基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器及控制方法，屬于直流電機(jī)控制中 旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種基于電磁感應(yīng)原理的位置傳感器，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗 低、壽命長、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人、自動化設(shè)備、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域得到了非常廣 泛的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的是模擬信息，在使用中，為了獲得精確的數(shù)字信息，通常采用 專用的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片RDC來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。由于RDC需要占用的面積較大，會增 大控制器和整個系統(tǒng)的體積和質(zhì)量，因此，探索其它技術(shù)方案來獲取旋轉(zhuǎn)變壓器位置信息 的技術(shù)非常重要?，F(xiàn)有的基于軟件的旋轉(zhuǎn)變壓器信息獲取方法，均需要復(fù)雜的運(yùn)算，應(yīng)用范 圍受到了較大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的位置信息轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，造成應(yīng)用 范圍受限的問題，提供了一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器及控制方法。
[0004] 本發(fā)明所述基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器，它包括控制器、DA轉(zhuǎn)換器、放大 器、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋變AD轉(zhuǎn)換器和驅(qū)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(jī)控制單元，
[0006] 勵磁信號生成單元用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦勵磁信號，勵磁信號生成單元的數(shù) 字信號輸出端連接DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸入端，DA轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變壓器勵磁繞組的勵磁信號輸入 端，旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉(zhuǎn)換器的第一模擬信號輸入端，旋轉(zhuǎn)變 壓器的余弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉(zhuǎn)換器的第二模擬信號輸入端，旋變AD轉(zhuǎn)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(chǎn)生的正弦勵磁信號的峰值時刻并根據(jù)該峰值時刻獲得鎖存控制信號；
[0007] 旋變AD轉(zhuǎn)換器的第一數(shù)字信號輸出端連接電機(jī)控制單元的第一數(shù)字信號輸入 端，旋變AD轉(zhuǎn)換器的第二數(shù)字信號輸出端連接電機(jī)控制單元的第二數(shù)字信號輸入端；電機(jī) 控制單元的驅(qū)動控制信號輸出端連接驅(qū)動電路的驅(qū)動控制信號輸入端，驅(qū)動電路用于驅(qū)動 電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)軸。
[0008] 它還包括電流AD轉(zhuǎn)換器和電流傳感器，
[0009] 電流傳感器用于采集電機(jī)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(zhuǎn)換器的電流信號輸入端，電流AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的電流信號輸出端連接電機(jī)控制單元的電流信號 輸入端。
[0010] 基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制方法，勵磁 信號生成單元產(chǎn)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(fù)峰值 產(chǎn)生時刻，并產(chǎn)生鎖存控制信號給旋變AD轉(zhuǎn)換器，以鎖存正峰值或負(fù)峰值產(chǎn)生時刻旋轉(zhuǎn)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(jī)控制單元根據(jù)離線標(biāo)定的正弦繞組電壓信號幅值計(jì)算獲得旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn) 子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的正弦值；電機(jī)控制單元根據(jù)離線標(biāo)定的余弦繞組電壓信 號幅值計(jì)算獲得旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的余弦值；
[0012] 電機(jī)控制單元根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的正弦 值和旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的余弦值進(jìn)行計(jì)算，生成驅(qū)動電路驅(qū) 動控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。
[0013] 旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于其定子所轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的正弦值和余弦值的獲得方 法為：
[0014] 根據(jù)作為正弦勵磁信號的正弦波與余弦波的關(guān)系，確定余弦波由正值變?yōu)樨?fù)值時 對應(yīng)正弦波的正的峰值時刻，余弦波由負(fù)值變?yōu)檎禃r對應(yīng)正弦波的負(fù)的峰值時刻，確定 旋變AD轉(zhuǎn)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(jì)算公式的離散形式如下：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器，其特征在于，它包括控制器（1)、DA轉(zhuǎn)換器 (2)、放大器（3)、旋轉(zhuǎn)變壓器（4)、旋變AD轉(zhuǎn)換器（5)和驅(qū)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(jī)控制單元 (1~3), 勵磁信號生成單元（1-1)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的正弦勵磁信號，勵磁信號生成單 元（1-1)的數(shù)字信號輸出端連接DA轉(zhuǎn)換器似的數(shù)字信號輸入端，DA轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變 壓器（4)勵磁繞組的勵磁信號輸入端，旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的正弦繞組信號輸出端連接旋變AD 轉(zhuǎn)換器（5)的第一模擬信號輸入端，旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的余弦繞組信號輸出端連接旋變AD轉(zhuǎn) 換器（5)的第二模擬信號輸入端，旋變AD轉(zhuǎn)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(chǎn)生的正弦勵磁信號的峰值時刻并根據(jù)該峰值時刻獲得鎖存控制信號； 旋變AD轉(zhuǎn)換器巧）的第一數(shù)字信號輸出端連接電機(jī)控制單元（1-3)的第一數(shù)字信號 輸入端，旋變AD轉(zhuǎn)換器（5)的第二數(shù)字信號輸出端連接電機(jī)控制單元（1-3)的第二數(shù)字信 號輸入端；電機(jī)控制單元（1-3)的驅(qū)動控制信號輸出端連接驅(qū)動電路（7)的驅(qū)動控制信號 輸入端，驅(qū)動電路（7)用于驅(qū)動電機(jī)（6)運(yùn)行，電機(jī)（6)的轉(zhuǎn)軸連接旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的轉(zhuǎn)軸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器，其特征在于，它還包括 電流AD轉(zhuǎn)換器做和電流傳感器巧）， 電流傳感器（9)用于采集電機(jī)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(zhuǎn)換器巧）的電流信號輸入端，電流AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器（8)的電流信號輸出端連 接電機(jī)控制單元（1-3)的電流信號輸入端。
3. 基于權(quán)利要求1所述基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流 電機(jī)控制方法，其特征在于，勵磁信號生成單元（1-1)產(chǎn)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(fù)峰值產(chǎn)生時刻，并產(chǎn)生鎖存控制信號給旋變AD轉(zhuǎn) 換器巧），W鎖存正峰值或負(fù)峰值產(chǎn)生時刻旋轉(zhuǎn)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(jī)控制單元（1-3)根據(jù)離線標(biāo)定的正弦繞組電壓信號幅值計(jì)算獲得旋轉(zhuǎn)變壓器（4) 的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的正弦值；電機(jī)控制單元（1-3)根據(jù)離線標(biāo)定的余弦 繞組電壓信號幅值計(jì)算獲得旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的余弦 值； 電機(jī)控制單元（1-3)根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的 正弦值和旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的轉(zhuǎn)子相對于其定子轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的余弦值進(jìn)行計(jì)算，生成驅(qū) 動電路（7)驅(qū)動控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)化）的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)變 壓器（4)的轉(zhuǎn)子相對于其定子所轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)的正弦值和余弦值的獲得方法為： 根據(jù)作為正弦勵磁信號的正弦波與余弦波的關(guān)系，確定余弦波由正值變?yōu)樨?fù)值時對應(yīng) 正弦波的正的峰值時刻，余弦波由負(fù)值變?yōu)檎禃r對應(yīng)正弦波的負(fù)的峰值時刻，確定旋變 AD轉(zhuǎn)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(jì)算公式的離散形式如下：
式中si[n]為當(dāng)前時刻正弦勵磁信號值，cl[n]為與當(dāng)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(dāng)前時刻的下一時刻正弦勵磁信號值，cl[n+1]為與當(dāng)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(shè)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(zhuǎn)換器（5)在鎖存采樣時刻采集獲得的旋轉(zhuǎn)變壓器（4)輸出的正弦繞組電壓信 號Vd濟(jì)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(zhuǎn)變壓器的變比，A為旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號的幅值，0為電機(jī)轉(zhuǎn)子相對于定 子的轉(zhuǎn)角； 在sin(Wtt)峰值時刻，sin(Wtt) = 1，則旋轉(zhuǎn)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(jìn)而獲得旋轉(zhuǎn)變壓器（4)的轉(zhuǎn)子相對于其定子所轉(zhuǎn)動角度所對應(yīng)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(zhuǎn)變壓器的直流電機(jī)控制器及控制方法，屬于直流電機(jī)控制中旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的位置信息轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，造成應(yīng)用范圍受限的問題?？刂破靼刂破?、DA轉(zhuǎn)換器、放大器、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋變AD轉(zhuǎn)換器和驅(qū)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(jī)控制單元；電機(jī)控制方法中勵磁信號生成單元產(chǎn)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(fù)峰值產(chǎn)生時刻，鎖存峰值產(chǎn)生時刻旋轉(zhuǎn)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(jī)控制單元根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)動角度正弦值和余弦值進(jìn)行計(jì)算，生成驅(qū)動電路驅(qū)動控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。本發(fā)明用于直流電機(jī)的控制。
【IPC分類】H02P21-14, H02P7-00
【公開號】CN104796053
【申請?zhí)枴緾N201510236275
【發(fā)明人】郭闖強(qiáng), 吳春亞, 鄒添, 倪風(fēng)雷, 劉宏
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月11日