PositionManger 介绍及旋转变压器软件解码介绍 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sinomega 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