一種基于旋轉變壓器的增量式編碼器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種基于旋轉變壓器的增量式編碼器，其包括旋轉變壓器、處理電路以及結構本體；所述處理電路包括正弦信號發生器、AD轉換器、現場可編程門陣列、收發器、非易失存儲器；所述處理電路將旋轉變壓器輸出的正余弦包絡信號轉換成增量式編碼信號，并且增量式編碼器信號線數可變，Z脈沖位置任意可變，該裝置還具有通信功能，可以從外部裝置接受編碼器線數、旋轉相位、馬達參數、電流環增益等，并將其存入非易失存儲器。其具有適應惡劣工作環境、編碼器輸出線數可變、Z脈沖位置任意可變、初始轉子位置辨識精度高等特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種編碼裝置，尤其涉及一種基于旋轉變壓器的増量式編碼器，可以通過對旋轉變壓器的輸出信號進行數字調制處理，輸出表征轉子位置信息的増量式編碼信號。同時該旋轉變壓器還具有通信功能，能將豐富的信息傳送給電機驅動器。具有編碼器線數任意可變、對轉子初始位置辨識精確、Z脈沖位置任意可變、成本低廉的特點。
技術介紹
目前國內應用最廣泛的伺服電機用編碼器是復合式増量編碼器。該編碼器輸出ー對正交的AB脈沖信號，每轉ー圈得到的脈沖的個數稱之為編碼器的線數。另外還輸出每圈只出現一次的標示電機轉子零位的Z信號脈沖。ABZ信號使驅動器精確控制電機的位置和 In速度，線數為q的増量式編碼信號將電機轉子一周分成4q份，每份為利用AB信號的旋轉相位關系可以辨識電機轉子的轉動方向，如圖2所示。復合式編碼器除具備ABZ輸出信號外，還輸出互差60°電角度的電子換相信號UVW，UVff信號各自的每轉周期數與電機轉子的磁極對數一致，用于電機起動時的磁場定向控制。然而，由于增量式編碼器多為光電碼盤，這就限制了它在高溫、嚴寒、潮濕、高震動等環境比較惡劣場合的應用，并且利用UVW信號在電機啟動時作磁場定向，只能提供很粗略的位置信息，待電機找到Z脈沖后，才能得到準確的轉子位置，這就影響了控制性能，給使用者帶來了不便。旋轉變壓器簡稱旋變，是由經過特殊電磁設計的高性能硅鋼疊片和漆包線構成的，相比于采用光電技術的編碼器而言，具有耐熱、耐振、耐沖擊、耐油污，甚至耐腐蝕等惡劣工作環境的適應能力，因而在エ況惡劣的環境中被廣泛采用，ー對極(單速)的旋變可以視作一種單圈絕對式反饋系統。但其缺點是輸出的模擬量信號需要價格昂貴的專用解調芯片，成本高且使用不便。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本技術提供了一種基于旋轉變壓器的増量式編碼器，其包括旋轉變壓器、處理電路以及結構本體，其中所述旋轉變壓器，由定子和轉子兩部分組成，定子上有三組繞組，ー組是正弦輸入勵磁繞組，另ー組是正弦輸出繞組，其余ー組是余弦輸出繞組，轉子上有ー組獨立的繞組，輸出兩相正交波形，所述正弦輸入勵磁繞組接受輸入的正弦型激勵信號，感應線圈依據所述旋轉變壓器轉子和定子的相互角位置關系，感應出檢測信號，其包括正弦包絡信號、余弦包絡信號；所述處理電路包括正弦信號發生器，用于產生一定頻率的正弦波信號，作為旋轉變壓器的輸入激勵信號;AD轉換器，其用于將旋轉變壓器輸出的模擬信號進行模數轉換，變成現場可編程門陣列輸入的數字量；所述處理電路進一歩包括現場可編程門陣列，其接收對所述激勵信號、正弦包絡信號、余弦包絡信號經過AD轉換的數據，通過該數據計算出上電初始時刻電機轉子的絕對位置作為伺服驅動器上電瞬間的磁場定向控制，并對旋轉變壓器輸出的正余弦包絡信號進行調制處理，實現可變線數細分，再變換成増量式的轉子運轉信號ABZ ；所述旋轉變壓器在上電時處于第一傳輸模式，輸出電機標識信息，完成上述傳輸后所述旋轉變壓器切換到第二傳輸模式，由相同的信號傳輸線傳送所述轉子運轉信號ABZ。在上述技術方案中，所述處理電路還包括收發器，在電機裝配過程中，所述收發器接收外部編程器發來的數據，并將之傳送到現場可編程門陣列；在正常工作狀態下，所述收發器接收現場可編程門陣列的數據并發送往對應的電機驅動器。在上述技術方案中，所述處理電路還包括非易失存儲器，用于存儲編碼器線數、旋轉相位、馬達參數、Z脈沖位置指令、電流環增益以及三角函數表。在上述技術方案中，所述非易失存儲器為EEPROM器件或FLASH器件。在上述技術方案中，所述現場可編程門陣列中包含信號接收模塊、輸出信號切換模塊、壓控震蕩模塊、狀態機模塊、電機標識信息模塊、計數器模塊。本技術取得了以下技術效果將旋轉編碼器的輸出信號轉換成増量式編碼信號，而且還可以增強驅動器對電機的控制，提高驅動器控制電機的靈活性該系統上電初始時刻轉子的絕對位置，其轉子位置辨識精度高，與AB増量編碼信號對轉子位置具備同樣的辨識精度。附圖說明圖I為本技術的電路原理框圖；圖2為本技術的可編程邏輯器件實現的功能模塊示意框圖；圖3為角度跟蹤觀測的控制框圖；圖4為旋轉變壓器輸出的信號示意圖；圖5為旋轉變壓器定子與轉子之間的矢量關系圖；圖6為利用狀態機得到増量式編碼信號的示意圖。圖中標記1_輸入信號；2_AD轉換器；3_正弦波發生器；4_可編程邏輯器件；5-收發器；6_存儲器；401_旋轉變壓器輸出的正弦包絡信號；402_旋轉變壓器輸出的余弦包絡信號；403_旋轉變壓器的輸入激勵信號。具體實施方式為了便于本領域普通技術人員理解和實施本技術，以下結合附圖及具體實施方式對本技術作進ー步的詳細描述。本技術中基于旋轉變壓器的増量式編碼器的電路原理框圖如圖I所示，本技術通過對旋轉變壓器輸出的正余弦包絡信號經AD轉換器2和可編程邏輯器件4得到轉子的位置信息，其中可編程邏輯器件4優選為現場可編程門陣列；通過對正弦包絡信號VpSincotXCos 0、余弦包絡信號VpSincotXSine進行數字信號處理轉變成增量式的編碼信號，通過收發器5輸出，其中増量編碼信號的線數和相位可編程，Z脈沖的位置可根據需要設置在轉子的任意角度。同時，基于本技術的裝置還可以通過收發器5從外部編程器接收數據，接收到的數據都可以存入存儲器6。為了實現上述目的，本技術的可輸出增量式編碼信號的旋轉變壓器，包括旋轉變壓器、處理電路以及結構本體。其中旋轉變壓器，由定子和轉子兩部分組成，定子上有三組繞組，ー組是正弦輸入勵磁繞組，另ー組是正弦輸出繞組，其余ー組是余弦輸出繞組，轉子上有ー組獨立的繞組，輸出兩相正交波形。勵磁繞組接受輸入的正弦型激勵信號，感應線圈依據旋轉變壓器轉子和定子的相互角位置關系，感應出來具有正弦和余弦包絡的檢測信號。旋變正余弦輸出信號是根據轉定子之間的角度對激勵正弦信號的調制結果，如果激勵信號是VrefSin cot，定轉子之間的角度為0，則正弦包絡信號為VpSincotXSin 0，則余弦包絡信號,VpSinonXC0s 0，其中Vp/VMf為旋轉變壓器副邊繞組和原邊繞組的匝數比。根據正余弦 包絡信號和原始的激勵信號，通過必要的數字處理電路，就可以獲得較高分辨率的位置檢測結果。其中，該處理電路包括FPGA,即現場可編程門陣列4，接收正弦包絡信號VpSincotXSin 0、余弦包絡信號VpSin cot XCos 0經過AD轉換的數據，經過數字信號處理，實現可變線數細分，再變換成增量式的ABZ信號，即轉子運轉信息。收發器5，在電機裝配過程中，接收編程器發來的數據，并將之傳送到FPGA ;在正常工作狀態下，接收FPGA的數據并發送往電機驅動器。非易失性存儲器4，使用EEPROM或FLASH器件，存儲該編碼器的線數、旋轉相位、馬達參數和電流環增益以及三角函數表等信息。AD 轉換器 2，將模擬信號 VpSinco tXSin 0 ,VpSincotXCos 0、VMfSin t 進行模數轉換，將其變成數字信號送到FPGA處理。正弦信號發生器3，用于產生一定頻率的正弦波信號，作為旋轉變壓器的輸入激勵信號。該編碼器中的數字信號處理過程具體如下(一)AB信號的獲取利用AD轉換器2將正弦包絡信號VpSincotX本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于旋轉變壓器的增量式編碼器，其包括旋轉變壓器、處理電路以及結構本體，其中：所述旋轉變壓器，由定子和轉子兩部分組成，定子上有三組繞組，一組是正弦輸入勵磁繞組，另一組是正弦輸出繞組，其余一組是余弦輸出繞組，轉子上有一組獨立的繞組，輸出兩相正交波形，所述正弦輸入勵磁繞組接受輸入的正弦型激勵信號，感應線圈依據所述旋轉變壓器轉子和定子的相互角位置關系，感應出檢測信號，其包括正弦包絡信號、余弦包絡信號；所述處理電路包括：正弦信號發生器，用于產生一定頻率的正弦波信號，作為旋轉變壓器的輸入激勵信號；AD轉換器，其用于將旋轉變壓器輸出的模擬信號進行模數轉換，變成現場可編程門陣列輸入的數字量；其特征在于，所述處理電路進一步包括：現場可編程門陣列，其接收對所述激勵信號、正弦包絡信號、余弦包絡信號經過AD轉換的數據，通過該數據計算出當前電機轉子的絕對位置作為伺服驅動器上電瞬間的磁場定向控制，并對旋轉變壓器輸出的正余弦包絡信號進行調制處理，實現可變線數細分，再變換成增量式的轉子運轉信號ABZ；所述旋轉變壓器在上電時處于第一傳輸模式，輸出電機標識信息，完成上述傳輸后所述旋轉變壓器切換到第二傳輸模式，由相同的信號傳輸線傳送所述轉子運轉信號ABZ。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉纘閣，汪原，
申請(專利權)人：武漢邁信電氣技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：