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旋转变压器软件解码simulink仿真

news 2025/6/8 16:13:37

1.介绍
旋转变压器是一种精密的位置、速度检测装置，尤其适用于高温、严寒、潮湿、高速、振动等环境恶劣、旋转编码器无法正常工作的场合。旋转变压器在使用时并不能直接提供角度或位置信息，需要特殊的激励信号和解调、计算措施，才能将旋转变压器信号中包含的位置信息得到。
2.旋转变压器
旋转变压器按照极数、工作方式可分为多种，目前应用最为广泛的是单输入、双输出的无刷旋转变压器。它包含三个绕组，即一个转子绕组和两个定子绕组，两个定子绕组互为90°分布。如下图所示：

2.1旋转变压器工作原理
其工作原理是，将高频的正弦载波通过耦合施加在转子绕组上，并耦合至次级定子绕组。便可得到与转子位置相关的，对幅值进行调制的定子绕组输出信号和，如下式:
旋转变压器转子定子输出信号
两个定子绕组的调制输出信号相位差90度。通过解调将高频的载波信号去除后，可以获得Vsin 和Vcos信号，如下所示：

由此可看出，在获取旋转变压器位置信息的过程中需要三个要素：
1、载波生成，产生高频的激励载波；
2、高频采样，对返回的带有高频载波信号进行采样；
解耦计算，通过解耦去除高频载波信号，进而计算得到位置。

3. 旋转变压器软件解码算法Matlab simulink仿真模型
软件解码simulink仿真
3.1 高频载波频率为10khz，次级定子绕组调制波为50hz,系统采样频率为10Mhz，载波的幅值为1，比例系数K = 1,带有高频载波sin、cos正余弦包络信号如下：
sin包络信号
Cos信号如下：
cos包络信号
3.2 对载波信号整形，则在sin/cos调制波为正时，将高频载波信号的负半周翻转为正，类似于电压整流，反之在sin/cos调制波为负时，将高频载波信号的正半周翻转为负。整形后的sin、cos波如下：
整形后sin波形如下：

整形后的cos波形如下：
整形后cos波形
高频载波符号信号sign如下,当载波大于0时，输出1，当载波小于0时，输出-1：
高频载波符号波形
3.3 积分，对载波周期内信号进行积分，推导如下：
积分公式推导
经过积分环节后，便可将高频的载波信号去除，仿真模型K为1，V也为1，故可得积分输出后sin、cos信号幅值为4。黄色线为sin，蓝色为cos，仿真波形与理论推导一致：
高频载波滤除后sin和cos波形
3.4 4、角度计算仿真：
角度计算公式
理论角度与旋转变压器解码输出角度波形如下（黄色为旋转变压器解码角度，蓝色为理论角度）：
角度理论值和解码输出值
由上图可得旋转变压器解码输出角度相比理论角度有一定延迟，故在实际芯片中系统时钟要尽可能高，高频载波频率为10khz，则ADC的采样频率至少为10Mhz。
simulink仿真链接如下(大家感兴趣可去下载）：
https://upload.csdn.net/creation/uploadResources?spm=1011.2124.3001.5547