基于AD2S83的角位置檢測(cè)系統(tǒng)及其在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用
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基于電磁感應(yīng)原理的旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolver)，有時(shí)又稱為解算器，是一種精密控制電機(jī)，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，完成軸角位移信息的檢測(cè)功能。由于它是模擬機(jī)電元件，所以，當(dāng)其用于數(shù)字系統(tǒng)中，就需要一定的接口電路，即旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字變換器(RDC)，以實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)到控制系統(tǒng)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，美國AD公司已將它發(fā)展成為一系列的單片集成電路，從而彌補(bǔ)了過去由分立元件搭成的RDC體積大、可靠性低的不足，給工程應(yīng)用帶來了極大的方便。由旋轉(zhuǎn)變壓器和AD2S83就可以構(gòu)成高精度的電動(dòng)助力角位置檢測(cè)系統(tǒng)，而且AD2S83輸出的模擬速度信號(hào)還可以作為速度反饋信號(hào)以構(gòu)成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的速度回路。
2 旋轉(zhuǎn)變壓器
旋轉(zhuǎn)變壓器是按照電磁感應(yīng)原理而工作的元件，其定、轉(zhuǎn)子上都有繞組，彼此同心安排，互相耦合聯(lián)系，旋轉(zhuǎn)變壓器采用正交的兩相繞組，它主要用于角度位置控制系統(tǒng)中，作為角度位置檢測(cè)元件。若旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁電壓為E=Esinwt，則正交的A、B兩相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為：
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3 AD2S83簡(jiǎn)介
AD2S83是美國AD公司推出的以BiMOS II工藝制造的，將先進(jìn)的CMOS邏輯電路與高精度雙極線性電路相結(jié)合的單片集成電路。它功耗低(300mW)，其數(shù)字輸出分辨率可被用戶設(shè)置成10，12，14或16位，并具有速度輸出信號(hào)可供用戶作為速度回路的速度反饋信號(hào)使用，以取代測(cè)速發(fā)電機(jī)等測(cè)速元件，從而縮小了系統(tǒng)的體積。 AD2S83按圖1連接后，就構(gòu)成一個(gè)工作于II型伺服環(huán)的跟蹤式RDC，其數(shù)字輸出能以選取的最大跟蹤速率自動(dòng)跟蹤軸角輸入，沒有靜態(tài)誤差。由于它在把旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制時(shí)，采用比率式跟蹤方法，輸出的數(shù)字角僅與SIN和COS輸人信號(hào)的比值有關(guān)，而與它們的絕對(duì)值大小無關(guān)，因此，AD2S83對(duì)輸人信號(hào)的幅值和頻率變化不敏感，不必使用穩(wěn)定、精確的振蕩器來產(chǎn)生參考信號(hào)，而仍能保證精確度。轉(zhuǎn)換環(huán)路中相敏檢測(cè)器的存在保證了對(duì)參考信號(hào)中的正交分量有很高的抑制能力。另外，它抑制噪聲、諧波的能力強(qiáng)。AD2S83突出的優(yōu)點(diǎn)就在于它可由用戶選擇相應(yīng)的參數(shù)來優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。
圖1
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位置檢測(cè)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，就是要正確地選擇AD2S83的外圍元件。下面就介紹AD2S83外圍元件的選擇。應(yīng)注意選用量接近理想值的元件，并工作于允許的溫度范圍內(nèi)。選用誤差等級(jí)為5%的元件并不會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的性能。參見圖1。
4．1 高頻濾波器元件R1、R2、C1、C2的選擇
高頻濾波器的作用是消除直流偏置和減少進(jìn)入到AD2S83信號(hào)中的噪聲，因?yàn)樗鼈冇绊懴嗝魴z測(cè)器的輸出。在有來自開關(guān)電源和無刷電機(jī)的噪聲時(shí)，其作用尤其重要。元件參數(shù)
的選擇如下：
C1=C2=15k ≤R1=R2≤56k (3)
(4) 其中， 為參考頻率
當(dāng)取R2＝R3，C1＝C3時(shí)，只R1、C2可以省略。
注意：由于該高頻濾波器對(duì)輸入到相敏檢測(cè)器的信號(hào)有3倍的衰減，因此，它會(huì)影響環(huán)路的增益。
4．2 增益比例電阻R4的選擇
若C1，C2滿足(3)式和(4)式，則
(5) 否則
(6) 其中，100 10 電流/LSB；
4.3 R3、C3的選擇
合適的R3、C3使信號(hào)在參考頻率上沒有明顯的相位移，兩元件為：
(7) 4.4 最大跟蹤速率的選擇
VCO的輸入電阻R6用來設(shè)置變換器的量大跟蹤速率。若在量大跟蹤速率時(shí)，速度輸出為8V，則R6為：
(8) 其中，T不能超過最大跟蹤速率或參考信號(hào)頻率的l／16，N為輸出分辨率。
4.5 閉環(huán)帶寬的選擇
選擇閉環(huán)帶寬( )時(shí)，必須保證參考頻率與閉環(huán)帶寬的比率不超過表l所示的指標(biāo)。
表1如下：
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(9) 
4．6 VC0相位補(bǔ)償
4.7 偏置調(diào)整
積分器輸入端的漂移與偏置電流會(huì)引起變換器輸出端額外的位置漂移，如果能忽略漂移，則可省略R8，R9，否則應(yīng)取R8＝4.7M ，R9＝1M (電位器)。為了減小零點(diǎn)漂移，首先選擇好AD2S83的外圍元件，并斷開AD2S83與旋轉(zhuǎn)變壓器的連接，然后連接COS與REFERENCE INPUT兩個(gè)引腳，SIN與SIGNAL GROUND兩個(gè)引腳，加上電源與參考信號(hào)后，調(diào)節(jié)電位器R9，使輸出為全“0”。
圖2
評(píng)論