申请/专利权人：河北汉光重工有限责任公司

申请日：2018-12-10

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109787617B

主分类号：H03L7/091

分类号：H03L7/091;H03L7/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：本发明公开了一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法。使用本发明能够实现定频锁相，且降低旋变驱动电路的功耗，提高系统的可靠性和精度。本发明通过对DSP与CPLD的硬件电路设计、CPLD的顶层模块设计，以及时序设计，产生了非连续的锁相激磁频率，提高了系统采集的精度，降低了激磁驱动电路的功耗，提高了可靠性，兼容性强，便于伺服系统的一体化设计。解决了以往伺服电路中激磁信号产生电路复杂，激磁信号连续不可控、采集精度差，成本高，不便于一体化设计的技术难题。

主权项：1.一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法，其特征在于，包括DSP、CPLD、DA采集芯片、隔直放大处理电路和AD采集芯片，外围设备为旋转变压器；所述CPLD用于生成激磁信号的离散函数点；同时，生成4个同频的触发信号T1～T4；其中，T1为控制系统的采样信号，T2为激磁信号启动与复位信号，其中，T2的上升沿作为激磁启动信号，下降沿作为激磁信号的复位信号；T3为AD锁相转换信号，通过相位编程，锁定AD的过采样时间位于激磁信号的波峰段；T4为外部触发DSP信号，用于AD采集完成后，触发DSP中断进行旋变角度的解调；DA采集芯片在T2信号触发下采集CPLD生成的激磁信号并转换为模拟量发送至隔直放大处理电路，经隔直放大处理后，发送至旋转变压器；所述旋转变压器根据收到的激励信号进行工作；AD采集芯片在T3信号触发下对旋转变压器的旋变角度进行采集并转化为数字量，发送至DSP；所述DSP在T4信号的触发下产生中断，对AD采集芯片发送的旋变角度进行解调。

全文数据：一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法技术领域本发明涉及旋变激磁信号定频锁相技术领域，具体涉及一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法。背景技术旋转变压器因其结构简单、动作灵敏、高可靠性等特点，成为伺服控制领域中常见的电机位置传感器。旋转变压器由转子和定子构成，转子的激磁信号为激磁正ASinX、激磁负ACosX；定子的反馈信号由+KSinX、-KSinX、+KCosX、-KCosX构成。在其应用过程中，需要将当前旋转变压器的输出模拟量转为数字量，核心解算芯片解出当前的角度和频率信息。目前，成熟的旋变解调技术大多采用专用旋变解调芯片或者解调模块，此方法成本较高，可靠性差，占用空间大，电路复杂，不利于产品的一体化伺服控制设计和小型化。工程应用中，也有厂家配套生产旋转变压器解码板，解码板实现一种纯硬件解调方法，再通过预定的通信方式发送旋变角度等相关信息，该方法电路设计复杂，伺服控制集成度差，故障率高且精度难以保障。另外，传统的激磁信号设计为连续的正余弦信号，此方法激磁驱动电路处于连续工作状态，电路功耗相对比较大，增大了旋变的零位电气误差。现代小型化伺服控制产品对一种简单电路设计、可靠性高的一体化旋变激磁信号定频锁相的方法提出迫切的技术需要。发明内容有鉴于此，本发明提供了一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法，通过产生非连续的旋变激磁信号，以及时序设计，实现AD采集同步锁相，降低了旋变驱动电路的功耗，提高了系统的可靠性和精度。本发明的基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法，包括DSP、CPLD、DA采集芯片、隔直放大处理电路和AD采集芯片，外围设备为旋转变压器；所述CPLD用于生成激励信号的离散函数点；同时，生成4个同频的触发信号T1～T4；其中，T1为控制系统的采样信号，T2为激磁信号启动与复位信号，其中，T2的上升沿作为激磁启动信号，下降沿作为激磁信号的复位信号；T3为AD锁相转换信号，通过相位编程，锁定AD的过采样时间位于激磁信号的波峰段；T4为外部触发DSP信号，用于AD采集完成后，触发DSP中断进行旋变角度的解调；DA采集芯片在T2信号触发下采集CPLD生成的激励信号并转换为模拟量发送至隔直放大处理电路，经隔直放大处理后，发送至旋转变压器；所述旋转变压器根据收到的激励信号进行工作；AD采集芯片在T3信号触发下对旋转变压器的旋变角度进行采集并转化为数字量，发送至DSP；所述DSP在T4信号的触发下产生中断，对AD采集芯片发送的旋变角度进行解调。有益效果：1集成化、简单化、轻型化。伺服系统电路设计仅需要一片DSP、CPLD主控芯片即可完成旋变激磁信号的产生及解调，集成化程度高，减轻PCB板重量。2、低功耗、高可靠性。硬件电路结构简单，激磁信号采用定频非连续的信号设计，降低激磁驱动电路的热功耗，提高系统的可靠性。3成本低，精度高。电子元器件少，节省成本。定频锁相即与DSP外部触发时序保持同步，提高了旋变的解调精度。4激磁频率及锁相可编程。这种高可靠性的可编程的激磁频率、锁相功能，可满足不同频率、不同AD采集的旋变激磁需求。附图说明图1为DSP与CPLD硬件连接图；图2为CPLD顶层通信设计模块；图3为顶层模块仿真时序图；图4为顶层模块等效示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。本发明提供了一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法，利用DSP与CPLD，基于CPLD与DA芯片通信产生可编程定频非连续旋变激磁信号；然后通过对4个控制触发信号的合理时序设计，包括：控制系统的采样时间T1、激磁信号启动与复位信号T2、可编程锁相AD模数转换信号T3、外部触发DSP信号T4，使得AD同步启动锁相信号、并定频外部触发DSP中断进行旋变解调，从而达到系统定频锁相激磁信号以及解算旋变角度的目的。如图1所示为旋变解调方法的结构框图，由CPLD的逻辑宏单元构造Y＝ASinX离散函数点，与DA芯片SPI通信传输数据，经过隔直放大处理电路输出可编程的定频正弦信号，经过反向放大电路运算产生余弦信号。经过AD的合理时序采集，以达到旋变软件精准解调的目的。如图4所示，根据DSP对控制系统的采样定理，设定采样时间为T1，用T1作为整个控制系统的参考基准。为了有序控制系统，令T1、T2、T3、T4的频率相等，相互之间锁定相对固定的相位。其中T2的上升沿作为激磁启动信号，此时产生正弦信号Y＝AsinX，其下降沿作为激磁信号的复位信号。通过相位可编程的T3，锁定AD的模数转换区间段落即AD芯片自身设定的过采样时间△t落在激磁信号的波峰段，以提高采集旋变的精度。待AD采集完成后，启动T4，外部触发DSP中断进行旋变角度的解调，由此完成一个周期的激磁信号定频锁相及软件解调当前旋变角度。具体的，本发明方法的硬件包括一块TI公司的浮点型DSP28335、一块ALTERA公司的CPLDEPM1270T144I5、一款AD、DA芯片、运算放大器等；具体实施步骤如下：1按照图1所示，利用伺服控制系统中DSP与CPLD硬件连接示意图进行电路设计，同时，按照图2所示对CPLD时序设计顶层模块。2按照图2所示，设计的顶层模块输出的T1、T2、T3、T4时序满足图3的仿真时序要求，其中为便于数字量的可视化，已将图2中SinX模块的SPI输出量对应用模拟量来表示，如图4所示。其中，CPLD顶层通信模块包括三个子模块：定频设计子模块DingPin、AD启动子模块AD_QD、正弦信号模块SinX。其中定频设计子模块DingPin根据控制系统的采样定理设计出采样时间T1，用T1作为整个控制系统的参考基准。同时产生外部触发DSP的启动信号T4，其用来触发DSP对已采集完旋变后的数据进行软件解算；AD启动子模块AD_QD的T2用来启动激磁信号的产生和复位清零功能。通过相位可编程的T3，锁定AD的模数转换区间段落在AD芯片设定的过采样时间△t上，以提高采集旋变的精度，具体的时序信号时序相位如图3、4所示。正弦信号模块SinX设计出与DA芯片通信的SPI时序，构造Y＝ASinX数字量，通过DA输出模拟正弦信号，启动和复位信号被控于T2。3激磁正弦信号通过DA芯片输出后，经过隔直放大电路处理，产生旋变所需要的幅值要求，达到所需激磁信号ASinX、ACosX的目的，提高激磁信号的驱动能力和系统的精度。4将旋变反馈的负向信号-KSinX、-KCosX接GND，正向反馈信号+KSinX、+KCosX接入AD采集通道1、2，经过DSP进行软件的反正切算法解调求取其当前角度。通过以上合理的时序、电路设计，可实现伺服控制系统中旋变激磁信号的定频锁相，触发DSP解调旋变角度。本发明基于CPLD设计出顶层时序设计模块构造Y＝ASinX数字函数量与DA进行SPI通信，将定频数字正弦函数转为非连续的定频模拟正弦函数；并通过隔直放大电路设计产生旋变所需要的幅值，提高旋变反馈信号的精度；基于CPLD的顶层模块生成控制系统的采样时间T1、激磁信号启动与复位信号T2、可编程锁相AD模数转换信号T3、外部触发DSP信号T4，并进行时序设计，利用相位可编程的T3，锁定AD的模数转换区间段即AD芯片设定的过采样时间△t落在激磁信号的波峰处，以提高采集旋变的精度；同时，外部触发时序T4保证了AD采集完成后触发DSP进行当前旋变信号的反正切解算，提高了系统的可靠性。综上，本发明实现了定频锁相，提高了系统采集的精度，降低了激磁驱动电路的功耗，提高了可靠性，兼容性强，便于伺服系统的一体化设计。解决了以往伺服电路中激磁信号产生电路复杂，激磁信号连续不可控、采集精度差，成本高，不便于一体化设计的技术难题。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于CPLD的旋变激磁信号定频锁相的方法，其特征在于，包括DSP、CPLD、DA采集芯片、隔直放大处理电路和AD采集芯片，外围设备为旋转变压器；所述CPLD用于生成激励信号的离散函数点；同时，生成4个同频的触发信号T1～T4；其中，T1为控制系统的采样信号，T2为激磁信号启动与复位信号，其中，T2的上升沿作为激磁启动信号，下降沿作为激磁信号的复位信号；T3为AD锁相转换信号，通过相位编程，锁定AD的过采样时间位于激磁信号的波峰段；T4为外部触发DSP信号，用于AD采集完成后，触发DSP中断进行旋变角度的解调；DA采集芯片在T2信号触发下采集CPLD生成的激励信号并转换为模拟量发送至隔直放大处理电路，经隔直放大处理后，发送至旋转变压器；所述旋转变压器根据收到的激励信号进行工作；AD采集芯片在T3信号触发下对旋转变压器的旋变角度进行采集并转化为数字量，发送至DSP；所述DSP在T4信号的触发下产生中断，对AD采集芯片发送的旋变角度进行解调。

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