一种旋转变压器VADC采样信号处理方法及模型与流程

一种旋转变压器vadc采样信号处理方法及模型
技术领域
1.本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种旋转变压器vadc(versatile analog-to-digitalconverter：通用模数转换器，简称vadc)采样信号处理方法及模型。


背景技术：

2.旋转变压器是新能源汽车上电机驱动系统用来实时测量电机转速和位置的传感器，它的信号的准确性对于电机控制和扭矩估算非常重要。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化,输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故也称为解算器。
3.除了传感器本身的精度，更重要的还有对于旋转变压器的解码精度，传统的旋变解码一般采用专用的旋变解码芯片，但是一般价格较高。所以利用芯片本身的vadc端口来采集旋转变压器sin、cos信号，通过软件对信号处理来进行软解码可以有效替代硬解码方案。
4.现有技术公开号cn202011024398.4，公开了《一种满足功能安全要求的旋变软解码方法》，通过采集旋变输出信号，并且旋变输出信号进行vadc软解码处理和旋变软解码处理；将vadc软解码处理结果和旋变软解码处理结果进行结果校验。
5.现有技术主要阐述了在功能安全开发中首先通过gtm生成载波信号，再使用dsadc和vadc两种采样的方法对旋转变压器的反馈信号进行处理后进行校验，从而达到冗余校验，保证旋变采样的可靠性。但是该方法没有阐述针对vadc方法如何对数据进行采样以及处理，来保证信号处理的准确性尤其是在时序方面。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种旋转变压器vadc采样信号处理方法及模型，用于解决针对vadc方法如何对数据进行采样以及处理，无法保证信号处理的准确性尤其是在时序方面的问题。
7.一种旋转变压器vadc采样信号处理方法，所述方法包括：
8.向旋转变压器输入正弦波信号作为激励信号，旋转变压器输出正弦波但相位相差90度的sin+、sin-和cos+、cos-信号；
9.通过vadc采集任务将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号采集并对齐后得到对齐数据，差分处理对齐数据再积分得到外包络线数据，并将外包络线数据传输给应用层进行角度和转速的计算处理。
10.进一步的，所述激励信号为通过aurix芯片的dsadc生成固定频率的正弦波。
11.进一步的，vadc采集通过gtmtom设置短周期采样和长周期采样两个周期。
12.进一步的，vadc采集的短周期采样通过gtmtom0-2设置定时触发，同时tom0-1作为偏移参考调整短周期采样时刻，每隔短周期间隔采集一个数据；
13.vadc采集的长周期采样通过gtmtom2-13设置，采样中断为每隔长周期间隔定时触发一次，长周期间隔与激励信号一个周期长度保持一致，tom2-12作为偏移参考调整长周期采样触发时间。
14.进一步的，所述通过vadc的采集任务将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号对齐后，差分处理对齐数据再积分得到外包络线数据，具体包括：
15.将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号通过vadcsin/cos采集模块采集后得到采样数据，再通过dma搬运模块搬运采样数据到指定内存并以数组形式储存；
16.长周期采样的第一次采样任务做一次dma重定向，即将本周期的dma搬运从数组0开始记录，同时根据dsadc激励回采模块采集的sin+、sin-和cos+、cos-信号对应的寄存器中的数值来判定初始旋变位置的象限；
17.第二次长周期采样任务内读取dma搬运的sin+、sin-和cos+、cos-信号，并结合初始旋变位置的象限，找出正弦波形的起始零点为第i个点，i为正整数；将长周期采样的偏移参考设置为i乘以短周期间隔，使长周期采样的采样任务起始和实际的正弦信号零起点对齐；
18.设置长周期采样的偏移参考后，在长周期采样任务起始再做一次dma重定向，使dma搬运sin+、sin-和cos+、cos-信号到数组的第一个值也跟实际波形的零起点对齐；
19.在长周期采样周期内对数组内的值进行处理，将sin+、sin-和cos+、cos-信号分别相减得到差分结果数组，然后将差分结果数组的后16个值进行取正值，使之得到积分结果作为外包络数据。
20.一种旋转变压器vadc采样信号处理模型，包括：输入单元和处理单元；
21.输入单元，用于向旋转变压器输入正弦波信号作为激励信号，旋转变压器输出正弦波但相位相差90度的sin+、sin-和cos+、cos-信号；
22.处理单元，用于通过vadc采集任务将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号采集并对齐后得到对齐数据，差分处理对齐数据再积分得到外包络线数据，并将外包络线数据传输给应用层进行角度和转速的计算处理。
23.进一步的，所述激励信号为通过aurix芯片的dsadc生成固定频率的正弦波。
24.进一步的，vadc采集通过gtmtom设置短周期采样和长周期采样两个周期。
25.进一步的，vadc采集的短周期采样通过gtmtom0-2设置定时触发，同时tom0-1作为偏移参考调整短周期采样时刻，每隔短周期间隔采集一个数据；
26.vadc采集的长周期采样通过gtmtom2-13设置，采样中断为每隔长周期间隔定时触发一次，长周期间隔与激励信号一个周期长度保持一致，tom2-12作为偏移参考调整长周期采样触发时间。
27.进一步的，所述处理单元，具体用于：
28.将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号通过vadcsin/cos采集模块采集后得到采样数据，再通过dma搬运模块搬运采样数据到指定内存并以数组形式储存；
29.长周期采样的第一次采样任务做一次dma重定向，即将本周期的dma搬运从数组0
开始记录，同时根据dsadc激励回采模块采集的sin+、sin-和cos+、cos-信号对应的寄存器中的数值来判定初始旋变位置的象限；
30.第二次长周期采样任务内读取dma搬运的sin+、sin-和cos+、cos-信号，并结合初始旋变位置的象限，找出正弦波形的起始零点为第i个点，i为正整数；将长周期采样的偏移参考设置为i乘以短周期间隔，使长周期采样的采样任务起始和实际的正弦信号零起点对齐；
31.设置长周期采样的偏移参考后，在长周期采样任务起始再做一次dma重定向，使dma搬运sin+、sin-和cos+、cos-信号到数组的第一个值也跟实际波形的零起点对齐；
32.在长周期采样周期内对数组内的值进行处理，将sin+、sin-和cos+、cos-信号分别相减得到差分结果数组，然后将差分结果数组的后16个值进行取正值，使之得到积分结果作为外包络数据。
33.本发明通过对vadc的采样触发时刻和采样中断任务触发执行以及dma搬运重定向初始位置的设置，使三者的时序保持一致，从而保证由此计算出来的角度和转速信号的准确性，保证扭矩的估算的准确性。
34.本发明利用gtmtom的参考信号和dma的设置，使vadc数据处理的中断和实际的波形信号进行校准对齐，使采集的数据在时序上的准确性，从而保证了旋变软解码技术中正余弦信号的采集准确。
35.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例流程图。
38.图2为本发明实施例各模块示意图。
39.图3为本发明实施例vadc采样的时序处理示意图。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.新能源汽车领域中，旋转变压器是新能源汽车上电机驱动系统用来实时测量电机转速和位置的传感器，它的信号的准确性对于电机控制和扭矩估算非常重要。除了传感器本身的精度，更重要的还有对于旋转变压器的解码精度，传统的旋变解码一般采用专用的旋变解码芯片，但是一般价格较高。所以利用芯片本身的vadc端口来采集旋转变压器sin+、
sin-和cos+、cos-信号，通过软件对信号处理来进行软解码可以有效替代硬解码方案。
42.现有技术主要阐述了在功能安全开发中首先通过gtm生成载波信号，再使用dsadc和vadc两种采样的方法对旋转变压器的反馈信号进行处理后进行校验，从而达到冗余校验，保证旋变采样的可靠性。但是该方法没有阐述针对vadc方法如何对数据进行采样以及处理，来保证信号处理的准确性尤其是在时序方面。
43.为此，本发明提出了一种旋转变压器vadc采样信号处理方法及模型，包括一种旋转变压器vadc采样信号处理方法和一种旋转变压器vadc采样信号处理模型。
44.本发明通过对vadc的采样触发时刻和采样中断任务触发执行以及dma搬运重定向初始位置的设置，使三者的时序保持一致，从而保证由此计算出来的角度和转速信号的准确性，保证扭矩的估算的准确性。
45.第一方面，如图1所示，本发明提供了一种旋转变压器vadc采样信号处理方法，所述方法包括：
46.步骤s101，向旋转变压器输入正弦波信号作为激励信号，旋转变压器输出正弦波但相位相差90度的sin+、sin-和cos+、cos-信号；
47.步骤s102，通过vadc采集任务将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号采集并对齐后得到对齐数据；
48.步骤s103，差分处理对齐数据再积分得到外包络线数据，并将外包络线数据传输给应用层进行角度和转速的计算处理。
49.具体实施时，利用芯片本身的vadc端口来采集旋转变压器sin、cos信号，通过软件对信号处理来进行软解码可以有效替代硬解码方案，使用软解码替代硬解码明显降低了设备成本。
50.通过对vadc的采集触发时刻和采集任务触发执行以及dma搬运重定向初始位置的设置，使三者的时序保持一致，从而保证由此计算出来的角度和转速信号的准确性，保证扭矩的估算的准确性
51.本实施例中，旋转变压器的激励信号为通过aurix芯片的dsadc(delta sigmaanalog-to-digitalconverter，简称dsadc)生成的固定频率的正弦波。
52.具体实施时，固定频率为9.76khz。该频率会影响一个正弦波对应的采样数，频率过大采样数过少影响波形准确性，频率过小组成sin+、sin-和cos+、cos-的差分信号外包络的积分值过少会影响高速下解码的准确性；这个频率是芯片通过实际实践可行合理的一个值。
53.本发明提到的vadc、dma、gtmtom都基于aurix芯片，优势在于该芯片对于旋变软解码有dsadc这种专门支持模块，且该芯片是电机控制领域最常用的一款芯片。
54.本实施例中，vadc采集通过gtmtom设置短周期采样和长周期采样两个周期。
55.本实施例中，vadc采集的短周期采样通过gtmtom0-2设置定时触发，同时tom0-1作为偏移参考调整短周期采样时刻，每隔短周期间隔采集一个数据；
56.vadc采集的长周期采样通过gtmtom2-13设置，采样中断为每隔长周期间隔定时触发一次，长周期间隔与激励信号一个周期长度保持一致，tom2-12作为偏移参考调整长周期采样触发时间。
57.具体实施时，短周期间隔为3.2us，长周期间隔为102.4us。vadc采集的短周期采样
通过gtmtom0-2设置定时触发，同时tom0-1作为偏移参考可以调整采样时刻,每3.2us采集一个数据，一个正弦波采集32个点共102.4us周期；
58.vadc采集的长周期采样通过gtmtom2-13设置旋变采样中断为102.4us定时触发，跟一个激励正弦波一致，tom2-12作为偏移参考可以调整中断触发时间。
59.采样周期跟9.76khz的采样频率对应，1000000/(9.76*1000)＝102.4us，所以一个正弦周期为102.4us,需要选取合适的vadc采样频率使一个周期内采样到的点为偶数，方便翻转负半波作积分处理，所以选取为32个点,即vadc3.2us采样一个数据。
60.本实施例中，将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号通过vadc sin/cos采集模块采集后得到采样数据，再通过dma搬运模块搬运采样数据到指定内存并以数组形式储存；
61.长周期采样的第一次采样任务作一次dma重定向，即将本周期的dma搬运从数组0开始记录，同时根据dsadc激励回采模块采集的sin+、sin-和cos+、cos-信号对应的寄存器中的数值来判定初始旋变位置的象限；
62.第二次长周期采样任务内读取dma搬运的sin+、sin-和cos+、cos-信号，并结合初始旋变位置的象限，找出正弦波形的起始零点为第i个点，i为正整数；将长周期采样的偏移参考设置为i*3.2us，使长周期采样的采样任务起始和实际的正弦信号零起点能够对齐；
63.设置长周期采样的偏移参考后，在长周期采样的采样任务起始再做一次dma重定向，使dma搬运sin+、sin-和cos+、cos-信号到数组的第一个值也跟实际波形的零起点能够对齐；
64.在长周期采样周期内对数组内的值进行处理，将sin+、sin-和cos+、cos-信号分别相减得到差分结果，然后将数组的后16个值进行取正值，使之得到积分结果作为外包络数据，并将外包络线数据传输给应用层进行角度和转速的计算处理。
65.具体实施时，利用gtmtom的参考信号和dma的设置，使vadc数据处理的中断和实际的波形信号进行校准对齐，使采集的数据在时序上的准确性，从而保证了旋变软解码技术中正余弦信号的采集准确，保证了由此计算出来的角度和转速信号的准确性，保证扭矩的估算的准确性。
66.第二方面，本发明提供了一种旋转变压器vadc采样信号处理模型，输入单元和处理单元；
67.输入单元，用于向旋转变压器输入正弦波信号作为激励信号，旋转变压器输出正弦波但相位相差90度的sin+、sin-和cos+、cos-信号；
68.处理单元，用于通过vadc采集任务将旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号采集并对齐后得到对齐数据，差分处理对齐数据再积分得到外包络线数据，并将外包络线数据传输给应用层进行角度和转速的计算处理。
69.具体实施时，本发明一种旋转变压器vadc采样信号处理模型与一种旋转变压器vadc采样信号处理方法的实现一一对应，在此就不一一赘述。
70.为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：
71.本技术提案讲述的是一种vadc采样电机旋变信号处理算法：通过vadc模块采集旋转变压器反馈的sin+、sin-和cos+、cos-信号的物理信号，转化成数字信号后将结果通过
dma搬运到指定内存区域，通过中断任务来处理相关信号进行积分后解算对应的角度和转速。
72.使用的原理是：aurix芯片的dsadc可以发出正弦波信号通过电路处理后输入到旋转变压器中，旋转变压器反馈正弦波但相位相差90
°
的sin+、sin-和cos+、cos-信号，将sin+、sin-和cos+、cos-信号通过vadc采集后触发dma搬运到指定内存，通过采集任务将信号差分处理后得到sin/cos差分信号，将sin/cos差分信号积分得到外包络线，并将外包络线数据传送给应用层处理，进行角度和转速的计算处理。
73.各模块如图2所示，dsadc激励生成模块通过激励+和激励-输出波形为9.76khz的正弦波作为激励信号至旋转变压器，旋转变压器接收激励信号后输出sin+、sin-和cos+、cos-信号；
74.vadcsin/cos采集模块采集sin+、sin-和cos+、cos-信号后依据采样间隔采集得到sin结果数组和cos结果数组。采样间隔通过gtmtom0-2设置定时触发，同时tom0-1作为参考可以调整采样时刻,每3.2us采集一个数据，一个正弦波采集32个点共102.4us周期；
75.通过dma搬运模块将vadcsin/cos采集模块采集的sin+、sin-和cos+、cos-信号各32个数据连续搬运到sin+、sin-/cos+、cos-结果储存单元对应数组中。
76.通过gtmtom2-13设置旋转变压器采样中断为102.4us定时中断，跟一个激励正弦波一致，tom2-12作为参考可以调整中断触发时间；
77.通过dsadc激励回采模块采集旋转变压器输出的sin+、sin-和cos+、cos-信号，将采集结果储存在sin寄存器sdcap和cos寄存器sdcap，并以采集结果进行旋变初始位置象限判定，输出象限结果；
78.vadc采样的时序处理如图3所示，为保证数据对齐，在102.4us中断的第一次任务作一次dma重定向，即将本周期的dma搬运从数组0开始记录，同时根据sin+、sin-和cos+、cos-信号对应的寄存器中的数值来判定当前初始旋变位置的象限；在下一个102.4us中断内读取dma搬运的sin+、sin-和cos+、cos-信号，找出正弦波形的起始零点为第i个点；将102.4us的中断参考设置为i*3.2us，使中断起始和实际的正弦信号零起点能够对齐；设置为以上数值后，在下一个102.4us中断起始再做一次dma重定向，使dma搬运sin+、sin-和cos+、cos-信号到数组的第一个值也跟实际波形的零起点能够对齐；
79.在102.4us中断内对数组内的值进行处理，将sin+、sin-和cos+、cos-信号分别相减得到差分结果，然后将数组的后16个值进行取正值，使之得到积分结果作为旋变软解码的外包络数据；
80.数据传递给应用层角度、转速计算模块进行角度和转速的计算。
81.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。