CN106998162A - 旋转变压器相位补偿 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可旋转地联接到可旋转构件的旋转变压器，包括一种用于评估其输出信号的方法。这包括将励磁信号提供给旋转变压器并动态地确定来自旋转变压器的相应输出信号。确定多个数据集，其中每个数据集包括提供给旋转变压器的励磁信号和来自旋转变压器的相应输出信号的数字化状态。将所述数据集中的每一者的励磁信号和来自旋转变压器的相应输出信号的数字化状态进行算术组合，并确定其移动平均值。基于移动平均值来确定相移误差项，并基于相移误差项来确定励磁信号和相应输出信号之间的相移。

Description

旋转变压器相位补偿
技术领域
本公开涉及旋转变压器，以及用于确定与其相关联旋转位置的方法和***。
背景技术
包括可旋转构件的装置可以使用旋转变压器来监测转子的旋转位置和旋转速度。作为非限制性示例，动力传动***可以使用电动扭矩机器来产生用于推进的牵引扭矩。已知的扭矩机器包括通过高压电总线和逆变器模块电联接到能量存储装置的多相电动机/发电机。扭矩机器可以使用旋转变压器来监测旋转位置和旋转速度，并将这种信息用于其控制和操作。
旋转变压器是一种包括转子和定子的机电换能器，其中转子具有联接到可旋转构件的励磁绕组，而定子具有联接到装置非旋转构件的次级绕组，其中初级绕组和次级绕组之间的电磁联接绕组随着转子的旋转位置而变化。初级绕组可以用正弦信号励磁，该正弦信号在次级绕组中感应差分输出信号。与次级绕组的电联接的大小涉及转子相对于定子的旋转位置和称为旋转变压器变压比的衰减因子。在某些实施例中，旋转变压器是可变磁阻旋转变压器，在其内部，励磁绕组设置在定子中，转子和定子之间的空气间隙被调制在转子上，其根据旋转位置来调制变压比。由于次级绕组机械地移位90/PP度的机械旋转，来自次级绕组的输出信号可以相对于彼此相移90度的旋转，其中PP是旋转变压器的极对数。因此，电旋转是基于机械旋转除以电极的对数来确定的。初级绕组可以用正弦波参考信号励磁，该正弦波参考信号在次级绕组上感应差分输出信号。旋转变压器输入和差分输出信号之间的关系可以用于确定转子旋转角度的正弦和余弦。因此，可以对旋转变压器输入信号和旋转变压器输出信号之间的关系进行分析以动态地确定转子的角位置和旋转速度，并因此确定旋转构件的角位置和旋转速度。
已知采用旋转变压器的***具有旋转变压器到数字转换集成电路装置以处理来自旋转变压器的输入信号，以产生可由控制器采用的旋转信息。
发明内容
描述了一种可旋转地联接到可旋转构件的旋转变压器，包括用于评估其输出信号的方法。这包括将励磁信号提供给旋转变压器并动态地确定来自旋转变压器的相应输出信号。确定多个数据集，其中每个数据集包括提供给旋转变压器的励磁信号和来自旋转变压器的相应输出信号的数字化状态。将所述数据集中的每一者的励磁信号和来自旋转变压器的相应输出信号的数字化状态进行算术组合，并确定其移动平均值。基于移动平均值来确定相移误差项，并基于相移误差项来确定励磁信号和相应输出信号之间的相移。
本教导内容的上述特征和优点以及其它特征和优点，结合附图，在对执行如所附权利要求书中所限定本教导内容的一些最佳模式及其它实施例的详细描述中，是显而易见的。
附图说明
现在将通过举例的方式并参考附图描述一个或多个实施例，在附图中：
图1-1和图1-2示意性地示出了根据本公开的电机控制***，其包括电机，该电机通过由旋转变压器监测的刚性可旋转构件可旋转地联接到负载；
图2以图形方式示出了根据本公开，参考图1描述的旋转变压器实施例的运行相关联的数据，包括提供给初级线圈的励磁信号、由第一次级绕组产生的第一次级信号和由第二次级绕组产生的第二次级信号，次级线圈定位成正交的。
图3以图形方式示出了根据本公开，参考图1描述的旋转变压器实施例的运行相关联的数据，包括由次级线圈产生的次级信号，其类似于参考图2描述的信号，其中数据包括原始模拟数据、与原始模拟数据相关联的数字化数据和从数字化数据提取的包络数据；以及
图4至图9各自示意性地示出了根据本公开对框图形式的相移确定和补偿例程的实施例，其监测并处理来自旋转变压器的信号输出，以确定和补偿可旋转构件的实际旋转位置与旋转变压器指示的可旋转构件旋转位置之间的角度相移。
具体实施方式
现在参考附图，其中所述描述仅是为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1-1和图1-2示意性地示出了用于控制电动机10运行的电动机控制***的细节，电动机10经由刚性可旋转构件16可旋转地联接到负载17，其中可旋转构件16的旋转位置由旋转变压器20监测，其运行经由电机控制器40控制。如图所示，旋转变压器20设置在电动机10远离负载17的一侧，但是旋转变压器20可设置在任何合适的位置，用于监测可旋转构件16的旋转。作为非限制性示例，负载17可以是联接到驱动轮19的齿轮箱18，当被用作地面车辆动力传动***的一部分时，驱动轮19与地面相互作用。在其中描述的概念可以应用于包括装置可旋转构件16的任何构造，其中可旋转构件16由旋转变压器20监测以确定其旋转位置和速度。
电动机10可以是任何合适的电动机/发电机装置，例如永磁体装置，并包括定子14和转子12。如图所示，定子14是环形装置，转子12同轴地设置在可旋转构件16内并联接到可旋转构件16。或者，转子12可以被配置为一环形装置，具有设置在其内的同轴定子14。电动机10的运行通过电机控制器40控制，电动机控制器40优选地包括经由通信链路42与控制器50信号通信的反相器45。反相器45电连接到电动机10的定子14，以传输电力，以便在转子12上产生传递到可旋转构件16的扭矩或者反作用于从可旋转构件16传递到转子12上的扭矩。控制器50与旋转变压器20通信以监测可旋转构件16的旋转位置。
旋转变压器20包括固定地附接到可旋转构件16的旋转变压器转子22和附接到接地元件(例如电动机壳体)的旋转变压器定子24。旋转变压器转子22可以包括在本文中称为励磁绕组23的初级电绕组，而旋转变压器定子24包括分别在本文中称为第一和第二次级绕组25，26的两个次级电绕组。或者，旋转变压器20可以是可变磁阻旋转变压器，具有设置在旋转变压器定子24上的励磁绕组23和第一和第二次级绕组25，26，其中旋转变压器转子22调制它们之间的空气间隙，以在第一和第二次级绕组25，26之间生成输出信号。
励磁绕组23和第一、第二次级绕组25，26作为可变联接变压器运行。在运行中，控制器50将励磁信号(优选地以模拟正弦参考信号的形式)通过第一线路33传送到励磁绕组23。在某些实施例中，正弦参考信号的的频率范围在1kHz至15kHz之间。第一和第二次级绕组25，26响应于励磁信号产生第一和第二输出信号，这些信号经由第二和第三线路35，36传送。当第一和第二次级绕组25，26机械地可旋转地移动90/PP度机械旋转度时(其中PP是围绕转子12旋转轴线的旋转变压器的极对数)，由第一和第二次级绕组25，26产生的第一和第二输出信号经过包括数字化和解调的信号处理，以确定转子12的旋转角度并因此确定可旋转构件16的旋转角度。旋转变压器20可配置有用于第一和第二次级绕组25，26的单极对，意味着可旋转构件16的360度机械旋转产生信号，指示来自旋转变压器转子22的360度电旋转。或者，旋转变压器20可配置有用于第一和第二次级绕组25，26的多个极对。例如，当旋转变压器20配置有两个极对时，可旋转构件16的180度机械旋转产生信号，指示来自旋转变压器转子22的360度电旋转，而当旋转变压器20配置有三个极对时，可旋转构件16的120度机械旋转产生信号，指示来自旋转变压器转子22的360度电旋转。
控制器50包括微处理器电路60和接口电路55。微处理器电路60优选地包括双核心中央处理单元(CPU)65、脉冲发生器78和经由内部并行通信总线85通信的Σ-△(sigma-delta)模数转换器(SDADC)70。接口电路55包括信号调节电路，该电路包括例如，低通滤波器54和差分放大器53，二者经由第一线路33电连接到旋转变压器20的励磁绕组23。旋转变压器20的第一和第二次级绕组25，26分别经由第二和第三线路35，36与输入线路通信到SDADC70。第二和第三线路35，36包括相应的线路滤波器52。脉冲发生器78产生电脉冲，该电脉冲经由信号调节电路(包括例如，低通滤波器54和差分放大器53)传送到旋转变压器20的励磁绕组23。各个线路滤波器52在被发送到SDADC70之前去除电磁干扰(EMI)噪声。控制器50经由通信链路42与反相器45通信。
励磁绕组23和第一、第二次级绕组25，26的两个次级绕组可以作为可变联接变压器运行。在运行中，控制器50将励磁信号(优选地以模拟正弦参考信号的形式)经由第一线路33传送到励磁绕组23。在某些实施例中，正弦参考信号的额频率范围在1kHz至15kHz之间。励磁信号可以由脉冲发生器78以方波参考信号的形式产生，并且通过低通滤波器54以形成正弦波形。第二和第三线路35，36传送由第一和第二次级绕组25，26响应于励磁信号产生的第一和第二输出信号。当第一和第二次级绕组25，26以围绕转子12的旋转轴线(其中PP是旋转变压器的极对数)的90/PP度旋转角机械地旋转移位时，由第一和第二次级绕组25，26产生的第一和第二输出信号可经过包括数字化和解调的信号处理，以确定转子12的旋转角度。
电机控制器40包括微处理器电路60和其它电路以感测反馈信号，如电机电流、输入电压、电机位置和速度。电机控制器40产生用于反相器45的功率半导体开关的控制信号，以产生电流，经由三相电机电缆15传递到定子14。可旋转构件16的旋转与转子12和旋转变压器转子22的旋转一致，旋转变压器转子22的位置和速度与转子12的位置和速度直接联接。作为永磁体电机驱动***的示例，旋转变压器转子22被安装以定位转子12中磁体的北极，从而允许电机控制器40相对于电机磁***置控制电动机10以使给定电流的输出扭矩最大化。具体地，不存在参考图1-1和图1-2描述的电机控制器40的任何机械化的是旋转变压器-数字转换器(RDC)形式的专用集成电路。相反，本文详细描述了以控制器可执行例程形式的RDC***。
双核中央处理单元(CPU)65和诸如控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语的元件是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元，例如微处理器和以存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)形式的相关联非暂态存储器组件。非暂态存储器组件能够以下列形式存储机器可读指令：一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路及可由一个或多个处理器访问以提供所述功能的其它组件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和相关装置，其监测来自传感器的输入，这样的输入以预设的采样频率或响应于触发事件被监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供所需的功能，包括监测来自感测装置和其它网络控制器的输入，以及执行控制和诊断指令以控制致动器的运行。例程可以以定期间隔执行，例如在持续运行期间每100微秒一次。或者，可以响应于触发事件的发生来执行例程。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线链路、网络通信总线链路、无线链路或任何其它合适的通信链路来实现。通信包括以任何合适的形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号，经由空气的电磁信号，经由光波导的光信号等。数据信号可以包括模拟、数字化模拟和离散信号，表示来自传感器、致动器命令和控制器之间通信的输入。术语“模型”是指基于处理器的或处理器可执行的代码以及模拟装置或物理过程的物理存在的相关校准。如本文所用，术语“动态”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，其特征在于监测或以其它方式确定参数的状态，并在例程执行期间或在例程执行的迭代之间定期或周期性地更新参数的状态。
现在描述在本文中参照图1-1和图1-2描述的过程，其用于评估来自旋转变压器20(监测可旋转构件16的旋转位置)一个实施例的输出信号，并且包括：使用一个或多个算法确定正弦励磁信号与来自旋转变压器20的所得到的第一和第二输出信号之间的相移。励磁绕组23上的励磁信号和来自第一、第二次级绕组25，26的次级绕组的信号之间的相移可以通过信号延迟(例如信号滤波和通信延迟)引入。如果相移保持在未补偿的状态，则当解调时，其可导致来自第一、第二次级绕组25，26的次级绕组的提取包络形式的信号衰减。这种衰减可能降低信噪比，因此可能增加速度和位置误差的弱点并影响诊断故障的执行。
可以通过对正弦励磁信号的递归控制来补偿相移，并且可以对来自旋转变压器的所得到的第一、第二输出信号进行解调，以提取可旋转构件16的旋转速度和位置信息。然后解调的位置信息可以用于诊断和控制。如本文所述，可以采用算法来实现所有旋转变压器-数字转换，这些算法分析分别经由第二和第三线路35，36从第一和第二次级绕组25，26所收集信号的数字化状态。
图2以图形示出了旋转变压器20的实施例相对于水平轴上的时间105运行所关联的模拟数据。旋转变压器20的运行可以被建模为旋转变压器，包括可以被发送到励磁绕组23初级绕组的励磁信号以及来自第一、第二次级绕组25，26的输出信号。绘制的数据包括提供给励磁绕组23的励磁信号(EXC)130、由第一次级绕组25产生的第一次级信号140和由第二次级绕组26产生的第二次级信号150。由第一次级绕组25产生的第一次级信号140具有相关联的第一包络(正弦)145，并且当次级线圈25，26如图所示定位为正交时，由第二次级绕组26产生的第二次级信号150具有相关联的第二包络(余弦)155。从相应的次级线圈25，26传输的第一和第二次级信号140，150的振幅根据转子位置而正弦地变化。为了提取位置信息，必须通过解调算法去除调制正弦和余弦信号150，155的励磁信号EXC130。解调的位置信息然后可以用于诊断目的，以及确定旋转变压器转子22的旋转位置和速度。
旋转角度的正弦和余弦信号可以被解释以确定旋转变压器转子22的可旋转角度，并因此确定可旋转构件16和转子12的旋转角度。电机控制器40可以采用可旋转构件16的旋转角度来控制电动机10的运行。应当理解，由于施加扭矩时旋转变压器偏移或可旋转构件16的机械扭转，在旋转变压器20测量的旋转角度与转子12相对于电动机10定子14的旋转角度之间可能存在机械误差差异。此外，由于诸如信号滤波和通信延迟等信号延迟，在旋转变压器20测量的旋转角度和转子12相对于电动机10定子14的旋转角度之间可能存在电信号误差差异。
由第一和第二次级绕组25，26响应于励磁信号产生并在第二和第三线路35，36上传送的第一和第二输出信号是模拟信号。模拟信号可以被转换为数字信号，指示采用电动机控制器40的可旋转构件16的旋转位置和速度。
图3以图形示出了次级线圈响应于励磁信号产生的次级信号相关联的数据。显示了多个循环。次级信号可以类似于由第一次级绕组25产生的第一次级信号140或由第二次级绕组26产生的第二次级信号150中的任一者，如参考图2所描述的。数据通过转子12和旋转变压器转子22的旋转产生。如图所示，相对于时间示出了旋转位置210和次级信号220形式的数据，其在水平轴205上被指示出来。旋转位置210包括原始位置212。次级信号220可以响应于励磁信号由第一次级绕组25产生，并且包括从第一次级绕组25输出的原始信号222、采样信号226(包括经数字采样的原始信号222的离散点)，以及提取的包络信号224(包括被解调以去除励磁信号的原始信号222)。相移在励磁信号和来自旋转变压器20的所得到的第一、第二输出信号之间。如果相移没有补偿，则在解调时其可能引起从第一和第二次级绕组25，26的次级绕组提取的包络信号衰减。
图4示意性地示出了框图形式的第一相移确定和补偿例程(第一例程)400的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号和来自旋转变压器20的所得到的第一、第二输出信号之间的角度相移。第一例程400可以作为控制器50一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1、2、3描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位405向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号433，并监测从旋转变压器20的第一和第二次级绕组25，26收集的输出信号正弦435和余弦436。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号433和时间对应的第一和第二输出信号正弦435和余弦436的数字化状态。
第一例程400采用分别从旋转变压器20的次级绕组25，26输出的如下第一和第二输出信号正弦435和余弦436：
sin(θ)*sin(ωt+β)以及
cos(θ)*sin(ωt+β),
其中：
ω是励磁信号的频率，
β是旋转变压器相移，
而θ是转子在时间t的位置。
正弦435和余弦436信号从模拟/数字转换器的输入缓冲器读取，而模拟/数字转换器与旋转变压器控制器30优选地以已知采样速率进行通信。在一个实施例中，如图所示，采样速率在每个励磁周期产生16个采样。输入缓冲器优选地包括多个数据集，其中每个数据集包括提供给旋转变压器20的正弦励磁信号以及时间对应的来自旋转变压器20的第一、第二输出信号的数字化状态。
励磁信号433的正弦和余弦值可以从查找表中估计，并表达如下：
以及
其中
ω是励磁信号的频率，
是估计的相移校正。
在第一例程400的初始执行期间，估计的相移校正可以被设置为零，指示没有估计出相移校正。第一例程400的一部分包括在递归执行期间将估计的相移校正朝向旋转变压器相移β收敛，使得估计的励磁信号精确地考虑到用于旋转变压器到数字转换期间解调的旋转变压器相移。在该实施例中，采用来自旋转变压器20的正弦435和余弦436以及来自估计的励磁信号433的正弦和余弦信号。
组合操作被执行，且包括对于每个数据集算术地组合励磁信号的数字化状态和来自旋转变压器20的相应第一和第二输出信号。这包括计算四个乘积(410)，如下：
以及
通过三角法操纵，这些信号可以等价地写成如下：
以及
乘积可以如下计算(420)：分别为
以及
当这两个乘积相加(425)时，转子位置信息通过以下同位抵消：
sin(θ)2+cos(θ)2＝1,
余数如下：
计算励磁信号和来自旋转变压器的相应第一和第二输出信号在正弦励磁信号单个周期的算术组合数字化状态的移动平均值(430)。
这包括最初忽略的因数。由于是常数，并且 的任何常数倍数在励磁周期内平均为零，因此项 消除。项为常数，因此移动平均值保持不变。
使用同位sin(2u)＝2*sin(u)*cos(u)可以将项 三角处理为所得结果消除，因为其在励磁周期上平均为零。因为是常数，并且的任何常数倍数在励磁内平均值为零，所以项消除。因此，在计算移动平均值之后，剩余的是
此外，使用同位sin(2u)＝2*sin(u)*cos(u)可以将项 三角处理为
使用小角近似，可以导出以下关系：
该关系提供了在应用增益项(440)之后与旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差成比例的项。该误差项被积分(445)，并且被添加到估计的相移校正作为励磁相位405的一部分，使得估计的相移校正将在第一例程400的多次迭代上收敛到旋转变压器相移β(450)。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和时间相应输出信号之间确定相移。
图5示意性地示出了框图形式的第二相移确定和补偿例程(第二例程)500的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号和所得到来自旋转变压器20的第一、第二输出信号之间的角度相移。第二例程500可以作为旋转变压器控制器30一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位505向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号533，并监测从旋转变压器20的第一和第二次级绕组25，26收集的输出信号正弦535和余弦536。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号533和时间对应的第一和第二输出信号正弦535和余弦536的数字化状态。
第二例程500使用分别从旋转变压器20(其使用先前在例程400中描述的相同三角操纵)的次级绕组25，26输出的原始正弦和余弦信号，但是移动平均计算被执行(510)得更接近输入。由于转子速度基本上比励磁频率慢，第二例程500在单个励磁周期内将sin(θ)和cos(θ)近似为常数。如参考第一例程400所述计算乘积SinEnv，CosEnv，SinQuad和CosQuad(520)，然后四个信号中的每一个通过每个励磁周期内16个样本上的移动平均值。使用每个励磁周期内sin(θ)和cos(θ)是恒定的近似值，将每个信号中的2ωt项平均为零。然后每个信号的剩余部分如下：
以及
接下来，乘积计算(530)如下：
以及
当这两个乘积相加(535)时，转子位置信息通过同位sin(θ)2+cos(θ)2＝1,抵消，剩下的是这可以使用同位sin(2u)＝2*sin(u)*cos(u)被三角地操纵到使用小角度近似，确定与旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差成比例的项，并且应用增益项(540)。
该关系提供了与旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差成比例的项。该误差项被积分(545)，并且被添加到估计的相移校正作为励磁相位505的一部分，使得估计的相移校正将在第二例程500(550)的多次迭代上收敛到旋转变压器相移β。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和相应的输出信号之间确定相移。
图6示意性地示出了以框图形式的另一个相移确定和补偿例程(第三例程)600的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号与所得的来自旋转变压器20的第一、第二输出信号之间的角度相移。第三例程600可以作为旋转变压器控制器30一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位605向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号633并监测从旋转变压器20的第一次级绕组25收集的输出信号正弦635。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号633和时间对应的第一输出信号正弦635的数字化状态。
第三例程600采用来自旋转变压器20的次级绕组25的第一输出信号正弦635，如下：
sin(θ)*sin(ωt+β)
其中：
ω是励磁信号的频率，
β是旋转变压器相移，
θ是转子在时间t的位置。
正弦635信号从模拟/数字转换器的输入缓冲器读取，而模拟/数字转换器与旋转变压器控制器30优选地以已知采样速率进行通信。在一个实施例中，如图所示，采样速率在每个励磁周期产生16个采样。输入缓冲器优选地包括多个数据集，其中每个数据集包括提供给旋转变压器20的正弦励磁信号以及时间对应的来自旋转变压器20的第一输出信号的数字化状态。
励磁信号633的正弦和余弦值可以从查找表中估计，并表达如下：
以及
其中：
ω是励磁信号的频率，
是估计的相移校正。
在第三例程600的初始执行期间，估计的相移校正可以被设置为零，指示没有估计出相移校正。该例程的一部分包括在第三例程600的递归执行期间将估计的相移校正朝向旋转变压器相移β收敛，使得估计的励磁信号精确地考虑到用于旋转变压器到数字转换期间解调的旋转变压器相移。在该实施例中，仅采用来自旋转变压器20的正弦635以及来自估计的励磁信号633的正弦和余弦信号。
图6以框图形式示意性地示出。第三例程600采用第一例程400与正弦635信号相关联的那部分并引入一些附加计算以独立于cos去除转子位置信息。因为在该方法中仅使用正弦(而未使用余弦)，所以它对于正弦和余弦之间的任何振幅不平衡免疫。由于转子速度基本上比励磁频率慢，因此第三例程600在单个励磁周期上将sin(θ)近似为恒定值。第三例程600使用来自旋转变压器20的正弦以及估计励磁的正弦和余弦。使用这三个信号，计算两个乘积，如下(610，620)：
以及
通过三角操纵，这些信号可以等效地写成如下：
以及
从SinEnv和SinQuad，计算两个导出信号SinNum和SinDenom：
以及
信号SinDenom可以进一步减少如下：
使用位于括号内的两组平方项的同位sin(u)2+cos(u)2＝1。
接下来，SinNum和SinDenom通过每个励磁周期的16个样本的移动平均值(630)。使用在励磁周期上sin(θ)近似恒定的假设，将每个信号中的2ωt项平均为零。每个信号的剩余部分如下：
以及
SinNum项除以SinDenom以消除sin(θ)2。此操作只能在sin(θ)2≠0时进行。
所得信号为当使用同位sin(2u)＝2*sin(u)*cos(u)时变成项近似如下：
使用小角度近似，并且应用增益项(640)。
该关系为旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差提供了成比例的项。该误差项被积分(645)，并且被加到估计的相移校正作为励磁相位605的一部分，使得估计的相移校正将在第三例程600(650)的多次迭代上收敛于旋转变压器相移β。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和相应的输出信号之间确定相移。
图7示意性地示出了以框图形式的另一个相移确定和补偿例程(第四例程)700的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号与所得的来自旋转变压器20的第一、第二输出信号之间的角度相移。第四例程700可以作为旋转变压器控制器30一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位705向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号733并监测从旋转变压器20的第一次级绕组25收集的输出信号正弦735。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号733和时间对应的第一输出信号正弦735的数字化状态。
该方法使用来自旋转变压器20的正弦以及估计励磁的正弦和余弦。其使用参考例程600描述的相同三角操纵，但是移动平均计算被执行得更接近输入。因为在该方法中仅使用正弦(而未使用余弦)，所以它对于正弦和余弦之间的任何振幅不平衡免疫。与第三例程600类似，由于转子速度基本上比励磁频率慢，因此第四例程700在单个励磁周期上将sin(θ)近似为恒定值。参考第三例程600计算(710)乘积SinEnv和SinQuad，然后两个信号中的每一个通过每个励磁周期内16个样本上的移动平均值(720，725)。使用每个励磁周期内sin(θ)是恒定的近似值，将每个信号中的2ωt项平均为零(730)。然后每个信号的剩余部分如下：
以及
从SinEnv和SinQuad，计算两个导出信号SinNum和SinDenom如下：
以及
项SinDenom可以使用位于括号内的两组平方项的同位sin(u)2+cos(u)2＝1进一步减少至最后，SinNum除以SinDenom以消除sin(θ)2，此操作只能在sin(θ)2≠0时进行。所得信号为 当使用同位sin(2u)＝2*sin(u)*cos(u)时变成 使用小角度近似，并且应用增益项(740)。
该关系为旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差提供了成比例的项。该误差项被积分(745)，并且被加到估计的相移校正作为励磁相位705的一部分，使得估计的相移校正将在第四例程700(750)的多次迭代上收敛于旋转变压器相移β。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和相应的输出信号之间确定相移。
图8示意性地示出了以框图形式的另一个相移确定和补偿例程(第五例程)800的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号与所得的来自旋转变压器20的第一、第二输出信号之间的角度相移。第五例程800可以作为旋转变压器控制器30一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位805向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号833并监测从旋转变压器20的第一次级绕组25收集的输出信号余弦836。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号833和时间对应的第二输出信号余弦836的数字化状态。
第五例程800采用来自旋转变压器20的次级绕组25的第一输出信号余弦836，如下：
cos(θ)*sin(ωt+β)
其中：
ω是励磁信号的频率，
β是旋转变压器相移，
θ是转子在时间t的位置。
余弦836信号从模拟/数字转换器的输入缓冲器读取，而模拟/数字转换器与旋转变压器控制器50优选地以已知采样速率进行通信。在一个实施例中，如图所示，采样速率在每个励磁周期产生16个采样。输入缓冲器优选地包括多个数据集，其中每个数据集包括提供给旋转变压器20的正弦励磁信号以及时间对应的来自旋转变压器20的第二输出信号的数字化状态。
励磁信号833的正弦和余弦值可以从一个查找表中估计，并表达如下：
以及
其中：
ω是励磁信号的频率，
是估计的相移校正。
在第五例程800的初始执行期间，估计的相移校正可以被设置为零，指示没有估计出相移校正。该例程的一部分是在第五例程800的递归执行期间将估计的相移校正朝向旋转变压器相移β收敛，使得估计的励磁信号精确地考虑到用于旋转变压器到数字转换期间解调的旋转变压器相移。在该实施例中，仅采用来自旋转变压器20的余弦836以及来自估计的励磁信号833的正弦和余弦信号。
图8以框图形式示意性地示出。第五例程800采用第一例程400与余弦836信号相关联的那部分并引入一些附加计算以独立于cos去除转子位置信息。因为在该方法中仅使用余弦(而未使用正弦)，所以它对于正弦和余弦之间的任何振幅不平衡免疫。由于转子速度基本上比励磁频率慢，因此第五例程800在单个励磁周期上将cos(θ)近似为恒定值。第五例程800使用来自旋转变压器20的余弦以及估计励磁的正弦和余弦。使用这三个信号，计算两个乘积，如下(810，820)：
以及
通过三角操纵，这些信号可以等效地写成如下：
以及
从CosEnv和CosQuad，计算两个导出信号CosNum和CosDenom：
以及
信号CosDenom可以进一步减少如下：
使用位于括号内的两组平方项的同位sin(u)2+cos(u)2＝1。
接下来，CosNum和CosDenom通过每个励磁周期(830)的16个样本的移动平均值)。使用在励磁周期上cos(θ)近似恒定的假设，将每个信号中的2ωt项平均为零。然后每个信号的剩余部分如下：
以及
CosNum项除以CosDenom以消除cos(θ)2(此操作只能在cos(θ)2≠0时进行)。
所得信号为当使用同位sin(2u)＝2*cos(u)*sin(u)时变成项近似如下：
使用小角度近似，并且应用增益项(540)。
该关系为旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差提供了成比例的项。该误差项被积分(845)，并且被加到估计的相移校正作为励磁相位805的一部分，使得估计的相移校正将在第五例程800(850)的多次迭代上收敛于旋转变压器相移β。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和相应的输出信号之间确定相移。
图9示意性地示出了以框图形式的另一个相移确定和补偿例程(第六例程)900的一个实施例，其监测并处理来自旋转变压器20的信号输出，以确定和补偿正弦励磁信号与所得的来自旋转变压器20的第一、第二输出信号之间的角度相移。第六例程900可以作为控制器50一个实施例中的一个或多个算法或控制例程来执行，以处理来自参考图1描述的旋转变压器20的信号输出。在操作中，这包括从励磁相位905向旋转变压器20动态地提供正弦励磁信号933并监测从旋转变压器20的第二次级绕组26收集的输出信号余弦936。确定多个数据集，其中每个数据集包括来自旋转变压器20的正弦励磁信号933和时间对应的第二输出信号余弦936的数字化状态。
该方法使用来自旋转变压器20的余弦936以及估计励磁信号933的正弦和余弦。其使用参考第五例程800描述的相同三角操纵，但是移动平均计算被执行得更接近输入。因为在该方法中仅使用余弦(而未使用正弦)，所以它对于正弦和余弦之间的任何振幅不平衡免疫。与第五例程800类似，由于转子速度基本上比励磁频率慢，因此第六例程900在单个励磁周期上将cos(θ)近似为恒定值。如参考第五例程800所述计算乘积CosEnv和CosQuad(910)，然后两个信号通过每个励磁周期内16个样本上的移动平均值(920，925)。使用每个励磁周期内cos(θ)是恒定的近似值，将每个信号中的2ωt项平均为零(930)。然后每个信号的剩余部分如下：
以及
从CosEnv和CosQuad，计算两个导出信号CosNum和CosDenom如下：
以及
项CosDenom可以使用位于括号内的两组平方项的同位sin(u)2+cos(u)2＝1进一步减少至最后，CosNum除以CosDenom以消除cos(θ)2，此操作只能在cos(θ)2≠0时进行。所得信号为 当使用同位sin(2u)＝2*cos(u)*cos(u)时变成使用小角度近似，并且应用增益项(940)。
该关系为旋转变压器相移β和估计的相移校正之间的误差提供了成比例的项。该误差项被积分(945)，并且被加到估计的相移校正作为励磁相位905的一部分，使得估计的相移校正将在第六例程900的多次迭代上收敛于旋转变压器相移β(950)。因此，可以基于移动平均值结合其它算术运算和三角操作来确定相移误差项，并且可以基于相移误差项在正弦励磁信号和相应的输出信号之间确定相移。
本文描述的例程提供相移β的精确带符号估计，其可以应用于合成的励磁信号，以实现准确的解调和随后提取速度和位置信息，以用于软件旋转变压器到数字(RDC)应用。T准确的软件RDC应用的开发和实现消除了在电机控制器40中采用RDC芯片形式的专用集成电路的需要。
流程图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实施方式的结构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个块可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应指出的是，框图和/或流程图说明中的每个框以及框图和/或流程图说明中框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的***，或专用硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，其可以指示计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令装置的制造制品，其实施流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作。
具体实施方式和附图或图是对本教导内容的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行本教导内容的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践所附权利要求中所限定本教导内容的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于评估来自联接到可旋转构件的旋转变压器的输出信号的方法，所述方法包括：
将励磁信号提供给所述旋转变压器并动态地确定来自所述旋转变压器的相应输出信号；
确定多个数据集，每个数据集包括提供给所述旋转变压器的励磁信号和来自所述旋转变压器的相应输出信号的数字化状态；
将所述数据集的所述励磁信号和来自所述旋转变压器的所述相应输出信号的所述数字化状态进行算术组合；
确定所述励磁信号和来自所述旋转变压器的所述相应输出信号的算术组合数字化状态的移动平均值；
基于所述移动平均值来确定相移误差项；以及
基于所述相移误差项来确定所述励磁信号和相应输出信号之间的相移。
2.如权利要求1所述的方法，其中将励磁信号提供给所述旋转变压器包括将正弦励磁信号提供给所述旋转变压器。
3.如权利要求2所述的方法，其中动态地确定来自所述旋转变压器的相应输出信号包括动态地确定来自所述旋转变压器的相应正弦输出信号和相应余弦输出信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中动态地确定来自所述旋转变压器的相应输出信号包括动态地确定来自所述旋转变压器的相应正弦输出信号。
5.如权利要求2所述的方法，其中动态地确定来自所述旋转变压器的相应输出信号包括动态地确定来自所述旋转变压器的相应余弦输出信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中确定所述励磁信号和来自所述旋转变压器的所述相应输出信号的所述算术组合数字化状态的移动平均值包括确定所述激励信号的单个周期的移动平均值。
7.如权利要求1所述的方法，其中基于所述相移误差项来确定所述励磁信号和所述相应输出信号之间的相移包括积分所述相移误差项。
8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：基于所述移动平均值以及算术运算和三角操纵来确定所述相移误差项。
9.一种用于评估来自可变磁阻式旋转变压器的输出信号的方法，所述可变磁阻式旋转变压器能够旋转地联接到电机的可旋转构件，所述方法包括：
将正弦励磁信号提供给设置在所述可变磁阻式旋转变压器的定子上的励磁绕组；
动态地确定来自设置在所述可变磁阻式旋转变压器的所述定子上的相应第一次级绕组和相应第二次级绕组的相应第一输出信号和相应第二输出信号；
确定多个数据集，每个数据集包括所述正弦励磁信号以及所述相应第一输出信号和所述相应第二输出信号的数字化状态；
将所述数据集的每一者的所述励磁信号以及所述相应第一输出信号和所述相应第二输出信号的所述数字化状态进行算术组合；
确定所述励磁信号以及所述相应第一输出信号和所述第二输出信号的算术组合数字化状态的移动平均值；
基于所述移动平均值来确定相移误差项；以及
基于所述相移误差项来确定所述正弦励磁信号与所述相应第一输出信号和所述相应第二输出信号之间的相移。
10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括：基于所述移动平均值以及算术运算和三角操纵来确定所述相移误差项。
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