信息技术网站开发,微信开放平台可以做网站么,怎么用dw做博客网站,个人网站设计规划书目录 1、旋变
1.1、激励的产生
1.2、旋变的标定
2、旋变解码
2.1、旋变硬解码
2.2、软解码 1、旋变 旋转变压器#xff08;旋变#xff09;#xff0c;是电机控制中常用的一种位置传感器#xff0c;用来反应电机的转子位置#xff0c;提供给软件做电机控制等相关算法…目录 1、旋变
1.1、激励的产生
1.2、旋变的标定
2、旋变解码
2.1、旋变硬解码
2.2、软解码 1、旋变 旋转变压器旋变是电机控制中常用的一种位置传感器用来反应电机的转子位置提供给软件做电机控制等相关算法。 如上图所示旋变也可以理解为是一个小电机也分定子与转子通常旋变的转子安装在电机的转轴上与电机同步旋转并在定子线圈中感应出位置信息由定子线圈传递出来得到最终的位置。 旋变的结构示意图如上图所示中间的R1R2线圈为转子线圈S1S2、S3S4分别为互相垂直的定子线圈当R1R2中通入的是高频正弦信号我们通常称该信号为激励信号此时会在次级线圈中感应出高频的感应信号这个信号就包含了具有位置信息的包络信号我们将返回的感应信号提取包络就可以获取对应的正余弦信息通过硬解码/软解码等方式解码后可以得到定子的绝对位置信息这里注意强调一下是绝对位置。下面我们来推导一下这个过程
假设激励信号为 如上图中的位置所示旋变的激励线圈与水平的夹角为θ 那么结合激励线圈中的信号可以分别得到两个感应线圈中的信号分别为 所以我们能分别得到激励、正弦及余弦的波形如下 其中正余弦的波形是幅值不断变化的正弦曲线结合上面的方程不难理解正弦曲线其实是激励源产生的而之所以幅值会不断变化是因为旋转过程中激励线圈与次级线圈的夹角 θ不断变化所以产生了这种波形。而这个波形的外包络即图中的黑线部分就是我们所需要的正余弦信号。 所以我们在解码过程中只需要能够提取正余弦信号的外包络就可以获取转子的绝对位置信息了。 那么基于以上分析了解了旋变的主要结构和工作原理以后旋变的应用很重要的两个功能就是激励信号的产生和回采正余弦信号的外包络提取及角度计算这一部分通常称为旋变解码。
1.1、激励的产生 注意激励信号sin与sin-是差分信号。 通过前面的介绍我们知道旋变的工作需要一个高频的正弦信号输入我们通常称为激励信号。而在实际的应用过程中正弦曲线是无法通过MCU某个模块直接得到的。所以我们很自然的能想到PWM调制技术与电机控制一样都是通过高频PWM的脉宽调制最终达到近似输出正余弦电压的效果。 另一方面除了MCU输出的高频PWM信号外控制器硬件上也需要相关电路的匹配设计硬件需要完成的功能有调整比例、调整偏置、增加驱动能力等软硬件结合后才能够最终得到我们所需要的激励信号波形。关于旋变的硬件电路这部分网上有很多可用的资源作为参考这里不过多的介绍。 单片机产生的是输入信号产生 产生的激励正负结果 仿真得到的激励波形在峰值点有点削波的情况这是由于在PWM生成的地方有两个relay模块在PWM小脉宽的时候可能不满足relay中buffer的设定所以在峰值点的时候波形存在缺失。
1.2、旋变的标定 旋变的标定在日常工作中有很多通俗的说法比如说零位角标定、电机角标等等。虽然说法不同但是内容及功能是一致的就是要知道旋变的零位与电机的零位之间的角度偏差。 旋变是一种绝对位置传感器获取的是电机转子位置的绝对位置。但是我们电机控制的本质是定子磁场与转子磁场的相互作用而定子磁场是通过输出电流得到的所以我们需要的并不是转子的绝对位置而是转子与定子之间的相对位置有了相对位置定子磁场才可以准确的输出。 旋变的标定需要寻找的是旋变的零位和电机零位的偏差又由于旋变可以获取的是绝对位置所以实际应用过程中我们只要找到电机零位对应的旋变位置其实就是旋变零位与电机零位的偏差了。 旋变其实也可以理解为一个小电机因为旋变也有极对数的概念为了方便我们通常会与大电机极对数相同的旋变来作为传感器这样旋变解码出来的角度就是电机的电角度。如果二者之间的极对数不相等那还存在换算的关系。
2、旋变解码 既然有了正确的激励就有正确的返回值当然也会经过一段sin/cos的电路这部分不做分析了。然后就会到我们的MCU或者解码芯片了由于回采的信号是带有sin/cos的外包络的高频信号所以如何解码就成为获取电机转子位置很重要的一环了。既然有了正确的激励就有正确的返回值当然也会经过一段sin/cos的电路这部分不做分析了。然后就会到我们的MCU或者解码芯片了由于回采的信号是带有sin/cos的外包络的高频信号所以如何解码就成为获取电机转子位置很重要的一环了。 注意上图波形sin的顶点与激励的正负顶点是对齐的。 这里按照解码的途径来分类有两种分别是软解码和硬解码如果按照解码的思路来分类也分为两种可以分为反正切和锁相环。无论是什么样的处理思路都需要先提取正余弦返回信号的外包络这里也分为两种方式分别是取极值点和积分法。 2.1、旋变硬解码 所谓旋变硬解码就是利用硬件来对旋变信号进行处理当然也包括激励信号的生成。只不过是一颗独立的解码芯片来完成而已。同样的对于反馈正余弦信号的处理也是由解码芯片完成最终将解码的结果通过SPI/并口/ABZ等通信的方式传输给MCU。MCU获取的就是最终我们所需要的位置信息或者转速信息。 接下来以AD2S1200为例简单的介绍一下硬解码的解码方式和解码原理 关于具体功能大家可以参看datasheet中的说明这里强调一点就是激励信号为什么要搭配外围的电路。因为无论是MCU产生的高频PWM还是解码芯片产生的激励信号输出能力都是不够的所以外围要增加缓冲放大电路来保证性能。 AD2S1200中采用的是Type II型闭环跟踪原理这部分在芯片的datasheet中有描述。我们软解码中其实应用的也是这个原理只不过是用软件实现了。下面简单介绍一下II型闭环跟踪原理 转换器产生输出角ϕ追踪的这个角来自于芯片内部的计算将前一次输出的转速经过积分得到的角度再次给到下一个周期的输入反馈后与输入角θ进行比较借此来达到跟踪轴角θ的目的两个角度之差即为误差如果转换器正确跟踪输入角误差趋于0。为了测量误差将S3-S1乘以cosϕ并将S2-S4与sinϕ相乘。得到手册中的公式 上面两式作差 括号外面的部分是激励信号的表达式而括号中的角度是我们需要的追踪结果所以我们只需要看括号内的表达式利用和差化积可以将括号中的表达式进行转化 Type-II跟踪环路消除了误差信号完成该操作后ϕ等于旋转角θ。由于计算的相邻周期间的角的误差所以得到的结果是加速度积分后得到速度再积分后得到位置信息。 而手册中在CIRCUIT DYNAMICS中又详细介绍了Type-II跟踪环路系统 首先是当前的sin/cos输入并与上一个周期的结果作差然后经过和差化积运算可以得到角度差即为加速度。经过第一个积分器可以得到速度。中间经过一个补偿滤波器compensation filter用于提供相位裕量并减小高频噪音的增益。速度结果再经过第二个积分器得到最终的位置输出。然后该位置结果经过正余弦的查表得到正余弦结果再跟下一个周期采集到的正余弦信息计算下一个周期的结果。 在硬解码中很重要的一点理解就是高频返回信号的解码这里有一个模块叫做检波器配合激励的波形这个检波器最重要的功能就是将包络提取出来具体的电路形式可以搜索获取比如包络检波器、极值检波器等等匹配好电路中低通滤波器及检波器的参数就可以实现基本的功能。实现了外包络提取后再进行积分运算。 2.2、软解码 与硬解码的原理相同完成位置信号获取最重要的是激励信号的产生、外包络的提取及角度的计算。激励的产生原理与硬解码相同下面主要介绍一下外包络的提取方式及角度的解码方式。 外包络的提取方式主要可以分为两种峰值提取和积分提取。 峰值提取法顾名思义就是要提取每个高频正余弦波的峰值如下图所示 在前一篇文章中我们提到过返回的正余弦高频信号的方程分别为 用Vb/Vatan(θ)可以用这个结果直接利用查表acrtan表格就可以得到转角θ。 积分方式提取我们比较常用的是直接借助英飞凌的DSADC模块完成软解码的功能。与硬解码原理相似主要的差异体现在正余弦外包络提取的方法上采用的是DSADC中的积分器完成。 首先介绍一下整个的解调原理 主要过程分为以下几个步骤
·滤波
·展开将一个载波周期内的波形展开并提取其中的滤波结果图中为14个点
·符号在载波信号生成的同时会生成一个符号当在载波信号生成的正半周期时符号为1当在载波周期的负半周期时符号为-1
·整形结合前一步的符号信息将一个载波周期内的波形进行翻转正半周期的波形向正半轴翻转负半周期向负半轴翻转
·聚拢同样的方法对每一个载波周期的波形进行处理可以得到上图中第五步的波形正半周期的波形全部为正负半周期的波形全部为负
·积分分别对两个波形进行积分 由上式可以看出经过积分后的波形只与激励的幅值和当前的角度θ相关与激励是无关的。所以通过积分提取外包络得到实现。 在这个过程中其实最重要的就是整形这一步因为其他部分的原理与硬解码基本类似而且整形这个过程牵扯到如何准确的实现波形的翻转是得到正确积分结果的基础。 在前面的载波生成中我们提到过在生成载波的同时也会同步生成一个符号用来区分载波的正半周期和负半周期。 首先需要介绍几个概念第一个是捕捉的延时CAP值这个是指实际的正余弦翻转与载波生成的翻转信号之间的延时第二个是抽取率M这个指标确定了在一个周期内我们的数据个数或者说在一个完整的载波周期内的PWM个数。其实不难理解这个PWM的个数与总线频率和正弦频率有关假设一个周期内的PWM周期有32个那么很容易得到半个周期就是16个再加上延时的CAP值那么我们就得到了正负翻转的计数点为16CAP。这个模块中的CAP每捕捉一次就会触发一个中断在中断里会刷新这个延时。当载波符号改变后表示生成的载波已经改变了方向此时开始计数直到滤波后第一个符合符号的结果出现这个计数的结果就是CAP的延时。 关于时序的问题以TC277为例它的总线频率为200MHz按照配置的方式我们可以产生的PWM频率为312.5kHz而一个包络的周期包含32个PWM周期所以正余弦的周期为9.76kHz。而我们通常的控制频率电流环都不是9.76kHz意味着如果在电流环中处理角度的话电流环与软解码之间是不同步的存在时间差在实际应用过程当中一定要注意两个不同频率之间的角度差。再一个需要补偿采样、计算等方面的延时否则角度也会存在偏差。 关于角度计算我们提出了两种计算方式分别是反正切查表和观测器的方式实现两种方式的优缺点为
·反正切
抗噪性较差
静态波动较大
无额外延迟
计算时间长
·观测器
抗噪性好
静态数据稳定
加减速时有静态误差
同时产生速度值 最后补充一句在软解码的实现过程中旋变的反馈波形并不一定很完美这里可能需要对幅值、相位、中性点等进行校正。校正的算法目前比较成熟且统一不做介绍了。
