一种激磁同步的旋转变压器解调装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及旋转变压器技术领域，尤其涉及一种激磁同步的旋转变压器解调装置。
【背景技术】
[0002]旋转变压器因其测量精度高、抗扰性及环境适应能力强等特点，成为比较常见的电机转子位置和转速的传感器，在其应用过程中往往需要将旋转变压器的输出信号模拟信号转换为数字信号，再与伺服控制器联接，解算出旋转变压器的角度和频率。
[0003]目前，旋转变压器信号转换方案有很多，在工程应用中大多采用旋转变压器解调模块，这种方法成本较高、在设计电路板过程中占用空间大，电路复杂，不利于产品的小型化。工程应用中也可通过旋转变压器解码板，解码板实现一种采用硬件电路解调的方法，该方法电路实现复杂，集成度差，易产生干扰且精度有限；应用软件解码方法可以克服硬件解调的诸多问题，但现有的软件解调技术采用的解码算法较复杂、控制器执行算法代码较繁琐，工程上不易实现。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种激磁同步的旋转变压器解调装置，可提高解调的精度。
[0005]—种激磁同步的旋转变压器解调装置，包括激磁信号产生模块、旋转变压器、A/D采集模块、激磁同步信号发生模块、激磁同步信号滤波和分频模块以及DSP解调模块；
[0006]所述激磁信号产生模块用于产生激磁信号Zl和Z2，其中，Zl = AO XSin (ω t)，Z2的输出端接地;A0为激磁模块输出信号的最大幅值，ω为角频率，t为时间；
[0007]所述旋转变压器基于从激磁信号产生模块接收激磁信号Zl和Z2产生输出信号S1、S2、S3 和 S4，且满足:S1 = E0XSin(co t) XSin( θ ) ;S2 = EOXSin(ω t) XCos( θ )；其中，S3和S4的信号输出端均接地；EO为旋转变压器输出信号的最大幅值，Θ为旋转变压器的角位置；
[0008]所述激磁同步信号发生模块根据从激磁信号产生模块接收激磁信号Zl和Z2，产生激磁同步信号；
[0009]所述DSP解调模块接收所述激磁同步信号，并基于该激磁同步信号对所述A/D采集模块进行触发，使得A/D采集模块采集信号SI和S2对应幅值为大于或等于0.8E0的数据点，或者采集信号SI和S2对应幅值为小于或等于-0.8E0的数据点；
[0010]DSP解调模块接收A/D采集模块采集的数据点，针对每一个数据点的数据，得出角度位置值Θ:
[0011 ] Tan(Θ) = = (S1+-S1-)/(S2+-S2-)
[0012]其中，SI+= ElXSin(0)+E2，表示信号SI的正向信号；E2为采集模块的共模电压；
[0013]S2+ = ElXCos( Θ )+E2，为 S2 的正向信号；
[0014]S1- = -ElXSin( Θ )+E2，为 SI 的负向信号；
[0015]S2- = -ElXCos( θ )+E2，为 S2 的负向信号。
[0016]进一步的，还包括激磁同步信号滤波分频模块，滤除激磁同步信号产生模块产生的激磁同步信号的噪声后再进行分频处理，即将激磁同步信号的频率降为激磁信号频率的1/5后发给DSP解调模块，使得DSP解调模块每每隔4个激磁信号周期触发A/D采集模块一次。
[0017]较佳的，所述激磁同步信号滤波分频模块采用的型号为74161的计数器对激磁同步信号进行分频。
[0018]较佳的，所述激磁同步信号滤波分频模块采用D触发器对激磁信号进行滤波。
[0019]较佳的，所述激磁同步信号发生模块采用型号为AD8397的运算放大器；VCCA引脚接+5V电源，VSSA引脚接-5V电源；信号Zl通过电阻Rl接到运算放大器的负输入端；运算放大器的正输入端串接电阻R2后接地；正输入端与输出端之间串接电阻R5 ;输出端依次串接电阻R3、二极管Vl和电阻R4后接地，则二极管与电阻R4之间引出所述激磁同步信号；其中，电阻Rl为IkQ，电阻R2为3.9kΩ ,电阻R3为IkQ，电阻R4为3.3kΩ ,电阻R5为Ik Ω。
[0020]较佳的，所述A/D采集模块采用的型号为AD7608。
[0021]本发明具有如下有益效果:
[0022](I)本发明的旋转变压器解调装置，通过硬件电路和软件算法将旋转变压器的输出信号进行解码；通过产生激磁同步信号控制A/D采集模块只采集信号SI和S2的幅值在I和-1附件的数据点，并发送给DSP解调模块进行输出信号的解码，可提高解调的精度；本装置硬件电路简易、节省空间，软件算法易实现；本发明一方面提高了产品的研发速度、缩短了研制周期，另一方面，无需使用旋变解调模块和解码芯片及相关外围电路，降低了电路的复杂度、很大程度上降低了产品的生产成本；在不接模拟开关扩展AD采集通道的前提下，可同时解调4路旋转变压器，扩展性强。
【附图说明】
[0023]图1为本发明旋转变压器解调装置的原理框图；
[0024]图2为激磁相位同步示意图；
[0025]图3为激磁同步信号发生电路；
[0026]图4为U①波形示意图；
[0027]图5为激磁同步信号波形示意图；
[0028]图6为激磁同步信号滤波和分频电路；
[0029]图7为AD7608采集电路。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0031]如图1所示的旋转变压器解调装置原理框图，由激磁信号产生模块给旋转变压器和激磁同步信号发生电路供激磁信号，选用高精度采集芯片AD7608采集旋转变压器输出的正弦、余弦两路信号，通过DSP主控芯片TMS320F38335执行旋转变压器解调算法，计算出旋转变压器的角度位置值，解调的精度取决于选用AD芯片的精度。激磁同步信号发生电路可将激磁信号产生模块输出的激磁信号转化为幅值为3.3V的激磁同步信号，经过CPLD芯片EPM7064AETI44-7内部硬件电路滤波和分频处理，生成2kHz的激磁同步信号，该激磁同步信号输出给DSP，在上升沿与下降沿启动AD转换并触发DSP外部中断。该DSP控制系统解调旋转变压器的同时，还可进行其他工作，因此，将激磁同步信号控制在2kHz以内，以满足控制系统采样频率要求。
[0032]本发明涉及的旋变解调原理如下:
[0033]I)旋转变压器的激磁与输出
[0034](Zl - Z2) = AOXSin(ω t)
[0035]式中Z1、Z2为激磁模块输出的激磁信号，AO激磁模块输出信号的最大幅值，ω为角频率。
[0036](S1- S3) = EOXSin(ω t) XSin( Θ )
[0037](S2 - S4) = EOXSin(ω t) XCos( θ )
[0038]式中S1、S2、S3、S4为旋转变压器的输出信号，EO旋转变压器输出信号的最大幅值，Θ为旋转变压器的角位置。
[0039]2)旋转变压器解调算法原理
[0040]将12, S3，S4都接AD7608电源地，使Zl, SI, S2信号有电压参考点，Zl, SI, S2就变成如下公式:
[0041]Zl = AOXSin(ω t)
[0042]SI = EOXSin(ω t) XSin( θ )
[0043]S2 = EOXSin(ω t) XCos( θ )
[0044]如图5所示将采集芯片AD7608的5 (0S2)、4 (OSl)、3 (OSO)引脚通过硬件电路设置成低、高、低电平，即0、1、0，转化为十进制为2。根据AD7608芯片特性，在AD7608内部进行22= 4次过采样，即I个信号采集4次，对这个信号4次采集量进行加权平均运算，可起到对该信号的滤波的作用。AD7608进行4倍过采样时间的最大值为18.8 μ S。
[0045]如图2所示，激磁信号Zl为1kHz频率的正弦波，其周期为Ι/lOkHz，即100 μ s’若从14.65 μ s开始采集S1、S2信号，14.65 μ s对应的相位角为14.65ysX360° /100 μ s= 52.74。, Sin (52.74° ) = 0.8，18.8 μ s 后即 33.45 μ s 时采集完成，33.45 μ s 对应的相位角为 33.45 μ sX360。/100 μ s = 120.42 ° ,Sin (120.42° ) = 0.86。AD7608 在相位(52.74° +k ii)?(120.42° +k π )之间完成对S1、S2信号的采集，相位固定，AD7608始终同时采集SI，S2信号在Sin(ω t) =0.8?Sin(ω 0=1和5化(0 t) =-0.8?Sin(ω t) =-1之间的点，S卩同步信号产生在Sin(co t) = I和-1附近，在角度值解算时，可提高精度:AD采集芯片采集大模拟量值要比采集小模拟量值的精度要高。例如:AD7608位18位AD采集芯片，218= 262144LSB，AD7608采集的范围为±5V，即262144LSB对应10V，采集分辨率为10/262144 = (3.8147E-5) V/LSB，AD7608采集的电压为U，实际采集的电压为(U±3.8147E-5)V，采集精度为(3.