轴角信号转换电路及装置的制作方法

本实用新型涉及控制技术领域，具体而言，涉及一种轴角信号转换电路及装置。

背景技术：

近年来，测角传感器自整机和旋转变压器已经广泛应用于现代运动控制系统中，如交流伺服系统、数控机床、机器人技术等等。随着数字信号处理技术的发展，这类系统由硬件模拟电子器件为主转向采用数字电路、微处理器、数字信号处理器，逐渐实现了全数字化。在这类闭环控制系统工作过程中，需要高精度的数字位置和速度信号输入至数字系统中实现对电机转矩、速度及位置的高精度控制，自整角机/旋转变压器——数字转换器作为传感器与数字处理系统的接口，能够根据传感器输出模拟位置信号的频率和转速，提供高精度的数字角度信号以及数字或模拟转速信号，并以其小尺寸、低成本、高性能的特点得到越来越广泛的应用。

传统的自整角机/旋转变压器——数字转换器一般采用开环的检测处理方法，将模拟角度信号由采样保持电路通过A/D转换成数字信号再经过计算机计算确定轴角位置，这类方法容易受到噪声的干扰，转换精度和跟踪速度都较低。如采用AD转换器以及EPROM方法实现转换器，在10位分辨率下跟踪速率能够达到1500rps，但是由于AD转换器本身量化误差以及环境噪声的影响，实际工作时分辨率很难达到10位，无法实际应用于需要高跟踪速度高精度位置控制的场合。目前采用AD、DA转换器以及数字信号处理电路的自整角机/旋转变压器精度较高，为16为分辨率，且具有高精度速率信号输出，但是结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种轴角信号转换电路及装置，以实现旋转变压器信号或自整角机信号转化为数字角度信号的功能。

本实用新型是这样实现的：

一种轴角信号转换电路，所述轴角信号转换电路包括：输入电路、伺服跟踪电路以及输出电路，所述输入电路的输入端用于接入旋转变压器的输出信号，所述旋转变压器的输出信号包括SIN信号和COS信号，所述伺服跟踪电路的输入端与所述输入电路的输出端电连接，所述伺服跟踪电路用于伺服跟踪电路用于根据所述旋转变压器的输出信号中的角度信号生成数字角度值信号，所述伺服跟踪电路的输出端与所述输出电路电连接，用于将所述数字角度值信号输出至所述输出电路。

进一步地，所述伺服跟踪电路包括比例乘法电路、滤波电路、相位敏感解调电路、积分电路、压控振荡器以及计数电路，所述比例乘法电路的输入端与所述输入电路的输出端电连接，用于将旋转变压器的输出信号中的角度信号与预设的数字角度值信号进行求差得到交流误差信号，所述比例乘法电路的输出端与所述滤波电路的输入端电性连接，所述滤波电路的输出端与所述相位敏感解调电路的输入端电性连接，所述滤波电路用于消除所述交流误差信号中的直流失调，滤除高频噪音，所述相位敏感解调电路的的输出端与所述积分电路的输入端电连接，所述积分电路的输出端与所述压控振荡器的输入端电性连接，所述相位敏感解调电路和所述积分电路用于解调所述交流误差信号得到直流信号，所述压控振荡器的输出端与所述计数电路的输入端电连接，所述压控振荡器用于根据所述解调所述交流误差信号得到直流信号产生技术脉冲，控制所述计数电路进行计数并生成新的数字角度值信号。

进一步地，所述计数电路与所述比例乘法电路电性连接，所述计数电路用于将产生的数字角度值发送至所述比例乘法电路与旋转变压器的输出信号中的角度信号进行比较求差直至所述数字角度值信号等于所述旋转变压器的输出信号中的角度信号。

进一步地，所述输出电路包括锁存器，所述锁存器与所述计数电路电性连接，所述锁存器用于储存所述计数电路生成的数字角度值信号。

进一步地，所述比例乘法电路包括第一放大器、第二放大器、段选开关、数模转换电路及第三放大器，所述第一放大器的输入端用于接入所述旋转变压器的输出信号中的SIN信号，第一放大器的输出端与所述段选开关的第一输入端电性连接；所述第二放大器的输入端用于接入所述旋转变压器的输出信号中的COS信号，第二放大器的输出端与所述段选开关的第二输入端电性连接，所述段选开关的输出端与所述数模转换电路的输入端电性连接，所述数模转换电路的输出端与所述第三放大器的输入端电连接，所述第三放大器的输出端与所述滤波电路的输入端电性连接。

进一步地，所述第三放大器为减法放大器。

进一步地，所述滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容及第二电容，所述第一电阻的第一端与所述比例乘法电路的输出端电连接，所述第一电阻的第二端第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述相位敏感解调电路的输入端电性连接，所述第二电容、所述第二电阻并联与所述第一电容的第二端与地之间。

进一步地，所述输入电路包括信号调理电路，所述信号调理电路用于将旋转变压器的输出信号进行变压处理。

一种轴角信号转换装置，所述轴角信号转换装置包括显示电路及轴角信号转换电路，所述轴角信号转换电路包括：输入电路、伺服跟踪电路以及输出电路，所述输入电路的输入端用于接入旋转变压器的输出信号，所述旋转变压器的输出信号包括SIN信号和COS信号，所述伺服跟踪电路的输入端与所述输入电路的输出端电连接，所述伺服跟踪电路用于伺服跟踪电路用于根据所述旋转变压器的输出信号中的角度信号生成数字角度值信号，所述伺服跟踪电路的输出端与所述输出电路电连接，用于将所述数字角度值信号输出至所述输出电路，所述显示电路与所述输出电路电连接，用于显示所述数字角度值信号。

进一步地，所述显示电路为LED显示器。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种轴角信号转换电路及装置，包括输入电路、伺服跟踪电路以及输出电路。所述伺服跟踪电路包括比例乘法电路、滤波电路、相位敏感解调电路、积分电路、压控振荡器以及计数电路，通过伺服跟踪电路，采用比例跟踪转换的方式将旋变格式输入信号转换为并行自然二进制数字信号，可以提供与速度成比例的模拟信号，能够很好的抑制噪声，功耗小，具有精度高的优点。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型所提供的一种轴角信号转换电路示意图。

图2示出了伺服跟踪电路的示意框图。

图3示出了旋转变压器与比例乘法电路的连接示意图。

图4示出了比例乘法电路的示意图。

图5示出了滤波电路的示意图。

图标：10-轴角信号转换电路；101-输入电路；100-伺服跟踪电路；103-输出电路；110-比例乘法电路；A2-第一放大器；A3-第二放大器；A4-第三放大器；120-滤波电路；R1-第一电阻；R2-第二电阻；C1-第一电容；C2-第二电容；130-相位敏感解调电路；140-积分电路；150-压控振荡器；160-计数电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本实施例提供了一种轴角信号转换电路10，请参阅图1，图1示出了本实施例提供的轴角信号转换电路10的示意图。

轴角信号转换电路10用于将旋转变压器或自整角机的输出的模拟角度信号(即是轴角信号)转变成数字角度值信号。

轴角信号转换电路10包括输入电路101、伺服跟踪电路100以及输出电路103，所述伺服跟踪电路100的输入端与所述输入电路101的输出端电连接，所述输入电路101的输入端用于接入旋转变压器的输出信号，所述旋转变压器的输出信号包括SIN信号和COS信号，所述伺服跟踪电路100用于伺服跟踪电路100用于根据所述旋转变压器的输出信号中的角度信号生成数字角度值信号，所述伺服跟踪电路100的输出端与所述输出电路103电连接，用于将所述数字角度值信号输出至所述输出电路103。

可选地，于本实施例中，所述输入电路101包括信号调理电路，所述信号调理电路用于将旋转变压器的输出信号进行预处理，例如所述信号调理电路包括放大电路，用于将旋转变压器的输出信号进行变压处理，例如，将输出信号放大预设的倍数。

或者，所述信号调理电路用于将旋转变压器的输出信号进行移相处理。

于本实施例中，所述自整角机信号输出的信号表达方式如下：

US1-S3＝KE0sinωtsinθ；

US3-S2＝KE0sinωtsin(θ+120)；

US2-S1＝KE0sinωtsin(θ+240)。

于本实施例中，旋转变压器输出的信号表达式如下：

US1-S3＝KE0sinωtsinθ；

US2-S4＝KE0sinωtcosθ。

其中，K表示系数，E0sinωt表示参考电压，θ表示数字角。

可选地，请参阅图2，所述伺服跟踪电路100包括比例乘法电路110、滤波电路120、相位敏感解调电路130、积分电路140、压控振荡器150以及计数电路160，所述比例乘法电路110的输入端与所述输入电路101的输出端电连接，所述比例乘法电路110的输出端与所述滤波电路120的输入端电性连接，所述滤波电路120的输出端与所述相位敏感解调电路130的输入端电性连接，所述相位敏感解调电路130的的输出端与所述积分电路140的输入端电连接，所述积分电路140的输出端与所述压控振荡器150的输入端电性连接，所述压控振荡器150的输出端与所述计数电路160的输入端电连接。

请参阅图3，图3示出了旋转变压器的输出信号与比例乘法电路110的连接示意图。于本实施例中，所述比例乘法电路110用于将旋转变压器的输出信号中的角度信号与预设的数字角度值信号进行求差得到交流误差信号，例如，所述预设的数字角度值信号为请参阅图4，可选地，于本实施例中，所述比例乘法电路110包括第一放大器A2、第二放大器A3、段选开关、数模转换电路及第三放大器A4，所述第一放大器A2的输入端用于接入所述旋转变压器的输出信号中的SIN信号，第一放大器A2的输出端与所述段选开关的第一输入端电性连接；所述第二放大器A3的输入端用于接入所述旋转变压器的输出信号中的COS信号，第二放大器A3的输出端与所述段选开关的第二输入端电性连接，所述段选开关的输出端与所述数模转换电路的输入端电性连接，所述数模转换电路的输出端与所述第三放大器A4的输入端电连接，所述第三放大器A4的输出端与所述滤波电路120的输入端电性连接。可选地，所述第三放大器A4为减法放大器。

输入的两个旋转变压器信号(或自整角机信号)在比例乘法电路110中相减的得到经三角函数转换后，可得到输入信号中角度θ与预设的数字角度的之差的函数其中ω＝2πfREF，fREF为基准频率。

请参阅图5，所述滤波电路120用于消除所述交流误差信号中的直流失调，滤除高频噪音，所述滤波电路120包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1及第二电容C2，所述第一电阻R1的第一端与所述比例乘法电路110的输出端电连接，所述第一电阻R1的第二端第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述相位敏感解调电路130的输入端电性连接，所述第二电容C2、所述第二电阻R2并联与所述第一电容C1的第二端与地之间。

滤波电路120的功能是消除任何直流失调、降低自整角机信号或旋转变压器信号输入的噪音量，从而到达相位敏感检测电路并影响输出。第一电阻R1和第二电容C2可以省去(在此情况下，R2＝R3且C1＝C3)，但如果转换模式的电源和无刷马达驱动存在噪音，则滤波电路120应包括使用第一电阻R1和第二电容C2。应适当地选择值，使得

15kΩ≤R1＝R2≤56kΩ。

C1＝C2＝1/(2π*R1*fREF)。

其中，fREF为基准频率。

所述相位敏感解调电路130和所述积分电路140用于解调所述交流误差信号得到直流信号，所述压控振荡器150用于根据所述解调所述交流误差信号得到直流信号产生技术脉冲，控制所述计数电路160进行计数并生成新的数字角度值信号。

可选地，所述相位敏感解调电路130可以是相敏解调器。

计数电路160对该计数脉冲进行加减计数并产生数字角度值的值。同时改变后的再经整个转换环路转换计数，从而不断减小θ与之间的差值，直到为零，这样计数中存放的数字角度信号就代表了输入的模拟角度信号θ的值。

所述压控振荡器150本质上是用作一对直流电平比较器输入的简单积分器。每当积分器输出达到其中一个放大器的阈值电压，积分器输入就会注入固定电荷，以平衡输入电流。同时，计数器会向上或向下跳动，具体取决于输入电流的极性。

于本实施例中，所述计数电路160为加减计数器。

所述输出电路103与所述加减计数器电连接，于本实施例中，所述输出电路103包括锁存器，锁存器的数据与计数器的数据保持一致，用于存储所述加减计数器生成的值，当外部需读取数据时，控制锁存器的输出状态，使锁存器输出即可。

第二实施例

一种轴角信号转换装置(图未示)，所述轴角信号转换装置包括显示电路及轴角信号转换电路10，所述显示电路与所述输出电路103电连接，用于显示所述数字角度值信号。

需要说明的是，本实施例提供的轴角信号转换电路10，其结构组成和基本原理与第一实施例所提供的轴角信号转换电路10基本相同，本实施例再次不再作详细说明，本实施例未介绍详尽之处，请参阅第一实施例中的相关内容。

可选地，所述显示电路为LED显示器。所述LED显示器可以用于显示所述数字角度值。

综上所述，本实用新型提供的一种轴角信号转换电路及装置，包括输入电路、伺服跟踪电路以及输出电路。所述伺服跟踪电路包括比例乘法电路、滤波电路、相位敏感解调电路、积分电路、压控振荡器以及计数电路，通过伺服跟踪电路，采用比例跟踪转换的方式将旋变格式输入信号转换为并行自然二进制数字信号，可以提供与速度成比例的模拟信号，能够很好的抑制噪声，功耗小，具有精度高的优点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。