專利名稱：旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車電子電氣領(lǐng)域，特別是涉及一種傳感器精度的檢測系統(tǒng)。
技術(shù)背景
新能源汽車(例如混合動力汽車、電動汽車等)中的位置和速度傳感器，原來大多采用光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，但近年來卻迅速地被旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)代替。這是因為旋轉(zhuǎn)編碼器雖然有較高的分辨率，但容易震壞，維修頻率高；而旋轉(zhuǎn)變壓器能耐高強(qiáng)度的震動， 不怕灰塵和油污，使用壽命長，故障率低。
請參閱圖1，這是一個基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)。在MCU(微控制器)10的控制下，解碼器(Decoder)Il的一對輸出端產(chǎn)生一個高頻的激勵信號，如圖2所示。這個激勵信號先經(jīng)過激勵緩沖器(Excitation Buffer) 12，即執(zhí)行電壓功率放大，再加到旋轉(zhuǎn)變壓器13的一對輸入端。旋轉(zhuǎn)變壓器13的兩對輸出端輸出兩個調(diào)制信號，如圖3所示。這兩個調(diào)制信號經(jīng)過解碼輸入緩沖器(Decoder Input Buffer) 14，即執(zhí)行電壓功率縮小，再加到解碼器11的兩對輸入端。
假設(shè)旋轉(zhuǎn)變壓器13的定子和轉(zhuǎn)子間的旋轉(zhuǎn)角度為θ，那么旋轉(zhuǎn)變壓器13所輸出的兩個調(diào)制信號可以簡單地理解為輸入的激勵信號分別與旋轉(zhuǎn)角度θ的正弦、余弦的乘積。解碼器11可以從這兩個調(diào)制信號中根據(jù)一定的算法來求得旋轉(zhuǎn)角度θ，從而實現(xiàn)角度的測量。
圖1所示的位置檢測系統(tǒng)的測量精度由解碼器11、激勵緩沖器12、旋轉(zhuǎn)變壓器13 和解碼輸入緩沖器14共同決定，該測量精度直接影響電機(jī)控制的性能。故而準(zhǔn)確地檢測該位置檢測系統(tǒng)的精度，特別是其動態(tài)精度(指被控電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)及加速、減速過程中的角度測量精度)是非常重要的。
目前主要是在電機(jī)測試臺架上完成對圖1所示的位置檢測系統(tǒng)的精度的檢測，這樣操作存在以下缺陷
其一，電機(jī)測試臺架只能測量該位置檢測系統(tǒng)在被控電機(jī)的固定轉(zhuǎn)速下的精度， 而無法測量在被控電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化(加速或減速)時的精度。
其二，電機(jī)測試臺架的背景噪聲較大，對于精度的檢測有一定的影響。
其三，電機(jī)測試臺架的建設(shè)及維護(hù)成本較高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的精度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的成本低廉，結(jié)構(gòu)緊湊且功能強(qiáng)大。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路、數(shù)據(jù)采集電路和上位機(jī)；
所述轉(zhuǎn)臺具體包括
一個電機(jī)；
一個電機(jī)控制器，控制所述電機(jī)勻速、加速或減速轉(zhuǎn)動；
被測試的旋轉(zhuǎn)變壓器，安裝在所述電機(jī)軸上，與所述旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路相連接；
一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，也安裝在所述電機(jī)軸上，與所述數(shù)據(jù)采集電路相連接；
所述旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路具體包括
一個解碼器，一方面向所述旋轉(zhuǎn)變壓器輸出激勵信號，另一方面接收所述旋轉(zhuǎn)變壓器帶有旋轉(zhuǎn)角度信息的調(diào)制信號并計算出旋轉(zhuǎn)角度；
一個激勵緩沖器，用于平衡所述激勵信號在所述解碼器和所述旋轉(zhuǎn)變壓器之間的電壓功率；
一個解碼輸入緩沖器，用于平衡所述調(diào)制信號在所述旋轉(zhuǎn)變壓器和所述解碼器之間的電壓功率；
所述數(shù)據(jù)采集電路具體包括
一個旋轉(zhuǎn)變壓器接口，用于接收所述解碼器輸出的基于旋轉(zhuǎn)變壓器檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度；
一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口，用于接收光電式旋轉(zhuǎn)編碼器檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度；
一個同步控制電路，用于保證從所述旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器獲得同一時刻的旋轉(zhuǎn)角度；
一個緩存器，用于保存采集到的數(shù)據(jù)；
一個上位機(jī)接口，用于讓上位機(jī)控制整個檢測系統(tǒng)并從數(shù)據(jù)采集電路獲得數(shù)據(jù)加以分析；
所述上位機(jī)用于設(shè)置所述轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)；配置所述旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù)；分析所述數(shù)據(jù)采集電路所保存的數(shù)據(jù)，評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的測量精度。
本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)能比較精確的評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)在電機(jī)處于固定轉(zhuǎn)速、及加速、減速過程中的測量精度，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷，改進(jìn)設(shè)計。并且該測試平臺的體積較小，成本低廉，對被測設(shè)備的影響也小，能客觀的評估被測設(shè)備的測量精度。


圖1是基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中旋轉(zhuǎn)變壓器輸入的一個激勵信號；
圖3是圖1中旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的兩個調(diào)制信號；
圖4是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖5是圖4中的轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)示意圖6是圖4中的旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路的結(jié)構(gòu)示意圖7是圖4中的數(shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中附圖標(biāo)記說明
10為微控制器(MCU) ；11為解碼器；12為激勵緩沖器；13為旋轉(zhuǎn)變壓器；14為解碼輸入緩沖器；15為光電式旋轉(zhuǎn)編碼器；20為轉(zhuǎn)臺；21為電機(jī)控制器；22為電機(jī)；30為旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路；40為數(shù)據(jù)采集電路；41為旋轉(zhuǎn)變壓器接口 ；42為光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口 ；43為同步控制電路；44為緩存器；45為上位機(jī)接口 ；50為上位機(jī)。
具體實施方式
請參閱圖4，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)臺20、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30、數(shù)據(jù)采集電路40和上位機(jī)50。
請參閱圖5，所述轉(zhuǎn)臺20具體又包括一個電機(jī)控制器21、一個高速電機(jī)22、被測試的旋轉(zhuǎn)變壓器13和一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15。其中，電機(jī)控制器21用于控制電機(jī)22勻速、加速或減速旋轉(zhuǎn)。而電機(jī)22僅用于帶動旋轉(zhuǎn)變壓器13和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15旋轉(zhuǎn)， 故該電機(jī)22的功率不需要太大。旋轉(zhuǎn)變壓器13和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15均裝配在電機(jī)軸上，該機(jī)構(gòu)設(shè)計需考慮旋轉(zhuǎn)變壓器13的替換。
請參閱圖6，所述旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30具體又包括一個解碼器11、一個激勵緩沖器12和一個解碼輸入緩沖器14。其中，解碼器11 一方面輸出激勵信號，另一方面接收調(diào)制信號并計算旋轉(zhuǎn)角度。激勵緩沖器12用于平衡激勵信號的電壓功率，解碼輸入緩沖器14 用于平衡調(diào)制信號的電壓功率。這一部分電路與圖1所示的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)相一致。
請參閱圖7，所述數(shù)據(jù)采集電路40具體又包括一個旋轉(zhuǎn)變壓器接口 41、一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口 42、一個同步控制電路43、一個緩存器44和一個上位機(jī)接口 45。其中， 旋轉(zhuǎn)變壓器接口 41用于接收解碼器11輸出的基于旋轉(zhuǎn)變壓器檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口 42用于接收光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度。同步控制電路 43則用于保證從兩個獨(dú)立的位置檢測系統(tǒng)獲得同一時刻的角度信息。緩存器44用于保存采集到的數(shù)據(jù)。上位機(jī)接口 45用于讓上位機(jī)50能夠控制整個檢測系統(tǒng)并從數(shù)據(jù)采集電路 40獲得數(shù)據(jù)加以分析。
由于旋轉(zhuǎn)變壓器13和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15是基于不同的控制原理來配置寄存器、檢測角度信息和采集數(shù)據(jù)的，因而在圖7所示的數(shù)據(jù)采集電路40中，如何確保獲得兩個獨(dú)立的位置檢測系統(tǒng)在同一時刻的角度信息是一個技術(shù)難點(diǎn)。本發(fā)明的同步控制電路43 之所以能夠保證對兩路獨(dú)立檢測系統(tǒng)的同步控制，是通過FPGA (Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)這種基于并行結(jié)構(gòu)的可編程邏輯陣列器件來實現(xiàn)的。當(dāng)數(shù)據(jù)采集電路40接收到需要檢測角度信息的指令時，F(xiàn)PGA內(nèi)部兩個獨(dú)立并行的狀態(tài)機(jī)開始工作，進(jìn)行初始化，并通過內(nèi)插延時來確保最終獲得的兩個獨(dú)立的檢測系統(tǒng)的角度信息是一致的，即為同一時刻的角度信息。
例如，轉(zhuǎn)臺20上的旋轉(zhuǎn)變壓器13和旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30作為第一路檢測系統(tǒng)，其內(nèi)部處理的延遲時間是已知的，例如為xl。轉(zhuǎn)臺20上的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15作為第二路檢測系統(tǒng)，其內(nèi)部處理的延遲時間也是已知的，例如為yl。所述同步控制電路43中的第一狀態(tài)機(jī)采集第一路檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過zl時間后第二狀態(tài)機(jī)采集第二路檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這里的zl可為正、零、負(fù)。當(dāng)zl為零，表示兩個并行處理的狀態(tài)機(jī)同時采集。當(dāng) zl為負(fù)，表示第二狀態(tài)機(jī)先采集，第一狀態(tài)機(jī)后采集。那么同步控制電路43只需保證第一狀態(tài)機(jī)內(nèi)插延時比第二狀態(tài)機(jī)內(nèi)插延時多yl+zl-xl的時間，即可保證從兩路獨(dú)立檢測系統(tǒng)獲得的是同一時刻的角度檢測信息。yl+zl-xl可為正、零、負(fù)。當(dāng)yl+zl-xl為零，表示兩5個狀態(tài)機(jī)均無需內(nèi)插延時，或內(nèi)插相同時間的延時。當(dāng)yl+zl-xl為負(fù)，表示第二狀態(tài)機(jī)內(nèi)插延時比第一狀態(tài)機(jī)多。
在典型的器件應(yīng)用時，旋轉(zhuǎn)變壓器13的數(shù)據(jù)帶寬是16bit，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15 的數(shù)據(jù)帶寬是20bit，也就是說同一時間需要36bit的數(shù)據(jù)被保存在緩存器44中。這還沒有考慮到數(shù)據(jù)采集電路40同時還需要隨時響應(yīng)上位機(jī)50的需求，以及將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)50等。本發(fā)明同步控制電路43在FPGA中采用高速存儲器的接口和讀寫策略，應(yīng)用靈活的FIFO帶寬和深度設(shè)置，將兩路獨(dú)立檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過至少一個內(nèi)部FIF0(First In, First Out,先入先出)組成同步的64bit數(shù)據(jù)，再寫入緩存器44中；同時如果上位機(jī)50有上傳數(shù)據(jù)的需求，F(xiàn)PGA可以通過乒乓模式將保存于緩存器44中的數(shù)據(jù)讀取出來并通過上位機(jī)接口 45上傳至上位機(jī)50。
所述上位機(jī)50例如為PC機(jī)，其中內(nèi)置有數(shù)據(jù)處理軟件，用來控制整個檢測系統(tǒng)并從數(shù)據(jù)采集電路40獲得數(shù)據(jù)加以分析，提供人機(jī)接口界面等。在控制整個檢測系統(tǒng)方面， 包括設(shè)置轉(zhuǎn)臺20的工作狀態(tài)(電機(jī)22是勻速轉(zhuǎn)動，還是加速轉(zhuǎn)動，還是減速轉(zhuǎn)動)；配置旋轉(zhuǎn)變壓器13、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15的參數(shù)；分析數(shù)據(jù)采集電路40所保存的數(shù)據(jù)，評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的測量精度(根據(jù)與光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測結(jié)果相比較)。
再請參閱圖4 圖7，轉(zhuǎn)臺20中的旋轉(zhuǎn)變壓器13連接旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30中的激勵緩沖器12和解碼輸入緩沖器14。旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路30中的解碼器11連接數(shù)據(jù)采集電路40中的旋轉(zhuǎn)變壓器接口 41。轉(zhuǎn)臺20中的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15連接數(shù)據(jù)采集電路40中的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口 42。數(shù)據(jù)采集電路40中的上位機(jī)接口 45連接上位機(jī)50。
雖然圖4中未圖示，但所述旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)還包括有一個供電電源， 為各個模塊提供電源。
綜上所述，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)變壓器13和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15同時裝在一個旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸上，然后通過數(shù)據(jù)采集電路40記錄旋轉(zhuǎn)變壓器13和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器15在同一時刻所測量的角度信息，通過比較兩者的角度偏差來評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的精度。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)，其特征是，包括轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路、數(shù)據(jù)采集電路和上位機(jī)；所述轉(zhuǎn)臺具體包括 一個電機(jī)；一個電機(jī)控制器，控制所述電機(jī)勻速、加速或減速轉(zhuǎn)動；被測試的旋轉(zhuǎn)變壓器，安裝在所述電機(jī)軸上，與所述旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路相連接； 一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，也安裝在所述電機(jī)軸上，與所述數(shù)據(jù)采集電路相連接； 所述旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路具體包括一個解碼器，一方面向所述旋轉(zhuǎn)變壓器輸出激勵信號，另一方面接收所述旋轉(zhuǎn)變壓器帶有旋轉(zhuǎn)角度信息的調(diào)制信號并計算出旋轉(zhuǎn)角度；一個激勵緩沖器，用于平衡所述激勵信號在所述解碼器和所述旋轉(zhuǎn)變壓器之間的電壓功率；一個解碼輸入緩沖器，用于平衡所述調(diào)制信號在所述旋轉(zhuǎn)變壓器和所述解碼器之間的電壓功率；所述數(shù)據(jù)采集電路具體包括一個旋轉(zhuǎn)變壓器接口，用于接收所述解碼器輸出的基于旋轉(zhuǎn)變壓器檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度；一個光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口，用于接收光電式旋轉(zhuǎn)編碼器檢測得到的旋轉(zhuǎn)角度； 一個同步控制電路，用于保證從所述旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器獲得同一時刻的旋轉(zhuǎn)角度；一個緩存器，用于保存采集到的數(shù)據(jù)；一個上位機(jī)接口，用于讓上位機(jī)控制整個檢測系統(tǒng)并從數(shù)據(jù)采集電路獲得數(shù)據(jù)加以分析；所述上位機(jī)用于設(shè)置所述轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)；配置所述旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器輔助電路和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù)；分析所述數(shù)據(jù)采集電路所保存的數(shù)據(jù)，評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的測量精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)，其特征是，所述同步控制電路采用兩個并行的FPGA形式的狀態(tài)機(jī)，通過內(nèi)插延時來確保從所述旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器獲得同一時刻的旋轉(zhuǎn)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)，其特征是，所述同步控制電路采用FIFO隊列，將所述旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器采集的數(shù)據(jù)先寫入所述FIFO隊列， 再寫入所述緩存器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)，其特征是，還包括為其余各模塊供電的電源模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)，包括安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器、向所述旋轉(zhuǎn)變壓器輸出激勵信號并接收所述旋轉(zhuǎn)變壓器帶有旋轉(zhuǎn)角度信息的調(diào)制信號并計算出旋轉(zhuǎn)角度的解碼器、保證從所述旋轉(zhuǎn)變壓器和光電式旋轉(zhuǎn)編碼器獲得同一時刻的旋轉(zhuǎn)角度的同步控制電路、評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)的測量精度的上位機(jī)。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器的精度檢測系統(tǒng)能比較精確的評估基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測系統(tǒng)在電機(jī)處于固定轉(zhuǎn)速、及加速、減速過程中的測量精度，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷，改進(jìn)設(shè)計。并且該測試平臺的體積較小，成本低廉，對被測設(shè)備的影響也小，能客觀的評估被測設(shè)備的測量精度。
文檔編號G01B7/30GK102506695SQ20111030149
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
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