一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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(jī)尾部，作為位置與速度傳感器；電動汽車中驅(qū)動用電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的位置傳感、電動助力方向盤電機(jī)的位置及速度傳感、燃?xì)忾y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(lì)磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內(nèi)，固定不動。但勵(lì)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?yàn)橄铝幸蛩禺a(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(jī)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?yàn)榘惭b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?yàn)榇艤蝻柡汀Ⅻc(diǎn)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(jī)性偏差。對系統(tǒng)偏差進(jìn)行糾正，對隨機(jī)性偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號的精度是擴(kuò)大使用的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明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]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)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(gè)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(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、兩個(gè)過米樣電路(6)、一個(gè)信號處理電路;該兩對輸出信號分別經(jīng)兩個(gè)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(gè)過采樣電路(6)輸出軌跡信號sinal A與軌跡信號sinal B;兩個(gè)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(bǔ)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(gè)中斷請求信號IRQ，生成一個(gè)恢復(fù)載波信號sign、一個(gè)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(lì)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(bǔ)償電路(12)將兩個(gè)低頻信號通過與一個(gè)校正值相加、相乘實(shí)現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號C0S(9)與校正信號sin(0)，還通過對cos(0)的三角函數(shù)運(yùn)算校正兩個(gè)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(shí)值th_inc;
[0010]該系統(tǒng)角度誤差校正電路根據(jù)一個(gè)機(jī)械角零位置參考點(diǎn)信號zero_ref從電氣角瞬時(shí)值th_inc中獲取一個(gè)特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)子位置機(jī)械角度th_mech，機(jī)械角度th_mech與一個(gè)系統(tǒng)角度誤差補(bǔ)償量進(jìn)行負(fù)反饋以產(chǎn)生角度th，角度th經(jīng)速度計(jì)算得到角速度ω。
[0011]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，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(gè)低通濾波器(4)，兩個(gè)低通濾波器(4)分別電性連接在兩個(gè)輸出繞組(9)與相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路(5)之間。
[0012]進(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)，該方波信號通過一個(gè)濾波器、一個(gè)運(yùn)算放大器被供給勵(lì)磁繞組(8)。
[0014]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，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(gè)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(jìn)一步改進(jìn)，移位增益相位補(bǔ)償電路(12)包括補(bǔ)償主電路(11)、補(bǔ)償量計(jì)算電路(14)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)、乘法器一(16);補(bǔ)償主電路(11)將兩個(gè)低頻信號通過與該校正值相加、相乘實(shí)現(xiàn)偏移與增益的校正得到校正信號C0S(9)與校正信號sin(Θ);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(bǔ)償量計(jì)算電路(14)在極坐標(biāo)系下計(jì)算電氣角瞬時(shí)值th_inc的補(bǔ)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cos(0)的三角函數(shù)運(yùn)算，校正其對比軌跡信號s in (Θ)的相位偏差。
[0016]進(jìn)一步地，補(bǔ)償主電路(11)包括負(fù)反饋減法器一、負(fù)反饋減法器二、負(fù)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(fù)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(gè)特定值;從軌跡信號sinal B提取的低頻信號通過負(fù)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(fù)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(jìn)一步地，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路(13)用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法把標(biāo)準(zhǔn)的直角坐標(biāo)系下的點(diǎn)(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(jì)算方法計(jì)算反正切，計(jì)算出Θ = ATN( s in( Θ) /cos (θ))。
[0018]再進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)角度等間距的掃描方式為:一個(gè)電角度周期內(nèi)的采樣分區(qū)為η個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)又細(xì)分m個(gè)小區(qū)，一個(gè)電角度周期360°內(nèi)共分nXm個(gè)分區(qū)，n、m均為正整數(shù)。
[0019]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該系統(tǒng)角度誤差校正電路包括機(jī)械角計(jì)算電路
(17)、系統(tǒng)角度誤差補(bǔ)償量計(jì)算電路(19)、速度計(jì)算電路(18);機(jī)械角計(jì)算電路(17)根據(jù)zero_ref從電氣角瞬時(shí)值th_inc中獲取一個(gè)特定角度，將該特定角度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)子位置機(jī)械角度th_mech;速度計(jì)算電路(18)根據(jù)角度th經(jīng)速度計(jì)算得到角速度ω;系統(tǒng)角度誤差補(bǔ)償量計(jì)算電路(19)根據(jù)角速度ω與機(jī)械角度thjnech計(jì)算出該系統(tǒng)角度誤差補(bǔ)償量。
[0020]本發(fā)明通過對系統(tǒng)偏差的糾正，對隨機(jī)性偏差的實(shí)時(shí)補(bǔ)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是本發(fā)明實(shí)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(gè)輸出信號與采用時(shí)間點(diǎn)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(jī)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(jī)性偏差處理。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]請參閱圖1，磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器3包括兩個(gè)輸出繞組9、一個(gè)勵(lì)磁繞組8。兩個(gè)輸出繞組9有兩對輸出信號，在本實(shí)施例中指差分的軌跡信號，這兩對輸出信號經(jīng)過本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)處理后輸出具有較佳精度的角度th和角速度ω。
[0029]本發(fā)明的信號處理系統(tǒng)包括兩個(gè)低通濾波器4、兩個(gè)信號A/D轉(zhuǎn)換電路5、兩個(gè)過采樣電路6、一個(gè)信號處理電路。兩個(gè)低通濾波器4、兩個(gè)信號A/D轉(zhuǎn)換電路5、兩個(gè)過采樣電路6分別一一對應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)分別對該兩對輸出信號的前期處理。兩個(gè)低通濾波器4分別電性連接在兩個(gè)輸出繞組9與相應(yīng)