介紹一種用于永磁同步電動(dòng)機(jī)控制的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，該方法采用旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換器Au6802N1，將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字位置信號。設(shè)計(jì)了Au6802N1與旋轉(zhuǎn)變壓器和TMs320F2812之間的接口電路，并提出了’種具有較強(qiáng)容錯(cuò)性的位置信號數(shù)字處理方法。試驗(yàn)表明，該方案能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置和速度的檢測。
O引言
在采用磁場定向控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)地檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、速度的閉環(huán)控制。通常的檢測方法是使用光電編碼器，而常用的正交光電編碼器起動(dòng)時(shí)需要一段時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)軸定位，而且沖擊震動(dòng)性差，因此在需要快速響應(yīng)的運(yùn)行且對震要求較高的場合，往往使用旋轉(zhuǎn)變壓器。
旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出是含位置信息的模擬信號，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才可輸入到單片機(jī)或DsP等控制芯片。本文采用多摩川公司的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器Au6802N1將模擬位置信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字位置信號，同時(shí)采用TMs320F2812作主控cPu，可滿足系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子位置與速度信號實(shí)時(shí)快速檢測和處理的要求。該方案確實(shí)可行，并具有較高的控制。
1旋轉(zhuǎn)變壓器的原理
本系統(tǒng)選用的無刷旋轉(zhuǎn)變壓器如圖1所示。經(jīng)過無刷化設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)變壓器初級勵(lì)磁繞組（R1一R2）和二相正交的次級感應(yīng)繞組（s1一s3，s2一S4）同在定子側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)是與初級繞組和次級繞組磁通耦合的結(jié)構(gòu)的線圈繞組。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子隨電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)、初級勵(lì)磁繞組外加交流勵(lì)磁電壓后，次級兩輸出繞組中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，大小為勵(lì)磁與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角的正、余弦值的乘積。旋轉(zhuǎn)變壓器輸入輸出關(guān)系如下：
式中：F0——?jiǎng)?lì)磁幅值；
ω——?jiǎng)?lì)磁角頻率；
K——旋轉(zhuǎn)變壓器變比；
θ——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度。
2基于Au6802N1的接口電路
2 1旋轉(zhuǎn)變壓器與Au6802N1的接口電路
Au6802N1提供給旋轉(zhuǎn)變壓器的交流勵(lì)磁電壓由RsO—cOM口輸出，頻率由引腳FsEL1和FsEL2設(shè)置，在圖2的電路中勵(lì)磁電壓信號的頻率設(shè)置為10 kHz.勵(lì)磁電壓的值通過雙電源B00ster放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。該勵(lì)磁電壓信號又反饋回R1ER2E端口，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相位同步檢測和斷相檢測。旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的cos和sin信號經(jīng)過調(diào)理后分別由s3-s1和s4-s2端口進(jìn)入解碼芯片。參數(shù)選擇：V＝15 V，Ri＝22 kΩ，Rf＝100 kΩ，R1＝R2＝3.3 kΩ，R3＝R4＝4.7Ω，Rext＝12Ω，RRl＝RR2＝3.3 kΩ，R11＝20 kΩ，R12＝200 kΩ，RBH＝68 kΩ，RBL＝20 kΩ；Ci＝O.1μF，Cf＝200 pF，Cn＝100 pF，Cc＝1 000 pF.
2.2 Au6802Nl與TMs320F2812的接口設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用TMs：320F2812作為主控cPu，用Au6802Nl將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號（sin，cos）轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號，然后由DSP將數(shù)字位置信號讀人并進(jìn)行處理。Au6802Nl有三種輸出信號模式：脈沖接口模式、并行I／O接口模式和并行總線接口模式，這三種信號輸出模式可以通過其芯片引腳Ou、c、RDB、INTB的電平設(shè)置來設(shè)定。脈沖接日模式是仿增量式光電編碼器工作方式，輸出正交編碼脈沖，同時(shí)還可以輸出磁位置信號以及轉(zhuǎn)速故障信號。并行L／0接口模式就是并行輸出式位置信號的數(shù)字量。另外，可編程sPI口也為其與DsP之間傳輸電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號提供了理想的接口，在上述三種模式下均可正常工作而不需要任何設(shè)置。該芯片所提供的多種信號輸出模式為用戶的信號接口電路設(shè)計(jì)提供了更多的選擇，可以實(shí)現(xiàn)不同的用途。本系統(tǒng)中使用式輸出模式，式輸出為12位位置信號，分辨率60 000r／min；而且可以輸出方向信號和錯(cuò)誤信號，外圍電路簡單，少許元件就可以完成解碼工作，輸出信號由電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVcl64245完成Au6802N1輸出5 v電平到DsP輸入3.3 V電平的轉(zhuǎn)換后直接與DsP的I／O口相連。其接口電路原理圖如圖3所示。
O引言
在采用磁場定向控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)地檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、速度的閉環(huán)控制。通常的檢測方法是使用光電編碼器，而常用的正交光電編碼器起動(dòng)時(shí)需要一段時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)軸定位，而且沖擊震動(dòng)性差，因此在需要快速響應(yīng)的運(yùn)行且對震要求較高的場合，往往使用旋轉(zhuǎn)變壓器。
旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出是含位置信息的模擬信號，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才可輸入到單片機(jī)或DsP等控制芯片。本文采用多摩川公司的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器Au6802N1將模擬位置信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字位置信號，同時(shí)采用TMs320F2812作主控cPu，可滿足系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子位置與速度信號實(shí)時(shí)快速檢測和處理的要求。該方案確實(shí)可行，并具有較高的控制。
1旋轉(zhuǎn)變壓器的原理
本系統(tǒng)選用的無刷旋轉(zhuǎn)變壓器如圖1所示。經(jīng)過無刷化設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)變壓器初級勵(lì)磁繞組（R1一R2）和二相正交的次級感應(yīng)繞組（s1一s3，s2一S4）同在定子側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)是與初級繞組和次級繞組磁通耦合的結(jié)構(gòu)的線圈繞組。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子隨電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)、初級勵(lì)磁繞組外加交流勵(lì)磁電壓后，次級兩輸出繞組中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，大小為勵(lì)磁與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角的正、余弦值的乘積。旋轉(zhuǎn)變壓器輸入輸出關(guān)系如下：
式中：F0——?jiǎng)?lì)磁幅值；
ω——?jiǎng)?lì)磁角頻率；
K——旋轉(zhuǎn)變壓器變比；
θ——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度。
2基于Au6802N1的接口電路
2 1旋轉(zhuǎn)變壓器與Au6802N1的接口電路
Au6802N1提供給旋轉(zhuǎn)變壓器的交流勵(lì)磁電壓由RsO—cOM口輸出，頻率由引腳FsEL1和FsEL2設(shè)置，在圖2的電路中勵(lì)磁電壓信號的頻率設(shè)置為10 kHz.勵(lì)磁電壓的值通過雙電源B00ster放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。該勵(lì)磁電壓信號又反饋回R1ER2E端口，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部相位同步檢測和斷相檢測。旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的cos和sin信號經(jīng)過調(diào)理后分別由s3-s1和s4-s2端口進(jìn)入解碼芯片。參數(shù)選擇：V＝15 V，Ri＝22 kΩ，Rf＝100 kΩ，R1＝R2＝3.3 kΩ，R3＝R4＝4.7Ω，Rext＝12Ω，RRl＝RR2＝3.3 kΩ，R11＝20 kΩ，R12＝200 kΩ，RBH＝68 kΩ，RBL＝20 kΩ；Ci＝O.1μF，Cf＝200 pF，Cn＝100 pF，Cc＝1 000 pF.
2.2 Au6802Nl與TMs320F2812的接口設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用TMs：320F2812作為主控cPu，用Au6802Nl將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號（sin，cos）轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號，然后由DSP將數(shù)字位置信號讀人并進(jìn)行處理。Au6802Nl有三種輸出信號模式：脈沖接口模式、并行I／O接口模式和并行總線接口模式，這三種信號輸出模式可以通過其芯片引腳Ou、c、RDB、INTB的電平設(shè)置來設(shè)定。脈沖接日模式是仿增量式光電編碼器工作方式，輸出正交編碼脈沖，同時(shí)還可以輸出磁位置信號以及轉(zhuǎn)速故障信號。并行L／0接口模式就是并行輸出式位置信號的數(shù)字量。另外，可編程sPI口也為其與DsP之間傳輸電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號提供了理想的接口，在上述三種模式下均可正常工作而不需要任何設(shè)置。該芯片所提供的多種信號輸出模式為用戶的信號接口電路設(shè)計(jì)提供了更多的選擇，可以實(shí)現(xiàn)不同的用途。本系統(tǒng)中使用式輸出模式，式輸出為12位位置信號，分辨率60 000r／min；而且可以輸出方向信號和錯(cuò)誤信號，外圍電路簡單，少許元件就可以完成解碼工作，輸出信號由電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVcl64245完成Au6802N1輸出5 v電平到DsP輸入3.3 V電平的轉(zhuǎn)換后直接與DsP的I／O口相連。其接口電路原理圖如圖3所示。
