旋转变压器软件解码方案介绍第二部分

大家好欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Central FE Igor An，主要负责数字电源

和数字电源解决方案

下面一部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中

有哪些芯片 算法和成套方案

可供大家选择

帮助大家推进项目开发

那这里其实是我们的一个

设计思路的一个演化过程

我们开始想如果用软件的方式去实现

旋转变压器的解码的时候

我们头脑中第一个出现的公式

或者是计算方式

可能是如图所示的这种方式

其实它是一个非常简单的数学关系

那就是我调制的信号

无论是对于sin和cos

反馈通路来说都是一个共同的

就是这这里面的sin omega C的这个信号

如果是这样

我得到的反馈信号是这样的

那我直接把这个sin和cos的

反馈信号进行相除

那sin omega C就被约掉了

我得到的就是一个跟

转子位置角度相关的一个

tan的一个值

我把它求arctan

我们的这个θ角不就是知道了吗

这个关系是非常简单

而且绝对是正确的

但它存在一定的问题

它的优点就是这里非常简单容易实现

但它缺点就非常差的这个信噪比

signal noise非常差然后会有这个角度的跳动

有一些干扰它角度会跳动

它的这个控制精度

和这个分辨率会比较低

针对上面三个缺点

我们逐一的去想办法

去把它们优化改善或者是解决

第一个信噪比比较差

我们首先想到的可能就是说

我们直接加一个滤波器

它是加什么类型的滤波器

因为我们这里做的是一个

旋转编码器的一个解码

如果我们只是简单的想到

我加一个低通

这个低通的带宽是非常难设计的

如果高了的话没有什么滤波效果

低了的话会引入非常大的橡胶延迟

对我们去解码和实时的这个反应

电机的位置是非常不利的

所以这里我们的方案里面

实际上是用了一个

带通的FIR的滤波器

我们知道FIR滤波器它的阶数越高

它的这个频率的特性就会越好

这里就是说我们会把这个信噪比改善

然后如果有跳动的时候

通过FIR的这种滤波会

把这个跳动进行抑制

然后由于我们把噪声滤掉了

我有效信号我就可以进一步的增强

我们的分辨率就可以增大

这是FIR滤波器的一个

负值响应的一个图

那其实我们可以叫它代通滤波器

也可以叫它我们可能会比较熟悉的notch

或者是com就是线波滤波器

它在这一部分信号会通过群

其实它这些固定频率的

周期的频率点上 它是把这个

该频率所在的这个信号所滤掉

它的非常大的一个特点

或者是好处就是

它除了在塌陷下去的这个线波

这个位置会对橡胶有比较大的这个

影响之外 其他这个贷通的位置

像脚几乎不受影响

同样的它接触的越高

它这个像脚受影响的程度就越低

平移特性也就越好 好 那我们

有了这个FL滤波器

再加塔尼塔

得出了这个θ一撇

其实它已经是我们要得到的

转子位置的信息

但是不管怎么样

sin cos经过FIR 再加Atan

得到的这个角度

这种计算的方式

它仍然是一种开环的方式

那如果我得到的sin cos的

环节有任何的这个异常

那我们得到的这个角度

实际上它就是一个错误的

哪怕只有一个计算周期的

这个结果是错误的

对我们的控制性能都是有影响的

那我们就是引入了

在无窗杆里面非常常用的一个

基于模型的一个校验

一个所向环节

那利用一个

就是后面我们看到的这个一整块

加滤波加地通

再加积分环节所组成的

其实他就是一个

我们常用的锁相环的环节

利用这个锁相环

对这个得到的θ一撇

进行一个微调

和微轿者

让我实际输出的这个饭

或者是我们叫这个是技术的西塔区域

自动的实现一个自我校正的一个过程

那加上整个这一块

就是我们这个蓝色框框的这一块

那就组成了我们

这个旋转变压器的解码的这个

整个这个解码回路

那用这个回路通过数字的方式

把旋转变压器所包含的这个

转子的角度信息

结算出来

那供我们的这个控制环路使用

当然整个这个框图

给大家展示的是一个基本概念

在具体实现中像FLY到底

采用多少接

Atan

这个计算

以及后面这个低通滤波

PI控制器等等

这些环节的设计

其实都有非常多的这个技巧

那我们把这些技巧

都充分的考虑到组合在一起

做出了这套方案

那我们这套方案

大家可以去在我们的UN版上

或者是在您自己的板子上

进行测试对比

来评估它的性能

那我们目前

看到的这个

测试结果

是可以和专用的解码芯片相媲美的

当然在实现基本的这个角度

结算的这个同时

我们由于这个旋转变压器是

采集电机转子的实际转子位置

对于电机控制来说

是非常关键的一个信息

如果这个信息不对

甚至出现了错误

那不但电机有可能控制不好

甚至有可能产生一些安全相关的问题

那我们在这个

旋转变压器的解码算法里面

考虑了安全相关的一些问题

需要有一个机制或者是一部分功能

专门检测我的sin cos的反馈

是否正常

同时

由于我们的sin cos一直满足

下面这个sin平方加cos平方

等于1个常数

那基本上是一的一个特点

我们可以利用这个特性去检测

我sin cos的这个信号

的一些问题

比如说有一个线断掉了

或者是有一段时间

它的信号受到了严重的干扰

等等这些问题

可以利用这个方式进行检测

那同时我们由于

我们有一个锁相环存在

那这个锁相环的这个角度L

就是加角度误差

理论来讲会一直处在一个比较小的值

接近于零的一个值

那当出现任何非零

甚至非常大的这个值的时候

我们都可以判断为一个系统问题

做出一个警告或者是报错处理

在我介绍的最后

给大家提供几个链接

和我们的position manager

和旋转变压器的解码相关的一些

文章和我们TI提供的一些软件

和这个方案方面的这个资料

从这个application notes来说，是我们几个

跟这个旋转变压器

和位置控制相关的文章

那 TI design是我们近两年来

非常重视的一部分

那 TI DESIGN 其实是一个

TI很大的一部分工作

就是我们用TI的芯片

去做出了非常多的这个参考设计

那放在 ti.com TI DESIGN 页面里面

那大家可以根据自己的应用去搜索

是否有适合自己的TI的参考设计

来方便您评估那有一些

因为我们这些参考设计的原理图

硬件的PCb

还有一些源码

都是完全公开的

所以可以有一些如果非常合适的话

可以大大的缩短您的开发周期

最后一个链接是我们TI

尤其是对于C2000来说

非常重要的一个软件叫Control SUITE

那这个Control SUITE

里面包含了大量的我们的这个

1VM版的原理图

硬件信息以及非常多的这个源码

和C2000的底层代码

大家都可以随时去TI的网站上

免费下载

最后谢谢大家的时间

欢迎大家一直关注TI的各种产品

谢谢

大家好欢迎大家参加TI工业研讨会

我是TI Central FE Igor An，主要负责数字电源

和数字电源解决方案

下面一部分由我来给大家介绍

TI在电机位置控制系统中

有哪些芯片 算法和成套方案

可供大家选择

帮助大家推进项目开发

那这里其实是我们的一个

设计思路的一个演化过程

我们开始想如果用软件的方式去实现

旋转变压器的解码的时候

我们头脑中第一个出现的公式

或者是计算方式

可能是如图所示的这种方式

其实它是一个非常简单的数学关系

那就是我调制的信号

无论是对于sin和cos

反馈通路来说都是一个共同的

就是这这里面的sin omega C的这个信号

如果是这样

我得到的反馈信号是这样的

那我直接把这个sin和cos的

反馈信号进行相除

那sin omega C就被约掉了

我得到的就是一个跟

转子位置角度相关的一个

tan的一个值

我把它求arctan

我们的这个θ角不就是知道了吗

这个关系是非常简单

而且绝对是正确的

但它存在一定的问题

它的优点就是这里非常简单容易实现

但它缺点就非常差的这个信噪比

signal noise非常差然后会有这个角度的跳动

有一些干扰它角度会跳动

它的这个控制精度

和这个分辨率会比较低

针对上面三个缺点

我们逐一的去想办法

去把它们优化改善或者是解决

第一个信噪比比较差

我们首先想到的可能就是说

我们直接加一个滤波器

它是加什么类型的滤波器

因为我们这里做的是一个

旋转编码器的一个解码

如果我们只是简单的想到

我加一个低通

这个低通的带宽是非常难设计的

如果高了的话没有什么滤波效果

低了的话会引入非常大的橡胶延迟

对我们去解码和实时的这个反应

电机的位置是非常不利的

所以这里我们的方案里面

实际上是用了一个

带通的FIR的滤波器

我们知道FIR滤波器它的阶数越高

它的这个频率的特性就会越好

这里就是说我们会把这个信噪比改善

然后如果有跳动的时候

通过FIR的这种滤波会

把这个跳动进行抑制

然后由于我们把噪声滤掉了

我有效信号我就可以进一步的增强

我们的分辨率就可以增大

这是FIR滤波器的一个

负值响应的一个图

那其实我们可以叫它代通滤波器

也可以叫它我们可能会比较熟悉的notch

或者是com就是线波滤波器

它在这一部分信号会通过群

其实它这些固定频率的

周期的频率点上 它是把这个

该频率所在的这个信号所滤掉

它的非常大的一个特点

或者是好处就是

它除了在塌陷下去的这个线波

这个位置会对橡胶有比较大的这个

影响之外 其他这个贷通的位置

像脚几乎不受影响

同样的它接触的越高

它这个像脚受影响的程度就越低

平移特性也就越好 好 那我们

有了这个FL滤波器

再加塔尼塔

得出了这个θ一撇

其实它已经是我们要得到的

转子位置的信息

但是不管怎么样

sin cos经过FIR 再加Atan

得到的这个角度

这种计算的方式

它仍然是一种开环的方式

那如果我得到的sin cos的

环节有任何的这个异常

那我们得到的这个角度

实际上它就是一个错误的

哪怕只有一个计算周期的

这个结果是错误的

对我们的控制性能都是有影响的

那我们就是引入了

在无窗杆里面非常常用的一个

基于模型的一个校验

一个所向环节

那利用一个

就是后面我们看到的这个一整块

加滤波加地通

再加积分环节所组成的

其实他就是一个

我们常用的锁相环的环节

利用这个锁相环

对这个得到的θ一撇

进行一个微调

和微轿者

让我实际输出的这个饭

或者是我们叫这个是技术的西塔区域

自动的实现一个自我校正的一个过程

那加上整个这一块

就是我们这个蓝色框框的这一块

那就组成了我们

这个旋转变压器的解码的这个

整个这个解码回路

那用这个回路通过数字的方式

把旋转变压器所包含的这个

转子的角度信息

结算出来

那供我们的这个控制环路使用

当然整个这个框图

给大家展示的是一个基本概念

在具体实现中像FLY到底

采用多少接

Atan

这个计算

以及后面这个低通滤波

PI控制器等等

这些环节的设计

其实都有非常多的这个技巧

那我们把这些技巧

都充分的考虑到组合在一起

做出了这套方案

那我们这套方案

大家可以去在我们的UN版上

或者是在您自己的板子上

进行测试对比

来评估它的性能

那我们目前

看到的这个

测试结果

是可以和专用的解码芯片相媲美的

当然在实现基本的这个角度

结算的这个同时

我们由于这个旋转变压器是

采集电机转子的实际转子位置

对于电机控制来说

是非常关键的一个信息

如果这个信息不对

甚至出现了错误

那不但电机有可能控制不好

甚至有可能产生一些安全相关的问题

那我们在这个

旋转变压器的解码算法里面

考虑了安全相关的一些问题

需要有一个机制或者是一部分功能

专门检测我的sin cos的反馈

是否正常

同时

由于我们的sin cos一直满足

下面这个sin平方加cos平方

等于1个常数

那基本上是一的一个特点

我们可以利用这个特性去检测

我sin cos的这个信号

的一些问题

比如说有一个线断掉了

或者是有一段时间

它的信号受到了严重的干扰

等等这些问题

可以利用这个方式进行检测

那同时我们由于

我们有一个锁相环存在

那这个锁相环的这个角度L

就是加角度误差

理论来讲会一直处在一个比较小的值

接近于零的一个值

那当出现任何非零

甚至非常大的这个值的时候

我们都可以判断为一个系统问题

做出一个警告或者是报错处理

在我介绍的最后

给大家提供几个链接

和我们的position manager

和旋转变压器的解码相关的一些

文章和我们TI提供的一些软件

和这个方案方面的这个资料

从这个application notes来说，是我们几个

跟这个旋转变压器

和位置控制相关的文章

那 TI design是我们近两年来

非常重视的一部分

那 TI DESIGN 其实是一个

TI很大的一部分工作

就是我们用TI的芯片

去做出了非常多的这个参考设计

那放在 ti.com TI DESIGN 页面里面

那大家可以根据自己的应用去搜索

是否有适合自己的TI的参考设计

来方便您评估那有一些

因为我们这些参考设计的原理图

硬件的PCb

还有一些源码

都是完全公开的

所以可以有一些如果非常合适的话

可以大大的缩短您的开发周期

最后一个链接是我们TI

尤其是对于C2000来说

非常重要的一个软件叫Control SUITE

那这个Control SUITE

里面包含了大量的我们的这个

1VM版的原理图

硬件信息以及非常多的这个源码

和C2000的底层代码

大家都可以随时去TI的网站上

免费下载

最后谢谢大家的时间

欢迎大家一直关注TI的各种产品

谢谢