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旋转变压器原理及其在自动控制中的应用摘要：介绍旋转变压器（简称旋变）分类、结构特点、工作原理和解码方法，以及在各行各业中的应用，还有与其相关的工业设备（SMARTCAM）的应用特点。
关键词：旋转变压器，SMARTCODER，SMARTCAM旋转变压器简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。
按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：1.正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
2.线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。
线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。
3.比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。
结构说明由于我公司只销售日本多摩川公司的正余弦旋转变压器，所以在此介绍的旋转变压器皆为正余弦型的。
旋变由转子和定子绕组构成，并且两者相互独立，初级和次极线圈都绕在定子上，转子由两组相差90度线圈组成，采用无刷设计，如图1所示。
转子绕组定子绕组图1图2是旋转变压器电气示意图。
ER1-R2励磁电压V eES2-S4图2旋变的输入输出电压之间的具体函数关系如下所示：设转子转动角度为θ，初级线圈电压（即励磁电压）: ER1-R2=E*Sin2πftf:励磁频率，E：信号幅度那么输出电压ES1-S3=K*E*Sin2πft*Cosθ; ES2-S4=K*E*Sin2πft*SinθK：传输比，θ：转子偏离原点的角度令θ=ωt，即转子做匀速运动，那么其输出信号的函数曲线可表示为图3所示，图中信号频率为f，即励磁信号频率，最大幅度为E，包络信号为Sinωt和Cosωt，解码器就是通过检测这两组输出信号获取旋变位置信息的。
旋变的安装说明一：旋转变压器的安装精度(1)轴同心：:旋转变压器轴同心度不大于0.05mm。
(2)径向位移：定子的径向位移必须在±0.25mm之内。
二：安装方法连体式的安装方法如下图所示用可弯曲的连轴器把传动轴与旋转变压器上的轴连接在一起,如果装在机械上面的连轴器没有一定的扭力,过度的机械压力施加在转动轴上会导致整个系统的损坏.因此要选用恰当的具有安全防护等级的连轴器来连接这两根轴.正确的安装万一连体式上的轴与转动轴由于连接的原因而引起的垂直度上有公差的话,推荐使用分体式。
（1）安装注意（A）不要把旋转变压器放在易腐蚀的气体或者液体的旁边（B）不要把旋转变压器放在放射性物质的旁边（C）在安装的时候不允许旋转变压器有任何的振动，禁止用手去触摸线圈（D）不要丢掉固定旋转变压器用的任何一粒螺丝，否则的话不能确保旋转变压器的正常运转。
（E）应选择能够保证旋转安全工作的的地区（2）电线警告（A）注意检查旋变引出线，他们是劢磁线，（R1-R2相）和输出信号线（S1-S3和S2-S4相）（B）分清那些有色的电线并将他们正确连接，必须保证励磁源与A/D信号输出的正确，（3）重复操作警告（A）再次检查旋变的与系统之间电线的联接以及安装。
（B）确认是否有工具落在旋变的周围。
（4）操作警告（A）确定旋变的环境温度，湿度，没有励磁的转动速度（B）不要用手去触碰转动着的旋变轴（C）在旋变上不要放置任何油或者水（5）保存警告请把旋变尽可能的保存在恒温以及较低的湿度下（6）注意定期维修（A）推荐对旋变进行周期性的检查发现：检查各种反常的现象，否则各种破坏以及腐蚀现象能够被及时的发现转动：一些腐蚀的反常现象能从轴的转动中被发现。
传导性：检查每根电线的正确的传导性以及抵抗性一些旋变可能发生的故障碍，原因以及维修方法，表示如下：情况可能原因检查正确操作没有输出信号电线没连接失去励磁源检查每根电线连接好各个励磁源替换修改不正常的输出信号绝缘不好信号源不稳定周围有干扰屏蔽不好绝缘体测试从励磁源中出来的电源与波形信号替换修理或者替换噪音发声源加上一个防护层角度误差绝缘不好错误的安装屏蔽不好绝缘休测试正确安装波形摇动替换纠正做好连接线的端子屏蔽输出信号混乱R/D转换没连好连接或电线确认R/D转换修改三：安装检测旋变的安装主要是机械公差决定的，最主要是机械的安装面要求一刀切，不能做几次加工，转子安装在轴上前后要加垫片，转子与电机的内侧要有隔热板。
旋变编码器转换率计算公式在工程和科学领域中，转换率是一个非常重要的参数，它可以帮助我们了解某种设备或系统的性能和效率。
旋变编码器是一种常用的测量设备，它可以用来测量旋转物体的角度和速度。
在本文中，我们将讨论旋变编码器的转换率计算公式，以及如何使用这个公式来评估旋变编码器的性能。
旋变编码器的转换率计算公式可以用来计算旋转物体的角度和速度。
这个公式通常由旋变编码器的分辨率和输出信号的频率来确定。
分辨率是指旋变编码器能够测量的最小角度变化，通常以每转的脉冲数来表示。
输出信号的频率则是指旋变编码器输出信号的周期性，通常以赫兹（Hz）来表示。
旋变编码器的转换率计算公式可以表示为：转换率 = 分辨率×输出信号频率。
在这个公式中，转换率表示旋变编码器能够测量的角度变化率，单位通常为度/秒或者弧度/秒。
分辨率表示旋变编码器能够测量的最小角度变化，单位通常为脉冲/转。
输出信号频率表示旋变编码器输出信号的周期性，单位通常为赫兹（Hz）。
通过这个公式，我们可以看到旋变编码器的转换率与其分辨率和输出信号频率有关。
如果分辨率越高，那么旋变编码器就能够测量更小的角度变化，转换率也就越高。
同样，如果输出信号频率越高，那么旋变编码器就能够输出更多的信号，转换率也就越高。
在实际应用中，我们可以使用这个公式来评估旋变编码器的性能。
例如，如果我们需要测量一个旋转物体的角速度，我们可以选择一个分辨率高、输出信号频率高的旋变编码器，这样就能够获得更准确的测量结果。
另外，我们还可以通过调整旋变编码器的分辨率和输出信号频率来满足不同应用的需求，从而提高旋变编码器的性能和效率。
除了转换率计算公式之外，我们还需要注意一些其他因素对旋变编码器性能的影响。
例如，旋变编码器的安装位置、环境温度、供电电压等因素都会对其性能产生影响。
因此，在使用旋变编码器时，我们需要综合考虑这些因素，以确保能够获得准确和可靠的测量结果。
总之，旋变编码器的转换率计算公式可以帮助我们评估旋变编码器的性能和效率。
旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系,或在一定转角范围内与转角成线性关系.它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度——数字转换装置中.按输出电压与转子转角间的函数关系,我所目前主要生产以下三大类旋转变压器：1. 正-—余弦旋转变压器(XZ)———-其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
2. 线性旋转变压器(XX ）、(XDX ）----其输出电压与转子转角成线性函数关系。
线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种，前者（XX ）实际上也是正—-余弦旋转变压器,不同的是采用了特定的变比和接线方式.后者（XDX ）称单绕组线性旋转变压器。
3. 比例式旋转变压器(XL)—-—-其输出电压与转角成比例关系。
二、 旋转变压器的工作原理由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子（旋转一周）之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当激磁电压加到定子绕组时,通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。
图4－3为两极旋转变压器电气工作原理图。
图中Z 为阻抗。
设加在定子绕组的激磁电压为 sin ω=- S m V V t （4-1） 图 4-3 两极旋转变压器 根据电磁学原理，转子绕组12B B 中的感应电势则为sin sin sin θθω== （4－2）B s m V KV KV t (4—2）式中K ——旋转变压器的变化；—的幅值m s V V ；θ——转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时,θ=0。
如果转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上,则θ角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。
由式(4－2）可知,转子绕组中的感应电势B V 为以角速度ω随时间t变化的交变电压信号。
其幅值sin θm KV 随转子和定子的相对角位移θ以正弦函数变化。
No.20 霍尔通道（或霍尔传感器）接线不正确，对系统运行的影响（1）编码器反馈直流无刷电机的相位控制原理，为了确定初始换向角,驱动器加电时必须知道转子（一转内）的绝对位置，才能使系统正常运行。
驱动器加电时建立初始换向角的过程称为换向初始化。
基于旋变反馈的系统，加电时旋变经R/D转换器输出一转内的绝对位置（PRD值），能精确的确定初始换向角。
基于编码器反馈的系统，由于编码器提供给驱动器的是增量位置信息而不是绝对位置，加电时需要进行换向初始化。
通常是使转子转动到换向角为已知的特定位置，或者在转子微动过程中不断修正换向角，使其适合当前转子的位置，总之，需要转子转动或微动。
在负载惯量大，运动阻尼大的场合初始化很难完成。
在在这种情况下，应该选用带霍尔传感器（或带霍尔通道的编码器）的换向初始化方法。
带霍尔通道的编码器（或霍尔传感器），除了A、B通道外，还有U、V、W三个通道，输出方波信号S1、S2、S3，依次落后120°电角度，方波宽为180°电角度（U、V、W通道在编码器一转内的周期数必须与电动机的极对数一致）。
S1、S2、S3信号波形分别与电动机的反电势E AB、E BC、E CA波形（与线电压V AB、V BC、V CA波形反相）对准。
对一个电周期内的S1、S2、S3信号进行编码可以提供转子6个绝对位置段（每段60°）的粗略信息，如下图所示。
S1、S2、S3编码提供的绝对位置段的中间位置作为粗略的初始换向角（最大换向角误差±30°，电机最少能提供86％的转矩），待转子转到下一个位置段时，两个绝对位置段的交界位置提供正确的换向角。
●正方向转动电机时，S1、S2、S3编码的顺序应为001、011、010、110、100、101●转子在零位时，旋变角度外0（换向角θ＝90°），S1、S2、S3编码应为001（2）接线错误1：S1、S2接反（S2、S1、S3）●加电时转子的电角度位置在0－60°、180－240°时，运行正常●加电时转子在其它位置时，有换向角偏移，运行不正常●故障现象：驱动器运行是否正常与加电时转子的位置有关。
旋变数字转换器常见问题解答编写人CAST (HM)版本号V1.0_Draft------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 本报告为Analog Devices Inc. (ADI) 中国技术支持中心专用，ADI可以随时修改本报告而不用通知任何使用本报告的人员。
如有任何问题请与china.support@联系。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------目录1 ADI公司旋变数字转换器产品概述 (2)2 RDC原理和主要参数指标 (4)2.1 旋转变压器 (4)2.2 RDC的原理 (6)2.3 RDC的绝对位置和速度输出 (7)3 应用中的常见问题 (8)3.1 RDC接口的相关问题 (8)3.1.1 AD2S12xx系列集成励磁信号的RDC，如何提高励磁驱动能力 (8)3.1.2 对于旋变的输出，也就是RDC的正余弦输入信号，应如何保护以确保系统精度 (9)3.2 RDC性能相关的问题 (10)3.2.1 AD2S12xx系列的串行时钟频率最高为多少 (10)3.2.2 外部时钟是如何影响跟踪速率的 (10)3.2.3 AD2S8x系列RDC的数字端口的逻辑电平是多少 (10)3.2.4 RDC产品的一些相关指标参数的来源 (10)3.3 RDC调试和应用中的相关问题 (11)3.3.1 RDC上电和控制时序方面有哪些注意点 (11)3.3.2 ADI的RDC是否适用于较低转速的应用 (12)3.3.3 如果手头没有旋变或电机，我们能不能测试或验证RDC的功能 (12)3.3.4 测量时如何降低外部噪声干扰 (12)3.3.5 使用RDC中的故障检测指示需要注意的问题 (12)3.3.6 如果旋变不是单极的，应如何应用RDC实现正确转换 (13)3.3.7 能否实现两片RDC同步输出励磁信号 (13)3.3.8 多旋变系统中，用多路器切换旋变需要注意些什么 (13)3.3.9 如果系统中已有参考激励，则应该用什么型号的RDC，AD2S12xx系列是否合适... (13)3.3.10 ADI有没有完整的伺服电机控制系统的解决方案 (14)3.3.11 如果是高电压激励信号（如100V），有什么解决方案 (14)3.3.12 AD2S8x系列RDC输出时的控制信号INHIBIT、ENABLE和BYTE SELECT应如何使用 (14)1ADI公司旋变数字转换器产品概述旋转变压器（旋变、分解器、Resolver）和自整角机（Synchro）都是将沿着轴向旋转的角度位置和（或）角速度转换成一种电信号的传感器。
二直流无刷电机工作原理及换向初始化直流无刷电机在结构上与三相永磁同步电动机相同，但控制原理却与直流有刷电动机相同。
直流有刷电机通过有刷换向使每个磁极下电枢导体的电流方向保持不变，从而产生能使电机连续旋转的转矩；直流无刷电机是通过电子换向使转子每个磁极下定子绕组导体电流的方向保持不变而产生能使电机连续旋转的转矩。
由于采用电子无刷换向代替直流有刷电机的有刷换向，所以交流永磁同步伺服电机又称直流无刷伺服电机。
直流有刷电动机必须正确调整换向电刷的机械位置才能使电机工作正常。
同样，直流无刷电机加电时必须建立正确的初始换向角，才能使直流无刷电机正常工作。
确定初始换向角的过程称为无刷换向的初始化过程。
为了了解换向初始化过程，必须先了解直流无刷电机的控制原理。
1. 直流无刷电机的控制原理1.1 直流有刷电机的工作原理直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成。
直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转。
为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置。
下面进行较为详细的讨论。
（1）有刷换向装置的作用有刷换向装置由电刷和换向片组成。
直流有刷电机的电枢绕组为环形绕组，主磁极下的每个电枢导体连接到换向片上。
换向片为彼此绝缘，均匀分布在换向器圆周上的金属片组成。
电刷与换向片滑动接触。
电枢电流通过电刷和连接电枢导体的换向片引入电枢绕组。
电枢旋转时，电刷和换向片就象一个活动接头一样始终与主磁极下的导体连接，使主磁极下电枢导体的电流方向不变，产生使电枢连续旋转的转矩。
（2）产生最大转矩的条件产生最大转矩的条件是：一个磁极下的所有电枢导体的电流方向一致。
或者说，电枢导体产生的合成磁场与主磁场垂直。
（3）直流有刷电机的运行直流有刷电机的运行可用四个基本方程式来描述：①转矩平衡方程式：电流I M流过电枢绕组，载流导体在磁场中受力（受力方向用左手法则判断），产生能使电枢连续旋转的转矩T M。
旋转变压器（重点在于输入输出的关系）伺服传感器按被测量分类：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、电流传感器。
位移传感器、速度传感器、加速度传感器各有直线和旋转角度的两种方式。
（1）旋转变压器概述⒈⒈旋转变压器的发展旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。
早期的旋转变压器其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。
作为角度位置传感元件，常用的有这样几种：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。
由于制作和精度的缘故，磁性编码器没有其他两种普及。
光学编码器的输出信号是脉冲，由于是天然的数字量，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用。
早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价格比较贵的原因，应用受到了限制。
因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。
和光学编码器相比，旋转变压器有这样几点明显的优点：①无可比拟的可靠性，非常好的抗恶劣环境条件的能力；②可以运行在更高的转速下。
（在输出12 bit的信号下，允许电动机的转速可达60,000rpm。
而光学编码器，由于光电器件的频响一般在200kHz以下，在12 bit时，速度只能达到3,000rpm）；③方便的绝对值信号数据输出。
⒈⒉旋转变压器的应用这些年来，随着工业自动化水平的提高，随着节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用，越来越广泛。
而永磁交流电动机的位置传感器，原来是以光学编码器居多，但这些年来，却迅速地被旋转变压器代替。
可以举几个明显的例子，在家电中，不论是冰箱、空调、还是洗衣机，目前都是向变频变速发展，采用的是正弦波控制的永磁交流电动机。
目前各国都在非常重视的电动汽车中，电动汽车中所用的位置、速度传感器都是旋转变压器。
例如，驱动用电动机和发电机的位置传感、电动助力方向盘电机的位置速度传感、燃气阀角度测量、真空室传送器角度位置测量等等，都是采用旋转变压器。
旋变工作原理
旋变是一种常见的机械传动装置，它通过旋转变速实现不同转速和扭矩的输出。
在工业生产和机械设备中，旋变被广泛应用于各种场合，如汽车变速箱、风力发电机等。
本文将介绍旋变的工作原理及其应用。
旋变的工作原理主要是通过内部的齿轮传动来实现。
它由输入轴、输出轴和中间的齿轮组成。
当输入轴旋转时，齿轮会将转动传递到输出轴，通过不同齿轮的组合，可以实现不同的速比和扭矩输出。
这种结构设计使得旋变在机械传动中具有非常重要的作用。
旋变的工作原理可以简单理解为齿轮传动的组合。
通过不同大小齿轮的组合，可以实现不同的速比。
速比是指输入轴和输出轴的转速比值，通过合理的设计可以满足不同的工作需求。
同时，旋变还可以通过齿轮的组合来实现不同的扭矩输出，满足不同负载条件下的工作要求。
在实际应用中，旋变广泛应用于各种机械设备中。
比如汽车变速箱，它通过旋变来实现不同档位的换挡，从而满足不同速度和扭矩的需求。
此外，风力发电机中的变速传动装置也是采用旋变来实
现不同风速下的转速调节，从而提高发电效率。
除了上述应用外，旋变还可以在工程机械、船舶、冶金设备等领域中发挥重要作用。
它的工作原理简单可靠，结构紧凑，传动效率高，因此受到广泛青睐。
总的来说，旋变作为一种重要的机械传动装置，其工作原理主要是通过齿轮传动来实现不同速比和扭矩输出。
它在各种机械设备中都有广泛的应用，为机械传动提供了可靠的解决方案。
希望本文对旋变的工作原理有所帮助，也希望读者能够更加深入地了解和应用旋变在实际工程中的价值。
No.14 怎样判断直流无刷电机的极数正确的设定伺服电机的极数，对调试驱动器十分重要。
在不能确定伺服电机的极数时，可用下面的方法进行判断：（1）如果使用CD系列驱动器，可以用ZERO命令（转子置零位），使能驱动器，电流从定子绕组的C 端流进，从B端流出，产生一个极数与转子磁场极数一样的定子磁场，该磁场的强弱可用IZERO设定。
设定IZERO＝5（电机连续电流的5％），用手缓慢的转动转子一圈，每当转子的磁极对准定子的磁极（同性或异性），便有一次停顿。
如果转子转动一圈有2p次停顿，则该电机的极数为2p。
（2）如果使用没有转子置零命令的驱动器，如S600/S300，可将驱动器设置为串行电流模式。
用电流指令T <i>，给定一小电流，不足以使转子转动。
用手缓慢的转动转子一圈，每当转子的磁极对准定子的磁极（同性或异性），便有一次停顿。
如果转子转动一圈有2p次停顿，则该电机的极数为2p。
设定正确的电动机极数对驱动器的运行相当重要：（1）旋变反馈：●旋变的极数：经R/D转换输出的PRD值是旋变的电角度ΘE,Resolver。
设旋变的极对数为p Resolver，则旋变的机械角度ΘM,Resolver＝p Resolver·ΘE,Resolver。
旋变（电机转子）转一圈，对CD系列驱动器，PFB＝p Resolver·65536，对S600/S300系列驱动器，PFB＝p Resolver·1048576。
例如M41系列电机的旋变为6极，电机转一转PFB值变化3·65536。
通常使用的是两极旋变，电机转一转PFB值变化65536。
旋变的极数可以用PFB值检查：旋变（电机转子）转一圈，PFB=n·65536，n即为旋变的极对数（n= p Resolver）。
●电机的极数：直流无刷电机运行时的换向角是转子的电角度ΘE,Rotor，设电机的极对数为P Rotor，电机的机械角度为ΘM,Rotor，电机的电角度（换向角）：ΘE,Rotor＝ΘM,Rotor ·p Rotor因为转子的机械角度等于旋变的机械角度，即ΘM,Rotor＝ΘM,RotorΘE,Rotor＝ΘM,Resolver·p RotorΘE,Rotor＝ΘE,Resolver ·p Rotor / p Resolver可以看出，如果电机和旋变的极对数设定的不正确，经R/D转换输出的ΘE, Resolver不能正确反映换向角ΘE,Rotor，换向环不能正常运行。
No.21 转子零位、旋变零位及旋变调零直流无刷电机的相位控制要求检测转子的绝对位置，用来确定定子电流的相位，转子绝对位置的零点就是转子的零位。
基于旋变反馈的伺服系统，用与电机同轴连接的旋变来检测转子的位置。
旋变输出反映旋变位置的模拟量信号经R/D转换器转换为用数字表示的旋变的绝对位置信号（PRD值），旋变绝对位置的零点就是旋变的零位。
旋变的零位必须与转子的零位对准，才能用旋变的绝对位置来确定定子电流的相位，这就是旋变的调零。
1 转子零位当电流I从定子绕组的C端流入，从B端流出时，转子转到“转矩制动”位置被锁定（转子磁场与定子磁场相吸或相斥，输出转矩为零），称为转子零位。
（1）B、C相绕组产生的转矩：T B=-KT B*IT C=KT C*I（2）在转子零位，B、C相绕组合成转矩为0：T= T B + T CT= (-KT B +KT C)*I＝0KT C-KT B＝0KT C-KT B＝KT Phase*Sin(θ-240)- KT Phase*Sin(θ-120)KT C-KT B＝KT Phase*[2*Cos1/2*(2θ-360)*Sin1/2(-120)]KT C-KT B＝KT Phase*[2*√3/2*Cos(θ-180)]KT C-KT B＝KT Phase*√3* Sin(θ-90)0 = Sin(θ-90)θ-90 = 0或180θ= 90或270说明转子在零位时，换向角应为90°或270°。
2 旋变零位及旋变调零（1）旋变零位旋变零位就是旋变的模拟信号经R/D转换芯片转换为用数字表示的旋变绝对位置，这个绝对位置的零点就是旋变的零位。
（2）旋变调零为了用旋变的绝对位置来指示转子的绝对位置，旋变的零位必须对准转子的零位。
旋变的零位对准转子的零位的操作，称为旋变调零。
旋变调零后，旋变零位对应的换向角为90°或270°。
图中：褐色正弦曲线－KT BC绿色正弦曲线－KT AB红色正弦曲线－KT CA黄色正弦曲线－KT A粉红色正弦曲线－KT C蓝色正弦曲线－KT B蓝色包络线－旋变余弦绕组输出褐色包络线－旋变正弦绕组输出对CD系列驱动器旋变调零步骤如下：①使用ZERO=1指令，驱动器将产生一个由电动机的C相流向B相的电流使转子转动，转子停止的位置就是转子的零位。
No.21 转子零位、旋变零位及旋变调零直流无刷电机的相位控制要求检测转子的绝对位置，用来确定定子电流的相位，转子绝对位置的零点就是转子的零位。
基于旋变反馈的伺服系统，用与电机同轴连接的旋变来检测转子的位置。
旋变输出反映旋变位置的模拟量信号经R/D转换器转换为用数字表示的旋变的绝对位置信号（PRD值），旋变绝对位置的零点就是旋变的零位。
旋变的零位必须与转子的零位对准，才能用旋变的绝对位置来确定定子电流的相位，这就是旋变的调零。
1 转子零位当电流I从定子绕组的C端流入，从B端流出时，转子转到“转矩制动”位置被锁定（转子磁场与定子磁场相吸或相斥，输出转矩为零），称为转子零位。
（1）B、C相绕组产生的转矩：T B=-KT B*IT C=KT C*I（2）在转子零位，B、C相绕组合成转矩为0：T= T B + T CT= (-KT B +KT C)*I＝0KT C-KT B＝0KT C-KT B＝KT Phase*Sin(θ-240)- KT Phase*Sin(θ-120)KT C-KT B＝KT Phase*[2*Cos1/2*(2θ-360)*Sin1/2(-120)]KT C-KT B＝KT Phase*[2*√3/2*Cos(θ-180)]KT C-KT B＝KT Phase*√3* Sin(θ-90)0 = Sin(θ-90)θ-90 = 0或180θ= 90或270说明转子在零位时，换向角应为90°或270°。
2 旋变零位及旋变调零（1）旋变零位旋变零位就是旋变的模拟信号经R/D转换芯片转换为用数字表示的旋变绝对位置，这个绝对位置的零点就是旋变的零位。
（2）旋变调零为了用旋变的绝对位置来指示转子的绝对位置，旋变的零位必须对准转子的零位。
旋变的零位对准转子的零位的操作，称为旋变调零。
旋变调零后，旋变零位对应的换向角为90°或270°。
图中：褐色正弦曲线－KT BC绿色正弦曲线－KT AB红色正弦曲线－KT CA黄色正弦曲线－KT A粉红色正弦曲线－KT C蓝色正弦曲线－KT B蓝色包络线－旋变余弦绕组输出褐色包络线－旋变正弦绕组输出对CD系列驱动器旋变调零步骤如下：①使用ZERO=1指令，驱动器将产生一个由电动机的C相流向B相的电流使转子转动，转子停止的位置就是转子的零位。
实验手段一——RDE 与RRDE何政达1在这篇文章中，我将详细的讨论有关旋转圆盘电极和旋转环盘电极相关的理论推导以及实验方法。
并介绍由这两种方法得到的数据如何来进行数据分析。
旋转圆盘电极和旋转环盘电极最重要的相同点——就是它们都是在电极旋转的时候进行电化学测量。
那么电极要是旋转起来，会对溶液造成什么样的影响呢？这就牵扯到了流体力学的相关知识。
但是别急，我们将实际体系的物理方程一条一条的摆出来，然后看看应该如何去做。
首先我们要介绍的方程是“对流-扩散方程”。
由于物质在溶液中的流动形式只有可能为三种——对流、扩散、迁移。
因此对每一项的贡献相加后就可以得到物质流动的方程式： j j j j j j j convection diffusion migration z F J D C D C C v RT φ=-∇-∇+ (1) j J 代表了j 物种的流量，j C 则为j 物种的浓度。
j D 为j 物种的扩散系数，v 代表流体的流动速度，φ代表在流体中的电势。
等式右边第一项代表扩散、第二项代表迁移、第三项代表对流。
我们有了j J 之后就可以求出来j C ，根据Fick 第二定律：j j C J t ∂=-∇⋅∂ (2)因此只要将(1)带入(2)中我们就可以得到关于j C 的表达式。
但是先别高兴，有没有发现在(1)中有两个未知参数？,v φ。
这两个参数我们如何得到？那么光用物质的流动方程就不够了。
因此需要在电极要求的条件下，去求解流体力学当中最恐怖的一个微分方程——Navier-Stokes 方程。
它的具体形式为：2S S dv d P v f dt η=-∇+∇+ (3) 其中S d 为流体的密度。
P 为流体的压力场，S η为流体的黏度。
f 为重力作用在1 Email: jameshzd@ QQ: 3231491610液体单位体积上的力。
但是看到这个方程之后，第一反应是——“我去！这么复杂的方程能解出来么”。
AD2S1210在气象雷达中的应用刘仁贵;李伟华;党建林;马胜毅;侯成英【摘要】气象雷达在运行的过程中,定点控制的精度对气象预报的准确性具有重要的影响.针对气象雷达在运行的过程中精确定位的需要,在气象雷达的伺服控制系统中,采用2片16位高精度的旋变数字转换器AD2S1210分别作为方位角和俯仰角的解码器,用于采集方位旋转变压器和俯仰旋转变压器输出的角度信号,并结合PID 控制算法,使气象雷达在定点运动的过程中,其俯仰角定位误差不大于0.01°,方位角定位误差不大于0.02°,且整体运行平稳.实验结果表明AD2S1210的性能非常优良.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)014【总页数】6页(P130-134,139)【关键词】气象雷达;AD2S1210;角度解码器;伺服控制;旋转变压器【作者】刘仁贵;李伟华;党建林;马胜毅;侯成英【作者单位】西北工业大学明德学院陕西西安710124;西北工业大学明德学院陕西西安710124;西北工业大学明德学院陕西西安710124;陕西捷普控制技术有限公司陕西西安712000;西安晨曦航空科技股份有限公司陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN492气象雷达是用于探测天气的雷达，气象雷达在工作的过程中，有时需要对特定的空间区域进行反复扫描，实时跟踪特定云系的变化和走向，以提高预报的准确性。
因此，在气象雷达运动控制系统中，需要对方位和俯仰的角度位置实时解码，并精确定点到某个特殊的角度，否则容易造成前后扫描云图的重合性变差。
旋转变压器（旋变）[1]的定子和转子是分开安装的，为非接触式结构，结构简单，坚固耐用，维护方便，对机械和电气噪音不敏感，抗干扰能力好，具有很高的可靠性，因此广泛应用于各种条件恶劣环境下的角度测量。
由于旋变的输入端是具有一定频率的交流励磁电压[2]，输出端也是模拟量信号。
在用旋变进行角度测量时，需要为其产生励磁信号并将旋变输出的模拟量变换成表示角度的数字信号的解码器。
旋转变压器反馈和R/D 转换器1. 旋转变压器旋转变压器（简称旋变）由定子铁心，转子铁心，励磁绕组，正弦绕组，和余弦绕组组成。
旋变有有刷旋变和无刷旋变两种结构形式。
有刷旋变的定子铁心装有磁轴互相垂直的正弦绕组和余弦绕组，转子铁心装有励磁绕组，励磁绕组的接线通过导电环和电刷引出。
转子在零位时（θ=0），励磁绕组的磁轴与的磁轴重合而与正弦绕组的磁轴垂直，余弦绕组输出电压V2最大，等于励磁电压V乘变比K ，而正弦绕组输出电压V1为0。
当旋变的转子转动时（θ≠0），正/余弦绕组输出电压的关系如下：V1 VV2励磁绕组:加励磁电压 V = E 0 Sin ωt 正弦绕组: V1 = KV Sin θ 余弦绕组: V2 = KV Cos θ金线系列电机安装的旋变为无刷旋变，结构如下： 励磁绕组 环形变压器次级绕组在上图中，无刷旋变的左侧是环形变压器：旋变的励磁绕组作为环形变压器的原级绕组装在定子磁环上，次级绕组装在转子磁环上。
无刷旋变的右侧是旋转变压器：励磁绕组装在转子铁心上，正/余弦绕组装在定子铁心上。
装在转子铁心上的励磁绕组与装在转子磁环上的环形变压器次级绕组连接。
当将励磁电压加在定子的励磁绕组上时，环形变压器次级绕组感应出的电动势加在转子铁心上的励磁绕组上，使旋转变压器获得励磁而工作。
Kollmorgen公司要求的旋变的规格为：2.R/D转换器旋变正/余弦绕组的输出信号虽然与转子的位置θ有关，但它们是模拟量信号，无法在数字系统中应用，必须用R/D转换器将它们转换为数字位置信号才能使用。
CD2系列驱动器采用的是硬件R/D转换器－R/D转换芯片，CD5系列、S600/S300系列驱动器采用的是软件R/D 转换器，分别介绍如下：（1）硬件R/D转换器的工作原理硬件R/D转换器的原理框图如图1所示：图1 硬件R/D转换器的原理框图硬件R/D转换器是一块芯片，内部由隔离变压器，高速数字正/余弦乘法器，误差放大器相器，频率成形器（积分器），压控振荡器VCO和±1计数器组成。
R/D转换器的工作原理如下：假设±1计数器的当前状态字为Φ，由高速Sin / Cos数字乘法器完成下面的计算：V1 CosΦ = KE0 Sinωt Sinθ CosΦV2 SinΦ = KE0 Sinωt Cosθ SinΦ在误差放大器中完成减法运算：V1 CosΦ-V2 SinΦ= KE0 Sinωt（SinθCosΦ-CosθSinΦ）= KE0 SinωtSin（θ-Φ）鉴相器，积分器（频率成形）和压控振荡器（VCO），构成寻找Sin（θ-φ）零点的闭环控制：如果Φ≠θ，产生误差电压，经VCO产生计数脉冲对±1计数器进行计数，来减少θ-Φ的差值，直到Φ=θ，误差为0，不再产生计数脉冲。
此时计数器的状态输出Φ就是旋变转子的当前位置θ。
R/D转换器的输出和输入有：①计数器状态输出Φ：旋变转子的绝对位置输出。
②忙信号输出M：M=1时，表示VCO正在对±1计数器进行操作。
此时计数器输出的状态不可信，应在M=0时读取输出。
M信号同时可以作为旋变转子的增量位置输出。
③模拟量输出U V：积分器输出，比例于dθ/dt。
可作为测速计输出。
④开关量输入JZ：当JZ为低电平时禁止计数器计数。
在读计数器的输出时，令JZ=0，防止读数有误。
它的作用与忙信号输出M类似。
可见旋变信号经R/D转换器转换为旋变转子（也是电机转子）一转内的绝对位置Φ。
R/D转换器产生的绝对位置在驱动器中可以用PRD值显示。
±1计数器的位数就是转子绝对位置的位数，或称为R/D转换器的分辨率。
例如，16位的R/D转换的分辨率为65536 counts/r。
在ServoStar驱动器中，R/D转换器的分辨率RDRES根据电动机的转速自动转换：如果VLIM ≥ 6101 RPM，则RDRES = 12（PRD = 0–4095；与之对应的PFB = 0–65535 ，PFB值按16个counts为单位变化）如果1501 ≤ VLIM ≤6100 RPM，则RDRES = 14（PRD = 0–16384；与之对应的PFB = 0–65535，PFB值按4个counts为单位变化）如果VLIM ≤ 1500 RPM，则RDRES = 16（PRD = 0–65535；与之对应的PFB = 0-65535，PFB值按4个counts为单位变化）（2）软件R/D转换器的工作原理与R/D转换器芯片相似，软件R/D转换器的原理框图如图2所示：θ：旋变的实际位置φ：±1计数器输出的计数状态，旋变的估计位置K PRD：PI调节器的比例增益K IRD：PI调节器的积分增益VCO：压频振荡器V RD：PI调节器的输出，与旋变速度成比例的信号旋变的正、余弦绕组输出E0Sinωt²Sinθ、E0Sinωt²Cosθ是调制信号，首先必须进行解调，产生Sinφ、Cosθ信号。
±1计数器的计数状态为旋变的估计位置φ，分别送到正、余弦乘法器输出Sinφ、Cosφ信号。
并完成下列运算：Sinθ²Cosθ- Cosθ²Sinφ=Sin(θ-φ)当旋变的估计位置接近实际位置时，Sin(θ-φ)≈θ-φPI调节器用来使误差信号Sin(θ-φ)趋于0，构成寻找Sin（θ-φ）零点的闭环控制。
简化闭环控制框图如图3所示：图3 简化闭环控制框图旋变的实际位置θ与估计位置φ之间的关系为：φ(s) /θ(s)= (K IRD + K PRD²s) / (s2+ K PRD²s+ K IRD)在低频段，s2远小于K²s+ K IRD，φ(s) /θ(s)=1，φ(s)＝θ(s)。
PRD在高频段，s2变得很大，引起了衰减与相位滞后。
调节器的补偿参数由驱动器制造商设定，通常默认的闭环带宽为600 Hz，用户可选择的带宽为300、600、1200 Hz：带宽选择的太高，系统将产生过大的噪声。
在零速时，虽然平均速度可能为零，但由于小的转矩波动将导致轴的振动，产生噪声。
此时，等效编码器输出可能有脉冲列输出。
带宽选择的太低，相位滞后太大，可能导致系统不稳定。
与硬件R/D转换相比，软件R/D转换的优点是：●驱动器成本低：R/D转换芯片相当昂贵●最大速度不受计数器计数频率的限制●带宽可以改变3.旋变的零位调整（1）ServoStar驱动器的旋变调零在安装旋变或发现旋变的定子/转子松动（现象是电动机的电流大，但输出转矩小，或驱动器使能后“飞车”）时，需进行旋变的零位调整。
调整步骤如下：①使用ZERO=1指令，驱动器将产生一个由电动机的C相流向B相的电流使转子转动，转子停止的位置就是转子的零位。
该电流不经电流环控制而由驱动器直接产生，电流的大小可用变量IZERO设定（单位：% of MICONT；数据范围：1到100）。
②使能驱动器③检查PRD值：对两极电机而言转子只有一个零位，该值应在0±20counts之间；对四极电机而言转子有两个零位，该值应在0±20或32768±20之间；对六极电机而言转子有三个零位，该值应在0±20，21845±20 counts或43690±20 counts之间；对八极电机而言转子有四个零位，该值应在0±20 counts，16384±20 counts，32768±20 counts或49152±20 counts之间。
可以从MotionLink的反馈屏幕上检查PRD值。
④如果检查PRD值不在上述值范围内，用DIS指令禁止驱动器。
打开电机的后端盖，松开旋变定子的锁紧螺钉，转动旋变的定子，使PRD值在上述值范围之内，然后锁紧旋变定子。
⑤旋变的零位调整使电机转子的零位，旋变的零位一致，换向角θ＝90°，从而保证了正确的电子换向。
（2）换向角偏置当旋变的零位没有对准转子零位时，也可以实测旋变的零位与转子零位的偏差，用变量MPHASE（换向角偏置）来补偿这个偏差，保证正确的电子换向。
用转子置零命令ZERO使转子置零位，测得此时的PRD值，用下面的公式计算旋变的零位与转子零位的偏差角，并设定MPHASE等于该值：MPHASE=(PRD/65536)²360²p±n²360式中：p为电机的极对数；n为任意正整数，使MPHASE计算值在0－360°之间。
（3）S600/S300驱动器的旋变调零●ZERO命令：驱动器执行ZERO命令时，将自动测量换向角，并将换向角偏差用MPHASE补偿。
●设定FBTYPE=0：设定旋变反馈4.旋变反馈的分辨率和精度（1）分辨率：R/D转换的数字分辨率（RDRES）根据实际使用的最高转速（VLIM）自动进行转换：VLIM（rpm）RDRES Counts / Rev 等效编码器输出＞6100 12 4096 4096 counts正交1500到6100 14 16384 16384 counts正交＜1500 16 65536 65536 counts正交所有的读数都延伸到16位。
速度反馈是由R/D转换器输出的位置微分得到的。
速度反馈的分辨率为18位。
后2位是由R/D转换器的LSB模拟量输出估计产生。
（2）精度精度的组成部分单位：角分R/D转换精度 4旋变回转精度8旋变安装精度 2 Inter-LSB（在最小有意义位上的数字高频振动） 5总计（最坏的情况）19。
