专利名称：一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法，适用于高精度电机控制系统的安全控制。
背景技术：
航天领域中，控制力矩陀螺中的低速框架的转速控制性能对整机的工作性能有重要影响，对卫星的姿态稳定性与姿态控制精度起着重要作用。目前，航天产品中的高精度电机控制系统一般采用旋转变压器测角单元获取被测角度值，并将该角度测量值作为反馈量送入电机闭环控制系统。该角度测量值的准确性将直接影响闭环控制系统的稳定性和可靠性。 旋转变压器粗、精机各产生相应的正、余弦模拟电压信号，包含了被测角度信息。粗、精机的各自的正余弦信号被分别送入旋变粗、精机解调电路，分别得到无符号定点格式的16位粗、精机角度值，然后通过粗精数据耦合算法，得到无符号定点格式的21位角度数据，送入电机闭环控制系统。粗、精机解调电路以各自的旋转变压器解调芯片为核心。可以通过配置片外电阻电容的方法，为旋转变压器解调芯片设置合适的转速测量范围和频带宽度两项指标。详细内容可参考Analog Devices, “Variable Resolution,Monolithic, Resolver-to-DigitalConverter，，。转速(或转角)闭环控制系统实际工作中，若出现如下三种情况，则闭环系统将出现工作异常(I)解调芯片故障，导致输出角度数据出现较大畸变；(2)解调芯片外的配置电阻电容参数不合适、故障或失效，导致输出角度数据出现较大畸变；(3)旋转变压器粗、精机本体出现故障，正、余弦信号波形异常。若出现上述三种故障中的一种或多种，则测角单元输出的角度数据将出现严重畸变，使电机控制系统工作异常。图3、4给出了转速指令为20° /S，和转速指令为29° /s且已超出了精机解调芯片外电阻电容所设置的转速测量范围时的转角控制效果的实验比较。图3中，角度测量值和闭环系统均正常。图4中，因为实际转速已超出精机解调芯片外电阻电容所设置的转速测量范围，导致16位精机数据严重畸变，进而导致耦合出的用于闭环控制的21位角度值严重畸变，引起转速失速故障。

发明内容
本发明解决的问题克服现有技术的不足，提供一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法，判断结果准确，确保了电机控制系统工作安全可靠。本发明的方案一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法，对旋转变压器输出的粗精耦合数据和粗机数据进行判断，确定粗精耦合数据的准确性，过程如下-第一步，确定三条判据，所述三条判据如下(I)每隔设定的一段时间，根据旋转变压器输出的粗精耦合数据，计算这段时间内被测的电机转速的平均值，判断该转速值是否大于设定第一域值kthi ；(2)根据旋转变压器输出的粗精耦合数据，计算被测的电机控制系统一个控制周期后的角度的增量，判断该增量是否大于设定第二域值kth2 ；(3)在被测的电机控制系统的一个控制周期内，计算耦合数据(21位)与粗机数据(16位)所对应的角度之间的偏差量，判断该偏差量是否大于设定第三域值kth3 ；第二步，根据上述三条判据决定电机控制系统的工作模式，所述工作模式为安全模式和正常工作模式，具体为a.在每个电机控制系统的控制周期内，先后执行上述三条判据，若执行其中某条判据时，被测结果大于相应的域值，则该条判据之后的判据不被执行；同时将设定的计分值加一，该计分值初始设为零，且每隔设定的一段时间自动清零一次；b.若计分值大于设定第四域值kth4，说明旋转变压器的输出值已严重畸变，则 将电机控制系统从正常工作模式转入安全模式；转入安全模式后，对电机电流进行闭环控制，使电机定子绕组产生一个方向与幅值固定的定子磁场，避免转速失速故障的发生；c.只有通过复位或断电重启的方法，才能使电机控制系统退出安全模式，并重新进入正常工作模式。本发明与现有技术相比的优点在于由旋转变压器(包括一台极对数为I的旋转变压器粗机和一台极对数为32的旋转变压器精机)实现角度测量功能的电机控制系统中，若旋转变压器角度测量单元出现输出角度数据异常的故障，则以该角度数据实现闭环的电机控制系统将工作异常。本发明一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法利用旋转变压器粗、精机各自得出的角度测量数据，依据三条判据，判断出旋转变压器测角单元输出数据是否异常；然后，根据判断结果，决定电机控制系统进入正常工作模式还是安全模式，保证了应用于高精度电机控制系统的旋转变压器角度数据的准确可靠性，同时也保证了电机控制系统工作的稳定性。(2)本发明已应用于一种新型空间飞行器姿态执行机构的电机控制系统，在真空、辐照等空间条件下，有效保证了电机控制系统的运行安全和整星姿态安全。


图I为电机控制系统框图；图2为本发明实现流程图；图3为转速指令20° /s时旋变粗、精机16位数据对应的角度值，以及粗精耦合21位数据对应的角度值的变化曲线；图4为没有采用旋变测角信号准确性判断方法时，转速指令29° /s时旋变粗、精机16位数据对应的角度值，以及粗精耦合21位数据对应的角度值的变化曲线；图5为采用旋变测角信号准确性判断方法时，转速指令29° /s时旋变粗、精机16位数据对应的角度值，以及粗精耦合21位数据对应的角度值的变化曲线。
具体实施例方式电机闭环控制系统如图I所示，一片数字信号处理器DSP负责运行电机闭环控制算法和本发明设计的角度信号准确性判断方法。
按时间先后顺序，具体实施步骤是(I)为获取闭环控制所需的角度数据，DSP向FPGA发出角度采集启动信号；(2)FPGA收到启动信号后，根据设计好的解调芯片控制逻辑，分别向粗、精机解调芯片发出控制逻辑信号；(3)粗、精机解调芯片按FPGA发出的控制逻辑信号启动各自的角度信息采集与转换过程，并将各自得出的16位角度数据输出至总线，FPGA将这两个数据先后读入；(4)FPGA得到来自粗、精机解调芯片的两个16位数据后，按粗精耦合算法计算出21位角度值，然后将16位旋转变压器粗、精机数据和21位耦合数据存入指定的变量寄存器中；(5) FPGA已将16位旋转变压器粗、精机数据和21位耦合数据存入指定的变量寄存器以后，DSP通过数据总线从FPGA中读取粗、精机16位数据和21位耦合数据； (6)DSP执行本发明提出的方法，判断所得到的角度信号的准确性，并根据判断结果，确定执行正常工作模式或安全模式；(7) DSP根据上一步结果，执行正常工作模式或安全模式。本发明针对高精度电机闭环控制系统中，由于角度信号采集故障或错误等原因，导致闭环系统不稳定、转速失控等问题，设计并提出了一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法。可根据判断结果，使电机控制系统进入正常工作模式或安全模式。使用该方法，可准确判断出角度测量单元是否工作正常，有效避免系统不稳定或转速失控等故障的发生。如图2所示，本发明具体实现步骤如下对21位粗精耦合数据和16位粗机数据进行判断，确定粗精耦合数据的准确性，过程如下；第一步，确定三条判据，所述三条判据如下(I)每隔设定的一段时间，根据21位粗精耦合数据，计算这段时间内被测的电机转速的平均值，判断该转速值是否大于设定的第一域值kthl (例如120° /s)；(2)根据21位粗精耦合数据，计算被测的电机控制系统一个控制周期后的角度的增量，判断该增量是否大于设定的第二域值kth2(例如0.5° );(3)在被测的电机控制系统的一个控制周期内，计算21位粗精耦合数据与16位粗机数据所对应的角度之间的偏差量，判断该偏差量是否大于设定的第三域值kth3(例如2° );第二步，根据上述三条判据决定电机控制系统的工作模式，所述工作模式为安全模式和正常工作模式，具体为a.在每个电机控制系统的控制周期内，先后执行上述三条判据，若执行其中某条判据时，被测结果大于相应的域值，则该条判据之后的判据不被执行；同时将设定的计分值加一，该计分值初始设为零，且每隔设定的一段时间自动清零一次；b.若计分值大于设定第四域值kth4(例如10)，说明测得的角度值已严重畸变，则将电机控制系统从正常工作模式转入安全模式；转入安全模式后，对电机电流进行闭环控制，使电机定子绕组产生一个方向与幅值固定的定子磁场，避免转速失速故障的发生；c.只有通过复位或断电重启的方法，才能使电机控制系统退出安全模式，并重新进入正常工作模式。从图4、5对比可看出，未采用本发明方法时，若出现旋变测角数据异常，则电机角速度进入快速旋转的失速故障状态；采用本发明方法后，若出现旋变测角数据异常，则电机控制系统进入了安全模式，避免了电机转速失速故障的出现。
本发明包含了三条判据，及时、准确判断出旋变测角单元是否工作异常，并依据判断结果将电机控制系统切入正常工作模式或安全模式。本发明已被应用于控制力矩陀螺的低速框架的控制，确保了框架控制安全，及卫星姿态安全。本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
权利要求
1. 一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法，其特征在于对旋转变压器输出的粗精耦合数据和粗机数据进行判断，确定粗精耦合数据的准确性，过程如下 第一步，确定三条判据，所述三条判据如下 (1)每隔设定的一段时间，根据旋转变压器输出的粗精耦合数据，计算这段时间内被测的电机转速的平均值，判断该转速值是否大于设定第一域值kthi ； (2)根据旋转变压器输出的粗精耦合数据，计算被测的电机控制系统一个控制周期后的角度的增量，判断该增量是否大于设定第二域值kth2 ； (3)在被测的电机控制系统的一个控制周期内，计算耦合数据与粗机数据所对应的角度之间的偏差量，判断该偏差量是否大于设定第三域值kth3 ； 第二步，根据上述三条判据决定电机控制系统的工作模式，所述工作模式为安全模式和正常工作模式，具体为 a.在每个电机控制系统的控制周期内，先后执行上述三条判据，若执行其中某条判据时，被测结果大于相应的域值，则该条判据之后的判据不被执行；同时将设定的计分值加一，该计分值初始设为零，且每隔设定的一段时间自动清零一次； b.若计分值大于设定第四域值kth4，说明旋转变压器的输出值已严重畸变，则将电机控制系统从正常工作模式转入安全模式；转入安全模式后，对电机电流进行闭环控制，使电机定子绕组产生一个方向与幅值固定的定子磁场，避免转速失速故障的发生； c.只有通过复位或断电重启的方法，才能使电机控制系统退出安全模式，并重新进入正常工作模式。
全文摘要
一种旋转变压器角度测量信号准确性判断方法，利用旋转变压器粗、精机各自得出的角度测量数据，依据三条判据，判断出旋转变压器测角单元输出数据是否异常；然后，根据判断结果，决定电机控制系统进入正常工作模式还是安全模式。本发明已被应用于控制力矩陀螺的低速框架的控制，可确保框架控制安全，及卫星姿态安全。
文档编号G01B21/22GK102818579SQ201210252320
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者周大宁, 翟百臣, 张激扬, 赵雷 申请人:北京控制工程研究所