专利名称：基于单fpga的旋转变压器解码处理装置和方法
技术领域：
本发明涉及旋转变压器领域，具体地，涉及一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置和方法。
背景技术：
在力加载控制系统中需要对电机的角位置、速度进行闭环控制，从而实现高逼真度的力加载，所以角位置、速度测量是否精确对系统而言非常关键。传统的角位置、速度检测主要以光电编码器为主，但光电编码器每个码道的黑白分界线总有一半与相邻内圈码道的黑白分界线是对齐的，这样就会因黑白分界线刻画不精确造成粗误差等缺点，随着电子工业的发展，电子元器件集成化程度的提高，旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠， 价格也大大下降，因此，运用旋转变压器实现角位置、速度检测的方法由于其测速范围宽、 精度高、动态响应好、简便可靠等优点而在航空航天、工业、交通以及民用领域得到了广泛的应用。目前，大部分的旋转变压器信号解码都采用专用的旋转变压器模数转换电路来完成，并运用微处理器和CPLD来共同完成相应的控制，但是外围电路和各个模块之间的通信比较复杂，而且系统结构不灵活。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置和方法，以实现外围电路和各个模块之间的通信简单，而且系统结构灵活的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于，包括DSP控制电路、FPGA电路、模数转换电路、输入信号的调理电路、输出励磁信号缓冲电路和旋转变压器，所述FPGA 电路与模数转换电路电连接，输出励磁信号缓冲电路的输入端电连接在模数转换电路上， 其输出端电连接在旋转变压器上，所述旋转变压器的输出端电连接在输入信号的调理电路上，输入信号的调理电路的输出端电连接在模数转换电路上，所述DSP控制电路与FPGA电路电连接在一起。根据本发明的优选是实施例，上述输入信号的调理电路为4路输入信号的调理电路。根据本发明的优选是实施例，上述输出励磁信号缓冲电路为2路输出励磁信号缓冲电路。根据本发明的优选是实施例，上述FPGA电路上连接有至少两路模数转换电路。根据本发明的优选是实施例，所述DSP控制电路为整个装置的主控制器，读取 FPGA电路采集的电机的角位置、速度、加速度信号；
所述FPGA电路发出片选信号给模数转换电路，设定该模数转换电路的阀值，并选通一路模数转换电路，关闭另外的模数转换电路，读取旋转变压器的相应的角位置和速度数字信号并计算出相应的加速度信号，把它们存贮在所述FPGA电路的相应地址中；所述模数转换电路将接受的来自上述FPGA电路和输入信号的调理电路的信号进行数模转换；
所述输出励磁信号缓冲电路将上述模数转换电路转换的励磁信号经过功率放大处理之后输出给旋转变压器；
所述输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路。同时本发明的技术方案还公开了一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理方法， 包括以下步骤
由所述FPGA电路发出片选信号，同时选通模数转换电路，并根据系统的实际需要，由所述FPGA电路对模数转换电路的寄存器进行阈值的给定；
所述FPGA电路发出片选信号，选通一路模数转换电路，关闭其他路模数转换电路；
所述选通的模数转换电路按照事先设定的阈值输出相应的励磁信号；
所述输出励磁信号缓冲电路将上述励磁信号进行功率放大处理后输出给旋转变压
器；
所述旋转变压器接受到上述放大处理后的励磁信号进行旋转； 所述输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和旋转速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路；
所述模数转换电路将上述处理后的模拟信号转换为数字信号，并输出给FPGA电路； 所述FPGA电路按照相应的时序读取相应的电机角位置和速度数字信号，并计算出相应的加速度信号，并将电机角位置、速度和加速度的信号信息存贮在所述FPGA电路的相应地址中。本发明的技术方案，采用FPGA电路实现多路电机角角位置、速度和加速度信号的检测和解码处理，从而实现了多维伺服加载系统的闭环控制，因采用单个FPGA电路控制多路旋转变压器，使得外围电路和各个模块之间的通信简单。整个系统结构比较灵活。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所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1为本发明实施例所述的基于单FPGA的双旋转变压器解码处理装置的工作框图； 图2为本发明实施例所述FPGA读取两路旋转变压器位置和速度信号的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，包括DSP控制电路、FPGA电路、模数转换电路、输入信号的调理电路、输出励磁信号缓冲电路和旋转变压器，FPGA电路与模数转换电路通过导线连接在一起，输入信号的调理电路的输入端通过导线连接在模数转换电路上，其输出端通过导线连接在旋转变压器上，旋转变压器的输出端通过导线连接在输入信号的调理电路上，输入信号的调理电路的输出端通过导线连接在模数转换电路上，DSP 控制电路与FPGA电路连接在一起。其中输入信号的调理电路为4路输入信号的调理电路。输出励磁信号缓冲电路为 2路输出励磁信号缓冲电路。FPGA电路上连接有至少两路模数转换电路。DSP控制电路为整个装置的主控制器，读取FPGA电路采集的电机的角位置、速度、加速度信号；
FPGA电路发出片选信号给模数转换电路，设定该模数转换电路的阀值，并选通一路模数转换电路，关闭另外的模数转换电路，读取旋转变压器的相应的角位置和速度数字信号并计算出相应的加速度信号，把它们存贮在FPGA电路的相应地址中；
模数转换电路将接受的来自上述FPGA电路和输入信号的调理电路的信号进行数模转换；
输出励磁信号缓冲电路将上述模数转换电路转换的励磁信号经过功率放大处理之后输出给旋转变压器；
输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路。同时本发明的技术方案还公开了一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理方法， 包括以下步骤
由FPGA电路发出片选信号，同时选通模数转换电路，并根据系统的实际需要，由FPGA 电路对模数转换电路的寄存器进行阈值的给定；
FPGA电路发出片选信号，选通一路模数转换电路，关闭其他路模数转换电路； 选通的模数转换电路按照事先设定的阈值输出相应的励磁信号； 输出励磁信号缓冲电路将上述励磁信号进行功率放大处理后输出给旋转变压器； 旋转变压器接受到上述放大处理后的励磁信号进行旋转；
输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和旋转速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路；
模数转换电路将上述处理后的模拟信号转换为数字信号，并输出给FPGA电路； FPGA电路按照相应的时序读取相应的电机角位置和速度数字信号，并计算出相应的加速度信号，并将电机角位置、速度和加速度的信号信息存贮在FPGA电路的相应地址中。如图1所示为双旋转变压器信号解码处理装置和方法，其外围电路包括两个4路输入信号的调理电路，两个2路输出励磁信号的缓冲电路，2路模数转换电路，FPGA电路； 首先由FPGA模块发出片选信号，同时选通所述A、B两路模数转换电路，并根据系统的实际需要，由FPGA电路对A、B两路模数转换电路的寄存器同时进行阈值的给定；然后再由FPGA 电路发出片选信号，选通A路模数转换电路，关闭B路模数转换电路，并按照相应的时序， 由FPGA电路读取相应的位置和速度数字信号，并计算出相应的加速度信号，把它们存贮在 FPGA电路的相应地址中；最后再由FPGA电路发出片选信号，选通B路模数转换电路，关闭 A路模数转换电路，并按照相应的时序，由FPGA电路读取相应的电机角位置和速度数字信号，并计算出相应的加速度信号，把它们存贮在FPGA电路的相应地址中。输入信号的调理电路，将由旋转变压器输出的代表电机角位置和速度的模拟正余弦信号进过滤波和放大处理得到模数转换电路可以接受的信号并输入。各路输出励磁信号缓冲电路，接受模数转换电路输出的励磁信号经过功率放大电路处理之后得到旋转变压器需要的励磁信号并输入。FPGA电路采用cyclone II系列电路，是Altera公司从根本上针对低成本进行设计的高性能和低功耗的FPGA，由使用方便的免费Quartus II网络版设计软件、多种知识产权(IP )提供支持，可以迅速实现低成本FPGA方案开发。旋转变压器模数转换电路采用AD2S1210芯片，是Analog Devices公司的一款10 至16位分辨率旋转变压器数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为旋转变压器提供正弦波励磁，实现了比率跟踪转换、系统故障检测，大大改善了应用的灵活性，可以很好的实现位置、速度信号精确转换。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于，包括DSP控制电路、 FPGA电路、模数转换电路、输入信号的调理电路、输出励磁信号缓冲电路和旋转变压器，所述FPGA电路与模数转换电路电连接，所述输出励磁信号缓冲电路的输入端电连接在模数转换电路上，其输出端电连接在旋转变压器上，所述旋转变压器的输出端电连接在输入信号的调理电路上，输入信号的调理电路的输出端电连接在模数转换电路上，所述DSP控制电路与FPGA电路电连接在一起。
2.根据权利要求1所述的基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于上述输入信号的调理电路为4路输入信号的调理电路。
3.根据权利要求1所述的基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于上述输出励磁信号缓冲电路为2路输出励磁信号缓冲电路。
4.根据权利要求1所述的基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于上述 FPGA电路上连接有至少两路模数转换电路。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，其特征在于所述DSP控制电路为整个装置的主控制器，读取FPGA电路采集的电机的角位置、速度、加速度信号；所述FPGA电路发出片选信号给模数转换电路，设定该模数转换电路的阀值，并选通一路模数转换电路，关闭另外的模数转换电路，读取旋转变压器的相应的角位置和速度数字信号并计算出相应的加速度信号，把它们存贮在所述FPGA电路的相应地址中；所述模数转换电路将接受的来自上述FPGA电路和输入信号的调理电路的信号进行数模转换；所述输出励磁信号缓冲电路将上述模数转换电路输出的励磁信号经过功率放大处理之后输出给旋转变压器；所述输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路。
6.一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理方法，其特征在于，包括以下步骤 由所述FPGA电路发出片选信号，同时选通模数转换电路，并根据系统的实际需要，由所述FPGA电路对模数转换电路的寄存器进行阈值的给定；所述FPGA电路发出片选信号，选通一路模数转换电路，关闭其他路模数转换电路；所述选通的模数转换电路按照事先设定的阈值输出相应的励磁信号；所述输出励磁信号缓冲电路将上述励磁信号进行功率放大处理后输出给旋转变压器；所述旋转变压器接受到上述放大处理后的励磁信号进行旋转； 所述输入信号的调理电路将旋转变压器输出的代表电机角位置和旋转速度的正余弦信号经过滤波和放大处理后输出给所模数转换电路；所述模数转换电路将上述处理后的模拟信号转换为数字信号，并输出给FPGA电路； 所述FPGA电路按照相应的时序读取相应的电机角位置和速度数字信号，并计算出相应的加速度信号，并将电机角位置、速度和加速度的信号信息存贮在所述FPGA电路的相应地址中。
全文摘要
本发明公开了一种基于单FPGA的旋转变压器解码处理装置，包括DSP控制电路、FPGA电路、模数转换电路、输入信号的调理电路、输出励磁信号缓冲电路和旋转变压器，FPGA电路与模数转换电路电连接，输出励磁信号缓冲电路的输入端电连接在模数转换电路上，其输出端电连接在旋转变压器上，旋转变压器的输出端电连接在输入信号的调理电路上，输入信号的调理电路的输出端电连接在模数转换电路上，DSP控制电路与FPGA电路电连接在一起。同时提供了一种处理方法，通过FPGA电路选通某个模数转换电路，对选通的旋转变压器进行电机角位置、速度和加速度的采集和计算。实现了外围电路和各个模块之间的通信简单，而且系统结构灵活的目的。
文档编号H01F38/18GK102403938SQ20111041856
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者李帅兵, 李晓青, 李欣, 蕫海鹰, 闫军 申请人:兰州交通大学