一种旋转变压器的包络信号检测方法

摘要

本发明公开了一种旋转变压器的包络信号检测方法，通过分析旋转变压器输出的正弦信号、余弦信号特征，构建正弦信号、余弦信号的表达式：对正弦信号、余弦信号进行低通滤波，得到滤波后的第一余弦信号、第一正弦信号；在预设角速度下，计算得到余弦信号幅值、正弦信号幅值、余弦信号偏移角βcos、正弦信号偏移角βsin、一次谐波幅值a1；将其带入第一余弦信号、第一正弦信号表达式，计算校准后的正弦包络信号、余弦包络信号。本发明能够准确得到旋转变压器输出的包络信号，完全去除幅值不均、相移、谐波扰动误差，特别是一次谐波干扰，提高旋转变压器的性能。

权利要求

1.一种旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，包括：步骤S1，分析所述旋转变压器输出的正弦信号、余弦信号特征，构建所述正弦信号、所述余弦信号的表达式： （1）

  （2）

其中， 、 分别为所述旋转变压器输出的所述余弦信号、所述正弦信号， 、分别为所述余弦信号、所述正弦信号幅值， 、 分别为所述余弦信号、所述正弦信号偏移角， 表示一次谐波， 表示二次以上谐波，a1为所述一次谐波幅值，an为所述二次以上谐波幅值，w表示被测对象角速度，t表示时间；

步骤S2，对所述正弦信号、所述余弦信号进行低通滤波，得到滤波后的第一余弦信号、第一正弦信号；

步骤S3，在预设角速度wref下，计算得到所述余弦信号幅值 、所述正弦信号幅值、所述余弦信号偏移角 、所述正弦信号偏移角 、所述一次谐波幅值 ；

步骤S4，将所述余弦信号幅值 、所述正弦信号幅值 、所述余弦信号偏移角、所述正弦信号偏移角 、所述一次谐波幅值 带入所述第一余弦信号、所述第一正弦信号表达式，计算校准后的正弦包络信号、余弦包络信号；

所述步骤S3包括如下步骤：

步骤S31，对所述第一余弦信号乘以余弦函数 后，得到第一余弦特征表达式；同时进行低通滤波，得到所述第一余弦特征 ；

步骤S32，对所述第一余弦信号乘以正弦函数 后，得到第二余弦特征表达式；同时进行低通滤波，得到所述第二余弦特征 ；

步骤S33，对所述第一正弦信号乘以所述余弦函数 后，得到第一正弦特征表达式；同时进行低通滤波，得到所述第一正弦特征 ；

步骤S34，对所述第一正弦信号乘以余弦函数 后，得到第二正弦特征表达式；同时进行低通滤波，得到所述第二正弦特征 ；

步骤S35，构建相移误差表达式，并根据经验或测试，设置相移误差；

步骤S36，根据所述第一余弦特征 表达式、所述第二余弦特征 表达式、所述第一正弦特征 表达式、所述第二正弦特征 表达式、所述相移误差表达式，计算得到所述余弦信号幅值 、所述正弦信号幅值 、所述余弦信号偏移角 、所述正弦信号偏移角 、所述一次谐波幅值 。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述步骤S2中所述滤波后所述第一余弦信号、所述第一正弦信号的表达式为： （3）

  （4）

其中， 、 分别为所述低通滤波后的所述第一余弦信号、所述第一正弦信号。

3.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述第一余弦特征 表达式：（6）。

4.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述第二余弦特征 表达式：（9）。

5.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述第一正弦特征 表达式：（12）。

6.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述第二正弦特征 表达式：（15）。

7.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述相移误差表达式为：（17）

其中， 为相移误差。

8.根据权利要求1所述的旋转变压器的包络信号检测方法，其特征在于，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。

说明书

一种旋转变压器的包络信号检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及旋转变压器领域，具体涉及旋转变压器的包络信号检测方法。

背景技术

[0002] 旋转变压器具有稳定性好、成本低、精度高、抗干扰性强等优点，是一种广泛应用的角位移传感器，在机器人控制、转台控制、工业机床、目标跟踪等领域都起着重要的作用。

[0003] 旋转变压器作为控制系统中角位置和角速度的测量反馈装置，其精度高低决定了控制效果的好坏。在理想情况下，旋转变压器输出的包络信号应是幅值相等，且完全正交的正余弦信号。然而，由于自身制造安装、励磁信号失真以及存在谐波干扰等原因，旋转变压器的输出信号不可避免地存在幅值不均、相移、谐波扰动等误差，直接从这些输出信号中解算出来的转角值会包含误差角，降低了系统精度，因此，必须对其进行校准，得到精确的旋转变压器包络信号，提高旋转变压器精确性。

发明内容

[0004] 鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种旋转变压器的包络信号检测方法，能够准确得到旋转变压器输出的包络信号，完全去除幅值不均、相移、谐波扰动误差，特别是一次谐波干扰，提高旋转变压器的性能。

[0005] 本发明提供了一种旋转变压器的幅值分析方法，包括：

[0006] 步骤S1，分析所述旋转变压器输出的正弦信号、余弦信号特征，构建所述正弦信号、所述余弦信号的表达式：

[0007]

[0008]

[0009] 其中，ycos、ysin分别为所述旋转变压器输出的所述余弦信号、所述正弦信号，acos、asin分别为所述余弦信号、所述正弦信号幅值，βcos、βsin分别为所述余弦信号、所述正弦信号偏移角，a1cos(wt)表示一次谐波， 表示二次以上谐波，a1为所述一次谐波幅值，an为所述n次谐波幅值，w表示被测对象角速度，t表示时间；

[0010] 步骤S2，对所述正弦信号、所述余弦信号进行低通滤波，得到滤波后的第一余弦信号、第一正弦信号；

[0011] 步骤S3，在预设角速度wref下，计算得到所述余弦信号幅值acos、所述正弦信号幅值asin、所述余弦信号偏移角βcos、所述正弦信号偏移角βsin、所述一次谐波幅值a1；

[0012] 步骤S4，将所述余弦信号幅值acos、所述正弦信号幅值asin、所述余弦信号偏移角βcos、所述正弦信号偏移角βsin、所述一次谐波幅值a1带入所述第一余弦信号、所述第一正弦信号表达式，计算校准后的正弦包络信号、余弦包络信号。

[0013] 进一步的，所述步骤S2中所述滤波后所述第一余弦信号、所述第一正弦信号的表达式为：

[0014] y′cos＝acoscos(wt+βcos)+a1cos(wt)  (3)

[0015] y′sin＝asinsin(wt+βsin)+a1cos(wt)  (4)

[0016] 其中，y′cos、y′sin分别为所述低通滤波后的所述第一余弦信号、所述第一正弦信号。

[0017] 进一步的，所述步骤S3包括如下步骤：

[0018] 步骤S31，对所述第一余弦信号乘以余弦函数cos(wreft)后，得到第一余弦特征ycosL1表达式；同时进行低通滤波，得到所述第一余弦特征ycosL1；

[0019] 步骤S32，对所述第一余弦信号乘以正弦函数sin(wreft)后，得到第二余弦特征ycosL2表达式；同时进行低通滤波，得到所述第二余弦特征ycosL2；

[0020] 步骤S33，对所述第一正弦信号乘以所述余弦函数cos(wreft)后，得到第一正弦特征ysinL1表达式；同时进行低通滤波，得到所述第一正弦特征ysinL1；

[0021] 步骤S34，对所述第一正弦信号乘以余弦函数sin(wreft)后，得到第二正弦特征ysinL2表达式；同时进行低通滤波，得到所述第二正弦特征ysinL2；

[0022] 步骤S35，构建相移误差表达式，并根据经验或测试，设置相移误差。

[0023] 步骤S36，根据所述第一余弦特征ycosL1表达式、所述第二余弦特征ycosL2表达式、所述第一正弦特征ysinL1表达式、所述第二正弦特征ysinL2表达式、所述相移误差表达式，计算得到所述余弦信号幅值acos、所述正弦信号幅值asin、所述余弦信号偏移角βcos、所述正弦信号偏移角βsin、所述一次谐波幅值a1。

[0024] 进一步的，所述第一余弦特征ycosL1表达式：

[0025]

[0026] 进一步的，所述第二余弦特征ycosL2表达式：

[0027]

[0028] 进一步的，所述第一正弦特征ysinL1表达式：

[0029]

[0030] 进一步的，所述第二正弦特征ysinL2表达式：

[0031]

[0032] 进一步的，所述相移误差表达式为：

[0033] βc0s‑βsin＝βerr  (17)

[0034] 其中，βerr为相移误差。

[0035] 进一步的，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。

[0036] 本发明的有益技术效果是：

[0037] 本发明公开了一种旋转变压器的包络信号检测方法，能够准确得到旋转变压器输出的包络信号，完全去除幅值不均、相移、谐波扰动误差，特别是一次谐波干扰，提高旋转变压器的性能。

附图说明

[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0039] 图1为本发明提供的一种旋转变压器的包络信号检测方法的流程图；

[0040] 图2为本发明提供的步骤S3的具体流程图。

具体实施方式

[0041] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0042] 本发明提供了一种旋转变压器的包络信号检测方法，能够准确得到旋转变压器输出的包络信号，完全去除幅值不均、相移、谐波扰动误差，特别是一次谐波干扰，提高旋转变压器的性能。

[0043] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0044] 图1是本发明提供的一种旋转变压器的包络信号检测方法的流程图。本发明可适用于任何类型旋转变压器，特别是正余弦旋转变压器。该方法可以由旋转变压器的包络信号检测装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该包络信号检测方法具体包括如下步骤：

[0045] 步骤S1，分析旋转变压器输出的正弦信号、余弦信号特征，构建正弦信号、余弦信号的表达式。

[0046] 在实际工作中，旋转变压器由于自身结构和干扰等原因主要存在以下三种误差：

[0047] (1)转子的两相绕组电感不平衡、不完全正交。由于转子的两相绕组电感不平衡，对于同样的励磁信号，感应的变比不同，从而会产生相应的幅值误差，由于转子的两相绕组不完全正交，则输出的正弦信号、余弦信号对应的转角存在误差。

[0048] (2)通常假设励磁信号都是理想的，然而实际中励磁信号存在谐波干扰，旋转变压器正弦绕组和余弦绕组也会产生对应的n次谐波干扰。n次谐波干扰难以通过硬件电路彻底消除，特别是一次谐波干扰，由于谐波干扰与包络信号频率相同，这会严重影响旋转变压器输出包络信号，进而产生测角误差。

[0049] 具体的，根据幅值不均、相移、谐波扰动误差因素，构建得到正弦信号、余弦信号的表达式为：

[0050]

[0051]

[0052] 其中，ycos、ysin分别为旋转变压器输出的余弦信号、正弦信号，acos、asin分别为余弦信号、正弦信号的幅值，βcos、βsin分别为余弦信号、正弦信号偏移角，a1cos(wt)表示一次谐波， 表示二次以上谐波，a1为一次谐波幅值，an为n次谐波幅值，w表示被测对象角速度，t表示时间。

[0053] 步骤S2，对正弦信号、余弦信号进行低通滤波，得到滤波后的第一余弦信号、第一正弦信号。

[0054] 具体的，通过设置低通滤波器，用于滤除二次以上谐波，得到包括一次谐波、幅值误差、相移误差的第一余弦信号、第一正弦信号。滤波后第一余弦信号、第一正弦信号的表达式为：

[0055] y′cos＝acoscos(wt+βcos)+a1cos(wt)  (3)

[0056] y′sin＝asinsin(wt+βsin)+a1cos(wt)  (4)

[0057] 其中，y′cos、y′sin分别为低通滤波后的第一余弦信号、第一正弦信号。

[0058] 步骤S3，在预设角速度wref下，计算得到余弦信号幅值acos、正弦信号幅值asin、余弦信号偏移角βcos、正弦信号偏移角βsin、一次谐波幅值a1。

[0059] 在本申请的一个实施例中，如图2所示，在预设角速度wref下，得到余弦信号幅值acos、正弦信号幅值asin、余弦信号偏移角βcos、正弦信号偏移角βsin、一次谐波幅值a1，具体包括如下步骤：

[0060] 步骤S31，对第一余弦信号乘以余弦函数cos(wreft)后，得到第一余弦特征ycosL1表达式；同时进行低通滤波，得到第一余弦特征ycosL1。

[0061] 具体的，第一余弦信号乘以余弦函数cos(wreft)后可表示为：

[0062] y′cos×cos(wreft)＝ycosL1+ycosH1  (5)

[0063]

[0064]

[0065] 因此，对y′cos×cos(wreft)进行低通滤波后可以得到第一余弦特征ycosL1。

[0066] 步骤S32，对第一余弦信号乘以正弦函数sin(wreft)后，得到第二余弦特征ycosL2表达式；同时进行低通滤波，得到第二余弦特征ycosL2。

[0067] 具体的，第一余弦信号乘以正弦函数sin(wreft)后可表示为：

[0068] y′cos×sin(wreft)＝ycosL2+ycosH2  (8)

[0069]

[0070]

[0071] 因此，对y′cos×sin(wreft)进行低通滤波后可以得到第二余弦特征ycosL2。

[0072] 步骤S33，对第一正弦信号乘以余弦函数cos(wreft)后，得到第一正弦特征ysinL1表达式；同时进行低通滤波，得到第一正弦特征ysinL1。

[0073] 具体的，第一余弦信号乘以余弦函数cos(wreft)后可表示为：

[0074] y′sin×cos(wreft)＝ysinL1+ysinH1  (11)

[0075]

[0076]

[0077] 因此，对y′sin×cos(wreft)进行低通滤波后可以得到第一余弦特征ysinL1。

[0078] 步骤S34，对第一正弦信号乘以余弦函数sin(wreft)后，得到第二正弦特征ysinL2表达式；同时进行低通滤波，得到第二正弦特征ysinL2。

[0079] 具体的，第一正弦信号乘以余弦函数sin(wreft)后可表示为：

[0080] y′sin×sin(wreft)＝ysinL2+ysinH2  (14)

[0081]

[0082]

[0083] 因此，对y′sin×sin(wreft)进行低通滤波后可以得到第二正弦特征ysinL2。

[0084] 步骤S35，构建相移误差表达式，并根据经验或测试，设置相移误差。

[0085] 具体的，相移误差表达式为：

[0086] βcos‑βsin＝βerr  (17)

[0087] 步骤S36，根据第一余弦特征yscosL1表达式、第二余弦特征ycosL2表达式、第一正弦特征ysinL1表达式、第二正弦特征ysinL2表达式、相移误差表达式、第一余弦特征ycosL1、第二余弦特征ycosL2、第一正弦特征ysinL1、第二正弦特征ysinL2、相移误差，计算得到余弦信号幅值acos、正弦信号幅值asin、余弦信号偏移角βcos、正弦信号偏移角βsin、一次谐波幅值a1。

[0088] 步骤S4，将余弦信号幅值acos、正弦信号幅值asin、余弦信号偏移角βcos、正弦信号偏移角βsin、一次谐波幅值a1带入第一余弦信号、第一正弦信号表达式，计算校准后的正弦包络信号、余弦包络信号。

[0089] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

[0090] 上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。