本公開涉及旋轉(zhuǎn)變壓器,以及用于確定與其相關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)位置的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù):
包括可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的裝置可以使用旋轉(zhuǎn)變壓器來監(jiān)測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置和旋轉(zhuǎn)速度。作為非限制性示例,動力傳動系統(tǒng)可以使用電動扭矩機(jī)器來產(chǎn)生用于推進(jìn)的牽引扭矩。已知的扭矩機(jī)器包括通過高壓電總線和逆變器模塊電聯(lián)接到能量存儲裝置的多相電動機(jī)/發(fā)電機(jī)。扭矩機(jī)器可以使用旋轉(zhuǎn)變壓器來監(jiān)測旋轉(zhuǎn)位置和旋轉(zhuǎn)速度,并將這種信息用于其控制和操作。
旋轉(zhuǎn)變壓器是一種包括轉(zhuǎn)子和定子的機(jī)電換能器,其中轉(zhuǎn)子具有聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的勵磁繞組,而定子具有聯(lián)接到裝置非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的次級繞組,其中初級繞組和次級繞組之間的電磁聯(lián)接繞組隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而變化。初級繞組可以用正弦信號勵磁,該正弦信號在次級繞組中感應(yīng)差分輸出信號。與次級繞組的電聯(lián)接的大小涉及轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)位置和稱為旋轉(zhuǎn)變壓器變壓比的衰減因子。在某些實施例中,旋轉(zhuǎn)變壓器是可變磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器,在其內(nèi)部,勵磁繞組設(shè)置在定子中,轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙被調(diào)制在轉(zhuǎn)子上,其根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置來調(diào)制變壓比。由于次級繞組機(jī)械地移位90/pp度的機(jī)械旋轉(zhuǎn),來自次級繞組的輸出信號可以相對于彼此相移90度的旋轉(zhuǎn),其中pp是旋轉(zhuǎn)變壓器的極對數(shù)。因此,電旋轉(zhuǎn)是基于機(jī)械旋轉(zhuǎn)除以電極的對數(shù)來確定的。初級繞組可以用正弦波參考信號勵磁,該正弦波參考信號在次級繞組上感應(yīng)差分輸出信號。旋轉(zhuǎn)變壓器輸入和差分輸出信號之間的關(guān)系可以用于確定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度的正弦和余弦。因此,可以對旋轉(zhuǎn)變壓器輸入信號和旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號之間的關(guān)系進(jìn)行分析以動態(tài)地確定轉(zhuǎn)子的角位置和旋轉(zhuǎn)速度,并因此確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角位置和旋轉(zhuǎn)速度。
已知采用旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換集成電路裝置以處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入信號,以產(chǎn)生可由控制器采用的旋轉(zhuǎn)信息。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
描述了一種可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)變壓器,包括用于評估其輸出信號的方法。這包括將勵磁信號提供給旋轉(zhuǎn)變壓器并動態(tài)地確定來自旋轉(zhuǎn)變壓器的相應(yīng)輸出信號。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括提供給旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁信號和來自旋轉(zhuǎn)變壓器的相應(yīng)輸出信號的數(shù)字化狀態(tài)。將所述數(shù)據(jù)集中的每一者的勵磁信號和來自旋轉(zhuǎn)變壓器的相應(yīng)輸出信號的數(shù)字化狀態(tài)進(jìn)行算術(shù)組合,并確定其移動平均值?;谝苿悠骄祦泶_定相移誤差項,并基于相移誤差項來確定勵磁信號和相應(yīng)輸出信號之間的相移。
本教導(dǎo)內(nèi)容的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點,結(jié)合附圖,在對執(zhí)行如所附權(quán)利要求書中所限定本教導(dǎo)內(nèi)容的一些最佳模式及其它實施例的詳細(xì)描述中,是顯而易見的。
附圖說明
現(xiàn)在將通過舉例的方式并參考附圖描述一個或多個實施例,在附圖中:
圖1-1和圖1-2示意性地示出了根據(jù)本公開的電機(jī)控制系統(tǒng),其包括電機(jī),該電機(jī)通過由旋轉(zhuǎn)變壓器監(jiān)測的剛性可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到負(fù)載;
圖2以圖形方式示出了根據(jù)本公開,參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器實施例的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),包括提供給初級線圈的勵磁信號、由第一次級繞組產(chǎn)生的第一次級信號和由第二次級繞組產(chǎn)生的第二次級信號,次級線圈定位成正交的。
圖3以圖形方式示出了根據(jù)本公開,參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器實施例的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),包括由次級線圈產(chǎn)生的次級信號,其類似于參考圖2描述的信號,其中數(shù)據(jù)包括原始模擬數(shù)據(jù)、與原始模擬數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化數(shù)據(jù)和從數(shù)字化數(shù)據(jù)提取的包絡(luò)數(shù)據(jù);以及
圖4至圖9各自示意性地示出了根據(jù)本公開對框圖形式的相移確定和補(bǔ)償例程的實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器的信號輸出,以確定和補(bǔ)償可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的實際旋轉(zhuǎn)位置與旋轉(zhuǎn)變壓器指示的可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)位置之間的角度相移。
具體實施方式
現(xiàn)在參考附圖,其中所述描述僅是為了說明某些示例性實施例,而不是為了限制本發(fā)明,圖1-1和圖1-2示意性地示出了用于控制電動機(jī)10運(yùn)行的電動機(jī)控制系統(tǒng)的細(xì)節(jié),電動機(jī)10經(jīng)由剛性可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到負(fù)載17,其中可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)位置由旋轉(zhuǎn)變壓器20監(jiān)測,其運(yùn)行經(jīng)由電機(jī)控制器40控制。如圖所示,旋轉(zhuǎn)變壓器20設(shè)置在電動機(jī)10遠(yuǎn)離負(fù)載17的一側(cè),但是旋轉(zhuǎn)變壓器20可設(shè)置在任何合適的位置,用于監(jiān)測可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)。作為非限制性示例,負(fù)載17可以是聯(lián)接到驅(qū)動輪19的齒輪箱18,當(dāng)被用作地面車輛動力傳動系統(tǒng)的一部分時,驅(qū)動輪19與地面相互作用。在其中描述的概念可以應(yīng)用于包括裝置可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的任何構(gòu)造,其中可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16由旋轉(zhuǎn)變壓器20監(jiān)測以確定其旋轉(zhuǎn)位置和速度。
電動機(jī)10可以是任何合適的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置,例如永磁體裝置,并包括定子14和轉(zhuǎn)子12。如圖所示,定子14是環(huán)形裝置,轉(zhuǎn)子12同軸地設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16內(nèi)并聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16。或者,轉(zhuǎn)子12可以被配置為一環(huán)形裝置,具有設(shè)置在其內(nèi)的同軸定子14。電動機(jī)10的運(yùn)行通過電機(jī)控制器40控制,電動機(jī)控制器40優(yōu)選地包括經(jīng)由通信鏈路42與控制器50信號通信的反相器45。反相器45電連接到電動機(jī)10的定子14,以傳輸電力,以便在轉(zhuǎn)子12上產(chǎn)生傳遞到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的扭矩或者反作用于從可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16傳遞到轉(zhuǎn)子12上的扭矩??刂破?0與旋轉(zhuǎn)變壓器20通信以監(jiān)測可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)位置。
旋轉(zhuǎn)變壓器20包括固定地附接到可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22和附接到接地元件(例如電動機(jī)殼體)的旋轉(zhuǎn)變壓器定子24。旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22可以包括在本文中稱為勵磁繞組23的初級電繞組,而旋轉(zhuǎn)變壓器定子24包括分別在本文中稱為第一和第二次級繞組25,26的兩個次級電繞組?;蛘撸D(zhuǎn)變壓器20可以是可變磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器,具有設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變壓器定子24上的勵磁繞組23和第一和第二次級繞組25,26,其中旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22調(diào)制它們之間的空氣間隙,以在第一和第二次級繞組25,26之間生成輸出信號。
勵磁繞組23和第一、第二次級繞組25,26作為可變聯(lián)接變壓器運(yùn)行。在運(yùn)行中,控制器50將勵磁信號(優(yōu)選地以模擬正弦參考信號的形式)通過第一線路33傳送到勵磁繞組23。在某些實施例中,正弦參考信號的的頻率范圍在1khz至15khz之間。第一和第二次級繞組25,26響應(yīng)于勵磁信號產(chǎn)生第一和第二輸出信號,這些信號經(jīng)由第二和第三線路35,36傳送。當(dāng)?shù)谝缓偷诙渭壚@組25,26機(jī)械地可旋轉(zhuǎn)地移動90/pp度機(jī)械旋轉(zhuǎn)度時(其中pp是圍繞轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)變壓器的極對數(shù)),由第一和第二次級繞組25,26產(chǎn)生的第一和第二輸出信號經(jīng)過包括數(shù)字化和解調(diào)的信號處理,以確定轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)角度并因此確定可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)變壓器20可配置有用于第一和第二次級繞組25,26的單極對,意味著可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的360度機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生信號,指示來自旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的360度電旋轉(zhuǎn)?;蛘?,旋轉(zhuǎn)變壓器20可配置有用于第一和第二次級繞組25,26的多個極對。例如,當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器20配置有兩個極對時,可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的180度機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生信號,指示來自旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的360度電旋轉(zhuǎn),而當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器20配置有三個極對時,可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的120度機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生信號,指示來自旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的360度電旋轉(zhuǎn)。
控制器50包括微處理器電路60和接口電路55。微處理器電路60優(yōu)選地包括雙核心中央處理單元(cpu)65、脈沖發(fā)生器78和經(jīng)由內(nèi)部并行通信總線85通信的σ-△(sigma-delta)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(sdadc)70。接口電路55包括信號調(diào)節(jié)電路,該電路包括例如,低通濾波器54和差分放大器53,二者經(jīng)由第一線路33電連接到旋轉(zhuǎn)變壓器20的勵磁繞組23。旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一和第二次級繞組25,26分別經(jīng)由第二和第三線路35,36與輸入線路通信到sdadc70。第二和第三線路35,36包括相應(yīng)的線路濾波器52。脈沖發(fā)生器78產(chǎn)生電脈沖,該電脈沖經(jīng)由信號調(diào)節(jié)電路(包括例如,低通濾波器54和差分放大器53)傳送到旋轉(zhuǎn)變壓器20的勵磁繞組23。各個線路濾波器52在被發(fā)送到sdadc70之前去除電磁干擾(emi)噪聲??刂破?0經(jīng)由通信鏈路42與反相器45通信。
勵磁繞組23和第一、第二次級繞組25,26的兩個次級繞組可以作為可變聯(lián)接變壓器運(yùn)行。在運(yùn)行中,控制器50將勵磁信號(優(yōu)選地以模擬正弦參考信號的形式)經(jīng)由第一線路33傳送到勵磁繞組23。在某些實施例中,正弦參考信號的額頻率范圍在1khz至15khz之間。勵磁信號可以由脈沖發(fā)生器78以方波參考信號的形式產(chǎn)生,并且通過低通濾波器54以形成正弦波形。第二和第三線路35,36傳送由第一和第二次級繞組25,26響應(yīng)于勵磁信號產(chǎn)生的第一和第二輸出信號。當(dāng)?shù)谝缓偷诙渭壚@組25,26以圍繞轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)軸線(其中pp是旋轉(zhuǎn)變壓器的極對數(shù))的90/pp度旋轉(zhuǎn)角機(jī)械地旋轉(zhuǎn)移位時,由第一和第二次級繞組25,26產(chǎn)生的第一和第二輸出信號可經(jīng)過包括數(shù)字化和解調(diào)的信號處理,以確定轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)角度。
電機(jī)控制器40包括微處理器電路60和其它電路以感測反饋信號,如電機(jī)電流、輸入電壓、電機(jī)位置和速度。電機(jī)控制器40產(chǎn)生用于反相器45的功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號,以產(chǎn)生電流,經(jīng)由三相電機(jī)電纜15傳遞到定子14。可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)子12和旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)一致,旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的位置和速度與轉(zhuǎn)子12的位置和速度直接聯(lián)接。作為永磁體電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的示例,旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22被安裝以定位轉(zhuǎn)子12中磁體的北極,從而允許電機(jī)控制器40相對于電機(jī)磁體位置控制電動機(jī)10以使給定電流的輸出扭矩最大化。具體地,不存在參考圖1-1和圖1-2描述的電機(jī)控制器40的任何機(jī)械化的是旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(rdc)形式的專用集成電路。相反,本文詳細(xì)描述了以控制器可執(zhí)行例程形式的rdc系統(tǒng)。
雙核中央處理單元(cpu)65和諸如控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器和類似術(shù)語的元件是指專用集成電路(asic)、電子電路、中央處理單元,例如微處理器和以存儲器和存儲裝置(只讀、可編程只讀、隨機(jī)存取、硬盤驅(qū)動器等)形式的相關(guān)聯(lián)非暫態(tài)存儲器組件。非暫態(tài)存儲器組件能夠以下列形式存儲機(jī)器可讀指令:一個或多個軟件或固件程序或例程、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號調(diào)節(jié)和緩沖電路及可由一個或多個處理器訪問以提供所述功能的其它組件。輸入/輸出電路和裝置包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和相關(guān)裝置,其監(jiān)測來自傳感器的輸入,這樣的輸入以預(yù)設(shè)的采樣頻率或響應(yīng)于觸發(fā)事件被監(jiān)測。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術(shù)語意指包括校準(zhǔn)和查找表的任何控制器可執(zhí)行指令集。每個控制器執(zhí)行控制例程以提供所需的功能,包括監(jiān)測來自感測裝置和其它網(wǎng)絡(luò)控制器的輸入,以及執(zhí)行控制和診斷指令以控制致動器的運(yùn)行。例程可以以定期間隔執(zhí)行,例如在持續(xù)運(yùn)行期間每100微秒一次?;蛘?,可以響應(yīng)于觸發(fā)事件的發(fā)生來執(zhí)行例程??刂破髦g的通信以及控制器、致動器和/或傳感器之間的通信可使用直接有線鏈路、網(wǎng)絡(luò)通信總線鏈路、無線鏈路或任何其它合適的通信鏈路來實現(xiàn)。通信包括以任何合適的形式交換數(shù)據(jù)信號,包括例如經(jīng)由導(dǎo)電介質(zhì)的電信號,經(jīng)由空氣的電磁信號,經(jīng)由光波導(dǎo)的光信號等。數(shù)據(jù)信號可以包括模擬、數(shù)字化模擬和離散信號,表示來自傳感器、致動器命令和控制器之間通信的輸入。術(shù)語“模型”是指基于處理器的或處理器可執(zhí)行的代碼以及模擬裝置或物理過程的物理存在的相關(guān)校準(zhǔn)。如本文所用,術(shù)語“動態(tài)”和“動態(tài)地”描述實時執(zhí)行的步驟或過程,其特征在于監(jiān)測或以其它方式確定參數(shù)的狀態(tài),并在例程執(zhí)行期間或在例程執(zhí)行的迭代之間定期或周期性地更新參數(shù)的狀態(tài)。
現(xiàn)在描述在本文中參照圖1-1和圖1-2描述的過程,其用于評估來自旋轉(zhuǎn)變壓器20(監(jiān)測可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)位置)一個實施例的輸出信號,并且包括:使用一個或多個算法確定正弦勵磁信號與來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的所得到的第一和第二輸出信號之間的相移。勵磁繞組23上的勵磁信號和來自第一、第二次級繞組25,26的次級繞組的信號之間的相移可以通過信號延遲(例如信號濾波和通信延遲)引入。如果相移保持在未補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài),則當(dāng)解調(diào)時,其可導(dǎo)致來自第一、第二次級繞組25,26的次級繞組的提取包絡(luò)形式的信號衰減。這種衰減可能降低信噪比,因此可能增加速度和位置誤差的弱點并影響診斷故障的執(zhí)行。
可以通過對正弦勵磁信號的遞歸控制來補(bǔ)償相移,并且可以對來自旋轉(zhuǎn)變壓器的所得到的第一、第二輸出信號進(jìn)行解調(diào),以提取可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)速度和位置信息。然后解調(diào)的位置信息可以用于診斷和控制。如本文所述,可以采用算法來實現(xiàn)所有旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換,這些算法分析分別經(jīng)由第二和第三線路35,36從第一和第二次級繞組25,26所收集信號的數(shù)字化狀態(tài)。
圖2以圖形示出了旋轉(zhuǎn)變壓器20的實施例相對于水平軸上的時間105運(yùn)行所關(guān)聯(lián)的模擬數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)變壓器20的運(yùn)行可以被建模為旋轉(zhuǎn)變壓器,包括可以被發(fā)送到勵磁繞組23初級繞組的勵磁信號以及來自第一、第二次級繞組25,26的輸出信號。繪制的數(shù)據(jù)包括提供給勵磁繞組23的勵磁信號(exc)130、由第一次級繞組25產(chǎn)生的第一次級信號140和由第二次級繞組26產(chǎn)生的第二次級信號150。由第一次級繞組25產(chǎn)生的第一次級信號140具有相關(guān)聯(lián)的第一包絡(luò)(正弦)145,并且當(dāng)次級線圈25,26如圖所示定位為正交時,由第二次級繞組26產(chǎn)生的第二次級信號150具有相關(guān)聯(lián)的第二包絡(luò)(余弦)155。從相應(yīng)的次級線圈25,26傳輸?shù)牡谝缓偷诙渭壭盘?40,150的振幅根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而正弦地變化。為了提取位置信息,必須通過解調(diào)算法去除調(diào)制正弦和余弦信號150,155的勵磁信號exc130。解調(diào)的位置信息然后可以用于診斷目的,以及確定旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)位置和速度。
旋轉(zhuǎn)角度的正弦和余弦信號可以被解釋以確定旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的可旋轉(zhuǎn)角度,并因此確定可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16和轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)控制器40可以采用可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)角度來控制電動機(jī)10的運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)理解,由于施加扭矩時旋轉(zhuǎn)變壓器偏移或可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的機(jī)械扭轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)變壓器20測量的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)子12相對于電動機(jī)10定子14的旋轉(zhuǎn)角度之間可能存在機(jī)械誤差差異。此外,由于諸如信號濾波和通信延遲等信號延遲,在旋轉(zhuǎn)變壓器20測量的旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)子12相對于電動機(jī)10定子14的旋轉(zhuǎn)角度之間可能存在電信號誤差差異。
由第一和第二次級繞組25,26響應(yīng)于勵磁信號產(chǎn)生并在第二和第三線路35,36上傳送的第一和第二輸出信號是模擬信號。模擬信號可以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,指示采用電動機(jī)控制器40的可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件16的旋轉(zhuǎn)位置和速度。
圖3以圖形示出了次級線圈響應(yīng)于勵磁信號產(chǎn)生的次級信號相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。顯示了多個循環(huán)。次級信號可以類似于由第一次級繞組25產(chǎn)生的第一次級信號140或由第二次級繞組26產(chǎn)生的第二次級信號150中的任一者,如參考圖2所描述的。數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)子12和旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。如圖所示,相對于時間示出了旋轉(zhuǎn)位置210和次級信號220形式的數(shù)據(jù),其在水平軸205上被指示出來。旋轉(zhuǎn)位置210包括原始位置212。次級信號220可以響應(yīng)于勵磁信號由第一次級繞組25產(chǎn)生,并且包括從第一次級繞組25輸出的原始信號222、采樣信號226(包括經(jīng)數(shù)字采樣的原始信號222的離散點),以及提取的包絡(luò)信號224(包括被解調(diào)以去除勵磁信號的原始信號222)。相移在勵磁信號和來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的所得到的第一、第二輸出信號之間。如果相移沒有補(bǔ)償,則在解調(diào)時其可能引起從第一和第二次級繞組25,26的次級繞組提取的包絡(luò)信號衰減。
圖4示意性地示出了框圖形式的第一相移確定和補(bǔ)償例程(第一例程)400的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號和來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的所得到的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第一例程400可以作為控制器50一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1、2、3描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位405向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號433,并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一和第二次級繞組25,26收集的輸出信號正弦435和余弦436。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號433和時間對應(yīng)的第一和第二輸出信號正弦435和余弦436的數(shù)字化狀態(tài)。
第一例程400采用分別從旋轉(zhuǎn)變壓器20的次級繞組25,26輸出的如下第一和第二輸出信號正弦435和余弦436:
sin(θ)*sin(ωt+β)以及
cos(θ)*sin(ωt+β),
其中:
ω是勵磁信號的頻率,
β是旋轉(zhuǎn)變壓器相移,
而θ是轉(zhuǎn)子在時間t的位置。
正弦435和余弦436信號從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入緩沖器讀取,而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30優(yōu)選地以已知采樣速率進(jìn)行通信。在一個實施例中,如圖所示,采樣速率在每個勵磁周期產(chǎn)生16個采樣。輸入緩沖器優(yōu)選地包括多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括提供給旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號以及時間對應(yīng)的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號的數(shù)字化狀態(tài)。
勵磁信號433的正弦和余弦值可以從查找表中估計,并表達(dá)如下:
其中
ω是勵磁信號的頻率,
在第一例程400的初始執(zhí)行期間,估計的相移校正可以被設(shè)置為零,指示沒有估計出相移校正。第一例程400的一部分包括在遞歸執(zhí)行期間將估計的相移校正
組合操作被執(zhí)行,且包括對于每個數(shù)據(jù)集算術(shù)地組合勵磁信號的數(shù)字化狀態(tài)和來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的相應(yīng)第一和第二輸出信號。這包括計算四個乘積(410),如下:
通過三角法操縱,這些信號可以等價地寫成如下:
乘積可以如下計算(420):分別為
當(dāng)這兩個乘積相加(425)時,轉(zhuǎn)子位置信息通過以下同位抵消:
sin(θ)2+cos(θ)2=1,
余數(shù)如下:
計算勵磁信號和來自旋轉(zhuǎn)變壓器的相應(yīng)第一和第二輸出信號在正弦勵磁信號單個周期的算術(shù)組合數(shù)字化狀態(tài)的移動平均值(430)。
這包括最初忽略的
使用同位sin(2u)=2*sin(u)*cos(u)可以將項
此外,使用同位sin(2u)=2*sin(u)*cos(u)可以將項
使用小角近似,可以導(dǎo)出以下關(guān)系:
該關(guān)系提供了在應(yīng)用增益項(440)之后與旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
圖5示意性地示出了框圖形式的第二相移確定和補(bǔ)償例程(第二例程)500的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號和所得到來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第二例程500可以作為旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位505向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號533,并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一和第二次級繞組25,26收集的輸出信號正弦535和余弦536。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號533和時間對應(yīng)的第一和第二輸出信號正弦535和余弦536的數(shù)字化狀態(tài)。
第二例程500使用分別從旋轉(zhuǎn)變壓器20(其使用先前在例程400中描述的相同三角操縱)的次級繞組25,26輸出的原始正弦和余弦信號,但是移動平均計算被執(zhí)行(510)得更接近輸入。由于轉(zhuǎn)子速度基本上比勵磁頻率慢,第二例程500在單個勵磁周期內(nèi)將sin(θ)和cos(θ)近似為常數(shù)。如參考第一例程400所述計算乘積sinenv,cosenv,sinquad和cosquad(520),然后四個信號中的每一個通過每個勵磁周期內(nèi)16個樣本上的移動平均值。使用每個勵磁周期內(nèi)sin(θ)和cos(θ)是恒定的近似值,將每個信號中的2ωt項平均為零。然后每個信號的剩余部分如下:
接下來,乘積計算(530)如下:
當(dāng)這兩個乘積相加(535)時,轉(zhuǎn)子位置信息通過同位sin(θ)2+cos(θ)2=1,抵消,剩下的是
該關(guān)系提供了與旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
圖6示意性地示出了以框圖形式的另一個相移確定和補(bǔ)償例程(第三例程)600的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號與所得的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第三例程600可以作為旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位605向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號633并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一次級繞組25收集的輸出信號正弦635。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號633和時間對應(yīng)的第一輸出信號正弦635的數(shù)字化狀態(tài)。
第三例程600采用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的次級繞組25的第一輸出信號正弦635,如下:
sin(θ)*sin(ωt+β)
其中:
ω是勵磁信號的頻率,
β是旋轉(zhuǎn)變壓器相移,
θ是轉(zhuǎn)子在時間t的位置。
正弦635信號從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入緩沖器讀取,而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30優(yōu)選地以已知采樣速率進(jìn)行通信。在一個實施例中,如圖所示,采樣速率在每個勵磁周期產(chǎn)生16個采樣。輸入緩沖器優(yōu)選地包括多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括提供給旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號以及時間對應(yīng)的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一輸出信號的數(shù)字化狀態(tài)。
勵磁信號633的正弦和余弦值可以從查找表中估計,并表達(dá)如下:
其中:
ω是勵磁信號的頻率,
在第三例程600的初始執(zhí)行期間,估計的相移校正
圖6以框圖形式示意性地示出。第三例程600采用第一例程400與正弦635信號相關(guān)聯(lián)的那部分并引入一些附加計算以獨立于cos去除轉(zhuǎn)子位置信息。因為在該方法中僅使用正弦(而未使用余弦),所以它對于正弦和余弦之間的任何振幅不平衡免疫。由于轉(zhuǎn)子速度基本上比勵磁頻率慢,因此第三例程600在單個勵磁周期上將sin(θ)近似為恒定值。第三例程600使用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦以及估計勵磁的正弦和余弦。使用這三個信號,計算兩個乘積,如下(610,620):
通過三角操縱,這些信號可以等效地寫成如下:
從sinenv和sinquad,計算兩個導(dǎo)出信號sinnum和sindenom:
信號sindenom可以進(jìn)一步減少如下:
使用位于括號內(nèi)的兩組平方項的同位sin(u)2+cos(u)2=1。
接下來,sinnum和sindenom通過每個勵磁周期的16個樣本的移動平均值(630)。使用在勵磁周期上sin(θ)近似恒定的假設(shè),將每個信號中的2ωt項平均為零。每個信號的剩余部分如下:
sinnum項除以sindenom以消除sin(θ)2。此操作只能在sin(θ)2≠0時進(jìn)行。
所得信號為
使用小角度近似,并且應(yīng)用增益項(640)。
該關(guān)系為旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
圖7示意性地示出了以框圖形式的另一個相移確定和補(bǔ)償例程(第四例程)700的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號與所得的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第四例程700可以作為旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位705向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號733并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一次級繞組25收集的輸出信號正弦735。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號733和時間對應(yīng)的第一輸出信號正弦735的數(shù)字化狀態(tài)。
該方法使用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦以及估計勵磁的正弦和余弦。其使用參考例程600描述的相同三角操縱,但是移動平均計算被執(zhí)行得更接近輸入。因為在該方法中僅使用正弦(而未使用余弦),所以它對于正弦和余弦之間的任何振幅不平衡免疫。與第三例程600類似,由于轉(zhuǎn)子速度基本上比勵磁頻率慢,因此第四例程700在單個勵磁周期上將sin(θ)近似為恒定值。參考第三例程600計算(710)乘積sinenv和sinquad,然后兩個信號中的每一個通過每個勵磁周期內(nèi)16個樣本上的移動平均值(720,725)。使用每個勵磁周期內(nèi)sin(θ)是恒定的近似值,將每個信號中的2ωt項平均為零(730)。然后每個信號的剩余部分如下:
從sinenv和sinquad,計算兩個導(dǎo)出信號sinnum和sindenom如下:
項sindenom可以使用位于括號內(nèi)的兩組平方項的同位sin(u)2+cos(u)2=1進(jìn)一步減少至
該關(guān)系為旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
圖8示意性地示出了以框圖形式的另一個相移確定和補(bǔ)償例程(第五例程)800的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號與所得的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第五例程800可以作為旋轉(zhuǎn)變壓器控制器30一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位805向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號833并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一次級繞組25收集的輸出信號余弦836。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號833和時間對應(yīng)的第二輸出信號余弦836的數(shù)字化狀態(tài)。
第五例程800采用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的次級繞組25的第一輸出信號余弦836,如下:
cos(θ)*sin(ωt+β)
其中:
ω是勵磁信號的頻率,
β是旋轉(zhuǎn)變壓器相移,
θ是轉(zhuǎn)子在時間t的位置。
余弦836信號從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入緩沖器讀取,而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與旋轉(zhuǎn)變壓器控制器50優(yōu)選地以已知采樣速率進(jìn)行通信。在一個實施例中,如圖所示,采樣速率在每個勵磁周期產(chǎn)生16個采樣。輸入緩沖器優(yōu)選地包括多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括提供給旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號以及時間對應(yīng)的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第二輸出信號的數(shù)字化狀態(tài)。
勵磁信號833的正弦和余弦值可以從一個查找表中估計,并表達(dá)如下:
其中:
ω是勵磁信號的頻率,
在第五例程800的初始執(zhí)行期間,估計的相移校正
圖8以框圖形式示意性地示出。第五例程800采用第一例程400與余弦836信號相關(guān)聯(lián)的那部分并引入一些附加計算以獨立于cos去除轉(zhuǎn)子位置信息。因為在該方法中僅使用余弦(而未使用正弦),所以它對于正弦和余弦之間的任何振幅不平衡免疫。由于轉(zhuǎn)子速度基本上比勵磁頻率慢,因此第五例程800在單個勵磁周期上將cos(θ)近似為恒定值。第五例程800使用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的余弦以及估計勵磁的正弦和余弦。使用這三個信號,計算兩個乘積,如下(810,820):
通過三角操縱,這些信號可以等效地寫成如下:
從cosenv和cosquad,計算兩個導(dǎo)出信號cosnum和cosdenom:
信號cosdenom可以進(jìn)一步減少如下:
使用位于括號內(nèi)的兩組平方項的同位sin(u)2+cos(u)2=1。
接下來,cosnum和cosdenom通過每個勵磁周期(830)的16個樣本的移動平均值)。使用在勵磁周期上cos(θ)近似恒定的假設(shè),將每個信號中的2ωt項平均為零。然后每個信號的剩余部分如下:
cosnum項除以cosdenom以消除cos(θ)2(此操作只能在cos(θ)2≠0時進(jìn)行)。
所得信號為
使用小角度近似,并且應(yīng)用增益項(540)。
該關(guān)系為旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
圖9示意性地示出了以框圖形式的另一個相移確定和補(bǔ)償例程(第六例程)900的一個實施例,其監(jiān)測并處理來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出,以確定和補(bǔ)償正弦勵磁信號與所得的來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的第一、第二輸出信號之間的角度相移。第六例程900可以作為控制器50一個實施例中的一個或多個算法或控制例程來執(zhí)行,以處理來自參考圖1描述的旋轉(zhuǎn)變壓器20的信號輸出。在操作中,這包括從勵磁相位905向旋轉(zhuǎn)變壓器20動態(tài)地提供正弦勵磁信號933并監(jiān)測從旋轉(zhuǎn)變壓器20的第二次級繞組26收集的輸出信號余弦936。確定多個數(shù)據(jù)集,其中每個數(shù)據(jù)集包括來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的正弦勵磁信號933和時間對應(yīng)的第二輸出信號余弦936的數(shù)字化狀態(tài)。
該方法使用來自旋轉(zhuǎn)變壓器20的余弦936以及估計勵磁信號933的正弦和余弦。其使用參考第五例程800描述的相同三角操縱,但是移動平均計算被執(zhí)行得更接近輸入。因為在該方法中僅使用余弦(而未使用正弦),所以它對于正弦和余弦之間的任何振幅不平衡免疫。與第五例程800類似,由于轉(zhuǎn)子速度基本上比勵磁頻率慢,因此第六例程900在單個勵磁周期上將cos(θ)近似為恒定值。如參考第五例程800所述計算乘積cosenv和cosquad(910),然后兩個信號通過每個勵磁周期內(nèi)16個樣本上的移動平均值(920,925)。使用每個勵磁周期內(nèi)cos(θ)是恒定的近似值,將每個信號中的2ωt項平均為零(930)。然后每個信號的剩余部分如下:
從cosenv和cosquad,計算兩個導(dǎo)出信號cosnum和cosdenom如下:
項cosdenom可以使用位于括號內(nèi)的兩組平方項的同位sin(u)2+cos(u)2=1進(jìn)一步減少至
該關(guān)系為旋轉(zhuǎn)變壓器相移β和估計的相移校正
本文描述的例程提供相移β的精確帶符號估計,其可以應(yīng)用于合成的勵磁信號,以實現(xiàn)準(zhǔn)確的解調(diào)和隨后提取速度和位置信息,以用于軟件旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字(rdc)應(yīng)用。t準(zhǔn)確的軟件rdc應(yīng)用的開發(fā)和實現(xiàn)消除了在電機(jī)控制器40中采用rdc芯片形式的專用集成電路的需要。
流程圖中的流程圖和框圖示出了根據(jù)本公開的各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實施方式的結(jié)構(gòu)、功能和操作。在這點上,流程圖或框圖中的每個塊可以表示代碼的模塊、段或部分,其包括用于實現(xiàn)指定邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令。還應(yīng)指出的是,框圖和/或流程圖說明中的每個框以及框圖和/或流程圖說明中框的組合可以由執(zhí)行指定功能或動作的基于專用硬件的系統(tǒng),或?qū)S糜布陀嬎銠C(jī)指令的組合來實現(xiàn)。這些計算機(jī)程序指令還可以存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)中,其可以指示計算機(jī)或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置以特定方式工作,使得存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造制品,其實施流程圖和/或框圖的一個或多個方框中指定的功能/動作。
具體實施方式和附圖或圖是對本教導(dǎo)內(nèi)容的支持和描述,但是本教導(dǎo)的范圍僅由權(quán)利要求限定。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本教導(dǎo)內(nèi)容的一些最佳模式和其它實施例,但是存在用于實踐所附權(quán)利要求中所限定本教導(dǎo)內(nèi)容的各種替代設(shè)計和實施例。