一种轴角角度计算装置的制作方法

本发明涉及数字解码，尤其涉及一种轴角角度计算装置。

背景技术：

1、伺服控制广泛应用于工业控制以及特种车辆领域，为了实现多电机同步跟踪控制或独立控制，多轴电机控制应运而生，而传统的多轴电机控制仍采用主控单机+电机驱动器的形式。为了减小体积，降低重量，开发了驱控一体的多轴电机控制器。

2、为了进行矢量解耦控制，需要获取每路电机转子位置。相关技术中，主要通过两种方式实现转子位置的获取，一种采用无位置传感器控制，但无法适用于低速运行的场合；另一种采用位置传感器。旋转变压器是位置传感器的一种，具有工作可靠、抗干扰性强的特点，适用于复杂恶劣的工作环境，在永磁同步电机的伺服驱动控制中得到广泛应用。

3、在通过旋转变压器获取永磁同步电机的轴角位置时，需要专用轴角解码芯片，专用解码芯片虽然技术成熟，但价格昂贵，接口电路复杂，且不够灵活。尤其在传统的采用主控单机+电机驱动器形式的多轴电机控制中，需要使用多片专用轴角解码芯片。为了降低成本，且实现国产化，采用软件解算的方法实现轴角的获取。为实现旋转变压器位置的解算，需要对其进行激磁，然后通过采集旋转变压器的正交输出信号，进行解算，从而得到永磁同步电机轴角的位置。目前，轴角数字解算的方式通常采用高速da输出正弦波通过推挽放大电路后进行激磁，此种设计方法成本依然较高，占用控制器接口资源较多。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明实施例提供一种轴角角度计算装置。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种轴角角度计算装置，所述装置包括fpga电路、若干个单端变双端电路、若干个驱动放大电路、若干个旋转变压器、若干个滤波电路、若干个采集调理电路和ad转换电路；

3、fpga电路，用于生成激磁方波波形；

4、单端变双端电路，用于将所述激磁方波波形变换为差分波形；

5、驱动放大电路，用于对差分波形进行功率放大，得到驱动信号；

6、旋转变压器，用于以所述驱动信号作为初级绕组的输入，通过次级绕组输出正交的正弦模拟信号和余弦模拟信号；

7、滤波电路，用于对所述正弦模拟信号和所述余弦模拟信号进行滤波；

8、采集调理电路，用于对滤波后的正弦模拟信号和余弦模拟信号进行偏置、放大和保护，得到调理后的正弦模拟信号和余弦模拟信号；

9、ad转换电路，用于将调理后的正弦模拟信号和余弦模拟信号转换为正弦数字信号和余弦数字信号；

10、所述fpga电路用于根据所述正弦数字信号和余弦数字信号，计算多路旋转变压器的目标轴角角度。

11、在一种可能的实现方式中，所述fpga电路通过运行ip软核，计算所述目标轴角角度。

12、在一种可能的实现方式中，所述ip软核用于对所述正弦数字信号和所述余弦数字信号进行解调；通过fir滤波算法，对解调后的正弦数字信号和余弦数字信号进行滤波；通过cordic算法和角度跟踪算法，基于滤波后的正弦数字信号和余弦数字信号计算轴角角度；对所述轴角角度进行相位补偿，得到目标轴角角度。

13、在一种可能的实现方式中，所述激磁方波波形的相位和频率通过dds算法调节。

14、在一种可能的实现方式中，所述单端变双端电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第一反馈网络和第二反馈网络；

15、激磁方波波形经第一分压电阻，双端负输出信号经第二分压电阻，共同电连接至第一运算放大器的同相输入端；所述双端负输出信号经第三分压电阻，双端正输出信号经第一反馈网络，共同电连接至第一运算放大器的反相输入端；经第一运算放大器比较后，通过第一输出端输出双端正输出信号；

16、基准源电连接至第二运算放大器的同相输入端，双端正输出信号经第四分压电阻分压后，双端负输出信号经第二反馈网络，共同电连接至第二运算放大器的反相输入端，经第二运算放大器比较后，通过第二输出端输出双端负输出信号；

17、所述差分波形为所述双端正输出信号与所述双端负输出信号形成的差分波形。

18、在一种可能的实现方式中，所述双端正输出信号与所述双端负输出信号之间的电压差为所述单端输入信号与所述基准源之间电压差的二倍。

19、在一种可能的实现方式中，所述驱动放大电路包括第一正相放大子电路、第二正相放大子电路和第一瞬态抑制子电路，所述驱动信号包括正驱动信号和负驱动信号；

20、所述双端正输出信号经所述第一正相放大子电路进行幅值调整之后，经第一瞬态抑制子电路进行电压保护，输出正驱动信号；

21、所述双端负输出信号经所述第二正相放大子电路进行幅值调整之后，经第一瞬态抑制子电路进行电压保护，输出负驱动信号。

22、在一种可能的实现方式中，所述滤波电路包括第二瞬态抑制子电路和π型低通滤波子电路；

23、所述第二瞬态抑制子电路用于抑制静电放电；

24、所述π型低通滤波子电路用于抑制高频噪声。

25、在一种可能的实现方式中，所述ad转换电路包括：

26、多个低通滤波子电路，每个低通滤波子电路用于对一路调理后的正、余弦模拟信号进行低通滤波；

27、adc芯片，用于将至少一路低通滤波后的正弦模拟信号和余弦模拟信号转换为正弦数字信号和余弦数字信号。

28、在一种可能的实现方式中，所述fpga电路的输出端与所述单端变双端电路的输入端电连接；

29、所述单端变双端电路的输出端与所述驱动放大电路的输入端电连接；

30、所述驱动放大电路的输出端与所述旋转变压器的原边电连接；

31、所述旋转变压器的副边与所述滤波电路的输入端电连接；

32、所述滤波电路的输出端与所述采集调理电路的输入端电连接；

33、所述采集调理电路的输出端与所述ad转换电路的输入端电连接；

34、所述ad转换电路的输出端与所述fpga电路的输入端电连接。

35、本发明实施例提供的技术方案中，无需选用解码专用芯片，降低了旋转编码器的解码成本，提高了解码实现的灵活性。

1.一种轴角角度计算装置，其特征在于，所述装置包括fpga电路、若干个单端变双端电路、若干个驱动放大电路、若干个旋转变压器、若干个滤波电路、若干个采集调理电路和ad转换电路；

2.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述fpga电路通过运行ip软核，计算所述目标轴角角度。

3.根据权利要求2所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述ip软核具体用于对所述正弦数字信号和所述余弦数字信号进行解调；通过fir滤波算法，对解调后的正弦数字信号和余弦数字信号进行滤波；通过cordic算法和角度跟踪算法，基于滤波后的正弦数字信号和余弦数字信号计算轴角角度；对所述轴角角度进行相位补偿，得到目标轴角角度。

4.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述激磁方波波形的相位和频率通过dds算法调节。

5.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述单端变双端电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第一反馈网络和第二反馈网络；

6.根据权利要求5所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述双端正输出信号与所述双端负输出信号之间的电压差为所述单端输入信号与所述基准源之间电压差的二倍。

7.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述驱动放大电路包括第一正相放大子电路、第二正相放大子电路和第一瞬态抑制子电路，所述驱动信号包括正驱动信号和负驱动信号；

8.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述滤波电路包括第二瞬态抑制子电路和π型低通滤波子电路；

9.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，所述ad转换电路包括：

10.根据权利要求1所述的轴角角度计算装置，其特征在于，