一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其包括兩個A/D轉(zhuǎn)換電路、兩個過采樣電路、信號處理電路。信號處理電路包括高穩(wěn)定度振蕩器、同步檢波電路、移位增益相位補償電路、系統(tǒng)角度誤差校正電路。同步檢波電路根據(jù)振蕩器的恢復(fù)載波信號從兩個過采樣電路的兩個軌跡信號中分別提取低頻信號，然后通過移位增益相位補償電路與一個校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到兩個校正信號，并校正兩個校正信號的相位偏差，獲得電角度周期內(nèi)的電氣角瞬時值。系統(tǒng)角度誤差校正電路從電氣角瞬時值中獲取一個特定角度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度，機械角度與一個系統(tǒng)角度誤差補償量進行負反饋以產(chǎn)生角度，角度經(jīng)速度計算得到角速度。
【專利說明】
一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種信號處理系統(tǒng)，尤其涉及一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)變壓器是一種穩(wěn)定而高效的傳感器，經(jīng)常內(nèi)置于伺服電機尾部，作為位置與速度傳感器；電動汽車中驅(qū)動用電動機和發(fā)電機的位置傳感、電動助力方向盤電機的位置及速度傳感、燃氣閥角度測量、真空室傳送器角度位置測量等等，都是采用旋轉(zhuǎn)變壓器。
[0003]磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內(nèi)，固定不動。但勵磁繞組和輸出繞組的形式不一樣。兩相繞組的輸出信號，隨轉(zhuǎn)角作正弦變化、彼此相差90°電角度。與有刷旋轉(zhuǎn)變壓器、環(huán)形變壓器型的旋轉(zhuǎn)變壓器相比，磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性、工藝性、結(jié)構(gòu)性、成本、長度尺寸小都是最好的，因而得到廣泛的應(yīng)用。但也會因為下列因素產(chǎn)生輸出信號偏差:安裝偏差造成定子與轉(zhuǎn)子偏心;轉(zhuǎn)子鐵芯形狀或材質(zhì)不均勻;磁滯或飽和;機械徑向力影響；電磁干擾;有限的繞組數(shù)量;齒槽效應(yīng);溫度變化。因此精度比其它兩種旋轉(zhuǎn)變壓器低。
[0004]把因為安裝偏差、制造偏差、材料不均勻、徑向力、繞組數(shù)量、齒槽效應(yīng)等固有因素而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)變壓器信號偏差叫系統(tǒng)性偏差;把因為磁滯或飽和、點菜干擾、溫度變化等引起的旋轉(zhuǎn)變壓器不確定性的信號偏差叫隨機性偏差。對系統(tǒng)偏差進行糾正，對隨機性偏差進行實時補償，提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號的精度是擴大使用的關(guān)鍵。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提出了一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其用來處理磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號，提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的角度精度和速度精度。
[0006]本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其用于處理磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的兩個輸出繞組(9)的兩對輸出信號，以提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的角度th的精度和角速度ω的精度;該信號處理系統(tǒng)包括兩個A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、兩個過采樣電路(6)、一個信號處理電路;該兩對輸出信號分別經(jīng)兩個A/D轉(zhuǎn)換電路(5)轉(zhuǎn)換為兩對數(shù)字信號，兩對數(shù)字信號分別經(jīng)過兩個過采樣電路(6)輸出軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B;兩個軌跡信號經(jīng)該信號處理電路處理后輸出角度th和角速度ω ;該信號處理電路包括振蕩器(7)、同步檢波電路(10)、移位增益相位補償電路(12)、系統(tǒng)角度誤差校正電路;其中:
[0007]振蕩器(7)接收一個中斷請求信號IRQ，生成一個恢復(fù)載波信號sign、一個帶有可調(diào)節(jié)相位位置的方波信號;該方波信號一方面?zhèn)魅氪抛枋叫D(zhuǎn)變壓器(3)的勵磁繞組(8)，另一方面?zhèn)魅階/D轉(zhuǎn)換電路(5)，再一方面?zhèn)魅脒^米樣電路(6)，該方波信號使振蕩器(7)確保該兩對輸出信號都同步于規(guī)定的抖動；
[0008]同步檢波電路(10)根據(jù)恢復(fù)載波信號sign從軌跡信號sinalA與軌跡信號sinalB中分別提取低頻信號；
[0009]移位增益相位補償電路(12)將兩個低頻信號通過與一個校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號cod與校正信號Sin0，還通過對COS0的三角函數(shù)運算校正兩個校正信號的相位偏差，最終獲得電角度周期內(nèi)的電氣角瞬時值th_inc;
[0010]該系統(tǒng)角度誤差校正電路根據(jù)一個機械角零位置參考點信號zero_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech，機械角度th_mech與一個系統(tǒng)角度誤差補償量進行負反饋以產(chǎn)生角度th，角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω。
[0011]作為上述方案的進一步改進，該信號處理電路還包括用于分別對該兩對輸出信號低通濾波的兩個低通濾波器(4)，兩個低通濾波器(4)分別電性連接在兩個輸出繞組(9)與相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路(5)之間。
[0012]進一步地，低通濾波器(4)為全差分抗混疊濾波器。
[0013]作為上述方案的進一步改進，該方波信號通過一個濾波器、一個運算放大器被供給勵磁繞組(8)。
[0014]作為上述方案的進一步改進，同步檢波電路(10)為乘積型同步檢波電路，同步檢波電路(10)把恢復(fù)載波sign與兩個軌跡信號分別相乘后再分別提取低頻信號。
[0015]作為上述方案的進一步改進，移位增益相位補償電路(12)包括補償主電路(11)、補償量計算電路(14)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)、乘法器一(16);補償主電路(11)將兩個低頻信號通過與該校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號cod與校正信號sin0;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)將校正信號COS0與校正信號Sin0從直角坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系下;補償量計算電路(14)在極坐標(biāo)系下計算電氣角瞬時值th_inc的補償量即該校正值;乘法器一
[16]根據(jù)該校正值采用對軌跡信號cod的三角函數(shù)運算，校正其對比軌跡信號Sin0的相位偏差。
[0016]進一步地，補償主電路(11)包括負反饋減法器一、負反饋減法器二、負反饋減法器三、乘法器二、乘法器三;從軌跡信號sinal A提取的低頻信號通過負反饋減法器一減掉該校正值后一方面輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)，另一方面通過乘法器二乘以該校正值后輸出一個特定值;從軌跡信號sinal B提取的低頻信號通過負反饋減法器二減掉該校正值，并通過乘法器三乘以該校正值后，再通過負反饋減法器三減掉該特定值后再輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路
(13)。
[0017]進一步地，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法把標(biāo)準的直角坐標(biāo)系下的點(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系下的(r，0);用旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式完成的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法計算反正切，計算出9 =ATN(sin0/cos0)。
[0018]再進一步地，旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式為:一個電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)為η個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又細分m個小區(qū)，一個電角度周期360°內(nèi)共分nXm個分區(qū)，n、m均為正整數(shù)。
[0019]作為上述方案的進一步改進，該系統(tǒng)角度誤差校正電路包括機械角計算電路
(17)、系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路(19)、速度計算電路(18);機械角計算電路(17)根據(jù)zero_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech;速度計算電路(18)根據(jù)角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω;系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路(19)根據(jù)角速度ω與機械角度thjnech計算出該系統(tǒng)角度誤差補償量。
[0020]本實用新型通過對系統(tǒng)偏差的糾正，對隨機性偏差的實時補償，提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號的精度，即提高了磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的角度精度和速度精度。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型實施例1的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是圖1中磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的其中一個輸出信號與采用時間點的關(guān)系示意圖。
[0023]圖3是圖1中信號處理系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換及過采樣的電路示意圖，其對磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號作前期處理。
[0024]圖4是圖1中信號處理系統(tǒng)的同步檢波與偏移、增益、相位自適應(yīng)的電路示意圖，其對磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號作隨機性偏差處理。
[0025]圖5是圖4中信號處理系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路針對電角度的區(qū)分示意圖。
[0026]圖6是圖1中信號處理系統(tǒng)的后部電路示意圖，其對磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號作隨機性偏差處理。
【具體實施方式】
[0027]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0028]請參閱圖1，磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3包括兩個輸出繞組9、一個勵磁繞組8。兩個輸出繞組9有兩對輸出信號，在本實施例中指差分的軌跡信號，這兩對輸出信號經(jīng)過本實用新型的信號處理系統(tǒng)處理后輸出具有較佳精度的角度th和角速度ω。
[0029]本實用新型的信號處理系統(tǒng)包括兩個低通濾波器4、兩個信號A/D轉(zhuǎn)換電路5、兩個過采樣電路6、一個信號處理電路。兩個低通濾波器4、兩個信號A/D轉(zhuǎn)換電路5、兩個過采樣電路6分別對應(yīng)，以實現(xiàn)分別對該兩對輸出信號的前期處理。兩個低通濾波器4分別電性連接在兩個輸出繞組9與相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路5之間。兩個低通濾波器4分別對該兩對輸出信號進行低通濾波，分別再傳送至兩個A/D轉(zhuǎn)換電路5以轉(zhuǎn)換為兩對數(shù)字信號。低通濾波器4可為全差分抗混疊濾波器。兩對數(shù)字信號分別經(jīng)過兩個過采樣電路6輸出軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B，兩個軌跡信號經(jīng)該信號處理電路處理后輸出角度th和角速度ω。
[0030]如圖2所示，兩個過采樣電路6是用于提高整個系統(tǒng)的分辨率，圖2中的曲線I為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的其中一個輸出信號，線條區(qū)域II為過采樣點。
[0031]請結(jié)合圖3，磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的兩對輸出信號sin/COS，依次分別經(jīng)兩個低通濾波器4、兩個A/D轉(zhuǎn)換器5(比如12bit)、兩個過采樣電路6(以提高分辨率，比如增加線計數(shù)3bit)。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的兩對輸出信號處理過程:首先使用A/D轉(zhuǎn)換器5將接收相應(yīng)輸出繞組9的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，此處的分辨率越高，得到磁阻角分辨率越好;然后使用快速、多次掃描的過采樣技術(shù)，顯著地提高信號的分辨率。
[0032]該信號處理電路包括高穩(wěn)定度振蕩器7、同步檢波電路10、移位增益相位補償電路
12、系統(tǒng)角度誤差校正電路。本實用新型的設(shè)計需要軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B完全同步。但是，對于過采樣電路6使用的芯片，比如FPGA，其時鐘是異步運行的。因此，本實用新型設(shè)計振蕩器7(數(shù)字_PLL)來確保所有信號都同步于規(guī)定的抖動。
[0033]振蕩器7接收一個中斷請求信號IRQ，生成一個恢復(fù)載波信號sign、一個帶有可調(diào)節(jié)相位位置的方波信號。該方波信號一方面?zhèn)魅氪抛枋叫D(zhuǎn)變壓器3的勵磁繞組8，另一方面?zhèn)魅胄盘朅/D轉(zhuǎn)換電路5，再一方面?zhèn)魅脒^米樣電路6，該方波信號使振蕩器7確保該兩對輸出信號都同步于規(guī)定的抖動。該方波信號優(yōu)選通過一個濾波器、一個運算放大器被供給勵磁繞組8。在使用A/D轉(zhuǎn)換電路5之前，可配備有全差分抗混疊濾波器，以濾除超出ADC范圍的頻率成分。
[0034]因此，數(shù)字_PLL會生成一個帶有可調(diào)節(jié)相位位置的方波信號，該方波信號會通過濾波器以及運算放大器被供給磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的勵磁繞組8，控制勵磁，該勵磁會被轉(zhuǎn)換為正弦勵磁。
[0035]經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換及過采樣之后，磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的輸出信號被轉(zhuǎn)換成與標(biāo)準的增量式編碼器相同的輸出信號:A+B+Z，z = sign，可以用標(biāo)準的增量式編碼器信號處理裝置進行后續(xù)的信號處理。
[0036]請結(jié)合圖4，同步檢波電路10根據(jù)恢復(fù)載波信號sign從軌跡信號sinalA與軌跡信號sinal B中分別提取低頻信號。在上述所描述的信號轉(zhuǎn)換電路(如A/D轉(zhuǎn)換電路5)及過采樣電路6，原始的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3的輸出信號經(jīng)過輸入放大器與A/D轉(zhuǎn)換器會出現(xiàn)偏移、經(jīng)歷的電磁干擾會使信號的幅值、相位發(fā)生畸變。因此需要把軌跡信號sinal A與sinal B調(diào)整為同步狀態(tài)。故，信號轉(zhuǎn)換完成后會進行同步檢波，然后就可以用帶有連續(xù)自調(diào)節(jié)偏移、增益補償與相位補償功能的信號進行校正。本實用新型與一般的同步方式不同，比較特另IJ:本實用新型的同步檢波電路10采用乘積型同步檢波電路，并在振蕩器7的積極配合下，同步檢波電路10把恢復(fù)載波sign與兩個軌跡信號分別相乘后再分別提取低頻信號。移位增益相位補償電路12將兩個低頻信號通過與一個校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號cos(0)與校正信號sin(0)，還通過對cos(0)的三角函數(shù)運算校正兩個校正信號的相位偏差，最終獲得電角度周期內(nèi)的電氣角瞬時值th_inc。
[0037]移位增益相位補償電路12包括補償主電路11、補償量計算電路14、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路
13、乘法器一 16。補償主電路11將兩個低頻信號通過與該校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號cos(0)與校正信號sin(0)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路13將校正信號cos(0)與校正信號sin(0)從直角坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系下。補償量計算電路14在極坐標(biāo)系下計算電氣角瞬時值th_inc的補償量即該校正值。
[0038]乘法器一16根據(jù)該校正值采用cos(0)的三角函數(shù)運算校正由兩個校正信號帶來的相位偏差，這也是本實用新型的關(guān)鍵之一。具體地，乘法器一 16根據(jù)該校正值采用對軌跡信號cos(0)的三角函數(shù)運算，校正其對比軌跡信號sin(0)的相位偏差。因為sin和C0s相位差相差90度，而經(jīng)過一些列電路處理后sin和cos存在極大的可能性不再保持相位差正好是90度了，可能超前也有可能滯后，sin和cos之間存在了相位差，而且超前或滯后的程度也是不確定量。
[0039]補償主電路11是移位增益相位補償電路12的主電路，包括負反饋減法器一、負反饋減法器二、負反饋減法器三、乘法器二、乘法器三。從軌跡信號sinal A提取的低頻信號通過負反饋減法器一減掉該校正值后一方面輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路，另一方面通過乘法器二乘以該校正值后輸出一個特定值。從軌跡信號sinal B提取的低頻信號通過負反饋減法器二減掉該校正值，并通過乘法器三乘以該校正值后，再通過負反饋減法器三減掉該特定值后再輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路13。
[0040]坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路13為直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換電路，用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法把標(biāo)準的直角坐標(biāo)系下的點(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系下的(r，0)，用旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式完成的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法計算反正切，計算出Q = ATN(sin(0)/cos(0))。旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式為:一個電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)為η個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又細分m個小區(qū)，一個電角度周期360°內(nèi)共分nXm個分區(qū)，n、m均為正整數(shù)。如，在本實施例中，n=16，m = 8，一個電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)為16個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又細分8個小區(qū)，一個電角度周期360°內(nèi)共分16 X 8 = 128個分區(qū)。
[0041]綜上所述，移位增益相位補償電路12的功能適用于對任何標(biāo)準的增量編碼器的信號的處理。這個電路的輸入信號:sinal A、sinal B、sign，其中sinal A、sinal B來自信號轉(zhuǎn)換電路及過采樣電路，s i gn來自其中的數(shù)字_PLL。這個電路的輸入信號:瞬時角位移增量值th_inc。
[0042]乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波sign與接收信號sinalA與sinal B相乘，用低通濾波器將低頻信號提取出來。要求恢復(fù)載波sign與接收信號sinal A與sinal B同頻同相?；謴?fù)載波sign是采用高穩(wěn)定度振蕩器7(即數(shù)字_PLL)產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定的信號。
[0043]在移位增益相位補償電路12中，通過與校正值相加、相乘可實現(xiàn)偏移與增益校正。通過對COS(Θ)的三角函數(shù)運算校正COS(Θ)與sin(Θ)的相位偏差，校正公式為:cos(θ+ Δ Θ)-cos(0)-A0.sin(0)。其中，ΔΘ為近似為正的無窮小量。近似值造成的小誤差會由補償量計算電路14進行計算補償。
[0044]參與運算的校正值來自電路中的移位、增益、相位偏差自動計算單元即補償量計算電路14。補償量計算電路14的輸入信號來自已轉(zhuǎn)換完畢的極坐標(biāo)參數(shù)值，移位、增益、相位偏差自動計算單元完成對軌跡信號的波動量的計算以獲取校正值。本實施例中，使用傅里葉分析的方法計算偏移、增益與相位的校正值。
[0045]轉(zhuǎn)子機械角與電子角之間的關(guān)系:電子角=360° X轉(zhuǎn)子極對數(shù)，如一個6極轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)變壓器，電角度= 360° X 3 = 1080°。
[0046]在直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換電路即坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路I3中，用CORDIC算法，(Coordinate Rotat1n Digital Computer)算法即坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法，把標(biāo)準的直角坐標(biāo)系下的點(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系下的(r，0)。用旋轉(zhuǎn)角度等間距的的掃描方式完成的CORDIC算法計算反正切，計算出0=ATN(sin(0)/cos(0))。如圖5所示，一個電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)，分16個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又細分8個小區(qū)，一個電角度周期360°內(nèi)共分16X8=128個分區(qū)。合理的分區(qū)邊界應(yīng)該避開正切、反正切計算角，比如0°、45°、90°以及這些角度的整數(shù)倍數(shù)角，要把這些角度安排在分區(qū)里，不要安排在分區(qū)的邊界上。偏移、增益與相位的校正值就是在極坐標(biāo)系下計算完成的，是在直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)以后完成的。
[0047]至此介紹的都是涉及信號處理電路對隨機性偏差的處理，尤其是偏移、增益的自動補償，目前很多只停留在相位自動補償?shù)幕A(chǔ)上，即便是相位自動補償也是比較淺層次的，接下去介紹信號處理電路對校正系統(tǒng)角度誤差的處理。
[0048]請結(jié)合圖6，該系統(tǒng)角度誤差校正電路根據(jù)一個機械角零位置參考點信號Zer0_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech，機械角度th_mech與一個系統(tǒng)角度誤差補償量進行負反饋以產(chǎn)生角度th，角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω。
[0049]該系統(tǒng)角度誤差校正電路包括機械角計算電路17、系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路19、速度計算電路18。機械角計算電路17根據(jù)zero_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech。速度計算電路18根據(jù)角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω。系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路19根據(jù)角速度ω與機械角度th_mech計算出該系統(tǒng)角度誤差補償量。
[0050]通過磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3測量到的速度波動都是由于角誤差所造成的。系統(tǒng)角度誤差使得測量精度偏離了所需的精度帶。因此，必須校正這些誤差。該角度誤差可以被表示為Θ= coot+2k(9ksin kto0(t+W))0
[0051 ] 此處的顯性諧波分量可由EEPROM判定，并儲存在EEPROM中。在本實施例中，已經(jīng)根據(jù)圖5的分區(qū)劃分編制成一個表格一一校正表，儲存在EEPROM中。在正常運行過程中，使用儲存在EEPROM中校正表特定于編碼器的校正數(shù)據(jù)校正磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)角度錯誤。借助于轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)器來獲得絕對位置，從軌跡信號th_inc中獲取的某一特定角度會被轉(zhuǎn)換成某一個轉(zhuǎn)子位置機械角度thjnecluthjiiech與每周期自動計算產(chǎn)生的系統(tǒng)角度誤差補償數(shù)值，進行負反饋，產(chǎn)生的角度th是瞬時、理想角度值，同時經(jīng)過速度變換而產(chǎn)生的角速度ω是瞬時、理想的角速度。根據(jù)已校正的角度來形成速度上述的補償計算是通過軟件查表方法查校正表而獲得的。
[0052]綜上所述，本實用新型可以實現(xiàn)對系統(tǒng)偏差的糾正，對隨機性偏差的實時補償，從而提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號的精度，使得磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的角度和速度具有較佳的精度。
[0053]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其用于處理磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的兩個輸出繞組(9)的兩對輸出信號，以提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的角度th的精度和角速度ω的精度;該信號處理系統(tǒng)包括兩個A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、兩個過采樣電路(6)、一個信號處理電路；該兩對輸出信號分別經(jīng)兩個A/D轉(zhuǎn)換電路(5)轉(zhuǎn)換為兩對數(shù)字信號，兩對數(shù)字信號分別經(jīng)過兩個過采樣電路(6)輸出軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B;兩個軌跡信號經(jīng)該信號處理電路處理后輸出角度th和角速度ω ;其特征在于:該信號處理電路包括振蕩器(7)、同步檢波電路(10)、移位增益相位補償電路(12)、系統(tǒng)角度誤差校正電路;其中: 振蕩器(7)接收一個中斷請求信號IRQ，生成一個恢復(fù)載波信號sign、一個帶有可調(diào)節(jié)相位位置的方波信號；該方波信號一方面?zhèn)魅氪抛枋叫D(zhuǎn)變壓器(3)的勵磁繞組(8)，另一方面?zhèn)魅階/D轉(zhuǎn)換電路(5)，再一方面?zhèn)魅脒^采樣電路(6)，該方波信號使振蕩器(7)確保該兩對輸出信號都同步于規(guī)定的抖動； 同步檢波電路(10)根據(jù)恢復(fù)載波信號sign從軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B中分別提取低頻信號； 移位增益相位補償電路(12)將兩個低頻信號通過與一個校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號cOS0與校正信號Sin0，還通過對COS0的三角函數(shù)運算校正兩個校正信號的相位偏差，最終獲得電角度周期內(nèi)的電氣角瞬時值th_inc; 該系統(tǒng)角度誤差校正電路根據(jù)一個機械角零位置參考點信號zer0_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech，機械角度th_mech與一個系統(tǒng)角度誤差補償量進行負反饋以產(chǎn)生角度th，角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω。2.如權(quán)利要求1所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:該信號處理電路還包括用于分別對該兩對輸出信號低通濾波的兩個低通濾波器(4)，兩個低通濾波器(4)分別電性連接在兩個輸出繞組(9)與相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路(5)之間。3.如權(quán)利要求2所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:低通濾波器(4)為全差分抗混疊濾波器。4.如權(quán)利要求1所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:該方波信號通過一個濾波器、一個運算放大器被供給勵磁繞組(8)。5.如權(quán)利要求1所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:同步檢波電路(10)為乘積型同步檢波電路，同步檢波電路(10)把恢復(fù)載波sign與兩個軌跡信號分別相乘后再分別提取低頻信號。6.如權(quán)利要求1所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:移位增益相位補償電路(12)包括補償主電路(11)、補償量計算電路(14)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)、乘法器一(16);補償主電路(11)將兩個低頻信號通過與該校正值相加、相乘實現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號COS0與校正信號sin0 ;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)將校正信號COS0與校正信號sin0從直角坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系下；補償量計算電路(14)在極坐標(biāo)系下計算電氣角瞬時值th_inc的補償量即該校正值;乘法器一(16)根據(jù)該校正值采用對軌跡信號COS0的三角函數(shù)運算，校正其對比軌跡信號sin0的相位偏差。7.如權(quán)利要求6所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:補償主電路(11)包括負反饋減法器一、負反饋減法器二、負反饋減法器三、乘法器二、乘法器三;從軌跡信號sinal A提取的低頻信號通過負反饋減法器一減掉該校正值后一方面輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)，另一方面通過乘法器二乘以該校正值后輸出一個特定值;從軌跡信號sinal B提取的低頻信號通過負反饋減法器二減掉該校正值，并通過乘法器三乘以該校正值后，再通過負反饋減法器三減掉該特定值后再輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)。8.如權(quán)利要求6所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法把標(biāo)準的直角坐標(biāo)系下的點(x，y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系下的(r，Θ);用旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式完成的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法計算反正切，計算出Θ =ATN(sin0/cos0)。9.如權(quán)利要求8所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式為:一個電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)為η個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又細分m個小區(qū)，一個電角度周期360°內(nèi)共分nXm個分區(qū)，n、m均為正整數(shù)。10.如權(quán)利要求1所述的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)角度誤差校正電路包括機械角計算電路(17)、系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路(19)、速度計算電路(18);機械角計算電路(17)根據(jù)zero_ref從電氣角瞬時值th_inc中獲取一個特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個轉(zhuǎn)子位置機械角度th_mech;速度計算電路(18)根據(jù)角度th經(jīng)速度計算得到角速度ω;系統(tǒng)角度誤差補償量計算電路(19)根據(jù)角速度ω與機械角度th_me ch計算出該系統(tǒng)角度誤差補償量。
【文檔編號】G01D5/22GK205537692SQ201620042186
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月15日
【發(fā)明人】文長明, 文可
【申請人】中工科安科技有限公司, 文長明, 文可