[發明專利]一種旋轉變壓器數字解調裝置及方法

在審

• 申請號: 202211218955.5
• 申請日: 2022-10-07
• 公開（公告）號: CN115452032A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王大方;李琪;米文源;許彭斌;簡方恒;金毅;孔德寬;張昱瑾;黃健齊;孫浩男
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海);威海天達汽車科技有限公司
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01B7/30;G01P21/02;H03L7/081
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 宋立國

一種旋轉變壓器數字解調裝置及方法，涉及傳感器測試領域，裝置包括旋轉變壓器模塊、旋轉變壓器輸出采樣模塊、同步乘法器模塊、外圍電路模塊、激勵信號采樣模塊、包絡線解調模塊、PWM波生成模塊、正弦激勵信號占空比生成模塊、鎖相環模塊和系統誤差補償模塊；方法包括：生成正弦激勵信號；獲取旋轉變壓器輸出信號的包絡線；通過鎖相環獲取角度與轉速；補償系統延遲。本發明有效的減少了角度延遲，顯著降低了量化誤差，消除直流偏置和激勵延遲，消除了傳統數值積分法對于過零點采樣的依賴，降低了非正交誤差。

技術領域

本發明涉及傳感器測試領域，具體涉及一種旋轉變壓器數字解調裝置及方法。

背景技術

旋轉變壓器作為一種位置傳感器，廣泛應用于電機以及工業控制領域。旋轉變壓器可以提供絕對的角度位置信息以及轉速信息。旋轉變壓器由一個旋轉的一次線圈和一個正交的二次線圈組成。一次側線圈由激勵信號驅動，二次側線圈輸出包含正余弦信息的載波。通常需要使用旋轉變壓器的模擬解調芯片將旋轉變壓器輸出的載波模擬信號轉換為含有角度信息和轉速信息的數字信號。相比于傳統的模擬解調方法，基于控制器MCU的數字解調方法，有著成本低，集成度高等特性，越來越多的在廣大電機控制器上使用。數字解調的方法需要基于MCU上的片上ADC采樣旋轉變壓器的輸出信號，并且通過PWM以及外圍濾波器產生正弦的激勵信號驅動旋轉變壓器。

現有的旋轉變壓器數字解調方法主要分為兩種：一種是基于采頂點的解調方法，一種是基于濾波器的解調方法。傳統的采頂點的解調方法通過在激勵信號到達幅值頂點時采樣，已經去除了耦合的激勵信號進而得到旋轉變壓器輸出的包絡線。這種解調方法實際上每個激勵信號周期只進行了一次采樣，不滿足奈奎斯特采樣定理，引入了大量的量化誤差、精準度低。基于濾波器的解調方法中，使用同步采樣和相乘將激勵信號分量頻率上升，再由濾波器過濾掉激勵信號；由于濾波器的引入，角度信息有較大的延遲，無法實時得到同步的角度信息。因此基于濾波器的方法無法用于高精度的轉矩控制應用，應用范圍窄。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術存在的不足，提供一種旋轉變壓器數字解調裝置及方法，該方法可以降低旋轉變壓器解調帶來的角度延遲，并且減少數字解調的量化誤差，解調精準度高、適用范圍寬的旋轉變壓器數字解調裝置及方法。

本發明解決上述現有問題的技術方案是：

一種旋轉變壓器數字解調裝置，其特征在于包括旋轉變壓器模塊、旋轉變壓器輸出采樣模塊、同步乘法器模塊、外圍電路模塊、激勵信號采樣模塊、包絡線解調模塊、PWM波生成模塊、正弦激勵信號占空比生成模塊、鎖相環模塊和系統誤差補償模塊；

正弦激勵信號占空比生成模塊與PWM波生成模塊相連，正弦激勵信號占空比生成模塊用于控制PWM波生成模塊產生攜帶正弦激勵信號的PWM波；

PWM波生成模塊與外圍電路模塊相連，外圍電路模塊用于對PWM波進行濾波、功率放大，得到正弦激勵信號；

外圍電路模塊與旋轉變壓器模塊相連，旋轉變壓器模塊用于輸出角度信息與正弦激勵信號耦合產生的模擬信號；

旋轉變壓器模塊與旋轉變壓器輸出采樣模塊相連，旋轉變壓器輸出采樣模塊用于采集旋轉變壓器的輸出信號；

激勵信號采樣模塊與外圍電路模塊相連，用于采集輸出的正弦激勵信號；

激勵信號采樣模塊和旋轉變壓器輸出采樣模塊分別與同步乘法器模塊相連，同步乘法器模塊用于將旋轉變壓器的輸出信號與激勵信號同步相乘；

同步乘法器模塊與包絡線解調模塊相連，包絡線解調模塊用于解調包絡線；

包絡線解調模塊與鎖相環模塊相連，鎖相環模塊用于輸出包絡線中的角度和轉速；

鎖相環模塊與系統誤差補償模塊相連，系統誤差補償模塊將包絡線的轉速與系統的時間延遲相乘后與包絡線的角度相加，得到旋轉變壓器的電角度，鎖相環輸出的轉速為旋轉變壓器的轉速。