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![一种旋转变压器的运动误差补偿方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/349e854c5bcfa1c7aa00b52acfc789eb162d9e55.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810928308.0(22)申请日 2018.08.15(71)申请人 江门市蒙德电气股份有限公司地址 529040 广东省江门市江海区高新工业区永康路49号(72)发明人 李德良 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205代理人 林伟峰(51)Int.Cl.G01D 5/14(2006.01)(54)发明名称一种旋转变压器的运动误差补偿方法及装置(57)摘要本发明公开了一种旋转变压器的运动误差补偿方法，包括：获取旋转变压编码器的2个输出信号；根据2个输出信号进行对应载波频域幅值提取得到2对矢量信号；对所得的矢量信号进行atan2运算得到当前的角度；将对激励信号进行积分的结果代入对输出的2个信号进行同样的积分结果中，并求其平方和后得到一个只与激励信号相关的数值，通过控制输入的激励信号的参数来控制该数值的符号方向，从而进行采样点的动态提前或延后，克服了现有技术中旋转变压器及采样电路本身存在相角滞后从而带来的误差问题，使得旋转变压器的应用范围得到拓展，作为精密检测设备使用时测量精度也更加精确。
权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 108981758 A 2018.12.11C N 108981758A1.一种旋转变压器的运动误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取旋转变压编码器在单位正弦信号驱使下产生的2个相同相位、幅值不同的正弦波信号；S2、对输出的2个相位相同、幅值不同的正弦波信号分别进行对载波的频域幅值提取，得到2对矢量信号；S3、根据得到的2对矢量信号的虚部进行atan2运算，得到当前的角度A；S4、根据得到的角度A和旋转变压器、采样电路本身存在的滞后角度α得到旋转变压编码器的输出的2个信号的表达式；S5、将滞后角度α代入输入的正弦激励信号中，并进行积分运算，得到一个只跟激励信号相关的数值X；S6、对旋转变压编码器的2个输出信号表达式进行与所述激励信号同样的积分，将所述数值X代入积分结果中，并对积分结果进行求平方和运算，得到一个只与激励信号相关的数值Y；S7、通过控制输入的激励信号的参数来控制所述数值Y的符号方向，从而进行采样点的动态提前或延后，实现消除旋转变压器和采样电路本身存在的相角滞后所带来的误差。
旋转变压器信号的标定与解调张健【摘要】针对检波后信号存在直流偏置、幅值不等和相位偏移等问题,采用梯度估计算法,对检波后的包络信号进行离线标定;并设计了基于状态观测器的旋转变压器-数字转换(RDC)算法,对标定后的包络信号进行解调.试验结果表明,梯度估计算法收敛速度快,估计精度高.与反正切法相比,所设计的RDC算法不需通过数值差分即可获得角速度信息,干扰抑制能力强,角位置和角速度估计精度高.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2014(035)009【总页数】5页(P5-8,13)【关键词】旋转变压器;伺服传感器;梯度估计;角速度估计;最小二乘法【作者】张健【作者单位】青岛农业大学机械电子工程学院,山东青岛266109【正文语种】中文【中图分类】TM383针对旋转变压器检波后信号通常存在直流偏置、幅值不等和相位偏移的问题,常采用的标定方法有:峰-峰值检测法[1]、神经网络法[2]、Heydemann法[3-4]。
其中,峰-峰值检测法未考虑相移,神经网络法在实际应用中受限制。
本文在Heydemann 法的基础上,利用梯度估计法替代最小二乘法,对检波后信号进行补偿。
旋转变压器常用解调方法有反正切法[5-7]和角度跟踪法[8-10]。
反正切法由于差分运算的引入,角速度误差较大。
角度跟踪法具有一定滤波作用,抗干扰能力强,但在信号频率快速变化时仍存在一定的估计误差。
本文设计了基于状态观测器的解调算法。
该算法能同时估计出转子角位置和角速度信息,避免了差分运算对噪声的放大作用,对模型不确定性及干扰有较强的适应性,且实现容易。
目前,常用的无刷旋转变压器由旋转变压器本体和附加变压器两部分组成。
施加在附加变压器源绕组上的励磁信号为:通过电磁耦合,信号将传递至旋转变压器本体的转子绕组。
若励磁频率ωex远高于转子电角频率ωe,旋转变压器副绕组的输出信号可近似描述为励磁信号与转子电角位置θe正余弦值的乘积,即:式中:k为旋转变压器变压比;E为励磁信号幅度;θm为转子角位置;p为极对数。
一种数字式旋转变压器转角位置检测方法
许强;贾正春;李朗如
【期刊名称】《数据采集与处理》
【年(卷),期】1997(012)001
【摘要】介绍了一种旋转变压器数字化转角位置测量的新方法,在旋转变压器定子绕组上施加两相正交的SPWM波激磁,用滤波器滤去转子绕组输出信号的高次谐波后,测量其相位移获得绝对转角位置.文中论述了SPWM波形的设计、硬件构成和数据处理过程.在全数字交流伺服系统上的应用表明,该方法具有高分辨率、高性能价格比的特点.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】许强;贾正春;李朗如
【作者单位】华中理工大学电力系,武汉,430074;华中理工大学电力系,武
汉,430074;华中理工大学电力系,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM341;TP273
【相关文献】
1.一种大功率永磁电机旋转变压器位置补偿方法 [J], 艾胜;任强;程思为;朱俊杰
2.旋转变压器数字式转角位置检测电路 [J], 陈光东
3.一种基于旋转变压器的通用数字式轴角传感器及其误差补偿技术 [J], 罗诗风;夏明霞;王军;李建忠;廖传伟
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5.一种基于AD2S1210的旋转变压器位置解码及监控方法 [J], 李明;安书董;段宇博
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一种旋转变压器-RDC测角系统的数字标定及补偿方法
李声晋;周奇勋;卢刚
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2007(35)6
【摘要】针对旋转型直接驱动伺服电机转轴角位置精密测量,采用了由旋转变压器-RDC构成的高精度测角系统,介绍了测角系统的硬件构成和RDC及其相关参数的选择.为提高测角系统的精度与可靠性,提出了一种数字标定方法,根据对标定曲线的分析得到了RDC的突跳误差和旋转变压器的交轴误差,并提出了采用软件消除和补偿误差的措施.实验结果表明,通过数字标定和误差补偿后的测角系统精度达到3角分.
【总页数】4页(P26-28,31)
【作者】李声晋;周奇勋;卢刚
【作者单位】西北工业大学,陕西西安,710072;西北工业大学,陕西西安,710072;西北工业大学,陕西西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.2
【相关文献】
1.基于数字信号处理器的旋转变压器测角系统 [J], 郭宏;马媛;纪海军
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一种基于旋转变压器的通用数字式轴角传感器及其误差补偿技术罗诗风;夏明霞;王军;李建忠;廖传伟【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2012(40)23【摘要】介绍了一种基于旋转变压器,采用旋转变压器数字变换器芯片AD2S1210,实现轴角度检测的通用数字式传感器.同时设计了一种针对该传感器的误差补偿方法.该轴角传感器具有通用性好、精度高和可靠性高等特点.%A common digital angle sensor based on resolver was introduced, which used the resolver digital converter chip AD2S1210. Angle testing was realized by this common digital sensor. And also a method for error compensation of the sensor was developed. The angle sensor has characteristics of versatile, high precision and high reliability.【总页数】4页(P93-95,103)【作者】罗诗风;夏明霞;王军;李建忠;廖传伟【作者单位】湖南三一智能控制设备有限公司,湖南长沙410100;长沙师范高等专科学校,湖南长沙410100;湖南三一智能控制设备有限公司,湖南长沙410100;湖南三一智能控制设备有限公司,湖南长沙410100;湖南三一智能控制设备有限公司,湖南长沙410100【正文语种】中文【中图分类】TM383.2【相关文献】1.旋转变压器轴角数字变换技术（二）——轴角-数字转换器设计 [J], 李伟伟;王爽;2.数字式旋转变压器轴角传感器 [J], 于相斌;李小奇;臧岩3.基于LabVIEW的双通道旋转变压器轴角解调算法的设计与实现 [J], 杨辉;何海龙;朱新勃;刘艳行4.基于双通道多极旋转变压器的轴角编码精度检测 [J], 郦成;聂永名;孙福安;;;5.一种新型的旋转变压器式轴角编码器 [J], 魏海涛;赵来定因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种旋转变压器测角系统的数字标定及补偿方法26收稿日期:2006-11-22改稿日期:2006-12-12基金项目: 十五 航空支撑技术预研项目(418010501-3)一种旋转变压器-RDC 测角系统的数字标定及补偿方法李声晋,周奇勋,卢 刚(西北工业大学,陕西西安710072)摘 要:针对旋转型直接驱动伺服电机转轴角位置精密测量,采用了由旋转变压器-RDC 构成的高精度测角系统,介绍了测角系统的硬件构成和RDC 及其相关参数的选择。
为提高测角系统的精度与可靠性,提出了一种数字标定方法,根据对标定曲线的分析得到了RDC 的突跳误差和旋转变压器的交轴误差,并提出了采用软件消除和补偿误差的措施。
实验结果表明,通过数字标定和误差补偿后的测角系统精度达到3角分。
关键词:旋转变压器;数字转换器;测角系统;数字标定;误差补偿中图分类号:T M 383.2 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2007)06-0026-03D igit al Ca libration and Co m pensation M et hod for Angle M easure Syste m Based on R esolver-RDCLI Sheng -ji n ,Z HOU Q i -xun,LU Gang(No rthw estern Po lytechn ica lU niversity ,X ia 'n 710072,Ch i n a)Abstract :A k i nd of high prec ise angu lar measure m ent syste m based on reso lver-RDC for m easuri ng revo lv i ng and d i rec t-dri v ing servo m oto r w as used .T he angular m easurement syste m schem e was i n troduced .T he feature of reso l ve r and RDC and the cho i ce of the ir co rre lati ve para m eter we re proposed also .To enhance m easure precisi on and reliab ili ty ,a kind o f d i g ita l ca li bration w as presented .A fter analyzi ng the cu rve o f cali brati on ,t he leap erro r of RDC and t he o rt hogona l error o f reso l ver we re educed t he error compensati on m ethod by so ft w are w as i ntroduced .Exper i m ents verifyed t he angular m easure m en t syste m s 'prec i sion w as achieved 3m i nute o f arc .K ey word s :resolver ;reso lver to dig ital converter(RDC);ang l e m easure sy stem;dig ital ca li b ration ;erro r compensati on0引 言高性能无齿轮减速式(也称直接驱动)旋转伺服系统的关键之一是如何精确测量伺服电机输出轴的角度位置,常用的测角度传感器有绝对式光栅编码器、霍尔传感器和旋转变压器。
绝对式光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号,应用简单方便,但因环境适应性、价格等因素致使难以广泛应用;霍尔传感器结构简单,但难以达到高精度角度测量要求而受到限制;旋转变压器因结构可靠、实时性好、环境适应性强等优点而广泛应用于高精度伺服系统中[1,2]。
旋转变压器的输出包含位置信息的模拟量,需处理成相应的数字信号才能与DSP 等数字伺服控制器联接[3,4],本伺服系统采用正余弦旋转变压器和AD 公司的数字转换器构成测角系统。
测角系统的测量精度主要由旋转变压器的测量精度和RDC 的转换精度决定,影响正余弦旋转变压器测量精度的主要因素为旋转变压器存在正余弦函数误差和交轴误差,而这两项误差由于受到加工工艺的限制、磁性材料非线性特性和装配精度的影响,在一定程度上很难得到较大的改善[5],而且所加工的同一批旋转变压器具有非常相近的误差特性。
针对这一特点,本文提出了一种数字标定方法,通过数字标定不但可以分析旋转变压器的误差特性,计算两对极旋转变压器在180!机械角位置每一处的角度误差,而且可以测量RDC 在转换过程中由于受到干扰而产生的误差。
根据数字标定结果,本文最后介绍了采用软件消除RDC 转换误差与补偿旋转变压器测角误差的方法,并且通过实验验证了数字标定和误差补偿后的测角系统测量精度可提高到3角分,可广泛应用于精密伺服系统中。
1测角系统的硬件构成1.1旋转变压器工作原理所涉及伺服系统在机械结构上具有180!对称性,选用两对极分装式无刷型正-余弦旋转变压器可以唯一定位180!机械角位置,能满足系统绝对定位要求。
旋转变压器内部使用一套电磁式环形变压器代替普通的电刷滑环,消除了无线电干扰,提高了工作寿命和可靠性[6,7]。
其工作原理如图1所示。
将旋转变压器与伺服电机同轴安装,在旋转变压器定子绕组R 1R 3加入一定幅值和频率的激励信一种旋转变压器测角系统的数字标定及补偿方法27图1 旋转变压器结构原理图号(本文激励信号的幅值为5V,频率为18k H z)。
U r =V sin t 设旋转变压器转轴角位置为 ,则输出绕组S 1S 3、S 2S 4的输出信号分别为U 1=V sin t sin U 2=V sin t cos1.2RDC 电路设计旋转变压器输出的位置信号U 1和U 2为模拟量,必须通过模拟到数字的解算电路才能与数字伺服控制器接口。
本测角系统的RDC 采用AD2S80A,该芯片是美国AD 公司生产的以鉴幅方式对正-余弦旋转变压器信号进行处理的专用芯片,转换精度可设定为10、12、14、16b it 的分辨率,不同分辨率对应的最大跟踪速率分别为62400、15600、3900、975r /m i n ,允许用户通过外围器件的不同连接选用不同的分辨率,本系统综合考虑转换精度与跟踪速率选用12b it 的分辨率。
RDC 与外围器件的接口电路如图2所示,芯片内部无激励电路,图2 AD2S80A 外围电路图需外部的正弦波发生电路提供幅值为5V 、频率为18k H z 正弦信号接入参考I /P 引脚,旋转变压器的正/余弦信号分别接入SI N 、SI N GOUND 和COS 、COS GOUND 引脚,通过数字转换输出与电机转轴角位置成线性关系的12b it 二进制码直接送入伺服系统的CP U TM S320F2812中。
图2中,外接元件R 1、R 2、C 1、C 2构成高频滤波器;R 3、C 3确定基准输入交流耦合参数,其选取应该以基准频率f REF 不产生明显相移为准则;改变C 4、C 5、R 5值可以改变闭环带宽;C 6、R 7构成相位补偿电路,通常选C 6=470pF,R 7=68 ;R 8和R 9调节积分器输入端的失调电压和偏置电流。
具体参数选取可参考应用手册中设计步骤的公式或规则得到[7]。
2测角系统的数字标定2.1数字标定的硬件构成数字标定方法如图3所示,用光栅编码器作为反映电机转轴的标准位置来标定测角系统。
将增量式光栅编码器和旋转变压器与伺服电机同轴连接,电机转轴旋转时,光栅编码器输出两路相位差为90!的脉冲信号A 和B ,脉冲个数与转轴角位移成比例关系,将脉冲信号送入DL750显示并保存。
DL750示波记录仪具有16路模拟通道和16位逻辑输入;内置30GB 硬盘具有大容量波形或数据记录与存储功能[8]。
旋转变压器的输出信号U 1和U 2输入至AD2S80A 进行数字转换后输出12位数字信号输入DL750。
DL750将光栅编码器和AD2S80A 两路反映电机转轴位置的14位二进制码(其中低2位为光栅编码器的A 、B ,高12位为AD2S80A 的数据)转换为10进制数进行存储并上传至计算机进行后处理。
图3 数字标定的硬件框图2.2数字标定的软件设计为防止信号丢失,示波记录仪的采样频率必须远大于位置信号的变化频率,但这样会使计算机接收到的示波记录仪的数据为大量重复的十进制码。
为减少软件处理时间,数据处理程序首先将重复的数据压缩,得到电机转轴每一个位置对应一组数据,然后再将其分解成光栅编码器的测角数据和旋转变压器的测角数据。
光栅编码器每圈10800脉冲,将其4倍频后得到每圈43200脉冲,其测量精度为0 25角分。
电机旋转时,将光栅编码器脉冲个数累加,可得到电机转轴位置,计算公式为g =count ∀36043200其中: g 为光栅编码器所测电机转轴的机械角度(单位为度),count 为脉冲个数累加器。
将测角系统的测角数据转换为电机转轴位置,转换公式为c =ap s ∀3604096∀p其中: c 为测角系统所测电机转轴的机械角度,p =一种旋转变压器测角系统的数字标定及补偿方法282为旋转变压器极对数,ap s为AD2S80A输出的12位数字信号,范围为0~4095。
最后将 g和 c绘制在同一张图中,取电机转轴在旋转中的某一圈,得到数字标定曲线如图4所示。
图4测角系统数字标定曲线通过对测角系统的数字标定后,在标定曲线中可看出测角系统的输出曲线 c与光栅编码器输出曲线 g存在偏离,说明其存在测角误差。
3误差分析及补偿根据图4中数字标定曲线,可以定量计算出测角系统的测角误差。
以光栅编码器的测量角度为基准,测角误差为 err= g- c,绘制出误差曲线如图5所示。
图5 测角系统角度误差曲线3.1RDC突跳误差分析及消除从误差曲线中很明显可以看出测角系统的输出存在比较大的突跳误差,这是因为AD2S80A在转换过程中由于数据传输线较长易受到干扰和系统的电磁干扰等原因而出现毛刺信号,突跳误差高达4!。
由于误差的特殊性,可采用去除奇异值滤波或限幅滤波等简单的数字滤波方法将毛刺信号滤掉。
简单的数字滤波处理所用的时间非常短,不会使反馈信号出现较大延时而对伺服系统带来负面影响,本文采用去除奇异值滤波后得到误差曲线如图6所示。
图6 滤波后的测角误差曲线3.2旋转变压器交轴误差分析及补偿旋转变压器在生产和装配过程中由于受到工艺、装配成本等条件限制,会造成其输出量不能完全保持正交而出现交轴误差,由图6容易看出有将近2!周期性的角度误差,且同一批旋转变压器具有很相近的误差特性。
