专利名称：旋转变压器数字转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种数字转换器，确切地说，是指在电动汽车电驱动系统中应用的旋转变压器数字转换器。
背景技术：
旋转变压器简称旋变，是测量旋转角度的传感器，因其稳定、高效、抗冲击震动和温度湿度变化能力强等优势，逐渐应用在电动汽车领域。旋转变压器输出信号为模拟量，需要借助解码芯片将其输出信号转换为位置和转速信号，目前应用最广泛的解调方案是与亚德诺的AD2S12X系列或多摩川的AUX系列的解码芯片配合使用，将其转换成数字量实现与DSP等控制芯片的接ロ。即旋变输出的模拟信号经过AD采样后送到乘法器，位置积分器输出的数字角度也送入乘法器，经过乘法和减法运算后的信号被送到相敏解调器与励磁电压进行比较，经过由乘法器、相敏解调器、积分器、滤波器等组成闭环反馈系统获得转子实际位置。该方案存在解调精度不高，而且，转换器和电平转换等芯片及相关硬件调理电路的使用増加了系统复杂性和实现成本，因此，兼顾转子位置和转速获取系统的成本、重量、大小，使用较少的硬件实现位置的准确获取已成为发展趋势。

发明内容
本发明的目的是为电动汽车电驱动系统提供一种旋转变压器数字转换器，以期通过基于电机控制器处理器芯片的正余弦波发生器的引入和旋转变压器输出信号的解调，避免旋转变压器与解码芯片的配合使用，消除时间延迟现象、降低电动汽车电驱动系统成本，提高其位置和转速获取精度。本发明为解决技术问题采用如下技术方案本发明旋转变压器数字转换器是通过对电动汽车电驱动系统中旋转变压器的输出信号进行数字转换，获得电动汽车中驱动电机的转子位置q和速度ω ;其特征是所述旋转变压器数字转换器包括数字正余弦发生器、励磁电压生成模块、旋转变压器输出信号解调模块以及位置和速度获取模块；所述数字正余弦发生器，由基于电机控制器的处理器芯片生成数字正弦信号sinco。，并将数字正弦信号sinco。输出给励磁电压生成模块，同时输出给旋转变压器输出信号解调模块；所述励磁电压生成模块，是将数字正弦信号sinco。经数模转换、幅值放大、反相处理和电压跟随后，生成旋转变压器所需的励磁电压信号Vsin(G^t)；所述旋转变压器输出信号解调模块，是将输入的数字正弦信号sinco。与阈值Th进行比较，当sinco。> Th时，产生触发脉冲，在所述触发脉冲的上升沿对旋转变压器的输出信号Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)进行采样，采样结果再经模数转换获得转子位置q的数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再将所述数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ输出至位置和速度获取模块；所述位置和速度获取模块，是对旋转变压器输出信号解调模块输出的数字正弦信
号Sine和数字余弦信号COS0进行比较，当·^一I小于或等于I时，对iiili的值进行反正
Icos0ICOS 0
切查表；当!··^!大于 时，対·^的值进行反余切查表，并将反正切查表和反余切查表所
Icos0Isin 0
得结果相加获取电机转子位置，基于所获得数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再采用锁相环获取转速。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在I、本发明基于电机控制器的处理器芯片，由数字正余弦发生器产成正弦波，降低系统成本和复杂性；2、本发明通过合理选取阈值Th与正弦信号sinco。比较，完成旋转变压器输出信号解调，降低软件实现的复杂性，此外，増加了采样点数量，进而提高转换器解调精度；3、本发明通过对正弦信号sin Θ和余弦信号cos Θ进行反正切和反余切查表获得位置q，节约电机控制器处理器芯片的存储空间；4、本发明利用锁相环获取转速，提高系统的抗干扰能力。


图I是本发明旋转变压器数字转换器的结构原理框图；图2是本发明所涉及的正余弦发生器结构框图；图3是本发明所涉及的励磁电压生成模块结构框图；图4是本发明所涉及的旋变输出信号解调模块对信号处理的结构框图；图5是本发明所涉及的位置和速度获取模块对信号处理的结构框图。
具体实施例方式參见图I所示，本实施例中旋转变压器数字转换器，是通过对电动汽车电驱动系统中旋转变压器2的输出信号进行数字转换，获得电动汽车中驱动电机的转子位置q和速度ω ;本实施例中旋转变压器数字转换器包括有数字正余弦发生器3、励磁电压生成模块4、旋转变压器输出信号解调模块5以及位置和速度获取模块6 ;数字正余弦发生器3是由基于电机控制器的处理器芯片生成数字正弦信号sin ω。，并将数字正弦信号sin ω。输出给励磁电压生成模块4，同时输出给旋转变压器输出信号解调模块5 ;本实施例中的数字正余弦发生器3的结构原理框图如图2所示，数字正余弦发生器3包括有第一加法器7、第二加法器10和第三加法器14，第一増益系数运算器13①和第二増益系数运算器13②，第一延迟器8和第二延迟器11，其中第一加法器7将第二延迟器11的输出和第一増益系数运算器13①的输出相加；第二加法器10将第一増益系数运算器13①的输出与第一延迟器8的输出相减；第三加法器14将第二延迟器11的输出和第一延迟器8的输出相加；第一増益系数运算器13①的增益系数为Hl ;第二増益系数运算器13②的增益系数为H2 ；假设第一延迟器8和第二延迟器11选定的延迟周期为T，为获得励磁频率f。的数字正弦信号sinco。，则Hl=Coscoc (I)H2=- (tan ω c)(2)ω c=2TFc π (3)式⑴、式⑵和式(3)中，T为延迟周期，单位秒sば。为励磁频率，単位赫兹Hz ；选择合适的延迟周期Τ，根据式(I)、式(2)和式(3)，设置第一増益系数运算器13①和第二増益系数运算器13②的增益系数分别为Hl和Η2，第二延迟器11的输出信号 经过第二増益系数运算器13②后，即可获得励磁频率为f。的数字正弦信号sin ω。。励磁电压生成模块4是将数字正弦信号sinco。经数模转换、幅值放大、反相处理和电压跟随后，生成旋转变压器2所需的励磁电压信号Vsin(G^t);本实施例中的励磁电压生成模块4的结构原理框图如图3所示，由数模转换器15、反相器16、第一运算放大器17、第二运算放大器18、第一电压跟随器19、第二电压跟随器20和第四加法器21组成，具体为由数字正余弦发生器模块3生成的数字正弦波sin ω。经过数模转换器15后，变成模拟正弦波Sin(C^t);第一运算放大器17接收的模拟正弦波Sin(C^t)进行幅值放大获得Asin(G^t) ；Asin( ct)经过第一电压跟随器19获得中间量A ;反相器16对输入的模拟正弦波sin (ω ct)进行反相处理获得sin (ω J+ π );第二运算放大器18对反相器16输出的8 η(ωε +Ji)进行幅值放大获得Asin (G^t+) ；Asin (ω ct+π )经过第二电压跟随器20获得中间量B ;第四加法器21将接收的中间量A和中间量B相减获得Vsin (ω et)，Vsin (ω ct)作为旋转变压器的励磁电压信号，驱动旋转变压器正常工作。旋转变压器输出信号解调模块5是将输入的数字正弦信号sinco。与阈值Th进行比较，当sin 。STh时，产生触发脉冲，在触发脉冲的上升沿对旋转变压器的输出信号Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)进行采样，采样结果再经模数转换获得转子位置q的数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再将数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ输出至位置和速度获取模块6 ;本实施例中旋变输出信号解调模块5的结构原理框图如图4所示，从实现功能上划分是由第一比较器22，第一采样/保持电路23、第二采样/保持电路24和模数转换器25组成。其中，第一比较器22将来自数字正余弦发生器模块3的数字正弦信号sin ω。与预先设定阈值Th进行比较，当数字正弦信号sin ω。大于等于阈值Th吋，即SincoeS Th时，输出触发脉冲；在触发脉冲的上升沿，第一采样/保持电路23对输入的旋转变压器输出信号Vs2_s4(t)进行采样获得VS2_S4，采样结果VS2_S4输出给模数转换器25 ;与此同时，在触发脉冲的上升沿，第二采样/保持电路24对输入的旋转变压器输出信号Vsi_s3(t)进行采样获得VS1_S3，采样结果VS1_S3输出给模数转换器25 ;模数转换器25对接收的采样结果VS2_S4进行模数转换，获得位置q的数字正弦信号sin Θ ;模数转换器25对接收的采样结果VS1_S3进行模数转换，获得位置q的数字余弦信号cos Θ。位置和速度获取模块6是对旋转变压器输出信号解调模块5输出的数字正弦信号
Isin 9|. η
sine和数字余弦信号cos Θ进行比较，当小于或等于I时，对的值进行反正切
IcosyICOS Θ查表；当]^大于I时，对 的值进行反余切查表，并将反正切查表和反余切查表所得
Icos0ISiny
结果相加获取电机转子位置，基于所获得数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再采用锁相环获取转速。本实施例中的位置和速度获取模块6的结构原理框图如图5所示，其中，位置的获取，从实现功能上划分是由第一绝对值运算器26、第二绝对值运算器27、第一乘法器28、第二比较器29、反正切表30、反余切表31和第五加法器32组成，其中
第一绝对值运算器26是将来自旋转变压器输出信号解调模块5的数字正弦信号sin0变成其绝对值|sin0 I ;第二绝对值运算器27是将来自旋转变压器输出信号解调模块5的数字余弦信号cos Θ变成其绝对值I cos Θ I。由第一乘法器28完成I sin Θ |和
Isin 0丨|sin0|
Icose I的相乘运算，获得!·一^;第二比较器29用于将第一乘法器28的输出信号
与常数I比较，在比较结果小于或等于I的情况下，即小于或等于I时，対^·的值
|COS0|COS Θ
Isin ΘI
进行反正切表30的查表；在比较结果大于I的情况下，即ト^大于I时，対·^的值进行
Icos0Isin Θ
反余切表31查表；第五加法器32是将接收的反正切表30查表所得结果和反余切表31查表所得结果相加，获得电机I的转子位置Θ。基于所获得数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再采用锁相环获取转速。也就是通过由第二乘法器33、第三乘法器34、第六加法器35、第七加法器39、第一积分器36、第二积分器40、第三増益系数运算器37、第四増益系数运算器38、余弦发生器41、正弦发生器42组成的ー个闭环跟踪回路获得；其中第七加法器39的输出信号的闭环作为第二积分器40的输入信号；余弦发生器41对第二积分器40输出的转子估计位置Θ ’，以查表方式获得Θ，的余弦值cos Θ，;正弦发生器42对第二积分器40输出的转子估计位置Θ’，以查表方式获得Θ，的正弦值sin Θ，;第二乘法器33将旋转变压器输出解调模块5输出的数字余弦信号cos Θ和正弦发生器42输出的正弦值sin Θ，相乘获得cos Θ sin Θ ’ ；第三乘法器34是将旋转变压器输出解调模块5输出的数字正弦信号sin Θ和余弦发生器41输出的余弦值cos Θ ’相乘获得sin Θ cos Θ ’ ；第六加法器35完成对sin Θ cos θ 1和cos Θ sin θ ’作差获得误差输出sin Θ cos Θ 1 -cos Θ sin θ ’，即sin( θ - θ ');第一积分器36对第六加法器35的误差输出进行积分运算，获得sin( θ - Θ ’)的积分值；第四増益系数运算器38，对第一积分器36的输出进行调理获得结果C ;与此同时，第三増益系数运算器37对第六加法器35的输出sin ( θ - Θ ’)进行调理获得结果D ;通过第七加法器39完成对结果C和结果D相加，获得转
3 O ο
权利要求
1.一种旋转变压器数字转换器，是通过对电动汽车电驱动系统中旋转变压器(2)的输出信号进行数字转换，获得电动汽车中驱动电机的转子位置q和速度ω ;其特征是所述旋转变压器数字转换器包括数字正余弦发生器(3)、励磁电压生成模块(4)、旋转变压器输出信号解调模块(5)以及位置和速度获取模块(6)； 所述数字正余弦发生器(3)，由基于电机控制器的处理器芯片生成数字正弦信号sin ω。，并将数字正弦信号sinco。输出给励磁电压生成模块(4)，同时输出给旋转变压器输出信号解调模块(5)； 所述励磁电压生成模块(4)，是将数字正弦信号sinco。经数模转换、幅值放大、反相处理和电压跟随后，生成旋转变压器(2)所需的励磁电压信号Vsin(G^t)； 所述旋转变压器输出信号解调模块(5)，是将输入的数字正弦信号sin ω。与阈值Th进行比较，当SincoeXTh时，产生触发脉冲，在所述触发脉冲的上升沿对旋转变压器的输出信号Vs2_s4(t)和Vsi_s3(t)进行采样，采样结果再经模数转换获得转子位置q的数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再将所述数字正弦信号sin Θ和数字余弦信号cos Θ输出至位置和速度获取模块(6)； 所述位置和速度获取模块出)，是对旋转变压器输出信号解调模块(5)输出的数字正弦信号sine和数字余弦信号COS0进行比较，当·^[小于或等于I时，对￥的值进 |cos0|c0S (9行反正切查表；当]·一I大于I时，対·^的值进行反余切查表，并将反正切查表和反余Icos0Isine切查表所得结果相加获取电机转子位置，基于所获得数字正弦信号Sin Θ和数字余弦信号cos Θ，再采用锁相环获取转速。
全文摘要
本发明公开了一种旋转变压器数字转换器，是通过对电动汽车电驱动系统中旋转变压器的输出信号进行数字转换，获得电动汽车中驱动电机的转子位置·和速度ω；其特征是旋转变压器数字转换器包括数字正余弦发生器、励磁电压生成模块、旋转变压器输出信号解调模块以及位置和速度获取模块。本发明通过基于电机控制器处理器芯片的正余弦波发生器的引入和旋转变压器输出信号的解调，消除时间延迟现象、降低电动汽车电驱动系统成本，提高其位置和转速的获取精度。
文档编号G01D5/14GK102661754SQ201210142350
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者周亚男, 李红梅, 梅雷 申请人:合肥工业大学