基于旋轉變壓器的直流電機控制器及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及基于旋轉變壓器的直流電機控制器及控制方法，屬于直流電機控制中 旋轉變壓器技術領域。
【背景技術】
[0002] 旋轉變壓器是一種基于電磁感應原理的位置傳感器，具有體積小、質量輕、功耗 低、壽命長、抗干擾能力強等優點，在機器人、自動化設備、雷達、衛星等領域得到了非常廣 泛的應用。旋轉變壓器輸出的是模擬信息，在使用中，為了獲得精確的數字信息，通常采用 專用的旋轉變壓器-數字轉換芯片RDC來實現轉換。由于RDC需要占用的面積較大，會增 大控制器和整個系統的體積和質量，因此，探索其它技術方案來獲取旋轉變壓器位置信息 的技術非常重要。現有的基于軟件的旋轉變壓器信息獲取方法，均需要復雜的運算，應用范 圍受到了較大的限制。
【發明內容】
[0003] 本發明目的是為了解決現有旋轉變壓器輸出的位置信息轉換過程復雜，造成應用 范圍受限的問題，提供了一種基于旋轉變壓器的直流電機控制器及控制方法。
[0004] 本發明所述基于旋轉變壓器的直流電機控制器，它包括控制器、DA轉換器、放大 器、旋轉變壓器、旋變AD轉換器和驅動電路，
[0005] 控制器包括勵磁信號生成單元、峰值檢測單元和電機控制單元，
[0006] 勵磁信號生成單元用于產生旋轉變壓器的正弦勵磁信號，勵磁信號生成單元的數 字信號輸出端連接DA轉換器的數字信號輸入端，DA轉換器的模擬信號輸出端連接放大器 的模擬信號輸入端，放大器的放大信號輸出端連接旋轉變壓器勵磁繞組的勵磁信號輸入 端，旋轉變壓器的正弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉換器的第一模擬信號輸入端，旋轉變 壓器的余弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉換器的第二模擬信號輸入端，旋變AD轉換器的 鎖存控制信號輸入端連接峰值檢測單元的鎖存控制信號輸出端，峰值檢測單元用于檢測勵 磁信號生成單元產生的正弦勵磁信號的峰值時刻并根據該峰值時刻獲得鎖存控制信號；
[0007] 旋變AD轉換器的第一數字信號輸出端連接電機控制單元的第一數字信號輸入 端，旋變AD轉換器的第二數字信號輸出端連接電機控制單元的第二數字信號輸入端；電機 控制單元的驅動控制信號輸出端連接驅動電路的驅動控制信號輸入端，驅動電路用于驅動 電機運行，電機的轉軸連接旋轉變壓器的轉軸。
[0008] 它還包括電流AD轉換器和電流傳感器，
[0009] 電流傳感器用于采集電機的輸入電流信號，電流傳感器的電流信號輸出端連接電 流AD轉換器的電流信號輸入端，電流AD轉換器的鎖存控制信號輸入端連接峰值檢測單元 的鎖存控制信號輸出端，電流AD轉換器的電流信號輸出端連接電機控制單元的電流信號 輸入端。
[0010] 基于旋轉變壓器的直流電機控制器的基于旋轉變壓器的直流電機控制方法，勵磁 信號生成單元產生正弦勵磁信號時，峰值檢測單元獲得該正弦勵磁信號的正峰值或負峰值 產生時刻，并產生鎖存控制信號給旋變AD轉換器，以鎖存正峰值或負峰值產生時刻旋轉變 壓器輸出的正弦繞組電壓信號和余弦繞組電壓信號；
[0011] 電機控制單元根據離線標定的正弦繞組電壓信號幅值計算獲得旋轉變壓器的轉 子相對于其定子轉動角度所對應的正弦值；電機控制單元根據離線標定的余弦繞組電壓信 號幅值計算獲得旋轉變壓器的轉子相對于其定子轉動角度所對應的余弦值；
[0012] 電機控制單元根據所述旋轉變壓器的轉子相對于其定子轉動角度所對應的正弦 值和旋轉變壓器的轉子相對于其定子轉動角度所對應的余弦值進行計算，生成驅動電路驅 動控制信號，進而實現對電機的控制。
[0013] 旋轉變壓器的轉子相對于其定子所轉動角度所對應的正弦值和余弦值的獲得方 法為：
[0014] 根據作為正弦勵磁信號的正弦波與余弦波的關系，確定余弦波由正值變為負值時 對應正弦波的正的峰值時刻，余弦波由負值變為正值時對應正弦波的負的峰值時刻，確定 旋變AD轉換器的鎖存采樣時刻；
[0015] 首先正弦勵磁信號的正弦波及其同時生成的余弦波計算公式的離散形式如下：
[0016]
【主權項】
1. 一種基于旋轉變壓器的直流電機控制器，其特征在于，它包括控制器（1)、DA轉換器 (2)、放大器（3)、旋轉變壓器（4)、旋變AD轉換器（5)和驅動電路（7)， 控制器（1)包括勵磁信號生成單元（1-1)、峰值檢測單元（1-2)和電機控制單元 (1~3), 勵磁信號生成單元（1-1)用于產生旋轉變壓器（4)的正弦勵磁信號，勵磁信號生成單 元（1-1)的數字信號輸出端連接DA轉換器似的數字信號輸入端，DA轉換器似的模擬 信號輸出端連接放大器（3)的模擬信號輸入端，放大器（3)的放大信號輸出端連接旋轉變 壓器（4)勵磁繞組的勵磁信號輸入端，旋轉變壓器（4)的正弦繞組信號輸出端連接旋變AD 轉換器（5)的第一模擬信號輸入端，旋轉變壓器（4)的余弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉 換器（5)的第二模擬信號輸入端，旋變AD轉換器（5)的鎖存控制信號輸入端連接峰值檢測 單元（1-2)的鎖存控制信號輸出端，峰值檢測單元（1-2)用于檢測勵磁信號生成單元（1-1) 產生的正弦勵磁信號的峰值時刻并根據該峰值時刻獲得鎖存控制信號； 旋變AD轉換器巧）的第一數字信號輸出端連接電機控制單元（1-3)的第一數字信號 輸入端，旋變AD轉換器（5)的第二數字信號輸出端連接電機控制單元（1-3)的第二數字信 號輸入端；電機控制單元（1-3)的驅動控制信號輸出端連接驅動電路（7)的驅動控制信號 輸入端，驅動電路（7)用于驅動電機（6)運行，電機（6)的轉軸連接旋轉變壓器（4)的轉軸。
2. 根據權利要求1所述的基于旋轉變壓器的直流電機控制器，其特征在于，它還包括 電流AD轉換器做和電流傳感器巧）， 電流傳感器（9)用于采集電機化）的輸入電流信號，電流傳感器巧）的電流信號輸出 端連接電流AD轉換器巧）的電流信號輸入端，電流AD轉換器巧）的鎖存控制信號輸入端 連接峰值檢測單元（1-2)的鎖存控制信號輸出端，電流AD轉換器（8)的電流信號輸出端連 接電機控制單元（1-3)的電流信號輸入端。
3. 基于權利要求1所述基于旋轉變壓器的直流電機控制器的基于旋轉變壓器的直流 電機控制方法，其特征在于，勵磁信號生成單元（1-1)產生正弦勵磁信號時，峰值檢測單元 (1-2)獲得該正弦勵磁信號的正峰值或負峰值產生時刻，并產生鎖存控制信號給旋變AD轉 換器巧），W鎖存正峰值或負峰值產生時刻旋轉變壓器（4)輸出的正弦繞組電壓信號和余 弦繞組電壓信號； 電機控制單元（1-3)根據離線標定的正弦繞組電壓信號幅值計算獲得旋轉變壓器（4) 的轉子相對于其定子轉動角度所對應的正弦值；電機控制單元（1-3)根據離線標定的余弦 繞組電壓信號幅值計算獲得旋轉變壓器（4)的轉子相對于其定子轉動角度所對應的余弦 值； 電機控制單元（1-3)根據所述旋轉變壓器（4)的轉子相對于其定子轉動角度所對應的 正弦值和旋轉變壓器（4)的轉子相對于其定子轉動角度所對應的余弦值進行計算，生成驅 動電路（7)驅動控制信號，進而實現對電機化）的控制。
4. 根據權利要求3所述的基于旋轉變壓器的直流電機控制方法，其特征在于，旋轉變 壓器（4)的轉子相對于其定子所轉動角度所對應的正弦值和余弦值的獲得方法為： 根據作為正弦勵磁信號的正弦波與余弦波的關系，確定余弦波由正值變為負值時對應 正弦波的正的峰值時刻，余弦波由負值變為正值時對應正弦波的負的峰值時刻，確定旋變 AD轉換器巧）的鎖存采樣時刻； 首先正弦勵磁信號的正弦波及其同時生成的余弦波計算公式的離散形式如下：
式中si[n]為當前時刻正弦勵磁信號值，cl[n]為與當前時刻正弦勵磁信號值同時生 成的余弦信號值： si[n+1]為當前時刻的下一時刻正弦勵磁信號值，cl[n+1]為與當前時刻的下一時刻 正弦勵磁信號值同時生成的余弦信號值；《。為正弦勵磁信號的頻率； 設定正弦勵磁信號Vuf為： V"f=VsinOct)， 式中V為正弦勵磁信號的幅值，t為時間； 則AD轉換器（5)在鎖存采樣時刻采集獲得的旋轉變壓器（4)輸出的正弦繞組電壓信 號Vd濟余弦繞組電壓信號V。。為： Vc〇s=KVrefCOS( 0 ) =Asin(? 山cos(白)， V曰化=KVrefSin( 0 ) =Asin(?ct)sin(白)， 式中K為旋轉變壓器的變比，A為旋轉變壓器輸出信號的幅值，0為電機轉子相對于定 子的轉角； 在sin(Wtt)峰值時刻，sin(Wtt) = 1，則旋轉變壓器（4)輸出的正弦繞組電壓信號 和余弦繞組電壓信號V。。/變形為： Vccs=Acos(白)， Vsh=Asin(白)， 進而獲得旋轉變壓器（4)的轉子相對于其定子所轉動角度所對應的正弦值sin( 0 )和 余弦值cos( 0 )為； cos(目）=Vco曰/A，sin(日）=Vs化/A。
【專利摘要】基于旋轉變壓器的直流電機控制器及控制方法，屬于直流電機控制中旋轉變壓器技術領域。本發明是為了解決現有旋轉變壓器輸出的位置信息轉換過程復雜，造成應用范圍受限的問題。控制器包括控制器、DA轉換器、放大器、旋轉變壓器、旋變AD轉換器和驅動電路，控制器包括勵磁信號生成單元、峰值檢測單元和電機控制單元；電機控制方法中勵磁信號生成單元產生正弦勵磁信號時，峰值檢測單元獲得正弦勵磁信號的正峰值或負峰值產生時刻，鎖存峰值產生時刻旋轉變壓器輸出的正弦繞組電壓信號和余弦繞組電壓信號；電機控制單元根據旋轉變壓器轉動角度正弦值和余弦值進行計算，生成驅動電路驅動控制信號，進而實現對電機的控制。本發明用于直流電機的控制。
【IPC分類】H02P21-14, H02P7-00
【公開號】CN104796053
【申請號】CN201510236275
【發明人】郭闖強, 吳春亞, 鄒添, 倪風雷, 劉宏
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月11日