CN107478247B - 一种旋转变压器高精度解算*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转变压器高精度解算***,包括:两台DT数字变送器,均与外部旋转变压器耦接;DH2000数字主机,耦接于两台DT数字变送器;上位机,耦接于DH2000数字主机,该上位机内置有解算软件,所述解算软件对相关电气参数进行计算,计算出旋转变压器的输出角度后输出。本发明的旋转变压器高精度解算***,通过DT数字变送器、DH2000数字主机组成一个完整的测试***,经过整体溯源(整体校准),***测量稳定性高,电压、电流测量精度高达0.05%rd(***精度),解码精度为角秒″级,最高可达5″。
Description
技术领域
本发明涉及一种解算***,更具体的说是涉及一种旋转变压器高精度解算***。
背景技术
目前,旋转角度的测量,主要采用光电编码器和旋转变压器。
光电编码器内部有信号转换单元,检测角度时,直接输出带有角度信息的数字信号。而旋转变压器内部结构简单,没有集成任何电子元器件,其输出信号为与转过角度呈某函数关系的模拟信号,需要对模拟信号进行解算才能获得角度信息。
目前旋转变压器角度解算方案主要有两种:第一种是采用专用的旋变解算芯片(RDC芯片)进行硬件解码;第二种是利用ADC芯片、微处理器等分立器件构建的解码器,然后通过软件算法解码。
采用RDC芯片进行硬解码,解算精度基本都在角分级′(arc min),解算精度有限就会带来较大的局限性,例如采用RDC芯片对自身精度较高的旋变(角秒级″)进行角度解算,就无法将其高精度的特点发挥出来;并且RDC芯片因解码精度低,不适用于旋转变压器的电气误差试验;
而采用ADC芯片、微处理器等分立器件构建的解码器进行解码,由于采用信号调理电路、ADC转换芯片、传输线路、微处理器等分立器件共同构建解码器,其精度指标应为***精度,不能简单的依据ADC转换芯片的的精度来判断。在阻抗匹配、量程匹配、传输线路都会影响***精度。分立器件构建的解码器在***精度溯源、测量稳定性上面有缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种能够有效的避免解码芯片精度低,以及采用分立器件构建解码器存在的***精度低的旋转变压器高精度解算***。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种旋转变压器高精度解算***,包括:
两台DT数字变送器,均与外部旋转变压器耦接,用以接收采样外部旋转变压器输出的两路弦波信号,并将两路弦波信号转换成两路带有量程信息和校准信息以及原始数据的数字信号后输出;
数字主机,耦接于两台DT数字变送器,用于同步接收两台DT数字变送器输出的两路数字信号,对于接收到的两路数字信号转换输出数字信号;
上位机,耦接于数字主机,用于接收数字主机输出的相关电气参数,该上位机内置有数字主机服务程序、解算软件,所述数字主机服务程序对数字主机的数字信号进行校准预处理,处理出两路数字信号内的相关电气参数,并输出该相关电气参数,解算软件对相关电气参数进行计算,计算出旋转变压器的输出角度后输出。
作为本发明的进一步改进,所述相关电气参数包括旋转变压器的基波电压有效值。
作为本发明的进一步改进,所述解算软件通过以下公式计算出:
θ1=arctan(US2S4/US1S3);
其中,上述的θ1为外部旋转变压器的转子位置角,uS2S4为旋转变压器次级感应绕组其中两端之间的基波电压有效值,uS1S3为旋转变压器次级感应绕组另外两端之间的基波电压有效值。
作为本发明的进一步改进,所述电压值US2S4和US1S3由两个DT数字变送器测量得到。
作为本发明的进一步改进,所述上位机、数字主机及数字主机服务程序对两台DT数字变送器输出的两路数字信号进行预处理的步骤如下:
步骤一,上位机内搭载数字主机服务程序;数字主机与上位机通过USB连接;
步骤二,上位机通过运行数字主机服务程序下达指令设置数字主机工作状态,并同时通过数字主机接收两台DT数字变送器输出的数字信号;
步骤三,数字主机服务程序利用数字信号内自带的量程信息和校准信息对数字信号内的原始数据进行修正得到瞬态数据;
步骤四,数字主机服务程序对瞬态数据进行分析运算,得到数字信号内的基波电压有效值;
其中,步骤四中的分析运算过程如下:对m个瞬态数据进行调用FFT函数运算,得到基波的信息:幅值、相位,然后将幅值除以根号2,计算得到基波电压有效值。
本发明的有益效果,通过两台DT数字变送器的设置,便可以有效的与旋转变压器的两个次级励磁绕组连接,接收次级励磁绕组输出的模拟信号,然后将这个模拟信号测量出来,并通过数字信号输出,由于DT数字变送器采用无缝量程自动转换技术,在200倍动态变化范围内都能保证测量精度的一致性,即使微弱信号也能准确测量,因而能够适用于不同类型的旋转变压器,增加了***的通用性,而通过数字主机就可以有效的与DT变送器之间组合成一个完整的测试***,在数据采集和传输的过程中,对信号经过了整体校准,因此能够有效的增加***测量的稳定性,而相比于现有技术中的RDC芯片进行硬解码的方式,在其信号传输的过程中进行了校准操作,精度自然要高的多,而相比于现有技术中的采用ADC芯片、微处理器等分立器件构建的解码器进行解码的方式,同样实现了对于信号传输过程中进行了整体校准,如此便可以避免现有技术中因为阻抗匹配、量程匹配、传输线路的叠加影响导致的精度降低的问题。
附图说明
图1为本发明的***的模块框图。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1所示,本实施例的一种旋转变压器高精度解算***,包括:
两台DT数字变送器1,均与外部旋转变压器耦接,用以接收采样外部旋转变压器输出的两路弦波信号,并将两路弦波信号转换成两路带有量程信息和校准信息以及原始数据的数字信号后输出;
数字主机2,耦接于两台DT数字变送器1,用于同步接收两台DT数字变送器1输出的两路数字信号,对于接收到的两路数字信号转换输出数字信号;
上位机3,耦接于数字主机,用于接收数字主机输出的相关电气参数,该上位机内置有数字主机服务程序、解算软件,所述数字主机服务程序对数字主机的数字信号进行校准预处理,处理出两路数字信号内的相关电气参数,并输出该相关电气参数,解算软件对相关电气参数进行计算,计算出旋转变压器的输出角度后输出,数字主机为DH2000数字主机,在使用本***进行解算旋转变压器旋转角度的过程中,首先将两台DT数字变送器1与旋转变压器的次级励磁绕组的输出端连接,其中本实施例所检测的旋转变压器为正余弦旋转变压器,因而该旋转变压器具有初级励磁绕组、交轴绕组和次级感应绕组,其中次级感应绕组设置有两个,且为两相正交的方式,因而在本实施例通过两台DT数字变送器分别采集两个次级感应绕组输出信号的方式,可以避免两个次级感应绕组之间输出的信号相互干扰导致最后的解算精度降低的问题,而通过数字主机2的设置,便可以有效的建立起上位机3解算软件与DT数字变送器1之间的通信,同时由于数字主机2及上位机3数字主机服务程序的设置,在DT数字变送器1采集旋转变压器输出信号传输到上位机3之前,进行了校准预处理,如此便可避免在信号从DT数字变送器1输出信号传递的过程中出现偏差输入到解算软件内,导致整个***的计算精度降低的问题,同时通过在DT数字变送器1采集旋转变压器输出的数字信号内置有量程信息和校准信息,如此上位机3内的数字主机服务程序便可以有效的利用量程信息和校准信息对数字信号进行校准了,采用DT数字变送器1输出校准基准的方式,相比于预设值进行校准的方式,可以避免设定的值与实际之间误差导致的***的解算精度降低的问题。
作为改进的一种具体实施方式,所述相关电气参数包括旋转变压器的基波电压有效值,由于现有的旋转变压器的输出信号为交流信号,而现有技术中最能够体现交流信号的基准数值是基波电压有效值,如此可以将基波电压有效值作为基础数值进行计算,作为稳态数据来更好的体现出数据的特性了。
作为改进的一种具体实施方式,所述解算软件通过以下公式计算出:
θ1=arctanUS2S4/US1S3;
其中,上述的θ1为外部旋转变压器的转子位置角,US2S4为旋转变压器次级感应绕组其中两端之间的基波电压有效值,US1S3为旋转变压器次级感应绕组另外两端之间的基波电压有效值,通过上述公式的设置,就可以有效的利用对于两个次级励磁绕组电压之间相除然后进行反正切计算的方式,便可以有效的解算出转子位置角了,由于上述过程中计算过程中只有除法和反正切计算,因此计算过程简单,可以有效的节约上位机的计算资源,而且相比于现有技术中采用RDC芯片进行硬解码的计算方式,计算过程同样简单,而精度更高。
作为改进的一种具体实施方式,所述电压值US2S4和US1S3由两个DT数字变送器1测量得到,在DT数字变送器1测量的过程中,只需要直接采集两个次级励磁绕组的输出电压即可,然后根据数字主机2内置的计算程序,根据电压有效的计算出基波电压有效值,如此大大的方便了整个旋转变压器的角度计算。作为改进的一种具体实施方式,所述上位机3与数字主机2之间通过USB线相互通信,所述DT数字变送器1与数字主机2之间通过光纤连接,USB线通信具有通信的过程中稳定可靠的效果,同时目前现有的上位机3基本都是PC机,一般PC机上都会有USB接口,而一般的便携式的PC机就不会有232和485通信接口,因此通过USB便能够很好的实现数字主机2与上位机3之间连接,使其不仅适用于台式PC机,还适用于便携式PC机,而通过光纤的设置,可以对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力,进一步的避免信号传输过程中出现偏差导致的解算精度降低的问题。
作为改进的一种具体实施方式,所述上位机3数字主机服务程序对两台DT数字变送器1输出的两路数字信号进行预处理的步骤如下:
步骤一,上位机3内搭载数字主机服务程序;数字主机2与上位机3通过USB连接;数字主机2与DT数字变送器1通过光纤连接;
步骤二,上位机3通过运行数字主机服务程序下达指令设置数字主机2工作状态,并同时通过数字主机2接收两台DT数字变送器1输出的数字信号;
步骤三,上位机3数字主机服务程序,利用数字信号内自带的量程信息和校准信息对数字信号内的原始数据进行修正得到瞬态数据;
步骤四,上位机3数字主机服务程序对瞬态数据进行分析运算,得到数字信号内的基波电压有效值;
其中,步骤四中的分析运算过程如下:对m个瞬态数据进行调用FFT函数运算,得到基波的信息:幅值、相位,然后将幅值除以根号2,计算得到基波电压有效值。
通过步骤一的设置,便在上位机3、数字主机2与DT数字变送器1间建立连接,可有效的在上位机3内数字主机服务程序来作为对数字信号进行解算处理的基础,之后通过步骤二的设置,便可以数字主机服务程序接收DT数字变送器1输出的数字信号了,之后通过步骤三的设置,便可以利用量程信息和校准信息对数字信号内的原始数据进行校准了,而通过将m个瞬态数据进行调用FFT函数运算,然后将幅值除以根号2,计算出基波电压有效值,便可将瞬态数据作为离散信号进行计算,而瞬态数据能够有效的反应出数字信号内原始数据的整体情况,如此基础有效值就能够很好的作为校准基础了,其中上述的剔除偏差的步骤为,在量程范围内,用DT数字变送器1测量标准源一种标准电压电流输出仪器输出的标准电压、电流,得到我们DT数字变送器1实际测量值与标准电压电流的误差。比如在0~10V量程内,标准电压是10V,我们测出来是10.01V,0.01V就是误差;10~50V量程内,标准电压50V,我们测出来是50.05V,误差就是0.05V;……。数字主机服务程序里面保存了这些信息量程、误差,数字主机服务程序利用量程信息0~10V;10~50V和校准信息误差0.01V、0.05V对数字信号内的原始数据例如10.01V、50.05V进行修正减去误差0.01、0.05得到供用户应用程序使用的瞬态数据10V、50V。剔除掉在原始数据传输的过程中出现的偏差,将偏差调整过来,同时作为一个瞬态数据输出,然后通过步骤四的设置,便可利用这个瞬态数据计算出基波电压有效值,作为后期上位机3解算软件的解算基础。
综上所述,本实施例的***,通过两台DT数字变送器1的设置,便能够有效的采集旋转变压器的两个次级励磁绕组输出的模拟信号,并且保证了模拟信号之间不会产生相互干扰,然后通过数字主机2的设置,便能够将DT数字变送器1传输过来的数字信号传输给上位机3,上位机3数字主机服务程序对传输过来的数字信号进行校准作用,如此很好的避免出现在信号传输的过程中出现偏差导致的最后***解算出来的数据准确率低的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种旋转变压器高精度解算***,其特征在于:包括:
两台DT数字变送器(1),均与外部旋转变压器耦接,用以接收采样外部旋转变压器输出的两路弦波信号,并将两路弦波信号转换成两路带有量程信息和校准信息以及原始数据的数字信号后输出;
数字主机(2),耦接于两台DT数字变送器(1),用于同步接收两台DT数字变送器(1)输出的两路数字信号,对于接收到的两路数字信号转换输出数字信号;上位机(3),耦接于数字主机,用于接收数字主机输出的相关电气参数,该上位机内置有数字主机服务程序、解算软件,所述数字主机服务程序对数字主机的数字信号进行校准预处理,处理出两路数字信号内的相关电气参数,并输出该相关电气参数,解算软件对相关电气参数进行计算,计算出旋转变压器的输出角度后输出;
所述上位机、数字主机(2)及数字主机服务程序对两台DT数字变送器(1)输出的两路数字信号进行预处理的步骤如下:
步骤一,上位机(3)内搭载数字主机服务程序;数字主机与上位机通过USB连接;
步骤二,上位机(3)通过运行数字主机(2)服务程序下达指令设置数字主机(2)工作状态,并同时通过数字主机(2)接收两台DT数字变送器(1)输出的数字信号;
步骤三,数字主机服务程序利用数字信号内自带的量程信息和校准信息对数字信号内的原始数据进行修正得到瞬态数据;
步骤四,数字主机服务程序对瞬态数据进行分析运算,得到数字信号内的基波有效值;
其中,步骤四中的分析运算过程如下:对m个瞬态数据进行调用FFT函数运算,得到基波的信息:幅值、相位,然后将幅值除以根号2,计算得到基波有效值。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器高精度解算***,其特征在于:所述相关电气参数包括旋转变压器的基波电压有效值。
3.根据权利要求2所述的旋转变压器高精度解算***,其特征在于:所述解算软件通过以下公式计算出:
θ1=arctan(US2S4/US1S3);
其中,上述的θ1为外部旋转变压器的转子位置角,US2S4为旋转变压器次级感应绕组其中两端之间的基波电压有效值,US1S3为旋转变压器次级感应绕组另外两端之间的基波电压有效值。
4.根据权利要求3所述的旋转变压器高精度解算***,其特征在于:所述电压值US2S4和US1S3由两个DT数字变送器(1)测量得到。
5.根据权利要求1或2所述的旋转变压器高精度解算***,其特征在于:所述上位机(3)与数字主机(2)之间通过USB线相互通信,所述DT数字变送器(1)与数字主机(2)之间通过光纤连接。
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