專利名稱：確定分解器角度的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種權利要求1前序部分限定的方法以及一種權利要求4 前序部分限定的設備，用于通過分解器確定角度。
背景技術：
在上下文中，分解器一般指的是具有用于激勵信號的至少一個輸入端 和用于響應信號的至少兩個輸出端的裝置。激勵信號和響應信號兩者都是 AC信號。當分解器的初級繞組和次級繞組相對于彼此移位時，響應信號 發(fā)生改變。初級繞組和次級繞組之間的角度可以例如通過使用現(xiàn)有三角函 數(shù)利用響應信號確定。
通常使用的變換器型的分解器在初級側具有輸入端而在次級側上具有 兩個輸出端。分解器初級繞組具有磁化繞組，其被供以恒定波幅和頻率的 交流電流作為激勵信號。次級繞組包括兩個繞組，它們相對彼此垂直地布 置在磁路中，其方式使得對激勵信號的相應以調(diào)幅的形式出現(xiàn)在次級繞組 中感應的電壓中，由于所述繞組的垂直布置使得相位差為90度。所述初 級繞組和次級繞組之間的角度基于次級信號之間的波幅差進行確定。當該 分解器中的信號之間的相位差是90度時，這些信號的波幅直接對應于所 述初級繞組和次級繞組之間的角度的正鉉和余鉉，并且該角度可以通過利 用弧狀正切函數(shù)根據(jù)這些信號確定。
為了能精確地確定所述角度，需要過濾所述次級信號以從它們中去除 所有干擾。這些包括例如加到信號中的DC電壓以及失真。所述干擾能例 如通過用合適的模擬或數(shù)字濾波器過濾這些信號而被消除。
在許多伺服驅動裝置中，需要非常精確的角度測量。這對濾波提出了 挑戰(zhàn)。事實上，需要濾波量級(filter order)至少超過10、通常超過20的濾 波器。通過模擬技術制作該種濾波器是可能的，但結果是一種復雜的濾波 器，其增加了系統(tǒng)的成本。而且，模擬部件的溫度漂移和類似缺陷影響濾 波結果。實際上，分解器的響應信號利用微處理器進行濾波。例如，說明書
US 6,255,794 Bl公開了 一種用于確定分解器角度的方法，其中響應信號4吏 用FIR (有限脈沖響應(fmite impulse resonse))帶通濾波器進行濾波。此類 方法存在的問題是，高階FIR濾波器需要處理器具有非常大的計算能力。 為了以視覺方式展現(xiàn)該情況，圖3示出8階FIR濾波器的結構。該圖中濾 波器的算法具有如下形式
每次在取樣緩沖器中接收到新數(shù)值xn時對濾波器進行計算。由于所
述取樣緩沖器以很高的頻率更新，算法也必需以高的頻率進行計算。每次 在所述取樣緩沖器更新時，計算在圖中提供的八級濾波器需要九次加法和
乘法運算。由于經(jīng)常需要使用20階過濾器以獲得較好的濾波結果，因此 導致很長且繁重的計算算法，占用了處理器大部分計算能力。
說明書"Martin Staebler ,用于獲得分解器角位置和速度的 TMS320F240 DPS解決方案，德克薩斯儀器乂^司(Texas Instruments),應 用報告SPRA605 ， 2000年2月，，；US6255794 B;以及"A. O. Di Tommaso R. Miceli, —種基于分解器-數(shù)字轉換器的新式高精度軟件，工業(yè)電子協(xié)會 學報，2003. IECON '03, IEEE年會，2-6.11.2003，第2435-2440頁，，；描述 了一些方法和設備，其中分解器輸出信號經(jīng)受FIR濾波。然而，用以上說 明中描述的方式確定分解器角度需要很大的計算能力，這就是所建議的方 法和設備實施起來比較昂貴且比較復雜的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種方法和設備，借助該方法和設備，能夠通過 較之現(xiàn)有技術更少的計算來精確確定分解器角度。
本發(fā)明的用于確定分解器角度的方法的特征體現(xiàn)在權利要求1特征部 分中所述的內(nèi)容。本發(fā)明的用于確定分解器角度的設備的特征體現(xiàn)在權利 要求4特征部分中陳述的內(nèi)容。本發(fā)明的其他實施例的特征體現(xiàn)在其他權 利要求中公開的內(nèi)容。發(fā)明實施例還陳述于本申請的說明書部分中。在申
定。發(fā)明內(nèi)容也可以由幾個獨立的發(fā)明構成，特別是如果本發(fā)明按照明確 的或隱含的子任務或相對于實現(xiàn)的優(yōu)點或各組優(yōu)點來予以考察的話。在此情況下，包括在下面的權利要求中的 一些特征從獨立發(fā)明相克念的視角來看 可能是多余的。在基本發(fā)明概念范圍內(nèi)，本發(fā)明不同實施例的特征可以結 合其他實施例加以應用。
在本發(fā)明的實施例中，分解器具有用于激勵信號的輸入端和用于響應 信號的至少兩個輸出端。在根據(jù)本發(fā)明的用于借助于分解器確定角度的方
法中，頻率基本恒定的激勵信號被提供給分解器；測量分解器響應信號； 相應于測量的響應信號值計算FIR濾波，以及計算點和計算結果的相應數(shù) 值組Al存儲在存儲器中；每個計算點相對于所述激勵信號錯移至少一 次，新的計算點和計算結果的新的數(shù)值組存儲在存儲器中；計算結果的至 少兩個數(shù)值組相互比較，選擇這些數(shù)值組中的、包括作為無符號值的最大 計算結果的數(shù)值組Amax;以及在對應于數(shù)值組Amax的預定計算點處重 復計算FIR濾波，以及角度數(shù)據(jù)根據(jù)所述計算結果進行確定。
在根據(jù)本發(fā)明的、用于借助于分解器確定角度的方法中，頻率恒定的 激勵信號被提供給分解器；分解器響應信號以預定的、均勻分布的間隔進 行測量；每個響應信號的相繼測量值被存儲于取樣緩沖器；相應于間隔均 勻的計算時刻存在于取樣緩沖器中的響應信號值計算FIR濾波，其方式使 得每個計算點與激勵信號同步，并且計算點和與這些計算點對應的計算結 果的數(shù)值組Al存儲在存儲器中；每個計算點相對于激勵信號進行等量錯 移，其方式使得新的計算點與激勵信號同步，新的計算點和計算結果的新 的數(shù)值組被存儲在存儲器中；計算點的錯移予以重復，并且新的計算點以 及在這些計算點處算得的各數(shù)值組中的那些數(shù)值被存儲在存儲器中；計算 結果的至少兩個數(shù)值組An相互比較，并且選擇這些數(shù)值組中的、包括作 為無符號值的最大計算結果的數(shù)值組Amax;以及在與數(shù)值組Amax對應 的預定計算點處重復計算FIR濾波，而角度數(shù)據(jù)根據(jù)所述計算結果進行確 定。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，相應于在計算時刻存在于取樣緩沖器中的所 述值在激勵信號周期內(nèi)的兩個計算點處計算FIR濾波，取樣緩沖器具有至 少等于激勵信號周期的長度；在每個數(shù)值組An中，計算相應數(shù)值組中的 無符號數(shù)值的平均值；將針對不同數(shù)值組An算得的平均值互相比較，選 擇對應于最大平均值的數(shù)值組Amax,并且在與數(shù)值組Amax對應的兩個 預定計算點處重復計算FIR濾波。在根據(jù)發(fā)明的方法中，通過將計算的頻率限定為所述激勵信號頻率或
所述激勵信號頻率的倍數(shù)，使所述FIR濾波器的每個計算點與所述激勵信 號同步。
根據(jù)本發(fā)明的用于借助于分解器確定角度的設備包括激勵信號發(fā)生 器、響應信號取樣器、FIR濾波器、用于確定FIR濾波的計算時刻的裝 置、用于改變FIR濾波的計算時刻的裝置、用于存儲計算點和數(shù)值組An 的存儲器、用于比較各數(shù)值組中的無符號數(shù)值的比較器，以及與所述比較 器結合、用于選擇數(shù)值組的選擇器、以及角度數(shù)據(jù)的確定器。
根據(jù)本發(fā)明的用于借助于分解器確定角度的設備包括響應信號取樣緩 沖器。
根據(jù)本發(fā)明的設備包括含有系統(tǒng)時鐘的控制器、中央處理單元、RAM 存儲器、非易失性程序存儲器以及用于至少一個數(shù)值組的計算點的非易失 性存儲器、取樣器和A/D轉換器。
在根據(jù)本發(fā)明的設備中，激勵信號發(fā)生器、FIR濾波器、用于確定 FIR濾波的計算時刻的裝置、用于改變FIR濾波的計算時刻的裝置、數(shù)值 組的比較器以及與所述比較器相結合用于選擇數(shù)值組的選擇器以及角度數(shù) 據(jù)的確定器是經(jīng)由軟件實施的，以及在該實施方式中，所述取樣緩沖器和 用于存儲計算點和數(shù)值組An的存儲器在RAM存儲器中。
在根據(jù)本發(fā)明的設備或方法中，前述FIR濾波器是FIR帶通濾波器。
根據(jù)本發(fā)明分解器一般指的是一種裝置，該裝置具有用于激勵信號的 至少一個輸入端和用于響應信號的至少兩個輸出端。所述激勵和響應信號 兩者是AC信號。當分解器初級和次級繞組相對彼此移動時響應信號改 變
初級和次級繞組之間的角度能夠例如通過利用現(xiàn)有的三角函數(shù)根據(jù)響 應信號進行確定。
在本發(fā)明的方法中，"取樣緩沖器"指的是其中存儲相繼的響應信號 測量值，即取樣的緩沖器。對于每個響應信號，提供獨立的緩沖器。緩沖 器包括按時間順序排列的取樣，使得每次新取樣進入緩沖器時，最先的取 樣被刪除。
"計算點"指的是這樣的時刻，在該時刻發(fā)生計算并且該時刻與激勵 信號同步。通過選擇計算頻率使其等于激勵信號的基波的頻率或激勵信號的基波的頻率倍數(shù)，而使計算點與激勵信號同步。響應信號測量頻率，即 取樣頻率同樣與激勵頻率同步。取樣頻率總是至少等于計算頻率。"測量 點"指的是與激勵信號同步的測量時刻。兩個測量點之間的距離被稱為測 量間隔。分解器響應信號以預定的、均勻分布的間隔進行測量，也就是 說，各測量點與激勵信號同步并且測量間隔是恒定的。
在本發(fā)明的方法中，用于新的數(shù)值組An的計算的測量點總是以至少 一個測量間隔錯移。
使用本發(fā)明的方法，能夠確定濾波分辨率基本上是最佳的那些計算 點。由于計算點選自經(jīng)過濾波的響應信號的數(shù)值組，因此經(jīng)過濾波的響應 信號和激勵信號或各激勵信號之間的可能相位差得以補償。相位差例如在 用來測量響應信號的電子裝置和FIR濾波器中產(chǎn)生。當濾波的計算點預先 確定時，它們不需要連續(xù)確定，但是濾波在與數(shù)值組Amax對應的這些相 同預定計算點處被重復計算。當需要時，例如一天一次或以更小的頻率， 可以重復確定計算點。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在激勵信號周期期間濾波被計算兩次。在此 之后，針對算得的每個數(shù)值組An中的無符號數(shù)值計算平均值，并且通過 比較針對不同數(shù)值組算得的平均值選擇數(shù)值組Amax。選擇算得的平均值 最大的一個數(shù)值組作為數(shù)值組Amax。
在根據(jù)本發(fā)明的設備中，恒定頻率的激勵信號根據(jù)作為平滑改變的激 勵信號角度數(shù)據(jù)的函數(shù)的波幅基準(amplitude reference)在激勵信號發(fā)生 器中產(chǎn)生。在根據(jù)本發(fā)明的另一設備中，激勵信號根據(jù)作為時間函數(shù)的波 幅基準在激勵信號發(fā)生器中產(chǎn)生。
在根據(jù)本發(fā)明的設備中，用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置包括至 少一個數(shù)值組比較器，利用該數(shù)值組比較器，不同的數(shù)值組An相互比 較，并選擇這些不同數(shù)值組中的一個數(shù)組和對應的FIR濾波計算點。所述 裝置可另外包括存儲器，計算點和對應的數(shù)值組被存儲其中用于比較；以 及非易失性存儲器，用于存儲作為比較結果選擇的計算點。
本發(fā)明的用于借助于分解器確定角度的設備可由分立的元件形成，包 括至少一個激勵信號發(fā)生器、響應信號取樣器、取樣緩沖器、FIR濾波 器、用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置、用于改變FIR濾波的計算時刻 的裝置、用于存儲計算點和數(shù)值組An的存儲器、數(shù)值組比較器以及角度數(shù)據(jù)確定器。本發(fā)明的設備還可使用本身已知的現(xiàn)有微控制器進行構作， 在此情況下，所述設備的各元件經(jīng)由軟件予以實施。
當響應信號通過本發(fā)明的方法進行濾波時，可以僅在與激勵信號同步 的預期計算點處計算濾波函數(shù)。由于濾波函數(shù)是多級函數(shù)并因此需要處理 器具有強大的計算能力，可以使用較小且便宜的處理器，或者另外，處理 器的剩余的額外計算時間可用于其他系統(tǒng)控制任務，該系統(tǒng)的結構因此得 以簡化。
在本發(fā)明的方法中，響應信號取樣頻率可進一步增加，以及同樣地取 樣緩沖器的長度能夠增加，因為這不需要大量的處理器計算能力。取樣緩 沖器的增加了的長度允許濾波量級進一步增加，因此濾波精度得到改進。 與現(xiàn)有技術相比，濾波量級和取樣緩沖長度增加得越多，由本發(fā)明的分解 器濾波方法提供的優(yōu)勢就越大。例如，如果取樣緩沖器具有等于激勵信號 周期的長度，包括十個取樣，通過本發(fā)明的方法，在激勵信號周期期間濾 波可計算例如兩次，然而在現(xiàn)有技術中，在所述周期期間濾波要計算十
次。再者，如果相應于激勵信號周期的取樣緩沖器長度是100個取樣，那 么在現(xiàn)有技術中，濾波在所述周期期間要計算100次，而通過本發(fā)明的方
法，濾波在所述周期期間仍能僅只計算兩次，這加強了計算能力方面的優(yōu)勢。


圖l表示根據(jù)本發(fā)明的裝置；
圖2表示用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的時序圖3表示現(xiàn)有技術的FIR濾波器；
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置。
具體實施例方式
圖1表示用于通過分解器確定角度的裝置(28)。分解器激勵信號 (29)作為波幅(1 )和角度(12)的函數(shù)在激勵信號發(fā)生器(2)中產(chǎn)
生。響應信號(13, 14)由取樣器(4)讀取并被存儲于取樣緩沖器 (5)。 FIR帶通濾波(10)僅在預定的各時刻即各計算點進行計算，所述
計算時刻由用于改變計算時刻的裝置(6， ll)確定。在本發(fā)明的該實施例中，這些裝置(6， 11)包括門限電路(6)和門限電路控制器(11)，但 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，F(xiàn)IR濾波通過微控制器經(jīng)由軟件進行，并且 FIR濾波器(10)是一個函數(shù)，該函數(shù)由軟件調(diào)用并且其調(diào)用啟動FIR濾 波。圖1中的裝置另外包括用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置(7)。這 些裝置可包括如圖4所示的、用于存儲計算點(23， 24， 25， 26)和數(shù)組 An (18， 19)的存儲器(30)、數(shù)組比較器(31)以及角度數(shù)據(jù)確定器
(8)。數(shù)組比較器對在不同計算點處計算的數(shù)組(18, 19)進行比較并選 擇數(shù)組中的包括最大計算結果或計算結果的最大平均值的那一個。另外， 根據(jù)圖1的裝置包括角度數(shù)據(jù)確定器(8),其根據(jù)經(jīng)過FIR濾波的分解器 響應信號計算角度數(shù)據(jù)(9)。
圖2表示用于通過分解器3確定角度的方法的時序圖。圖中最上部的 曲線是激勵信號(29),由響應信號曲線(13, 14)上的黑點表示的測量 點與其同步。與激勵信號同步的還有所述計算點(23, 24， 25, 26 )。在 每個計算點，F(xiàn)IR濾波利用在所述時刻存儲的計算緩沖器進行計算。例 如，在計算時刻(23),取樣緩沖器包括由箭頭(16)表示的范圍內(nèi)的測 量點。在該實施例中，取樣緩沖器具有等于激勵信號(29)周期(17)的 長度。在根據(jù)圖2的方法中，選擇要被使用的數(shù)組(19)的過程如下。首 先，F(xiàn)IR濾波在激勵信號周期(17)期間計算兩次，即首先在計算點
(23)，以及接著在計算點(24)。計算結果形成數(shù)組(18)。在此之后， 計算點相對于激勵信號(29)錯移，在此情況下錯移量為測量間隔
(15)。 FIR濾波在新的測量點(25, 26)處進行計算，并且獲得新組的數(shù) 值(19)。對于這些數(shù)組(18, 19)，計算數(shù)組中的無符號值的平均值，因 此獲得數(shù)組(18)的平均值(20)和數(shù)組(19)的平均值(21)。通過比 較這些平均值，選擇具有最大平均值的數(shù)組Amax ( 19),與數(shù)組Amax對 應的計算點(25， 26)被存儲在存儲器中。之后，F(xiàn)IR濾波在與數(shù)組 Amax (19)對應的計算點(25， 26)處重復進行計算，而角度數(shù)據(jù)根據(jù)這 些經(jīng)過FIR濾波的分解器響應信號(19)反復進行確定。
以上已經(jīng)參照一些實施例描述了本發(fā)明。對于本領域內(nèi):f支術人員顯而 易見的是，本發(fā)明不唯獨地限于上述實施例，而是在由權利要求限定的發(fā) 明概念的范圍內(nèi)可以做出許多其他的實施例。
權利要求
1.一種用于借助于分解器(3)確定角度(9)的方法，所述分解器具有用于激勵信號(29)的輸入端和用于響應信號(13，14)的至少兩個輸出端，在所述方法中-將頻率基本恒定的激勵信號(29)提供給分解器(3)，-測量分解器響應信號(13，14)，其特征在于，-計算相應于測量的響應信號值(16)的FIR濾波(10)，以及將計算點(23，24)和與這些計算點相對應的計算結果數(shù)值組A1(18)存儲在存儲器中；-將每個計算點(23，24)相對于激勵信號(29)錯移至少一次，將新的計算點(25，26)和新的計算結果數(shù)值組(19)存儲在存儲器中；-將至少兩個計算結果數(shù)值組An(18，19)相互比較，并選擇這些數(shù)值組中的、包括作為無符號值的最大計算結果的數(shù)值組Amax(19)；-在與數(shù)值組Amax(19)對應的預定計算點(25，26)處重復計算FIR濾波(10)，并且根據(jù)計算結果確定角度數(shù)據(jù)(9)。
2. 如權利要求l的方法，其特征在于，-相應于在計算時刻存在于取樣緩沖器(5)中的所述值(16)在激勵 信號周期(17)內(nèi)的兩個計算點(23, 24)處計算FIR濾波(10),取樣 緩沖器(5)具有至少等于激勵信號周期(17)的長度；-在每個數(shù)值組An (18， 19)中，計算相應數(shù)值組中的無符號數(shù)值的 平均值(20， 21 );-將針對不同數(shù)值組An算得的平均值(20， 21 )互相比較，選擇對應 于最大平均值的數(shù)值組Amax ( 19)，并且在與數(shù)值組Amax對應的兩個預 定計算點(25， 26)處重復計算FIR濾波(10)。
3. 如權利要求1或2的方法，其特征在于，-通過將計算的頻率(27)限定為所述激勵信號頻率(17)或所述激 勵信號頻率的倍數(shù)，使所述FIR濾波器的每個計算點(23, 24， 25, 26) 與所述激勵信號(29)同步。
4. 一種用于通過分解器(3)確定角度的設備(28)，所述設備包括激勵信號發(fā)生器(2)和響應信號取樣器(4)，其特征在于，所述設備包括 FIR濾波器(10)、用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置(7)、用于改變 FIR濾波的計算時刻的裝置(6, 11)、用于存儲計算點(23, 24, 25, 26)和數(shù)值組An (18， 19)的存儲器(30)、用于比較個數(shù)值組中的無符 號值數(shù)的比較器(31)、與所述比較器結合、用于選擇數(shù)值組的選擇器、 以及角度數(shù)據(jù)的確定器(8)。
5. 如權利要求4的設備，其特征在于，所述設備包括包含系統(tǒng)時鐘的 控制器、中央處理單元、RAM存儲器、非易失性程序存儲器以及用于至 少一個數(shù)值組的計算點(25, 26)的非易失性存儲器(32)、取樣器(4) 和A/D轉換器(4)。
6. 如權利要求4或5的設備，其特征在于，所述激勵信號發(fā)生器 (2)、 FIR濾波器(10)、用于確定FIR濾波的計算時刻的裝置(7)、用于改變FIR濾波的計算時刻的裝置(6, 11)、數(shù)值組An的比較器(31)以 及與所述比較器相結合的數(shù)值組選擇器以及角度數(shù)據(jù)的確定器(8)是通 過軟件實施的，并且所述取樣緩沖器(5)和用于存儲計算點和數(shù)值組An 的存儲器(30)位于所述RAM存儲器中。
7. 根據(jù)前述權利要求中的任一項的方法或設備，其特征在于，前述 FIR濾波器(10)是FIR帶通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過分解器(3)確定角度(9)的方法和設備(28)。在所述方法中，頻率恒定的激勵信號(29)被提供給分解器(3)，測量分解器響應信號(13，14)，每個響應信號的相繼測量值(16)存儲在取樣緩沖器(5)中，相應于在計算時刻存在于取樣緩沖器(5)中的響應信號值(16)計算FIR濾波(10)，計算點(23，24)和與這些計算點對應的計算結果數(shù)值組(18)被存儲在存儲器中，計算結果的至少兩個數(shù)值組(18，19)相互比較，選擇這些數(shù)值組中的、包括作為無符號值的最大計算結果的數(shù)值組Amax(19)，在與數(shù)值組Amax(19)對應的計算點(25，26)處重復計算FIR濾波(10)。
文檔編號H02K24/00GK101636895SQ200880008251
公開日2010年1月27日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權日2007年3月14日
發(fā)明者勞里·斯托爾特, 圖卡·考皮南 申請人:通力股份公司