progetto di un trasformatore / digitale rotativo lineare a synchro / resolver convertitore
Estratto: i trasformatori rotativi lineari sono ampiamente utilizzati per risolvere quantità e alta precisione servosistemi grazie ai loro alta precisione e forte anti-interferenza abilità. ci sono molte soluzioni tecniche per realizzare resolver lineari risolvere circuito. Questo il documento elabora un metodo di progettazione del circuito di conversione basato su ddc RD-19230 come chip principale, concentrandosi sul processo di progettazione e verificando l'accuratezza del metodo di progettazione attraverso esperimenti. .
Parole chiave: trasformatore rotativo lineare, RD-19230, da digitale a synchro / resolver convertitore
1. Introduzione
un trasformatore rotante è un motore di controllo con una struttura e un processo di produzione molto dettagliati e la sua precisione è alta. Il resolver è principalmente diviso in due tipi: un trasformatore rotativo seno e coseno e un trasformatore rotativo lineare. Il la tensione di uscita del trasformatore rotativo seno e coseno è sinusoidale o simile al coseno. è utilizzato principalmente nelle occasioni di trasformazione di coordinate e di calcolo trigonometrico. Il la tensione di uscita del trasformatore rotativo lineare è lineare con l'angolo di rotazione ed è utilizzato principalmente nelle applicazioni dove l'angolo di rotazione deve essere convertito in un segnale elettrico. Il Il trasformatore rotativo lineare rende la tensione di uscita del rotore lineare con l'angolo del rotore, quindi può essere utilizzato solo come trasformazione lineare dell'angolo meccanico e del segnale elettrico entro un certo angolo di rotazione.
Questo il documento introduce la struttura di base e il principio di funzionamento del trasformatore rotativo lineare basato sulla prospettiva dell'applicazione. analizzando le caratteristiche funzionali e la struttura interna del chip di conversione del tipo di tracciamento RD-19230, un trasformatore rotativo lineare da digitale a synchro / resolver convertitore è progettato.
2 principio di progettazione del circuito
2.1 principio di funzionamento del trasformatore rotante lineare
un trasformatore rotativo lineare è una specie di trasformatore rotante il cui la tensione di uscita è linearmente correlata all'angolo di rotazione del rotore entro un certo angolo di lavoro range. Il di seguito è riportato il diagramma schematico del trasformatore rotativo lineare con compensazione del lato primario
figura 1 rotazione lineare e diagramma del principio di trasformazione
Quando il Z3Z4-avvolgimento del risolutore lineare mostrato in figura 1 è aperto, l'avvolgimento di eccitazione e l'avvolgimento coseno sono collegati in serie alla sorgente di corrente U, e una corrente scorre attraverso i due avvolgimenti per generare Bj e Bc, rispettivamente. Il densità magnetica Bj è il vero uranio magnetico, e bc può essere una componente dell'asse diretto Bcd e un componente dell'asse trasversale Bcq, rispettivamente. Dal momento che l'avvolgimento di compensazione è cortocircuitato come compensazione del lato primario, si può considerare che cross-axis densità magnetica componente Bcq è completamente compensato, quindi non c'è cross-axis campo magnetico nell'aria gap. a questo volta, c'è solo un asse diretto sintetico flusso magnetico Ф∑d nel resolver, which è generato solo dal campo magnetico diretto dell'uranio sintetizzato da Bj e Bcd. Il asse diretto magnetico fluxФ∑d è accoppiato rispettivamente all'avvolgimento di campo, agli avvolgimenti di uscita positivo e coseno, e genera rispettivamente i potenziali indotti Ej, Ec ed Es. Questi i potenziali sono rispettivamente in fase nel tempo
（1-1）
（1-2）
(1-3）
Se la caduta di impedenza nell'avvolgimento viene quindi ignorata
(1-4）
Quando, quindi:
（1-5）
Quando (1-5) è connesso con (1-4)
（1-6）
secondo l'equazione 1-6, in figura 2, Ku è 0,14, 0,46, 0,52, 0,67 e 0,95, l'ampiezza della tensione di ingresso è 5 V e θ è cambiato da -180 ° a 180 ° e l'ampiezza della tensione di uscita cambiata. si può vedere che quando Ku = 0,52 ~ 0,67, la linearità del trasformatore rotante a θ- [60 ° ~ 60 °] è meglio; mentre a Ku = 0,97, la caratteristica di linearità è ovviamente deteriorata.
figura 2 prestazioni di linea all'uscita del trasformatore b
nel trasformatore rotativo lineare vero e proprio, per ottenere le migliori caratteristiche lineari, quando la resistenza interna dell'alimentatore è piccola, il rapporto di Ku è generalmente 0,56 a 0,57.
2.2 metodo di progettazione per la realizzazione di trasformatore / digitale conversione
Con lo sviluppo della moderna tecnologia elettronica, le persone hanno avanzato requisiti più elevati in termini di precisione di conversione, velocità di conversione e affidabilità, struttura e prezzo dell'angolo dell'albero da digitale a synchro / resolver convertitore. basato sull'attuale status quo, resolver / digital lineare la conversione viene realizzata principalmente attraverso il monitoraggio della conversione, la digitalizzazione e altri schemi di conversione. Tra loro, il trasformatore / digitale rotativo lineare digitale ha gli svantaggi di un lungo ciclo di sviluppo e di una bassa precisione. Il lo schema di conversione del tipo di tracciamento ha le caratteristiche di forte anti-interferenza capacità e ottime prestazioni in tempo reale Pertanto, il resolver più lineare la conversione digitale adotta this schema.
in questo carta, il II-tipo Il principio del servo tracking viene utilizzato per progettare il circuit. Il due fili uscita tensione CA da il trasformatore rotativo lineare viene convertito dal chip di conversione del tipo di tracciamento RD-19230 e il 12 bit la quantità digitale binaria parallela è output. la sua uscita digitale segue automaticamente l'ingresso dell'angolo dell'albero alla velocità di inseguimento massima selezionata con nessun errore statico.
2.3 RD-19230 principio di funzionamento del chip
Il RD-19230 è un segnale misto CMDS ic che include un'uscita digitale di ingresso analogico sezione. Il il circuito analogico di precisione è combinato con logica digitale per formare un tracciamento completo ad alte prestazioni analogico-digitale convertitore. le sue principali caratteristiche e parametri di funzionamento sono i seguenti: + 5V singola alimentazione alimentazione; pompa di carica interna per fornire -5V alimentatore per esterno; precisione di conversione fino a 1.3 centesimi; programmabile risoluzione, larghezza di banda e tracciamento velocità; con riferimento integrato interno ; può sostituire l'uscita di velocità del tachimetro; uscita dati parallela, uscita programmabile fermo; programmabile LVDT modalità; funzionamento normale nell'intervallo di temperatura di -40 ~ +85 ° C.
figura 3 RD-19230 diagramma a blocchi
la figura 3 mostra lo schema a blocchi interno del RD-19230. Il Il principio utilizza un servo loop di tipo II e la sua quantità digitale di uscita segue continuamente la variazione della tensione di ingresso continuamente. Il alta precisione il ponte proporzionale all'interno dello schema a blocchi confronta il segnale di riferimento in ingresso con il segnale di ingresso e lo confronta con i dati digitali Φ del contatore reversibile per ottenere i dati dell'errore ac phase-sensitive demodulazione, elaborazione dell'errore integrale e VCO correzione reversibile contatore. Fino a θ-Φ tende a 0, quindi il rapporto del segnale in ingresso corrisponde a θ.
2.4 codice binario offset
la conversione di dati positivi e negativi viene spesso definita lavoro bipolare. ci sono molti metodi per esprimere quantità digitali in un computer come bipolari, come codice originale, complemento, codice inverso e codice binario. Tra loro, i codici binari complemento e offset sono usati principalmente per D / A convertitori. Il RD-19230 chip utilizza il RVDT modalità per trasmettere il metodo digitale come un codice binario a offset parallelo. Il il codice binario di offset è descritto di seguito
Il codice binario offset (chiamato anche frame shift code) è un codice binario di offset del numero binario di bit alfa ± D ottenuto aggiungendo un offset al codice binario come:
2n nell'equazione è il offset. Per esempio, if a 3 bit numero binario Di = + 110, quindi il suo codice binario di offset corrispondente è:
a 3 bit numero binario Di = -110, quindi il suo codice binario di offset corrispondente è:
3. progettazione di circuiti
3.1 circuito di condizionamento del segnale di ingresso
Il segnale di elaborazione interno di RD-19230 chip è composto da due segnali ortogonali. Normalmente può essere fornito direttamente dal resolver. in condizioni di lavoro normali, i requisiti di tensione dei due segnali di ingresso sono 2 mg ± 15 %, e il segnale di uscita del trasformatore rotativo lineare è di due linee. è necessario progettare un circuito di conversione .
Con diversi tipi di resolver lineari, le tensioni di riferimento e di segnale sono differenti. Pertanto, è necessario convertire il segnale di ingresso in un segnale standard RD-19230 segnale del chip che può essere riconosciuto da RD-19230 attraverso uno specifico circuito di condizionamento del segnale. all'interno dell'ingresso è presente un amplificatore operazionale, che semplifica il circuito e rende l'applicazione del circuito più conveniente.
figura 4 circuito di conversione proporzionale del segnale di ingresso del trasformatore rotante lineare
V1 tensione di regolazione del punto requisito:
V2 tensione di regolazione del punto requisito:
può essere visto da Fig. 4 che la tensione del segnale sin è (VA + VB) / 2 e la tensione del segnale cos è (VB-VA) / 2. C1 e C2 sono fasi compensate e sono impostate secondo le caratteristiche del resolver lineare usato.
prendendo il trasformatore rotativo lineare 36XX6-1 ad esempio, la tensione nominale è 30 Vrms, la frequenza operativa è 40 Hz e il rapporto di trasformazione è 0,58. Il segnale massimo di 17.4 Vrms è calcolato da il ratio. Normalmente, il trasformatore rotativo lineare è un segmento lineare compreso tra -60 ° e 60 °. per facilitare il controllo del sistema, il over-full la soglia di ingresso può essere impostata in base all'angolo di ingresso. Questo il progetto del circuito utilizza il valore di 80 ° come valore di fondo scala . sarà proporzionale, tensione nominale, sin80 ° e cos80 °. sostituendo in dalle equazioni 1-6, si può concludere che la tensione del segnale corrisponde a 80 ° è 15.568 Vrms. Pertanto, la resistenza proporzionale di va è impostata su R = 135KΩ e aR = 18KΩ e le resistenze proporzionali R = 135KΩ e bR = 9KΩ sono impostati, in modo che quando l'angolo di ingresso è 80 °, l'uscita corrisponde all'offset del codice binario fondo scala valore.
3.2 impostazione della modalità di lavoro
Il RD-19230 chip imposta la risoluzione e la modalità operativa tramite D0 e D1. in questo carta, D0 è collegato a -5V, D1 è connesso a + 5V ed è impostato su LVDT modalità con una risoluzione di 12 bit. per ridurre il tipo di alimentazione in ingresso e il circuito di conversione della potenza, l'uscita interna di RD-19230 il chip viene solitamente utilizzato per collegare -5V a D0. Tuttavia, quando utilizzando il -5V interno uscita, il RD-19230 la tensione del segnale della velocità del chip sarà limitata a 3,5 V, che influenzerà il tasso di tracciamento calcolo. la figura 5 mostra una connessione esterna utilizzando -5V interno del chip. i pin 27, 58 e 33 sono collegati insieme a + 5V DC; i pin 16, 17 e 23 sono collegati insieme all'uscita -5V e, come mostrato, 47uF e 10uF i condensatori di disaccoppiamento sono posizionati alla radice del dispositivo.
figura 5-5 impostazioni del circuito di conversione
3.2 impostazione della risoluzione e tabella dei pesi
Quando il RD-19230 il chip funziona in LVDT modalità, il primo bit e il secondo bit sono riempiti in eccesso, il terzo bit è MSB e la risoluzione è 8, 10, 12 e 14 bit programmabile. Il la modalità di output utilizza l'offset parallelo binary. in base all'impostazione dell'angolo del circuito di condizionamento del segnale di ingresso, la relazione corrispondente tra 12 bit codice di output e l'angolo di input di this circuito è mostrato nella tabella 1.
tabella 1 12 bit codice di output
angolare Uscita （Over1 、 Over2 、 MSB-LSB）
80 ° 01 1111 1111 1111
60 ° 00 1110 0001 0011
0 ° 00 1000 0000 0000
-60 ° 00 0001 1111 0100
-80 ° 11 0000 0000 0000
secondo il risolutore lineare segnale di ingresso, la tabella 2 elenca i 12 bit risoluzione lineare risolutore peso segnale in ingresso tabella. Il il peso viene calcolato come segue
Bit3: 0,5 / 0,5 = 1 arco Tan (1) = 45 °
Bit4: 0,25 / 0,75 = 0,333 arco Tan (0,333) = 18,435 °
Bit5: 0,125 / 0,875 = 0,143 arco Tan (0,143) = 8,130 °
tabella 2 tabella pesi
un po 'angolare
3 45 °
4 18,435 °
5 8.130 °
6 3,814 °
7 1.848 °
8 0,911 °
9 0,451 °
10 0,225 °
11 0,122 °
12 0,056 °
3.3 impostazione dei parametri ad anello chiuso
Il design del RD-19230 circuito periferico è mostrato in figura 3. i suoi circuiti periferici sono composti da resistori e condensatori ordinari e loro la precisione non è eccessivamente alta. alcuni importanti indicatori di prestazioni del sistema, come la larghezza di banda del sistema e la velocità massima di tracciamento, possono essere impostati dall'utente in base alle effettive esigenze. Il di seguito viene descritto il progetto dei parametri di ciascuna parte secondo la funzione .
In primo luogo, determinare la frequenza di lavoro del prodotto di progetto f = 400Hz e selezionare la larghezza di banda appropriata f in base alla frequenza di lavoro f≥F. In secondo luogo, la velocità di tracciamento viene determinata impostando RSET e RCLK resistori. riferendosi al RD-19230 PDF del dispositivo, il valore di resistenza viene scelto di essere 30K, che significa che a 12 bit risoluzione, la velocità di tracciamento massima è 288 rpm. Il la stessa impostazione può essere ottenuta senza il resistore RSET essendo connesso, ma al contrario, if viene utilizzato un resistore di alta precisione, la tensione di uscita ha migliori caratteristiche di temperatura. Infine, calcola la resistenza parametri.
Tra loro, f rappresenta la frequenza di campionamento interna, which deve essere determinato in base al valore di resistenza di RCLK. Il minore è il valore di resistenza, maggiore è la frequenza di conteggio interna. fare riferimento a RD-19230 dispositivo PDF quando RCLK = 30KΩ, f = 67 kHz. in base ai requisiti di progettazione, determinare la velocità di tracciamento che deve essere progettata. secondo la formula sopra, i parametri specifici di RV 、 CBW 、 RB 、 RB / 10 può essere calcolato a turno.
3.4 analisi dinamica delle prestazioni
Il diagramma a blocchi funzione di trasferimento del convertitore progettato con RD-19230 il chip è mostrato nella figura 6. si può vedere che il circuito include due collegamenti integrali puri ed è un tipico secondo ordine non stazionario sistema. Pertanto, il converter l'ingresso dell'angolo al gradino o alla rampa uniforme non è puramente nello stato stazionario errore di conversione, e c'è un errore di conversione di principio per l'angolo di accelerazione, quale è inversamente proporzionale a open-loop guadagno del sistema .
funzione di trasferimento ad anello aperto
una volta che i parametri del ciclo RV 、 CBW 、 RB sono determinati, la formula per il calcolo A1 e
Tra loro, cs è 10PF, Cvco è 50PF, coefficiente di guadagno A = A1 * A2, A1 è il guadagno dell'integratore e A2 è il VCO guadagno. ciascuno LSB guadagno errore (incluso pendenza ponte proporzionale, amplificazione amplificatore errore, demodulazione sensibile alla fase) è 0,011. si può vedere che il guadagno del sistema è principalmente il prodotto di LSB guadagno errore, guadagno integratore e VCO guadagno. Il fattore di guadagno a di questo il progetto del circuito è 15700 / S2.
3 risultati dei test
secondo il progetto sopra, a MLRDC4714-41-30 / 17 lineare risolutore / digitale convertitore è stato sviluppato. Il gli indicatori tecnici raggiunti dal prodotto sono riportati nella tabella 3. può essere visto da dal test risulta che il prodotto ha le caratteristiche di alta precisione di conversione e basso consumo Pertanto, il progetto è ragionevole e fattibile.
tabella 3 principali indicatori tecnici del prodotto,
presenta il valore reale del simbolo
rapporto di risoluzione res 12bit
bit di uscita d 14bit
linearità ERL 0,085 %
precisione di conversione r 2LSB
ripetibilità θR 1LSB
impedenza ingresso segnale Zi 140,1 KΩ
impedenza di ingresso di riferimento Zo 137,7 KΩ
livello di riferimento alto di uscita VOH 4.996V
livello di riferimento basso di uscita VOL 0,03 V
dissipazione di potenza pd 0.92W
4. Conclusioni
in questo carta, analizzando il meccanismo di funzionamento del trasformatore rotante lineare, il metodo di progettazione di RD-19230 in lineare rotativo trasformatore / digitale la conversione è proposta. Il vengono forniti i parametri principali di progettazione e calcolo teorico del circuito Il prodotti realizzati da this lo schema di sviluppo ha le caratteristiche di un'elevata precisione di uscita e buone caratteristiche dinamiche e può essere ampiamente applicato a prodotti come la misurazione dell'angolo e il controllo automatico.
Riferimenti:
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[2] dispositivi dati Corporation. manuale di riferimento del convertitore di dati volume i [MI. USA, 1999
[3] data device corporation tracciamento monolitico a 16 bit resolver-to-digital convertitore [M] .1999
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