[发明专利]一种旋转变压器信号解算方法及解算器

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转变压器信号解算方法，还涉及采用该方法的一种解算器。

背景技术

高性能无齿轮减速式(也称直接驱动)旋转伺服系统的关键之一是如何精确测量伺服电机输出轴的角度位置，常用的测角度传感器有绝对式光栅编码器、霍尔传感器和旋转变压器。绝对式光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号，应用简单方便，但因环境适应性、价格等因素致使难以广泛应用；霍尔传感器结构简单，但难以达到高精度角度测量要求而受到限制；旋转变压器因结构可靠、实时性好、环境适应性强等优点而广泛应用于高精度伺服系统中。

旋转变压器是一种可用于测量旋转装置转子角度的传感器，但其输出为包含转子位置信息的模拟量，需要旋转变压器数字转换器(简称RDC)处理成相应的数字信号才能与DSP等数字伺服控制器联接。

目前，对旋转变压器的输出信号进行解算的方法分为两种：第一种采用专用旋转变压器解算芯片，即RDC，这类芯片大都以鉴幅方式对正-余弦信号进行解调，实现对转子位置信息数字转换，专用的解算芯片虽然能达到较高的精度，但其价格昂贵，难以在成本低的高精度伺服系统中广泛使用；第二种将旋转变压器反馈信号直接送入模数转换器，然后再通过软件解调算法实现转子位置信息的数字转换，这种方法原理简单，但旋转变压器为保证测量速度于精度，其反馈信号频率要求在10kHz以上，对模数转换器的转换速率以及软件解调速率要求更高(通常需要在1MHz)，从而导致器件成本大大增加。

发明内容

为了克服现有技术价格昂贵、成本较高的不足，本发明提供一种应用于高精度伺服系统中的旋转变压器信号解算方法，它通过对旋转变压器的输出进行实时调理，输出数字信号处理器可识别的信号，然后通过数字信号处理器解算出转子实际位置，同时能够判断出转子的旋转方向，既满足了伺服系统高精度的要求，又极大的降低了成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)整周转动电机，采集电机的转角信号，得出转角信号波形的波峰和波谷的数值，设立0～1/4周期的正弦表，其幅值为N1～N2，其中N1为波峰和波谷数值的平均值，N2为波峰的数值，对应的角度为0～90°，以备查表计算。

2)采样当前低频正弦信号U_s(θ)和低频余弦信号U_c(θ)并将这两个角度值转换为数字量分别为X、Y，同时将当前X、Y分别保存备份为X bak和Y bak，与下一次采样结果比较进而判断转子旋转方向。

3)将转子的角度位置θ划分为四个象限，分别是0～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°，根据数字信号X、Y确定转子位置所属象限：

当N1<X≤N2且0<Y≤N1时，转子位置θ落在0～90°范围内；

当N1<X≤N2且N1<Y≤N2时，转子位置θ落在90°～180°范围内；

当0<X≤N1且N1<Y≤N2时，转子位置θ落在180°～270°范围内；

当0<X≤N1且0<Y≤N1时，转子位置θ落在270°～360°范围内。

4)根据X及转子位置θ的范围查正弦表：

当0<θ≤90°时，根据X值查到正弦表所对应的角度即为转子当前位置；

当90°<θ≤180°时，根据X值查到正弦表所对应的角度再被180°减去后的结果即为转子当前位置；

当180°<θ≤270°时，用X加上N1后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被270°即为转子当前位置；

当270°<θ≤360°时，用X加上N1后的结果查找正弦表，查找后所对应的角度再被360°即为转子当前位置。

5)转子旋转方向判断：用当前的采样结果与上一次进行比较，即ΔX＝X-X_bak，ΔY＝Y-Y_bak，对ΔX，ΔY和转子位置角度θ进行判断：

当0<θ≤90°时，若ΔX>0，ΔY>0，则电机正转，若ΔX<0，ΔY<0则电机反转；

当90°<θ≤180°时，若ΔX<0，ΔY>0，则电机正转，若ΔX>0，ΔY<0则电机反转；

当180°<θ≤270°时，若ΔX<0，ΔY<0，则电机正转，若ΔX>0，ΔY>0则电机反转；

当270°<θ≤360°时，若ΔX>0，ΔY<0，则电机正转，若ΔX<0，ΔY>0则电机反转。