基于单向量S变换的旋转变压器解码方法研究

摘要

随着现代化交流伺服电机的广泛应用，交流伺服控制技术已经成为工业自动化的支撑性技术之一。传感器是伺服系统中的重要组成部分，其精确性和可靠性决定伺服系统的性能。旋转变压器作为位移和速度传感器，能够满足恶劣环境和复杂工况条件下的电机转轴角位移和角速度检测，但对其输出的模拟信号进行高精度和低成本解算是一个难题。本文以旋转变压器信号解码为研究对象，提出一种基于单向量S变换（single vector S transform，SVST）的信号解码算法，为旋转变压器信号的软件解码提供一种新的可靠方案。　　本文根据旋转变压器信号的单频非平稳特点，借鉴不完全S变换只针对主频率点计算特征向量的思路，提出利用SVST提取旋转变压器旋变信号的模包络，为后续解码算法奠定基础。为满足解码的精确性和实时性，首先解决了单向量S变换应用的两个关键问题，即：SVST核函数最优窗宽系数的确定和SVST端部效应的消除。本文通过分析不同窗宽系数对模向量平直性和过渡时间的影响，结合SVST核函数表达式推导出最优窗宽系数与信号时间长度的关系。进而采用叠接舍去法舍弃SVST端部数据，解决其端部效应造成的模包络解算不准的问题。其次根据SVST得到的旋转变压器两路输出信号的模向量，并利用旋转变压器的激励信号与两路输出信号的极性建立判别规则获取象限信息，通过反正切法和角度修正后得到旋转变压器的准确角度值。在此基础上，为验证所提方法的有效性，先用MATLAB仿真软件对论文设计的旋转变压器解码方法在各种工况下的解码精度进行验证。最后，搭建了硬件测试平台，以TMS320F28335DSP芯片作为解码系统的核心，实现所提方法在实际环境中的应用。通过与变频器设定的电机转速结果进行对比，验证了本文方法实际应用的精确性和实时性。　　本文分别在各类转速工况以及不同信噪比情况下验证了所提方法的有效性，静态测试仿真结果表明，所提方法角度检测的绝对误差小于0.025°；而实物实验结果表明，系统满足实际工况对解码系统的精确性和实时性技术指标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1旋转变压器解码的分类

1.2.2旋转变压器软件解码的研究动态

1.2.3时频分析方法的研究概况

1.3主要研究内容

第二章 单向量S变换算法原理及特性分析

2.1 S变换基本原理

2.2 S变换和傅里叶变换

2.2.1 S变换由傅里叶变换引出

2.2.2 S变换由小波变换引出

2.2.3 S变换算法的实现

2.3不完全S变换

2.4单向量S变换算法及其实现

2.5算法比较

2.6本章小结

第三章 基于单向量S变换的旋转变压器信号解码方法

3.1旋转变压器简介

3.1.1旋转变压器概述

3.1.2 旋转变压器工作原理

3.2单向量S变换应用的关键问题

3.2.1端部效应的消除

3.2.2最优窗宽因子的选择

3.3基于单向量S变换的旋转变压器软件解码方法

3.3.1解码方法的总体思路

3.3.2旋转变压器信号的模包络提取

3.3.3旋转变压器信号模包络象限判断

3.3.4旋转变压器解码角度修正

3.4仿真分析

3.4.1 各类工况仿真分析

3.4.2实际信号与仿真信号结果对比分析

3.4.3含噪声的旋转变压器信号解码

3.5本章小结

第四章 旋转变压器解码系统设计与实现

4.1测试平台硬件系统设计

4.1.1测试平台的总体结构

4.1.2测试平台主要部件

4.1.3变频器介绍

4.2 DSP解码模块设计

4.2.1 D/A驱动模块

4.2.2 A/D转换模块

4.3软件系统设计

4.4测试结果分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1全文工作总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢