專利名稱：旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種數(shù)字轉(zhuǎn)換器，確切地說，是指在電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)稱旋變，是測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的傳感器，因其穩(wěn)定、高效、抗沖擊震動(dòng)和溫度濕度變化能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，逐漸應(yīng)用在電動(dòng)汽車領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)為模擬量，需要借助解碼芯片將其輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為位置和轉(zhuǎn)速信號(hào)，目前應(yīng)用最廣泛的解調(diào)方案是與亞德諾的AD2S12X系列或多摩川的AUX系列的解碼芯片配合使用，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量實(shí)現(xiàn)與DSP等控制芯片的接ロ。即旋變輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過AD采樣后送到乘法器，位置積分器輸出的數(shù)字角度也送入乘法器，經(jīng)過乘法和減法運(yùn)算后的信號(hào)被送到相敏解調(diào)器與勵(lì)磁電壓進(jìn)行比較，經(jīng)過由乘法器、相敏解調(diào)器、積分器、濾波器等組成閉環(huán)反饋系統(tǒng)獲得轉(zhuǎn)子實(shí)際位置。該方案存在解調(diào)精度不高，而且，轉(zhuǎn)換器和電平轉(zhuǎn)換等芯片及相關(guān)硬件調(diào)理電路的使用増加了系統(tǒng)復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)成本，因此，兼顧轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速獲取系統(tǒng)的成本、重量、大小，使用較少的硬件實(shí)現(xiàn)位置的準(zhǔn)確獲取已成為發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供一種旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以期通過基于電機(jī)控制器處理器芯片的正余弦波發(fā)生器的引入和旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的解調(diào)，避免旋轉(zhuǎn)變壓器與解碼芯片的配合使用，消除時(shí)間延遲現(xiàn)象、降低電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本，提高其位置和轉(zhuǎn)速獲取精度。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器是通過對(duì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，獲得電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置q和速度ω ;其特征是所述旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括數(shù)字正余弦發(fā)生器、勵(lì)磁電壓生成模塊、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊以及位置和速度獲取模塊；所述數(shù)字正余弦發(fā)生器，由基于電機(jī)控制器的處理器芯片生成數(shù)字正弦信號(hào)sinco。，并將數(shù)字正弦信號(hào)sinco。輸出給勵(lì)磁電壓生成模塊，同時(shí)輸出給旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊；所述勵(lì)磁電壓生成模塊，是將數(shù)字正弦信號(hào)sinco。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、幅值放大、反相處理和電壓跟隨后，生成旋轉(zhuǎn)變壓器所需的勵(lì)磁電壓信號(hào)Vsin(G^t)；所述旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊，是將輸入的數(shù)字正弦信號(hào)sinco。與閾值Th進(jìn)行比較，當(dāng)sinco。> Th時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，在所述觸發(fā)脈沖的上升沿對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得轉(zhuǎn)子位置q的數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再將所述數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ輸出至位置和速度獲取模塊；所述位置和速度獲取模塊，是對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊輸出的數(shù)字正弦信
號(hào)Sine和數(shù)字余弦信號(hào)COS0進(jìn)行比較，當(dāng)·^一I小于或等于I時(shí)，對(duì)iiili的值進(jìn)行反正
Icos0ICOS 0
切查表；當(dāng)!··^!大于 時(shí)，対·^的值進(jìn)行反余切查表，并將反正切查表和反余切查表所
Icos0Isin 0
得結(jié)果相加獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，基于所獲得數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再采用鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)速。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明基于電機(jī)控制器的處理器芯片，由數(shù)字正余弦發(fā)生器產(chǎn)成正弦波，降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性；2、本發(fā)明通過合理選取閾值Th與正弦信號(hào)sinco。比較，完成旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)，降低軟件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，此外，増加了采樣點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換器解調(diào)精度；3、本發(fā)明通過對(duì)正弦信號(hào)sin Θ和余弦信號(hào)cos Θ進(jìn)行反正切和反余切查表獲得位置q，節(jié)約電機(jī)控制器處理器芯片的存儲(chǔ)空間；4、本發(fā)明利用鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)速，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。


圖I是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2是本發(fā)明所涉及的正余弦發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明所涉及的勵(lì)磁電壓生成模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明所涉及的旋變輸出信號(hào)解調(diào)模塊對(duì)信號(hào)處理的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明所涉及的位置和速度獲取模塊對(duì)信號(hào)處理的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式參見圖I所示，本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，是通過對(duì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)變壓器2的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，獲得電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置q和速度ω ;本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括有數(shù)字正余弦發(fā)生器3、勵(lì)磁電壓生成模塊4、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5以及位置和速度獲取模塊6 ;數(shù)字正余弦發(fā)生器3是由基于電機(jī)控制器的處理器芯片生成數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。，并將數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。輸出給勵(lì)磁電壓生成模塊4，同時(shí)輸出給旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5 ;本實(shí)施例中的數(shù)字正余弦發(fā)生器3的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示，數(shù)字正余弦發(fā)生器3包括有第一加法器7、第二加法器10和第三加法器14，第一増益系數(shù)運(yùn)算器13①和第二増益系數(shù)運(yùn)算器13②，第一延遲器8和第二延遲器11，其中第一加法器7將第二延遲器11的輸出和第一増益系數(shù)運(yùn)算器13①的輸出相加；第二加法器10將第一増益系數(shù)運(yùn)算器13①的輸出與第一延遲器8的輸出相減；第三加法器14將第二延遲器11的輸出和第一延遲器8的輸出相加；第一増益系數(shù)運(yùn)算器13①的增益系數(shù)為Hl ;第二増益系數(shù)運(yùn)算器13②的增益系數(shù)為H2 ；假設(shè)第一延遲器8和第二延遲器11選定的延遲周期為T，為獲得勵(lì)磁頻率f。的數(shù)字正弦信號(hào)sinco。，則Hl=Coscoc (I)H2=- (tan ω c)(2)ω c=2TFc π (3)式⑴、式⑵和式(3)中，T為延遲周期，單位秒sば。為勵(lì)磁頻率，単位赫茲Hz ；選擇合適的延遲周期Τ，根據(jù)式(I)、式(2)和式(3)，設(shè)置第一増益系數(shù)運(yùn)算器13①和第二増益系數(shù)運(yùn)算器13②的增益系數(shù)分別為Hl和Η2，第二延遲器11的輸出信號(hào) 經(jīng)過第二増益系數(shù)運(yùn)算器13②后，即可獲得勵(lì)磁頻率為f。的數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。。勵(lì)磁電壓生成模塊4是將數(shù)字正弦信號(hào)sinco。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、幅值放大、反相處理和電壓跟隨后，生成旋轉(zhuǎn)變壓器2所需的勵(lì)磁電壓信號(hào)Vsin(G^t);本實(shí)施例中的勵(lì)磁電壓生成模塊4的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖3所示，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器15、反相器16、第一運(yùn)算放大器17、第二運(yùn)算放大器18、第一電壓跟隨器19、第二電壓跟隨器20和第四加法器21組成，具體為由數(shù)字正余弦發(fā)生器模塊3生成的數(shù)字正弦波sin ω。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器15后，變成模擬正弦波Sin(C^t);第一運(yùn)算放大器17接收的模擬正弦波Sin(C^t)進(jìn)行幅值放大獲得Asin(G^t) ；Asin( ct)經(jīng)過第一電壓跟隨器19獲得中間量A ;反相器16對(duì)輸入的模擬正弦波sin (ω ct)進(jìn)行反相處理獲得sin (ω J+ π );第二運(yùn)算放大器18對(duì)反相器16輸出的8 η(ωε +Ji)進(jìn)行幅值放大獲得Asin (G^t+) ；Asin (ω ct+π )經(jīng)過第二電壓跟隨器20獲得中間量B ;第四加法器21將接收的中間量A和中間量B相減獲得Vsin (ω et)，Vsin (ω ct)作為旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器正常工作。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5是將輸入的數(shù)字正弦信號(hào)sinco。與閾值Th進(jìn)行比較，當(dāng)sin 。STh時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，在觸發(fā)脈沖的上升沿對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得轉(zhuǎn)子位置q的數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再將數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ輸出至位置和速度獲取模塊6 ;本實(shí)施例中旋變輸出信號(hào)解調(diào)模塊5的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4所示，從實(shí)現(xiàn)功能上劃分是由第一比較器22，第一采樣/保持電路23、第二采樣/保持電路24和模數(shù)轉(zhuǎn)換器25組成。其中，第一比較器22將來自數(shù)字正余弦發(fā)生器模塊3的數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。與預(yù)先設(shè)定閾值Th進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。大于等于閾值Th吋，即SincoeS Th時(shí)，輸出觸發(fā)脈沖；在觸發(fā)脈沖的上升沿，第一采樣/保持電路23對(duì)輸入的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)Vs2_s4(t)進(jìn)行采樣獲得VS2_S4，采樣結(jié)果VS2_S4輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器25 ;與此同時(shí)，在觸發(fā)脈沖的上升沿，第二采樣/保持電路24對(duì)輸入的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)Vsi_s3(t)進(jìn)行采樣獲得VS1_S3，采樣結(jié)果VS1_S3輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器25 ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器25對(duì)接收的采樣結(jié)果VS2_S4進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得位置q的數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器25對(duì)接收的采樣結(jié)果VS1_S3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得位置q的數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ。位置和速度獲取模塊6是對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5輸出的數(shù)字正弦信號(hào)
Isin 9|. η
sine和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ進(jìn)行比較，當(dāng)小于或等于I時(shí)，對(duì)的值進(jìn)行反正切
IcosyICOS Θ查表；當(dāng)]^大于I時(shí)，對(duì) 的值進(jìn)行反余切查表，并將反正切查表和反余切查表所得
Icos0ISiny
結(jié)果相加獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，基于所獲得數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再采用鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)速。本實(shí)施例中的位置和速度獲取模塊6的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖5所示，其中，位置的獲取，從實(shí)現(xiàn)功能上劃分是由第一絕對(duì)值運(yùn)算器26、第二絕對(duì)值運(yùn)算器27、第一乘法器28、第二比較器29、反正切表30、反余切表31和第五加法器32組成，其中
第一絕對(duì)值運(yùn)算器26是將來自旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5的數(shù)字正弦信號(hào)sin0變成其絕對(duì)值|sin0 I ;第二絕對(duì)值運(yùn)算器27是將來自旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊5的數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ變成其絕對(duì)值I cos Θ I。由第一乘法器28完成I sin Θ |和
Isin 0丨|sin0|
Icose I的相乘運(yùn)算，獲得!·一^;第二比較器29用于將第一乘法器28的輸出信號(hào)
與常數(shù)I比較，在比較結(jié)果小于或等于I的情況下，即小于或等于I時(shí)，対^·的值
|COS0|COS Θ
Isin ΘI
進(jìn)行反正切表30的查表；在比較結(jié)果大于I的情況下，即ト^大于I時(shí)，対·^的值進(jìn)行
Icos0Isin Θ
反余切表31查表；第五加法器32是將接收的反正切表30查表所得結(jié)果和反余切表31查表所得結(jié)果相加，獲得電機(jī)I的轉(zhuǎn)子位置Θ?；谒@得數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再采用鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)速。也就是通過由第二乘法器33、第三乘法器34、第六加法器35、第七加法器39、第一積分器36、第二積分器40、第三増益系數(shù)運(yùn)算器37、第四増益系數(shù)運(yùn)算器38、余弦發(fā)生器41、正弦發(fā)生器42組成的ー個(gè)閉環(huán)跟蹤回路獲得；其中第七加法器39的輸出信號(hào)的閉環(huán)作為第二積分器40的輸入信號(hào)；余弦發(fā)生器41對(duì)第二積分器40輸出的轉(zhuǎn)子估計(jì)位置Θ ’，以查表方式獲得Θ，的余弦值cos Θ，;正弦發(fā)生器42對(duì)第二積分器40輸出的轉(zhuǎn)子估計(jì)位置Θ’，以查表方式獲得Θ，的正弦值sin Θ，;第二乘法器33將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出解調(diào)模塊5輸出的數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ和正弦發(fā)生器42輸出的正弦值sin Θ，相乘獲得cos Θ sin Θ ’ ；第三乘法器34是將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出解調(diào)模塊5輸出的數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和余弦發(fā)生器41輸出的余弦值cos Θ ’相乘獲得sin Θ cos Θ ’ ；第六加法器35完成對(duì)sin Θ cos θ 1和cos Θ sin θ ’作差獲得誤差輸出sin Θ cos Θ 1 -cos Θ sin θ ’，即sin( θ - θ ');第一積分器36對(duì)第六加法器35的誤差輸出進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得sin( θ - Θ ’)的積分值；第四増益系數(shù)運(yùn)算器38，對(duì)第一積分器36的輸出進(jìn)行調(diào)理獲得結(jié)果C ;與此同時(shí)，第三増益系數(shù)運(yùn)算器37對(duì)第六加法器35的輸出sin ( θ - Θ ’)進(jìn)行調(diào)理獲得結(jié)果D ;通過第七加法器39完成對(duì)結(jié)果C和結(jié)果D相加，獲得轉(zhuǎn)
3 O ο
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，是通過對(duì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)變壓器(2)的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，獲得電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置q和速度ω ;其特征是所述旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括數(shù)字正余弦發(fā)生器(3)、勵(lì)磁電壓生成模塊(4)、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊(5)以及位置和速度獲取模塊(6)； 所述數(shù)字正余弦發(fā)生器(3)，由基于電機(jī)控制器的處理器芯片生成數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。，并將數(shù)字正弦信號(hào)sinco。輸出給勵(lì)磁電壓生成模塊(4)，同時(shí)輸出給旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊(5)； 所述勵(lì)磁電壓生成模塊(4)，是將數(shù)字正弦信號(hào)sinco。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、幅值放大、反相處理和電壓跟隨后，生成旋轉(zhuǎn)變壓器(2)所需的勵(lì)磁電壓信號(hào)Vsin(G^t)； 所述旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊(5)，是將輸入的數(shù)字正弦信號(hào)sin ω。與閾值Th進(jìn)行比較，當(dāng)SincoeXTh時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，在所述觸發(fā)脈沖的上升沿對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得轉(zhuǎn)子位置q的數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再將所述數(shù)字正弦信號(hào)sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ輸出至位置和速度獲取模塊(6)； 所述位置和速度獲取模塊出)，是對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊(5)輸出的數(shù)字正弦信號(hào)sine和數(shù)字余弦信號(hào)COS0進(jìn)行比較，當(dāng)·^[小于或等于I時(shí)，對(duì)￥的值進(jìn) |cos0|c0S (9行反正切查表；當(dāng)]·一I大于I時(shí)，対·^的值進(jìn)行反余切查表，并將反正切查表和反余Icos0Isine切查表所得結(jié)果相加獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，基于所獲得數(shù)字正弦信號(hào)Sin Θ和數(shù)字余弦信號(hào)cos Θ，再采用鎖相環(huán)獲取轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，是通過對(duì)電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，獲得電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置·和速度ω；其特征是旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括數(shù)字正余弦發(fā)生器、勵(lì)磁電壓生成模塊、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)解調(diào)模塊以及位置和速度獲取模塊。本發(fā)明通過基于電機(jī)控制器處理器芯片的正余弦波發(fā)生器的引入和旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的解調(diào)，消除時(shí)間延遲現(xiàn)象、降低電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本，提高其位置和轉(zhuǎn)速的獲取精度。
文檔編號(hào)G01D5/14GK102661754SQ201210142350
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者周亞男, 李紅梅, 梅雷 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)