基于双通道旋转变压器的解码器设计
基于AD2S1200的旋转变压器解码电路的设计
⑥
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ２ ｃ Ｔ ｃ． ｎｒ． ．
基 于 Ａ ２ １０ Ｄ Ｓ ２０的旋 转 变 压 器 解码 电路 的设计
储 海 燕 许 刚
（ 安 航 空 学 院电 气 工 程 系 ， 安 ７ ０７ ） 西 西 １０ ７
摘
要
旋转变压器是一种高分辨率的角度传感器 。系统设 计一种 以 Ａ ２ １０ Ｄ Ｓ ２０为核 心 的数 字解码 电路 系统。 它以振荡 电
路产生的正弦波 电压信号作为旋变的激励信 号， 加上相关 的外 围电路 ， 构成 了旋 转变压器一 数字 转换 器 ， 解算 出旋 变 的轴 角 ０
和旋 变的转速 ｎ 并在此基础上 ， 析产 生角度解算误差 的各种 因素 。 ： 分
关键词 旋转变压器 Ａ ２ １０ Ｄ Ｓ２０ 解码器
中图法分类号
Ｔ ９ ９ ３ Ｎ １． ；
文献标 志码
Ａ
旋转 变压 器用 于 运动 伺 服 控制 系统 中 ， 自动 是
如图 １ 示 ， 转子 Ｒ一Ｒ 所 设 １ ２激 磁 绕 组 施 加 的
激磁 电压 为 ：
控制系统 中的一类精密控制微 电机， 它既可以单机
运行 ， 可 以多机 组 合 运行 。当励 磁 绕 组 以一 定 频 也
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图 １ 旋 转 变 压 器 原 理 图
统、 机械工具、 汽车 、 电力 、 冶金、 纺织 、 印刷等领域 。
ｕ ，＝ｓｎ ｔ工作原理 ２ ． Ｊ
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 ， 出绕 组 的 电压 幅值 与 转 子 转 角 成 正 弦 、 输 余 弦 函数关 系 ， 保 持 某 一 比例 关 系 ， 在 一 定 转 或 或 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 ， 可 以作 为 两 相 移 也 相器 用在 角度 ． 字转换 装置 中。 数
旋转变压器解码电路设计
2
Байду номын сангаас 2013 届本科毕业设计论文
目录
第一章 旋转变压器..................................................................................................5
1.2.1 环形变压器式旋转变压器................................................................................... 5 1.2.2 磁阻式旋转变压器............................................................................................... 6 1.3 正余弦旋转变压器的工作原理...................................................................................... 6 1.4 旋转变压器与光学编码器比较...................................................................................... 8 1.5 旋转变压器的应用.......................................................................................................... 9
第三章 控制器 STM32F103RBT6........................................................................ 14
基于功能安全的双冗余旋转变压器软件解码研究
基于功能安全的双冗余旋转变压器软件解码研究基于功能安全的双冗余旋转变压器软件解码研究摘要：近年来，随着工业控制系统的快速发展，对于功能安全的要求也愈发提高。
作为工业控制系统中关键设备的旋转变压器，在应用领域发挥着重要的作用。
然而，由于其特殊的工作环境和工作要求，旋转变压器在运行过程中容易受到各种不确定因素的影响，从而带来潜在的安全隐患。
为了提高旋转变压器的功能安全性能，本文基于功能安全的理论，对双冗余旋转变压器软件解码技术进行了研究。
关键词：功能安全；旋转变压器；双冗余；软件解码一、引言近年来，工业控制系统的广泛应用使得设备的可靠性和安全性成为了重要的考虑因素。
工控设备中的旋转变压器作为关键设备之一，在工作过程中承担着信号解码和电气信号转换的重要任务。
然而，由于旋转变压器在工作过程中受到的环境干扰较多，极易发生故障，从而对工控系统的稳定性和安全性造成严重威胁。
为了提高旋转变压器的功能安全性能，采用双冗余软件解码技术应运而生。
二、旋转变压器的工作原理旋转变压器是一种用于信号解码和电气信号转换的设备，通过旋转变压器可以将输入信号转换成电气信号并输出。
在工业控制系统中，旋转变压器通常用于信号转换和传输，广泛应用于自动化控制系统、仪器仪表等领域。
旋转变压器的主要构成部分包括旋转部分和固定部分，旋转部分负责将输入信号转化为旋转信号，固定部分负责对旋转信号进行解码并输出电气信号。
由于旋转变压器的工作环境较为恶劣，容易受到噪声、振动、温度等因素的干扰，因此采用双冗余软件解码技术显得尤为重要。
三、双冗余软件解码技术双冗余软件解码技术是指在解码过程中采用两个相互独立的软件解码程序，并通过比对解码结果来排除错误的解码结果。
在旋转变压器中，通过使用双冗余软件解码技术可以提高解码的正确性和稳定性，进而提高旋转变压器的功能安全性能。
双冗余软件解码技术的实现需要借助于现代计算机技术和算法优化方法。
首先，需要对旋转变压器的输入信号进行采样和预处理，在确保信号准确性的前提下，提取出有用的信息。
一种基于AD2S1210的旋转变压器位置解码及监控方法
AD2S1210摘要本文主要介绍了一种基于AD2S1210 的旋转变压器位置解码及监控方法。
本文首先对旋转变压器的工作原理进行了介绍，然后介绍了AD2S1210 芯片的特点和功能。
接下来详细介绍了用AD2S1210 实现旋转变压器的位置解码和监控的方法，包括硬件设计和软件实现。
最后，通过实际测试验证了该方法的可行性和精度。
关键词：旋转变压器；AD2S1210；位置解码；监控1.引言旋转变压器是一种常用的位置传感器，在工业生产中广泛应用。
它常用于旋转轴的角度测量和位置检测。
由于旋转变压器的输出信号是模拟信号，为了方便处理和使用，需要将其转换为数字信号。
因此，需要一种可靠的方法对旋转变压器的信号进行解码和监控。
2.旋转变压器的工作原理旋转变压器是一种将旋转轴的角位移转换为电信号的传感器。
其工作原理如图1 所示。
图1 旋转变压器的原理图旋转变压器包括一个定子和一个转子。
定子上绕有一个主绕组和两个相互平衡的副绕组，转子上只绕有一个变压器绕组。
在旋转的过程中，转子的位置发生变化，导致主绕组和副绕组中的电压出现变化，从而产生一个模拟输出信号。
因此，旋转变压器的输出信号表示了转子的位置。
3.AD2S1210 芯片的特点和功能AD2S1210 芯片是一种高精度的位置传感器接口芯片。
具有以下特点：( 1) 12 位分辨率，输出精度高；( 2)内置调零功能，能够消除偏移量和增益误差；( 3)内置差分放大器，适应不同的输入信号；(4)多种接口，提供灵活的控制方式。
因此，AD2S1210 芯片是一种非常适合于旋转变压器位置解码和监控的芯片。
4.基于AD2S1210 的旋转变压器位置解码和监控方法4.1 硬件设计基于AD2S1210 的旋转变压器位置解码和监控系统的硬件设计如图2 所示。
图2 基于AD2S1210 的旋转变压器位置解码和监控系统的硬件设计该系统包括旋转变压器、AD2S1210 芯片、单片机和显示模块。
21位双通道旋转变压器解码及测试数据分析
21位双通道旋转变压器解码及测试数据分析刘红伟;范永坤;何勇【摘要】设计了一种基于CPLD的21位分辨率双通道旋转变压器的解码及精度测量方案.通过CPLD对AD2S82A解码输出的两路并行16位数据进行读取、纠错、编码、输出,最后输出21位角度信号,这样整个测角系统就成为了主系统的一个外设.实验中搭建测试平台,用自准直仪和多面棱镜对该测角系统精度进行测量.结果表明,测角误差均方根值达到20″,经系统误差修正后整个系统测角误差均方根值达到9.46″.最后本文对测角系统的系统误差产生原因进行了分析.%A scheme of an angle measurement circuit for the two-speed resolver is designed, which includes the decoding and measurement of the precision. The 16-bits data of parallel communication of the two AD2S82A is read, corrected, and assembled by CPLD. According to the requirement of the main system, the CPLD completes the pretreatment of the data from the AD2S82A and outputs the parallel data of the angle information, the bits of which are up to 21-bits. With the CPLD, this angle measurement system becomes one single peripheral of the main system. A scheme of measurement test is carried out with collimator and prism in the laboratory. The results achieve the designed functions of the scheme completely and the error by Root Mean Square (RMS) of the single angle measurement circuit is 20 arcseconds, which reaches 9.46 arcseconds after correcting the systemic error with software. Lastly, the causations of the systemic error of the angle measurement circuit are indicated.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)011【总页数】7页(P144-150)【关键词】双通道旋转变压器;CPLD;自准直仪【作者】刘红伟;范永坤;何勇【作者单位】中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209【正文语种】中文【中图分类】TN14无刷旋转变压器承受高、低温，抗冲击和振动的能力要大大强于光电编码器，且采用环形变压器结构避免了电刷的使用，因此永磁交流伺服电动机的位置与速度传感元件多选用无刷旋转变压器[1]。
基于旋转变压器移相编码的工程设计
基于旋转变压器移相编码的工程设计0 引言轴角编码器多种多样，此文是一种基于旋转变压器粗、精双通道的移相器编码工程设计，并得到成功应用。
1 移相编码器原理概述1．1 原理及说明本方案采用以旋转变压器作为轴角传感器的机械转角转换其与之成正比的相位移。
首先用激磁信号作为计数器计数的开门信号，通过移相网络与机械转角成正比关系的移相信号作为计数器的关门信号。
开门信号使计数器开始计数，而关门信号使计数器停止计数。
此时保存在计数器里的数码大小，便为机械转角成对应关系的数码。
1．2 框图1．3 所能达到的技术指标采用粗精双通道组合，粗：精=20：1。
粗、精计数器均采用10位，粗满量程为6000密位，精满量程为300密位。
210=1024故在360°里对应的数码为1024。
显然计数器中相差一个数码对应的粗密位数密位。
对应的精密位数。
各个角度里的转换结果误差为1～2个脉冲，即相差0．3～0．6密位。
1．4 移相网络原理旋转变压器输出的互成90°的二相电压：us=Asinωtsinθ,uc=Asinωtcosθ加到阻容网络上，在满足一定的条件下，就可得到与转角θ成线性关系的输出相位。
这可以从下面的公式推导中得到证明。
如图2所示。
可见，在ωRC＝1的条件下，移相网络输出电压的幅值是一个常数，与转角θ无关，而输出电压的相位与转角θ成线性关系。
但是输出电压相位相对于激磁电压相位的相位差为，也就是说要使移相网络输出电压相位相对于激磁电压相位的相位差为零，就须使加到阻容网络上旋转变压器输出电压的相位为。
对此在调整移相编码器系统零位时，就必须将旋转变压器定子绕组旋转实现其移相网络输出电压相位与激磁电压相位的一致，即使二者的相位差为零。
2 移相编码器的误差分析除原理误差外，移相编码器的误差由好多因素构成，其中主要由受信仪跟踪误差，400周传信仪的误差，移相网络的误差及比较电路的误差等因素构成。
下面就分别加以研究：2．1 移相网络本身参数的影响移相网络参数是指电阻R、电容C、输入信号的频率ω。
一种旋转变压器位置解码系统的设计方案
一种旋转变压器位置解码系统的设计方案
1.引言
随着永磁同步电机在工业、农业、航天等各领域的广泛应用，永磁同步电机在电动汽车驱动系统领域也得到同步发展。
众所周知，永磁同步电机的稳定可靠运行，需要安装位置传感器来检测位置信号。
因旋转变压器(简称旋变)通过与相应的解码芯片配合即可对电机转子位置进行检测，所以旋变作为较为可靠的绝对位置传感器被广泛采用。
目前很多专家学者开始研究旋变位置解码系统[1-4]，随着旋变及其解码芯片技术的不断发展，旋变的可靠性更高，解码电路
也更加紧凑。
本文采用当前最新一代可变磁阻旋变和与之配合的解码芯片
AD2S1205，设计了相应的旋变位置解码系统，并通过测试系统验证了系统的
可靠性。
2.旋变工作原理
旋变的通常配置是初级绕组位于转子上，两个二次绕组位于定子上。
本系统采用的可变磁阻旋变的转子上则不存在绕组，如图1所示，初级绕组和二次绕组均位于定子上，转子的这种特殊设计可使得次级耦合随着角位置变化而发生正弦变化。
无论何种配置，旋变正弦绕组的输出电压是S1-S3，余弦绕组的输出电压是
S2-S4，如(1)式和(2)式所示。
其中：θ为轴角，ω为转子激励角频率，E0为转
子激励幅度。
可变磁阻旋变初级绕组采用交流基准源激励，两个次级绕组机械上交叉90°。
定子二次绕组上耦合出的电压幅度是转子相对于定子角位置θ的函数，旋变输。
一种旋转变压器解码调理电路设计及应用
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 69【关键词】旋转变压器 调理电路 设计1 概述转速闭环控制是机电伺服系统所采用的典型控制方式，检测电机转子位置、获取转子精确的位置信号是实现闭环控制最重要的基本环节。
目前，最普遍的方法是从位置传感器来获得电机转子的位置信号，旋转变压器抗冲击震动和温湿度变化的能力很强，适用于工作环境恶劣的场合。
在机电伺服系统中，通常采用旋转变压器实时测量电机转子的角位置。
旋转变压器是一种模拟型机电元件，为了满足交流传动系统数字化控制的要求，就需要一定的信号接口电路实现其模拟信号与控制一种旋转变压器解码调理电路设计及应用文/龙海峰 曹巳甲 陈鹏 王首浩系统数字信号之间的相互转化，这类接口电路是一类特殊的模／数转换器，也就是所谓的旋转变压器／数字转换器(RDC)。
位置传感器检测技术的发展极大地提高了交流电机调速系统的动态响应性能和定位精度，日本多摩川公司生产的R/D 转换芯片AU6802N1可以方便地将旋转变压器的轴角位移信号（模拟信号）相应地转换为控制系统所需要的数字信号，且使用简单，成本低，可靠性高。
本文从应用的角度，基于AU6802N1 芯片设计了旋变位置信号测量的外围调理电路。
2 工作原理旋转变压器R/D 转换电路为转子旋转的每一个位置提供一个具体的数值（代码值），只要供给电压正常便可以正常工作，360度范围内角度与编码数值呈一一对应关系，且系统进一步，画出不同自由度下的权矢量方向图，如图4所示。
从图4中可以看出，方向图展宽零陷的深度随自适应自由度增加而增加，而后基本不变，但自由度过高时，旁瓣电平有所抬高。
4 旁瓣相消抗干扰试验为验证本文提出的稳健旁瓣相消技术的可行性，我们在某雷达设备上进行试验，对于噪声干扰和密集假目标干扰，分别采用常规旁瓣相消技术和稳健旁瓣相消技术进行干扰抑制，比较两种方法对应的抑制效果。
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位置角 度精度 的需 求 越来 越 高 ， 高精 度 的角位 置 传感器 也越来 越 广泛 的应用 在 伺 服控 制 系统 中。
旋转变 压 器就 是 一 种 高 精 度 的 电磁 感 应 式 传 感 器口 ， ］可用来 测 量旋 转 物体 的转轴 角 位 移 和角 速
ＺＨ０Ｕ — ａ， ＺＨ Ｕ Ｑｉｈｕ Ｊｕｎ， Ｗ ＥＮＧ Ｆ — ｄａ
（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｄ ｏ Ｅｑ ｉ ｍ ｅ ｔＲｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓ ｉ ｔ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ Ｓ ａ ｇ ａ Ｒａ ｉ ｕ ｐ ｎ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ９ ，Ｃｈ ｎ ） ｔ ２ ｉａ
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｒ ｔ ｒ ｒ ｎｓｏｒ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ａ ｙ ｔ ａ ｆ ｍ ｒ；ｄ ｃ ｅ ｅ ｏｄ ｒ；ｐｒ ｇ ａ ｍ ａ ｅ ｌ ｇ ｃ ｄｅ ｉｅ ｏ ｒｍ ｂｌ ｏ ｉ ｖ ｃ
组作 为变压 器 的副边 ， 通过 电磁耦 合 得 到感 应 电
０ 引 言
随着科学 技术 的发展 ， 在 雷达 伺 服 系统 对 现
周起 华 ， 朱 骏 ， 翁孚 达
（ 上海无 线电设备 研究所 ， 上海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ０
摘
要 ： 出 双 通 道 旋 转 变 压 器 解 码 器 的 一 种 设 计 方 法 ， 用 集 成 电路 ＡＤ Ｓ ０ 作 为 提 采 ２ ８Ａ
旋 转 变 压 器 解码 芯 片 （ ＲＤＣ） 用 可 编 程 逻 辑 芯 片 （ ＬＤ） 芯 片 输 出 的 数 据 进 行 处 理 整 合 运 ， ＣＰ 对
第 ３ ２卷
第 ３期
制 导 与 引 信
ＧＵ Ｉ ＤＡＮＣＥ ＆ Ｆ ＵＺ Ｅ
Ｖｏ１ ３２ Ｎ ｏ ． ．３
Ｓｅ ２ ｐ． ０１１
２１ ０ １年 ９月
文章 编 号 ： ６ １０ ７ （ ０ １ ０ — ０ ４ ０ １ ７ －５ ６ ２ １ ） ３０ ２ —５
基 于 双 通 道 旋 转 变 压 器 的解 码 器 设 计
１一 （ ５）
法， 不但 提高 了解码 器 的可靠 性 和抗干 扰性 ， 同时
第３ 期
等特 点 。
周起 华 ， ： 于双通 道旋 转 变压 器的解码 器设计 等 基
２ ５
Ｕ － 一 ｋ Ｕ ｍｓｎ ￣ｃ ０ — ｋ ＵＩｏｓ ｌ （ ） ｌ， ３ ｐ ｉ ｏ ｏｓ ｌ ｐ ｃ ０ ３
本 文 的解 码 器 设 计 是 采 用 软 硬 件 结 合 的方
己 － ， １１ ３一 ｋ Ｕ ｓｎ Ｊｓｎ １＝ ｐ ｆ ｉ ０ ｐ ｉ ｏ ｉ ０ ＝ Ｕ ｓｎ １ （ ） ｔ ：ｋ ４
如 调 用 反 正 切 的 方 法 、 表 法 等 ； 件 解 码 对 硬 件 查 硬
作 者 ■ 介 ｔ 华 （９ １ ）男 ， 程 师 ， 士 研究 生 ， 要 从 周起 １８一 ， 工 硕 主
事伺 服 控 制 系 统研 究 。
平 台要求 高 ， 具有 复杂 、 难实 现 、 能高 、 性 易受 干扰
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｅ ｉ ｎｓ ａ ｋｉ ｄ ｏ ｗ ｃ ｅ ｆ ｄ ｂｌ ｎ ｒ ｅ ｏｌ ｉ ｇ ｔａ ｆ ｍｅ ． Ｔｈ ｓｒ ｃ ： ｔ ｄ ｓｇ ｎ ｆｎｅ ｄｅ ｏｄ ｒ ｏ ｏｕ ｅ ｅ ｔ ｙ ｒ ｖ ｖ ｎ ｒ ｎｓｏｒ ｒ ｅ ｄ ｃ ｄｅ ｅ ｅ ｏ ｒ ｕｓ ｓＡＤ２ ０ ａ ｅ ｏｌ ｅ — ｏ ｄｉ ｉａ ｏ ｅ ｔ ｒ ＲＤＣ），ｓ ｆ ｗａ ｅ ｃ ｍｂｉ ａ ｉ ｎ ａ ａ — Ｓ８ Ａ ｓｒ ｖ ｖ ｒ ｔ — ｇ ｔ ｌｃ ｎｖ ｒ ｅ （ ｏ ｔ ｒ ｏ ｎ ｔｏ ｎｄ ｃ ｌ ｃ ａ ｉ ｎ ｏ ｏａ ｓ ｏ ｎｄ ｆｎ ｏ ｅ ， ｎ ｏｆｗａ ｅｃ ｍｐｅ ａ ｏ ｆｔ ｒ ｏｒｏ ｕｌｔｏ ｆｃ ｒ ｅ ｃ ｄｅ ａ ｉ ｅ ｃ ｄ ａ ｄ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎｓ ｔ ｒｏ ｈｅ ｅ ｒ ｆＲＤＣ ｓＰｒ — ａ ｏ ｇｒ ｍｍａ ｅ Ｌｏ ｃ Ｄｅ ｉｅ ＣＰＬＤ）．Ｉ ｔ ｔ ｈｅ ａ ｌ ｒ ｃｓｏ ａ ｂｌ ｇｉ ｖ ｃ （ ｔｏｕ ｐｕ ｓ ｔ ｎｇ ｅｏｆａ ｐ ｅ ｉｉ ｎ．
动势。
为 了进 一步 提高 测 量精 度 ， 常 采用 双 通 道 通
旋转 变压器 。双通 道旋转 变压器 是采 用粗机 和精 机两个 线 圈匝数呈 一定 比例 的单 通道旋 转变压 器 组合 而成 。 由于旋 转变压 器输 出的是 正余弦 交流
信号 ， 无法 直接应用 ， 需要对 其输 出进行 特别 的转 换 ， 其变成 一个 与 转子 相 对 于定 子 转 角成 一 定 使
算 ， 对 转 换 的误 差 进 行 误 差 补 偿 ， 出精 确 的 角度 信 息 。 并 输 关 键 词ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：旋 转 变 压 器 ；解 码 ； 编程 逻 辑 芯 片 可 中 图分 类 号 ： ７ ４ ＴＮ ６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｔｈ ｃ ｄ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｏ ｕ ｌ ｅ Ｄｅ ｏ ｅ ｓ ｇ ｓ ｎ Ｄｏ ｂ ｅ Ｅｎｔ ｙ Ｒｅ ｏ ｖ ｎｇ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ｅ ｒ ｖ ｌｉ ａ ｓｏ ｍ ｒ
度 。它 由 定 子 和 转 子 组 成 ， 中定 子 或 转 子 绕 组 其 作 为 变 压 器 的 原 边 ， 受 励 磁 电 压 ， 子 或 定 子 绕 接 转
ｌ【 日期 ｌ０ １ ６ ２ 瞳一 ２ １ —０ —１
软 件解码 对软 件 平 台和 编 程水 平 要 求 较 高 ，
具 有 高可靠 性 、 干扰 强 、 抗 运行 速 度 慢等 特 点 ， 比