《电子技术应用》
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基于AD2S1205的旋变解码系统设计
2018年电子技术应用第9期
李育龙,皮大伟,闫明帅
南京理工大学 机械工程学院,江苏 南京210094
摘要: 为了利用磁阻式旋转变压器获取永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的转子位置信息和转速信息,基于解码芯片AD2S1205,设计了旋变解码系统。首先分析了磁阻式旋转变压器的工作原理,然后设计出旋变解码系统的硬件电路,并通过C代码实现转子位置信息和电机转速信息的计算。最后,利用单片机和电机驱动板驱动电机旋转,并通过CAN总线实时将转子位置信息和电机转速信息发送到dSPACE。实验结果表明,该旋变解码系统能够有效地解算出电机转子的位置信息和电机的转速信息。
中图分类号: TN4
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.180823
中文引用格式: 李育龙,皮大伟,闫明帅. 基于AD2S1205的旋变解码系统设计[J].电子技术应用,2018,44(9):71-74.
英文引用格式: Li Yulong,Pi Dawei,Yan Mingshuai. Design of decoding system to rotary transformer based on AD2S1205[J]. Application of Electronic Technique,2018,44(9):71-74.
Design of decoding system to rotary transformer based on AD2S1205
Li Yulong,Pi Dawei,Yan Mingshuai
School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210000,China
Abstract: In order to obtain the rotor position information and speed information of permanent magnet synchronous motor with magnetic resistance rotary transformer,the system of spin decoding is designed.The design is based on decoding chip AD2S1205.Firstly, the working principle of the magnetic resistance rotary transformer is analyzed.Then the hardware circuit of the rotary decoding system is designed, and the rotor position information and motor speed information are calculated by C code.Finally, single chip microcomputer and motor drive plate are used to drive motor rotation.The rotor position information and motor speed information are sent to dSPACE in real time through the CAN bus.The experimental results show that the system can effectively solve the motor rotor position information and the motor speed information.
Key words : variable-reluctance resolver;decoder chip;CAN industrial network;hardware circuit;C code

0 引言

    永磁同步电机是一种反电动势为正弦波的直流无刷电机,多被应用到控制精度要求较高的场合[1]。该类型电机没有电刷,避免了有刷电机维护周期短、故障率高和电磁干扰等缺陷[2]。但是,为实现正常换向和转速控制,永磁同步电机需要转子位置传感器获取电机转子的位置信息和转速信息[3]

    常用转子的位置传感器有光电编码器、霍尔型位置传感器和旋转变压器3种[4]。其中,旋转变压器有着抗震性强、精度高、耐高温、耐湿度和寿命长等优点[5],适用于汽车等工作环境差的场所。但是,旋转变压器输出的是模拟信号,主控芯片不能直接读取转子位置信息,需设计解码电路将模拟信号转换为数字信号。因此,本文基于专用旋变解码芯片AD2S1205设计了一种旋变解码系统,并通过实验验证该系统的软硬件性能。

1 磁阻式旋变工作原理

    磁阻式旋变主要由定子和转子构成,其中旋变定子绕有励磁输入绕组和两相输出绕组,旋变转子由特定形状的铁芯构成,与电机输出轴同轴连接,不绕线圈,定子和转子不直接接触[6]。旋变工作时,励磁线圈通以固定频率的正弦电压,由于旋变转子的凸极效应,两相输出绕组的电压幅值随转子位置的变化而变化,并且两相输出绕组电压相位相差90°[7]。通过旋变解码系统解码两相输出绕组的电压,便可得到此时电机转子的位置信息。

    磁阻式旋变的电气结构示意图如图1所示,其中,励磁绕组输入电压与两相输出绕组电压有以下数学关系。

qrs4-t1.gif

    励磁绕组输入电压为:

    qrs4-gs1.gif

其中,E为励磁绕组输入电压幅值,f为励磁绕组输入电压频率。

    两相输出绕组电压分别为:

     qrs4-gs2-3.gif

其中,K为输出电压的增益系数,θ为转子转过的电角度。

    两相输出绕组电压分别是与转子位置有关的正弦函数和余弦函数,解码系统采集输出绕组的电压,通过解码计算,便可以获得电机转角的位置信息。

2 硬件设计

    本设计中电子电路硬件以AD公司的专用解码芯片AD2S1205为核心,外围电路主要包括旋变励磁电路、旋变输出信号调理电路以及解码系统与单片机的通信接口电路和电源电路。

2.1 AD2S1205工作原理

    AD2S1205是一款分辨率为12位的专用旋变解码芯片,内部结构包括可编程正弦波发生器、Type II跟踪环路、错误检测电路和数据接口4个单