????????目前，用于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的位置傳感器主要有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、和圓感應(yīng)同步器等。光電編碼器的特點(diǎn)是直接以數(shù)字信號(hào)輸出，無(wú)需角度解碼，噪聲容限大，檢測(cè)分辨率高，適用于檢測(cè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電機(jī)。但是不耐沖擊和高溫，容易受噪聲干擾，因而不宜在惡劣的環(huán)境里使用。旋轉(zhuǎn)變壓器地特點(diǎn)是能夠直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，耐污耐塵、抗震動(dòng)、抗電磁干擾、成本低、壽命長(zhǎng)、溫度范圍大，因而特別適合于環(huán)境惡劣并要求高精度的場(chǎng)合。但是，旋轉(zhuǎn)變壓器需要提供激勵(lì)信號(hào)才能工作，而且旋變輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)處理才能得到數(shù)據(jù)。因此，旋變就需要外圍電子線路才能夠完成完整的位置檢測(cè)系統(tǒng)。

? ? ? ? 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理簡(jiǎn)介：旋轉(zhuǎn)變壓器可以簡(jiǎn)單當(dāng)做是可以旋轉(zhuǎn)的普通變壓器，其工作原理也是基于電磁感應(yīng)。下圖為正余弦旋變的結(jié)構(gòu)示意圖。

?????????如圖所示，在旋變的激勵(lì)繞組中通入高頻正弦限號(hào)（激勵(lì)信號(hào)），在返回繞組中會(huì)感應(yīng)出高頻的包含了具有位置信息的包絡(luò)信號(hào)的感應(yīng)剛好，對(duì)其提取包絡(luò)，就可以獲取對(duì)應(yīng)的正余弦信息，進(jìn)而獲取定子的絕對(duì)位置信息。

? ? ? ? 假設(shè)激勵(lì)信號(hào)為：,那么可以得到兩個(gè)感應(yīng)線圈中的信號(hào)分別為與?？梢赃@樣理解，正弦曲線是由激勵(lì)源產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)子與定子位置夾角的不斷變化導(dǎo)致了幅值的不斷變化。

? ? ? ? 而要使用旋轉(zhuǎn)變壓器，就需要用到旋變的解碼技術(shù)、旋變解碼就是指激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生和回采正弦信號(hào)的外包絡(luò)提取及角度計(jì)算。目前，旋變解碼技術(shù)主要分為硬解碼和軟解碼兩大類：所謂旋變硬解碼就是利用硬件來(lái)對(duì)旋變信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)然也包括激勵(lì)信號(hào)的生成。激勵(lì)信號(hào)大多由芯片內(nèi)部產(chǎn)生。對(duì)于反饋正余弦信號(hào)的處理也是由解碼芯片完成，最終將解碼的結(jié)果通過(guò)SPI等通信的方式傳輸給MCU。MCU獲取的就是最終我們所需要的位置信息或者轉(zhuǎn)速信息。?而軟解碼，與硬解碼的原理相同，完成位置信號(hào)獲取最重要的是激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生、外包絡(luò)的提取及角度的計(jì)算。激勵(lì)的產(chǎn)生原理與硬解碼相同，下面主要介紹一下外包絡(luò)的提取方式及角度的解碼方式。

? ? ? ? 在軟解碼中，有兩個(gè)主要的步驟，第一個(gè)是對(duì)旋變輸出信號(hào)的外包絡(luò)的提取，第二個(gè)是進(jìn)行角度計(jì)算。其中，提取外包絡(luò)的方法主要是峰值檢測(cè)法和積分法，，角度解碼過(guò)程中所用的方法是反正切法和基于鎖相環(huán)的角度跟隨法。

? ? ? ? 硬解碼使用專用解算芯片，速度快、工作可靠、技術(shù)成熟、精確度高、高性能等特點(diǎn)，但價(jià)格昂貴、不易修改、設(shè)計(jì)不靈活。

? ? ? ? 角度跟隨方法的逼近速度快，實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜，具有一定的濾波作用，抗干擾能力強(qiáng)。

? ? ? ? 旋變解碼又可以分為開(kāi)環(huán)與閉環(huán)解碼算法，開(kāi)環(huán)最典型的是反正切法，其可以通過(guò)函數(shù)調(diào)用、查找表、CORDIC算法等實(shí)現(xiàn)；但是開(kāi)環(huán)解碼算法容易受到噪聲的干擾，并且如果想得到速度信息還需要對(duì)其進(jìn)行微分處理。閉環(huán)解碼算法是一種基于鎖相環(huán)的算法，不僅能準(zhǔn)確地跟蹤轉(zhuǎn)子角位置與速度信息，還具有一定的抗干擾能力。

????????DSP解碼方式：用A/D轉(zhuǎn)換芯片把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，從而利用DSP本身的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)解碼算法。問(wèn)題是解碼算法需要進(jìn)行大量的復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，耗費(fèi)大量時(shí)間，對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)很不利。

????????反三角變換法主要有反正切查表法、CORDIC算法以及調(diào)用反正切函數(shù)法。反正切法外圍電路相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)硬件配置要求不高，但包絡(luò)信號(hào)易受到外界噪聲干擾，在轉(zhuǎn)換時(shí)精度會(huì)受到影響。查表法和調(diào)用函數(shù)法，一般需要占用大量的硬件資源且耗時(shí)較大。

? ? ? ? 在對(duì)目前主流的算法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹后，本篇文章主要利用MATLAB對(duì)旋變的輸出信號(hào)通過(guò)峰值檢測(cè)提取包絡(luò)，然后通過(guò)反正切變換進(jìn)行角度計(jì)算。

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????????首先，按照旋轉(zhuǎn)變壓器的原理創(chuàng)建相應(yīng)的載波信號(hào)和基帶調(diào)制信號(hào)。在上圖中，分別為兩路相位差為90°的正弦信號(hào)以及載波信號(hào)。其中載波信號(hào)的頻率為20KHZ，設(shè)置采樣率為1M，設(shè)旋變的工作頻率為3KHZ，那么為3K*2*pi。由于采樣頻率為1M，也就是1us采樣一個(gè)點(diǎn)，為避免采樣點(diǎn)太密不易觀測(cè)，故采樣1000個(gè)點(diǎn)，信號(hào)長(zhǎng)度為0.001s。

? ? ? ? 接下來(lái)，將兩路相位差為90°的正弦信號(hào)分別與載波信號(hào)相乘，構(gòu)成了自整角機(jī)信號(hào)，在下圖中，實(shí)現(xiàn)為DSB調(diào)制信號(hào)，虛線為其外包絡(luò)信號(hào)。

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? ? ? ? 要對(duì)上圖所示的旋變輸出信號(hào)進(jìn)行解碼，首先要獲得兩路信號(hào)的外包絡(luò)信號(hào)，提取外包絡(luò)的方法有很多，除了峰值檢測(cè)法之外，還有積分法以及相干解調(diào)等方法，本文所使用的是峰值檢測(cè)法。

? ? ? ? ?上圖是對(duì)旋變的兩路輸出信號(hào)分別進(jìn)行峰值檢測(cè)的結(jié)果，綠色的虛線為旋變輸出的調(diào)制信號(hào)，而粉紅色的離散信號(hào)為對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行峰值檢測(cè)的結(jié)果，可以看出峰值檢測(cè)法能夠正確的提取到調(diào)制信號(hào)的外包絡(luò)信號(hào)。為了提高包絡(luò)信號(hào)的精確度，我們對(duì)調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)的最大值點(diǎn)和最小值點(diǎn)都進(jìn)行采樣，然后將后半周期的采樣值取反，這樣得到的包絡(luò)信號(hào)的采樣精度提高了一倍。

? ? ? ? 前邊說(shuō)到，提取出旋變輸出信號(hào)的外包絡(luò)信號(hào)后，就可以利用包絡(luò)信號(hào)中的信息解算角度。其實(shí)很好理解，這兩路包絡(luò)信號(hào)分別是和,將其相除然后再利用反正切運(yùn)算，就可以的到角度信息。結(jié)果如下圖所示：

? ? ? ? 這樣，我們就利用峰值檢測(cè)法和反正切法將旋變的輸出信號(hào)解碼為角度。但在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，若載波信號(hào)的頻率較低，那么得到的包絡(luò)信號(hào)難免會(huì)失真，所以在解碼之前，可以通過(guò)插值法來(lái)增加包絡(luò)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，提高計(jì)算精度。此外，旋變的兩路輸出信號(hào)以及和載波信號(hào)之間可能也會(huì)存在相位差，所以為提高精度，可以通過(guò)相位差測(cè)量算法計(jì)算出信號(hào)之間的相位差，然后對(duì)相位差進(jìn)行補(bǔ)償之后再進(jìn)行包絡(luò)提取。

? ? ? ? 旋變的解碼具有很好的研究?jī)r(jià)值，目前還在理論研究階段，后續(xù)可能會(huì)涉及到硬件實(shí)現(xiàn)，后續(xù)有了更好的見(jiàn)解會(huì)繼續(xù)進(jìn)行分享。

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到了這里，關(guān)于旋轉(zhuǎn)變壓器解碼算法研究的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！