[瑞萨RH850学习笔记]——RDC与旋转变压器

本文详细介绍了瑞萨RH850微控制器在电机控制中如何使用旋转变压器(RDC)进行角度测量。阐述了旋转变压器的基本原理,包括其信号波形、极对数、机械角度与电角度的关系。接着,详细讨论了RDC转换的基本原理,如角度反馈法,以及补偿电路的工作机制。此外,还深入探讨了旋变接口电路的设计,包括励磁放大电路的各个部分及其参数调整,以确保正确驱动旋转变压器并获取准确的反馈信号。最后,简要介绍了RH850/C1x系列芯片内置的RDC2模块的功能和应用。

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[瑞萨RH850学习笔记]——RDC与旋转变压器

一、旋转变压器基本原理

旋转变压器

使用电磁式方法进行角位移测量的传感器。特点是稳定性高,环境耐受力强,抗干扰能力强,精度较高。

基本原理

  • 本质上是一种变压器,具有一次侧和二次侧
  • 在一次侧施加正弦交变电压,在二次侧可得到频率一样的交流电压。
  • 机械结构上与电机相似,具有定子与转子。
  • 转子上的缺口影响一次侧与二次侧之间的磁导率。
  • 进而,二次侧输出电压幅值与转子相对位置有关
  • 利用以上原理,即可测得转子所处位置

旋转变压器图样

信号波形

旋转变压器输入及输出信号波形如下图所示。

旋转变压器信号波形

其中,“励磁电压”即为前文所述施加在一次侧的一定频率、一定幅值的交变电压;“出力电压”即为二次侧输出的频率与励磁电压一致,幅值变化的交变电压;其中,“出力电压”的包络线与“回转角θ”程正/余弦函数关系,“回转角θ”即为转子相对定子的转动位置。

极对数

根据旋转变压器机械结构的不同,转子上可能有多个孔隙,进而导致出力电压波形与回转角θ呈sin(N*θ)/cos(N*θ)的函数关系(如下图所示,此时N=4),此处的N称为极对数。

极对数为4时信号波形

机械角度/电角度

转子在物理上转过一个周期对应的角度θ称为机械角度;
当极对数不为1时,一个正余弦周期内转过的角度换算成0~2π的角度φ称为电角度。

旋转变压器端口

激励信号输入端口R1、R2
旋变信号输出端口S1、S3、S2、S4

旋转变压器基本参数

  • 激励信号特性,包括幅值、频率(R1-R2)
  • 变压比,激励信号/输出信号最大幅值之比
  • 输入阻抗,激励信号输入侧阻抗

旋转变压器输出公式

旋转变压器输入、输出公式如下:

{ Us=K×sinθ×sinωtUc=K×cosθ×sinωt{ Us=K×sin⁡θ×sin⁡ωtUc=K×cos⁡θ×sin⁡ωt

其中,Us 为(S2-S4)信号, Uc为(S1-S3)信号,K为旋转变压器特性“变压比”, θθ 为回转角, ωω 为激励信号(R1-R2)频率

二、R/D转换基本原理

角度反馈法

根据旋转变压器输出的信号,计算出回转角θ,并将其数字化存储的过程称为R/D转换。角度反馈法是常见的R/D转换方法。下图为角度反馈法的原理框图。
角度反馈法RD转换框图

原理分析

R/D转换的基本原理如下图所示。
RD转换基本原理
首先计算“控制偏差”ϵϵϵ=K

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