，fin为励磁信号uin(t)的频率，Uin为励磁信号的幅值，K为由旋转变压 器的结构确定的变比常数；取采样频率fs = nfin，n为大于2的正整数，对u。。s(t)和usin(t) 两路输出信号连续采集N次，令N = n*m，m为大于2的正整数，得到如下的两路数字输出信 号:ucos (k) = KUincos (2 3i k/n) cos ( e )禾口usin (k) = KUincos (2 n k/n) sin ( e )；(2)利用 uc。s(k)和 usin(k)构造复数数字信号序列uc。mplex(k) =ucos(k)+i usin(k)， k = 0，1，2， ，N-l ；(3)对复数数字信号序列u。。mplra￡ (k)进行离散傅里叶变换，得到一个长度为N的复 数序列，当N为奇数时，该复数序列可表示为UCOfflplex(f_L)，......ucofflplex(f0)，......，Uc。mplex(fL)，其中 L = (N-D/2,当N为偶数时，该复数序列可表示为Ucomples (f_L)，......Ucomples (f0)，......，Ucomplex (fL—丄)， 其中 L= (N)/2；设表示频率域的离散自变量，fx的代表的实际频率值由公式/, =1/ 计算，则傅立叶变换复数序列的解析表达式为 (4)当 1 = m 时，= fm) = KUin(cos(0)+i sin( e ))，在傅立叶变换复 数序列中找到f\ = fffl处的取值u。。mplra (fffl)，然后计算U隱plex (fffl)的复数角，即得到位置信号 0值。由于在实际应用过程中各种干扰往往对信号的时域幅度信息影响较大，例如脉冲 干扰，载波信号畸变等等，而对信号的频率特性影响不明显。利用这个特点，本专利技术提出一 种基于傅立叶变换的旋转变压器角度信号解码的方法，首先把旋转变压器的输出信号变换 到频率域，然后通过计算在载波频率处的傅立叶变换结果恢复角度信号。由于本方法在旋 转变压器输出信号的频率域设计角度信号解码算法，对各种干扰源的具有较高的鲁棒性和 抗干扰能力。具体实施例方式旋转变压器是一种输出信号电压随转子的转角变化的角度传感器，主要由一相励 磁绕组和两相输出绕组组成。当励磁绕组输入一定频率的交流电压时，两相输出绕组分别 调制了转角的余弦值和正弦值，如下式所示 其中t表示时间，0为角度信号，uin(t)是(t)励磁信号，u。。s(t)和usin(t)分别是 旋转变压器的输出信号。fin为励磁信号的频率，Uin为励磁信号的幅值，K为变比常数(由 旋转变压器的结构确定)。对旋转变压器信号进行解码的目的就是利用uin(t)，u。。s(t)和usin(t)，从中回复 9值。1.信号采集为了对信号进行离散傅里叶变换，需要把模拟信号1!_和usin转换为数字信号。取 采样频率仁二吐…！！为大于？的正整数。假设在时间间隔At内，e值的变化可以忽略 不计，对u。。s(t)和usin(t)连续采集N次。令N = n*m，m为大于2的正整数，得到数字信号 如下ucos (k) = KUincos (2 n k/n) cos ( e )⑷usin (k) = KUincos (2 n k/n) sin ( e ) (5)利用u。。s (k)和usin (k)构造复数数字信号序列ucomplex (k) = ucos (k) +i usin(k)，k = 0，1，2， ，N-l2.离散傅里叶变换对复数信号u。。mplra￡(k)进行离散傅里叶变换，可以得到一个与u。。mplra￡(k)等长的复 数序列。在实际计算u。。mplra(k)的傅里叶变换时，可采用快速傅里叶算法以提高计算速度。对长度为N的复数数字信号序列U。。mplra￡ (k)进行离散傅里叶变换，得到一个长度为 N的复数序列。当N为奇数时，该复数序列可表示为UCOfflplex (f_L)，......UCOfflplex (f0)，......，UCOfflplex (fL)，其中 L = (N-l) /2 (6)4当N为偶数时，该复数序列可表示为 如果利用表示频率域的离散自变量，该复数序列可统一表示为 fx代表的实际频率值可按由公式/, = 计算。m3.计算角度值e根据离散傅里叶变换的定义，U—JfV)可由下式计算 Uf丨、=丨丄k、N {若#为偶数,/ = 0,±1，...,±_/-1，丄在不考虑噪声及信号畸变的情况下，利用(4)、(5)计算上式可得 由(8)式可知，当1 =m时，UCOfflplex (fx = fffl = fin) = KUin(cos ( e ) +i sin ( e ))，因此，在(6)或(7)的离散傅里叶变换结果中找到= fffl处的取值U。。mplra (fffl)，然 后计算u。。mplra￡(fm)的复数角，即得到位置信号e值。权利要求，包括下列步骤(1)设旋转变压器的励磁信号为uin(t)＝Uincos(2πfint)，其两路输出信号分别为ucos(t)＝KUincos(2πfint)cos(θ)和usin(t)＝KUincos(2πfint)sin(θ)，其中，t表示时间，θ为角度信号，fin为励磁信号uin(t)的频率，Uin为励磁信号的幅值，K为由旋转变压器的结构确定的变比常数；取采样频率fs＝nfin，n为大于2的正整数，对ucos(t)和usin(t)两路输出信号连续采集N次，令N＝n*m，m为大于2的正整数，得到如下的两路数字输出信号ucos(k)＝KUincos(2πk/n)cos(θ)和usin(k)＝KUincos(2πk/n)sin(θ)；(2)利用ucos(k)和usin(k)构造复数数字信号序列ucomplex(k)＝ucos(k)+i·usin(k)，k＝0，1，2，...，N-1；(3)对复数数字信号序列ucomplex(k)进行离散傅里叶变换，得到一个长度为N的复数序列，当N为奇数时，该复数序列可表示为Ucomplex(f-L)，......Ucomplex(f0)，......，Ucomple本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转变压器角度信号解码方法，包括下列步骤：（１）设旋转变压器的励磁信号为ｕ↓［ｉｎ］（ｔ）＝Ｕ↓［ｉｎ］ｃｏｓ（２πｆ↓［ｉｎ］ｔ），其两路输出信号分别为ｕ↓［ｃｏｓ］（ｔ）＝ＫＵ↓［ｉｎ］ｃｏｓ（２πｆ↓［ｉｎ］ｔ）ｃｏｓ（θ）和ｕ↓［ｓｉｎ］（ｔ）＝ＫＵ↓［ｉｎ］ｃｏｓ（２πｆ↓［ｉｎ］ｔ）ｓｉｎ（θ），其中，ｔ表示时间，θ为角度信号，ｆ↓［ｉｎ］为励磁信号ｕ↓［ｉｎ］（ｔ）的频率，Ｕ↓［ｉｎ］为励磁信号的幅值，Ｋ为由旋转变压器的结构确定的变比常数；取采样频率ｆ↓［ｓ］＝ｎｆ↓［ｉｎ］，ｎ为大于２的正整数，对ｕ↓［ｃｏｓ］（ｔ）和ｕ↓［ｓｉｎ］（ｔ）两路输出信号连续采集Ｎ次，令Ｎ＝ｎ＊ｍ，ｍ为大于２的正整数，得到如下的两路数字输出信号：ｕ↓［ｃｏｓ］（ｋ）＝ＫＵ↓［ｉｎ］ｃｏｓ（２πｋ／ｎ）ｃｏｓ（θ）和ｕ↓［ｓｉｎ］（ｋ）＝ＫＵ↓［ｉｎ］ｃｏｓ（２πｋ／ｎ）ｓｉｎ（θ）；（２）利用ｕ↓［ｃｏｓ］（ｋ）和ｕ↓［ｓｉｎ］（ｋ）构造复数数字信号序列：ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｋ）＝ｕ↓［ｃｏｓ］（ｋ）＋ｉ.ｕ↓［ｓｉｎ］（ｋ），ｋ＝０，１，２，．．．，Ｎ－１；（３）对复数数字信号序列ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｋ）进行离散傅里叶变换，得到一个长度为Ｎ的复数序列，当Ｎ为奇数时，该复数序列可表示为：Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［－Ｌ］），．．．．．．Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［０］），．．．．．．，Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［Ｌ］），其中Ｌ＝（Ｎ－１）／２，当Ｎ为偶数时，该复数序列可表示为：Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［－Ｌ］），．．．．．．Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［０］），．．．．．．Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［Ｌ－１］），其中Ｌ＝（Ｎ）／２；设ｆ↓［ｌ］表示频率域的离散自变量，ｆ↓［ｌ］的代表的实际频率值由公式ｆ↓［ｌ］＝ｌ／ｍｆ↓［ｉｎ］计算，则傅立叶变换复数序列的解析表达式为：Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［ｌ］）＝ＫＵ↓［ｉｎ］／Ｎ（ｏｃｓ（θ）＋ｉ.ｓｉｎ（θ））＊［ｅ↑［－ｊ２π／Ｎｋ（ｌ－ｍ）］＋ｅ↑［－ｊ２π／Ｎｋ（ｌ＋ｍ）］］＊＊＊（４）当ｌ＝ｍ时，Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［ｌ］＝ｆ↓［ｍ］）＝ＫＵ↓［ｉｎ］（ｃｏｓ（θ）＋ｉ.ｓｉｎ（θ）），在傅立叶变换复数序列中找到ｆ↓［ｌ］＝ｆ↓［ｍ］处的取值Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［ｍ］），然后计算Ｕ↓［ｃｏｍｐｌｅｘ］（ｆ↓［ｍ］）的复数角，...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪剑鸣，朱明，朱毅，王豪，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]