一種雙旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)軸的位置檢測領(lǐng)域，特別涉及一種雙旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，有些設(shè)備具有兩個或者多個旋轉(zhuǎn)軸，往往需要檢測其旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)軸的 相對位置。例如，雙轉(zhuǎn)子電機具有兩個機械軸，兩個機械軸可以實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。雙轉(zhuǎn)子 電機由于體積小、重量輕，而且工作效率也高，應(yīng)用于電動汽車還具有差速器的功能，能夠 減輕整車重量并擴大車內(nèi)閑用空間。因此，此類電機應(yīng)用于在電動汽車將具有很大的優(yōu)勢。 采用矢量控制的電機調(diào)速系統(tǒng)中，需要實時檢測轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)速，控制器將檢測到的信息 與目標(biāo)值相比較并對輸出作出相應(yīng)的調(diào)整，以使電機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角更加符合目標(biāo)值，從而 實現(xiàn)位置、速度及轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制。
[0003] 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種高精度的電磁感應(yīng)式傳感器，可用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位 移和角速度。將旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在旋轉(zhuǎn)軸上能夠測量出旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備中旋轉(zhuǎn)軸的相對位置和 相對速度。旋轉(zhuǎn)變壓器因結(jié)構(gòu)簡單，且抗沖擊能力強，越來越被廣泛地應(yīng)用于車用電機中。
[0004] 旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，其中定子或轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的原邊，接收勵 磁電壓，轉(zhuǎn)子或定子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應(yīng)電動勢；由于旋轉(zhuǎn)變壓 器輸出的是正弦交流信號，無法直接應(yīng)用，需要對其輸出進行特別的轉(zhuǎn)換，使其能變成一個 與轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)角成一定比例關(guān)系的數(shù)據(jù)，即為解碼。其中解碼方式由多種，如軟件解 碼、硬件解碼，軟件解碼對軟件平臺和編程水平要求較高，具有高可靠性、抗干擾強、運行速 度慢等特點，比如調(diào)用反正切的方法、查表法等，硬件解碼對硬件平臺要求高，具有復(fù)制、難 實現(xiàn)、性能高、易受干擾等特點?，F(xiàn)有比較成熟的技術(shù)中僅有針對安裝于單軸的旋轉(zhuǎn)變壓器 的解碼系統(tǒng)，這種系統(tǒng)無法用于多軸系統(tǒng)中求解相對位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種雙旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系 統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊和嵌入式處理器模塊求取雙旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備兩個旋轉(zhuǎn) 軸的相對位置信息，具有解碼精度高以及可靠性高的優(yōu)點。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述系統(tǒng)實現(xiàn)的雙旋轉(zhuǎn)變壓器解碼方法。
[0007] 本發(fā)明的第一目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種雙旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng)，包括第 一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊、第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊和嵌入式處理器模塊；所述第 一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊的輸入端與安裝在雙旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備第一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出端連接，所述第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊的輸入端與安裝在雙旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備第二旋轉(zhuǎn) 軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出端連接；所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊和第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼 電路模塊通過串口或并口與嵌入式處理器模塊連接。
[0008] 優(yōu)選的，所述嵌入式處理器模塊的其中三個I/O端口連接三相直接輸出接口。
[0009] 優(yōu)選的，所述嵌入式處理器模塊的其中三個I/O端口分別連接開集電路。
[0010] 更進一步的，所述開集電路由NPN三極管和電阻組成，其中NPN三極管的基極連接 嵌入式處理器模塊的I/O端口，發(fā)射極接地，集電極連接電阻后作為開集電路的輸出端。
[0011] 優(yōu)選的，所述嵌入式處理器模塊的其中三個I/O端口連接單端轉(zhuǎn)差分電路。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片、第一 勵磁緩沖電路和第一信號預(yù)處理電路；所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片勵磁信號輸出端通過 第一勵磁緩沖電路連接安裝在雙旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備第一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器，該旋轉(zhuǎn)變壓器正 余弦信號輸出端通過第一信號預(yù)處理電路連接第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片正余弦信號輸入 端；
[0013] 所述第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路模塊包括第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片、第二勵磁緩沖 電路和第二信號預(yù)處理電路；所述第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片勵磁信號輸出端通過第二勵磁 緩沖電路連接安裝在雙旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備第二旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器，該旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦信號 輸出端通過第二信號預(yù)處理電路連接第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片正余弦信號輸入端。
[0014] 更進一步的，所述嵌入式處理器為單片機模塊；所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片和 第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片均為AD2S1200芯片，第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的勵磁信號輸出 端EXC和:^與第一勵磁緩沖電路的輸入端連接；第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的勵磁信號輸 出端EXC和；與第二勵磁緩沖電路的輸入端連接。
[0015] 更進一步的，所述第一信號預(yù)處理電路包括第一正弦信號預(yù)處理模塊和第一余弦 信號預(yù)處理模塊；
[0016] 第一余弦信號預(yù)處理模塊包括電阻R38、電容C38、電阻R39和電阻R37,其中電阻 R38的一端和電阻R39的一端作為第一余弦信號預(yù)處理模塊的輸入端口，連接安裝在雙旋 轉(zhuǎn)軸設(shè)備第一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器的余弦信號輸出端，電阻R38的另一端和電阻R39的 另一端分別對應(yīng)連接電容C38的兩端；電阻R37的兩端分別連接電容C38的兩端，并且作為 第一余弦信號預(yù)處理模塊的余弦信號輸出端連接第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的余弦信號輸 入端cos和cos LO端口；
[0017] 第一正弦信號預(yù)處理模塊包括電阻R41、電容C39、電阻R42和電阻R40,其中電阻 R41的一端和電阻R42的一端作為第一正弦信號預(yù)處理模塊的輸入端口，連接安裝在雙旋 轉(zhuǎn)軸設(shè)備第一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號輸出端，電阻R41的另一端和電阻R42的 另一端分別對應(yīng)連接電容C39的兩端；電阻R40的兩端分別連接電容C39的兩端，并且作為 第一正弦信號預(yù)處理模塊的正弦信號輸出端連接第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的正弦信號輸 入端sin和sinLO端口；
[0018] 所述第二信號預(yù)處理電路包括第二正弦信號預(yù)處理模塊和第二余弦信號預(yù)處理 模塊；
[0019] 第二余弦信號預(yù)處理模塊包括電阻R44、電容C40、電阻R45和電阻R43,其中電阻 R44的一端和電阻R45的一端作為第二余弦信號預(yù)處理模塊的輸入端口，連接安裝在雙旋 轉(zhuǎn)軸設(shè)備第二旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器的余弦信號輸出端，電阻R44的另一端和電阻R45的 另一端分別對應(yīng)連接電容C40的兩端；電阻R43的兩端分別連接電容C40的兩端，并且作為 第二余弦信號預(yù)處理模塊的余弦信號輸出端連接第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的余弦信號輸 入端cos和cos LO端口；
[0020] 第二正弦信號預(yù)處理模塊包括電阻R47、電容C41、電阻R48和電阻R46,其中電阻 R47的一端和電阻R48的一端作為第二正弦信號預(yù)處理模塊的輸入端口，連接安裝在雙旋 轉(zhuǎn)軸設(shè)備第二旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號輸出端，電阻R47的另一端和電阻R48的 另一端分別對應(yīng)連接電容C41的兩端；電阻R46的兩端分別連接電容C41的兩端，并且作為 第二正弦信號預(yù)處理模塊的正弦信號輸出端連接第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的正弦信號輸 入端sin和sin LO端口。
[0021] 更進一步的，所述第一勵磁緩沖電路包括第一電路、第二電路和第一 LM224芯片； 所述第一電路包括電阻R49、滑線變阻器RW1、電阻R50、電阻R51、滑線變阻器RW2、電阻R52 和雙刀雙擲開關(guān)S3,其中雙刀雙擲開關(guān)S3包括第一定觸點、第二定觸點、第一組動觸點和 第二組動觸點，第一定觸點通過第一刀片與第一組動觸點中的其中一個動觸點連接，第二 定觸點通過第二刀片與第二組動觸點的其中一個動觸點連接；
[0022] 所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的EXC端通過電阻R49分別與滑線變阻器RWl的一 端和電阻R50的一端連接，滑線變阻器RWl的另一端和電阻R50的另一端分別對應(yīng)連接雙 刀雙擲開關(guān)S3的第一組動觸點中的兩個動觸點；所述電阻R49和電阻R50連接的一端與第 一 LM224芯片的IIN-端口連接，所述雙刀雙擲開關(guān)S3第一定觸點分別與第一 LM224芯片 的4IN+端口和IOUT端口連接；
[0023] 所述第一旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的端通過電阻R51分別與滑線變阻器RW2的一 端和電阻R52的一端連接，滑線變阻器RW2的另一端和電阻R52的另一端分別對應(yīng)連接雙 刀雙擲開關(guān)S3的第二組動觸點中的兩個動觸點；所述電阻R51和電阻R52連接的一端與第 一 LM224芯片的2IN-端口連接，所述雙刀雙擲開關(guān)S3第二定觸點分別與第一 LM224芯片 的3IN+端口和20UT端口連接；
[0024] 所述第二電路包括電容C42、電阻R53、電阻R54、電阻R55、電阻R56、滑線變阻器 RW3和單刀單擲開關(guān)S4 ;單刀單擲開關(guān)S4包括定觸點和兩個動觸點，其中定觸點通過刀片 與其中一個動觸點連接；直流電源通過電阻R53分別與電容C42、電阻R54和滑線變阻器 RW3的一端連接，所述電容C42、電阻R54和滑線變阻器RW3的另一端接地，電阻R53與電容 C42、電阻R54和滑線變阻器RW3連接的一端連接單刀單擲開關(guān)S4的其中一個動觸點，單刀 單擲開關(guān)S4的另一動觸點通過電阻R56接地以及通過電阻R55接直流電源，單刀單擲開關(guān) S4的定觸點分別與第一 LM224芯片的IIN+端口和2IN+端口連接；
[0025] 第一 LM224芯片的30UT端口連接第一功率放大電路的輸入端，第一功率放大電路 的輸出端連接第一 LM224芯片的3IN-端口，第一 LM224芯片的40UT端口連接第二功率放 大電路的輸入端，第二功率放大電路的輸出端連接第一 LM224芯片的4IN-端口，第一功率 放大電路和第二功率放大電路的輸出端分別作為第一勵磁緩沖電路的勵磁信號輸出端；
[0026] 所述第二勵磁緩沖電路包括第三電路、第四電路和第二LM224芯片；所述第三電 路包括電阻R65、滑線變阻器RW4、電阻R66、電阻R67、滑線變阻器RW5、電阻R68和雙刀雙 擲開關(guān)S5,其中雙刀雙擲開關(guān)S5包括第一定觸點、第二定觸點、第一組動觸點和第二組動 觸點，第一定觸點通過第一刀片與第一組動觸點中的其中一個動觸點連接，第二定觸點通 過第二刀片與第二組動觸點的其中一個動觸點連接；
[0027] 所述第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的EXC端通過電阻R65分別與滑線變阻器RW4的一 端和電阻R66的一端連接，滑線變阻器RW4的另一端和電阻R66的另一端分別對應(yīng)連接雙 刀雙擲開關(guān)S5的第一組動觸點中的兩個動觸點；所述電阻R65和電阻R66連接的一端與第 二LM224芯片的IIN-端口連接，所述雙刀雙擲開關(guān)S5第一定觸點分別與第二LM224芯片 的4IN+端口和IOUT端口連接；
[0028] 所述第二旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片的^端通過電阻R67分別與滑線變阻器RW5的一 端和電阻R68的一端連接，滑線變阻器RW5的另一端和電阻R68的另一端分別對應(yīng)連接雙 刀雙擲開關(guān)S5的第二組動觸點中的兩個動觸點；所述電阻R67和電阻R68連接的一端與第 二LM224芯片的2IN-端口連接，所述雙刀雙擲開關(guān)S5第二定觸點分別與第二LM224芯片 的3IN+端口和20UT端口連接；