[发明专利]旋转变压器的角度跟踪装置

说明书

技术领域

本发明属于旋转变压器领域，特别涉及一种旋转变压器的角度跟踪装置。

背景技术

旋转变压器由于具有耐高温、耐湿度、结构可靠、抗干扰能力强等突出优点，适用于环境恶劣的场合，在电机控制系统中得到了越来越广泛的应用。但旋转变压器输出为两路幅值随位置变化的模拟信号，需要通过专用的数字转换器（RDC）转换为数字信号后才能被数字控制器所使用。

目前对旋转变压器输出模拟信号进行数字转换的方法主要有两种：第一种是采用市场上专用的数字转换芯片，例如AD公司的AD2S1200系列，这类芯片大都集成了片上正弦波振荡器，基于Ⅱ型闭环跟踪原理，采用硬件锁相技术实现对转子位置信号的转换。专用的解算芯片虽技术成熟，但是转换精度及滤波参数都比较单一，用户灵活性较小。第二种是通过控制器产生正弦信号并通过DAC输出作为励磁载波信号，采用高速模数转换器对旋转变压器输出的模拟信号进行直接采样，然后在控制器中通过软件方法实现转子位置数字信号的解算，但一般旋转变压器的励磁频率在10K以上，这对模数转换器的转换速率和控制器的计算性能有很高的要求，普通的控制器件难以达到要求。

旋转变压器的解码原理是当激励线圈中通过信号 A*sinωt 时（ω为振荡频率，t为转动时间，A为振荡幅度值）,两个正交的感应线圈中分别会感应到电压信号： 

              E1=A*sinα sinωt , E2=A*cosα sinωt , α 为当前旋变转子所在的夹角，

通过分析 E1,E2之间电压的关系,可以解得旋变转子的所在角度α，通过建立一个参考角度θ,来跟随旋变转子的角度α。当α=θ时, E1*cosθ=E2*sinθ 。而当θ接近于α的情况下, sin(α-θ)≈(α-θ)。

如图1所示，一种现有技术的旋转变压器的角度跟踪装置包括鉴相器和PI调节器。通过鉴相器计算Msin(α-θ)，在θ接近于α的情况下, sin(α-θ)≈(α-θ)，其可以等效为图2所示的PI闭环控制系统，通过PI环来控制目标θ,来使得误差量 (α-θ) 趋近于0，以确保 θ 跟随α。通过输出观察θ,来代替旋变的输入α。

计算Msin(α-θ)时需要根据θ来得出sinθ、cosθ，常用的办法为查表法或直接计算，这个过程需要消耗较多的存储空间或计算时间，而且也引入了计算误差。目前求 E1*cosθ, E2*sinθ 的方法有: 

模拟量乘法器,这需要用DAC把sinθ,cosθ,转换成模拟量,在转换的过程会引入误差,受温度等外界条件干扰比较大；

数字乘法器,由于数字乘法器有确定的长度,在乘法的过程中需要进行截取,所以会影响转换精度。

上述乘法器总体来看结构相对复杂,转换过程比较多难以保证较高的精度.

而如果采用直接求 E2/E1 的反正切值atan(E2/E1)的方式来求得α，虽然比较简单直接，但在sinωt值较小的时候，误差所引入的噪音变得非常明显。

因此，如何解决现有技术中的旋转变压器的角度转换精度的问题，已成为当前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转换精度高的旋转变压器的角度跟踪装置。

本发明提供一种旋转变压器的角度跟踪装置，其包括AD采样模块、同步整流模块、CORDIC角度计算单元和PI调节器，AD采样模块对旋转变压器的两个正交线圈输出的两个正弦电压信号A*sinα sinωt， A*cosα sinωt进行采样并转换为数字信号，其中A* sinωt为激励源信号，α为旋转角度；同步整流模块根据激励源信号A* sinωt的相位对两个正弦电压信号A*sinα sinωt， A*cosα sinωt进行整流，得到两路电压信号E1=M sinα、E2= M cosα，其中，                                                ； CORDIC角度计算单元接收整流后的两路电压信号E1、E2作为旋转角度α的信号输入和接收PI调节器输出的角度信号θ，计算出Msin(α-θ)的值作为PI调节器的输入，与PI调节器形成PI闭环控制系统。    

其中，所述CORDIC角度计算单元计算Msin(α-θ)的步骤包括：

步骤1：令X=E2, Y=E1，根据E1/E2判断θ的范围，

若θ落在[-π,-π/2]，是则令X'=-Y, Y'=X, θ'=θ+π/2 转到步骤2；