基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置及方法与流程

本发明涉及模拟旋转变压器信号，具体为一种基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置及方法。

背景技术：

1、旋转变压器作为一种高可靠性的角位移传感器，广泛应用于电机控制、伺服系统、航空航天及工业自动化等领域。其通过电磁感应原理输出与转子角度相关的正交调制信号，具备抗干扰能力强、环境适应性好等优势。旋转变压器模拟装置在系统验证中扮演着至关重要的角色，通过高精度模拟旋转变压器的信号特性，为电机控制系统、伺服驱动器、航空航天设备等提供可靠的测试与验证环境。

2、目前，旋转变压器模拟装置主要采用模拟乘法器、数字信号处理器配合模数转换器和数模转换器等方案实现。模拟乘法器方案存在温度漂移大、线性度差、精度低等问题；数字方案虽然精度较高，但模数转换和数字信号处理环节会引入相位延迟，导致反馈信号与激励信号之间产生相位差，需要额外的相位补偿电路，增加了硬件设计复杂度和成本。此外，现有方案在动态性能和精度之间难以兼顾。为此，亟需一种原理简单、精度高、成本低且能够消除相位差的旋转变压器模拟装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置及方法，以乘法型数模转换器为核心，通过将激励信号直接作为数模转换器的参考电压，实现反馈信号与激励信号的无相位差同步输出，具有原理简单、精度高、成本低等优点。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、第一方面，本申请提供了一种基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，包括增益可调放大器、第一乘法型数模转换电路、第二乘法型数模转换电路和控制逻辑电路；

4、所述增益可调放大器对输入的旋转变压器激励信号的幅值进行调节，输出与所述旋转变压器激励信号的波形和相位相同的信号；所述增益可调放大器的输出端同时与所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路的参考电压输入端连接；

5、所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路以所述增益可调放大器的输出信号作为参考电压；所述控制逻辑电路根据旋转变压器待模拟角度，控制所述第一乘法型数模转换电路将所述参考电压转换为旋转变压器正弦反馈信号，控制所述第二乘法型数模转换电路将所述参考电压转换为旋转变压器余弦反馈信号。

6、优选的，所述增益可调放大器为pga可编程放大器，增益可选范围为1/8、1/4、1/2、1、2、4和8。

7、优选的，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路均工作在四象限模式；

8、所述控制逻辑电路控制所述第一乘法型数模转换电路输出与sin(θ)成正比的电压信号，控制所述第二乘法型数模转换电路输出与cos(θ)成正比的电压信号，其中，θ为所述旋转变压器待模拟角度。

9、优选的，当与sin(θ)对应的码值为正时，所述第一乘法型数模转换电路输出信号与所述参考电压同相；当与sin(θ)对应的码值为负时，输出信号与所述参考电压反相。

10、优选的，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路在数据端为全0时，输出负的参考电压值；在数据端为全1时，输出正的参考电压值。

11、优选的，所述第一乘法型数模转换电路的码值由sin(θ)映射得到，所述第二乘法型数模转换电路的码值由cos(θ)映射得到，其中θ为所述旋转变压器待模拟角度。

12、优选的，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路的分辨率为16位。

13、优选的，还包括过压保护电路，所述旋转变压器激励信号经由所述过压保护电路接入所述增益可调放大器的输入端；所述旋转变压器正弦反馈信号和所述旋转变压器余弦反馈信号经由所述过压保护电路输出。

14、优选的，所述旋转变压器正弦反馈信号和所述旋转变压器余弦反馈信号与所述旋转变压器激励信号同相位。

15、第二方面，本申请提供了一种基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

16、步骤1、设置所述增益可调放大器的增益，旋转变压器激励信号经所述增益可调放大器幅值调节后，得到与所述旋转变压器激励信号波形和相位相同的参考电压信号；

17、步骤2、所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路以所述参考电压信号作为参考电压，所述控制逻辑电路根据旋转变压器待模拟角度，控制所述第一乘法型数模转换电路将所述参考电压转换为旋转变压器正弦反馈信号，控制所述第二乘法型数模转换电路将所述参考电压转换为旋转变压器余弦反馈信号。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本申请提供的一种基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，以乘法型数模转换器替代传统模拟乘法器或数字信号处理方案，通过将激励信号直接作为参考电压实现无相位差的旋转变压器信号模拟。首先，该装置以增益可调放大器、第一乘法型数模转换电路、第二乘法型数模转换电路和控制逻辑电路构成信号链路，增益可调放大器接收旋转变压器激励信号并对其幅值进行调节，输出波形和相位与激励信号完全一致的信号，作为两路乘法型数模转换电路的共享参考电压；控制逻辑电路根据旋转变压器待模拟角度，分别控制两路乘法型数模转换电路将参考电压转换为正弦反馈信号和余弦反馈信号。整个信号链路中，激励信号直接作为参考电压参与乘法运算，不经过模数转换和数字信号处理环节，因此反馈信号与激励信号之间不存在相位延迟，从原理上消除了传统数字方案因模数转换和数字处理引入的相位差，避免了相位补偿电路带来的硬件复杂度。其次，该装置仅需增益可调放大器、乘法型数模转换器和控制逻辑电路即可实现完整功能，无需模拟乘法器、模数转换器等器件，结构简单、成本低。由于乘法型数模转换器工作在四象限模式，输出信号与参考电压的同相或反相关系由输入数字量决定，误差主要来源于乘法型数模转换器的线性度和分辨率，与模拟乘法器方案相比避免了温度漂移和非线性失真问题，精度和稳定性更高。通过改变控制逻辑电路输出的数字量即可实现0至360度全范围角度模拟，分辨率取决于数模转换器位数，灵活性和扩展性强。

1.一种基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，包括增益可调放大器、第一乘法型数模转换电路、第二乘法型数模转换电路和控制逻辑电路；

2.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述增益可调放大器为pga可编程放大器，增益可选范围为1/8、1/4、1/2、1、2、4和8。

3.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路均工作在四象限模式；

4.根据权利要求3所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路在数据端为全0时，输出负的参考电压值；在数据端为全1时，输出正的参考电压值。

6.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述第一乘法型数模转换电路的码值由sin(θ)映射得到，所述第二乘法型数模转换电路的码值由cos(θ)映射得到，其中θ为所述旋转变压器待模拟角度。

7.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述第一乘法型数模转换电路和所述第二乘法型数模转换电路的分辨率为16位。

8.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，还包括过压保护电路，所述旋转变压器激励信号经由所述过压保护电路接入所述增益可调放大器的输入端；所述旋转变压器正弦反馈信号和所述旋转变压器余弦反馈信号经由所述过压保护电路输出。

9.根据权利要求1所述的基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置，其特征在于，所述旋转变压器正弦反馈信号和所述旋转变压器余弦反馈信号与所述旋转变压器激励信号同相位。

10.一种权利要求1-9任一项所述基于乘法型数模转换器的旋转变压器模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：