在数控机床、工业机器人等伺服驱动系统中，现在已采用永磁式ac伺服动机，这就要求必须检测出转子磁极的****位置。同时，也要求能检测出转子的运动速度和系统的位置信息。除了可选择光电编码器作为传感器外，由于旋转变压器具有结构坚固耐用等突出优点，因此，在机电一体化产品中获得了越来越广泛的应用。
旋转变压器有一相定子绕组输入、两相转子绕组输出的结构方式，它所配用的r／d(旋转变压器轴角／数字转换器)是检测转子两个绕组输出电压振幅比，以此求取旋转变压器的转子角位置，这种检测转角的方式称为跟踪方式。
作为移相器应用时，定子旋转变压器通常为二相励磁绕组，转子为一相输出绕组。在这种结构情况下，所用的r／d转换器是用来检测输出信号的相位变化。这种检测方式称为相位检测方式，这两种检测转角位置的方式不同，所选用的r／d也不同，应该特别加以注意。下面仅就常用的相位检测方式如何检测出转子角位置加以说明。
旋转变压器的基本结构是由定子铁心与线圈、转子铁心与线圈及转子输出变压器组成。如图3-lo所示。
定子铁心上的二相绕组轴线在空间上正交，并且以相位差为90。的正弦和余弦电流进行励磁，通常励磁电流的频率远远高于工频。
转子铁心上绕有一个转子绕组(有的旋转变压器在转子上绕有二相正交绕组)，为了把转子绕组的输出电压无接触地取出来，故把转子输出变压器的一次线圈接到转子绕组的输出端，这样就取代了传统的滑环和电刷。这个转子输出变压器的二次线圈在静止侧，其输出信号中就包含有转子位置的信息，经过电子线路处理后，就可提取出各种有效信息参与系统控制。
下面，首先来分析旋转变压器的输出信号与输入信号的关系。
式中，um为励磁信号的幅值；w0为励磁信号角频率。
如果旋转变压器的转子位置由基准位置转过了θ角，则转子的输出信号电压为
式中，k为旋转变压器的变压比。
由式(3—2)所表示的旋转变压器输出信号可以看出，对于定子的正弦励磁信号来说，旋转变压器的转子从基准位置所转过的角，变成了在输出信号中的相位移角口。也就是说，输出信号在时间上的相移角θ正好是旋转变压器转子偏离基准位置的空间位移角θ。如果设法将这个相位移信号加以处理并提取出来，那么就可以得到旋转变压器的转子位置信息，也就是可以得到ac伺服电动机转子磁极位置信息。旋转变压器定子的励磁信号和输出信号的相位关系如图3一11所示。
若把励磁信号u1-3为基准电压，通过相位检波电路对相位进行检出，从相位检波电路的输出中就可以得到kumsinθ信号。由于把旋转变压器定、转子线圈的位置调准到分别与ac伺服电动机电枢及磁极的位置相重合，那么信号kumsinθ就原封不动地表示了ac伺服电动机转子磁极的位置。用这个包含转子位 置信息的正弦信号去调制速度调节器的输出信 号，就可得到由转子磁极位置所决定的交流电流指令信号，作为控制ac伺服电动机定子电流相位的依据。由转子磁极在空间上的位置控制
制定子电流在时间上的相位，而且实现了交流电流的正弦化，这就是正弦电流控制型自控式ac永磁伺服电动机驱动系统的基本原理。为了得到频率稳定的旋转变压器励磁信 号，通常采用晶体振荡器作为振荡源。由于晶体振荡器频率很高，需将其输出信号适当分频，可得到两相正交的励磁信号u1-3和u2-4采用这两个分频信号对旋转变压器定子进行高频励磁，通过高频数字信号处理，容易得到旋转变压器转子的旋转角度信息。
若转子旋转角速度为wr则有
由上式可见，由于旋转变压器转子旋转，其输出信号的角频率也随之发生变化，输出信号的角频率变化正好等于旋转变压器转子即ac伺服电动机转子的角速度wr。
如果把输出信号ur1-2的角频率变化提取出来，就得到了电动机的旋转角速度信息。这种关系无论速度是恒定的还是变化的情况都适用。显然，角速度是角度位置的微分，而且转子角速度wr一般来说都远远小于旋转变压器定子线圈励磁信号的角频率，使提取速度信号变得比较容易。
实际上，这是利用旋转变压器的移相功能来检测电动机转子的磁极位置两速度。
从原理上讲，用光电编码器来检测转子的磁极位置是把位置这一连续变化的量在每周内离散成六等分，每一种输出信号的编码组合代表空间60°角，显然这种磁极位置的检测分辨率是很低的。而旋转变压器本身所输出的位置信息是连续变化的模拟量，经过高频数字化处理后去调制速度调节器的输出信号，因而可对电枢电流的相位实现精细控制。因而使ac伺服电动机获得十分平稳的低速特性，这是旋转变压器用于ac伺服控制的一个突出特点。但这种方式使得电子处理电路复杂化，
成本提高。
在使用旋转变压器的情况下，常用一种称为旋转变压器／数字转换器(rdc)的电路将转子磁极位置信号和系统位置信号转换成数字信号输出，提供给系统使用。下面介绍ad公司****一代可编程正弦波振荡器ai)2s99及高精度、可变分辨率的旋转变压器／数字转换器ad2s80a组成的位置检测系统，它精度高、速度快可靠性好 ，在高精度伺服系统中得到广泛应用。
正弦波振荡器ad2s99的内部结构如图3 12所示。它输出的正弦激励信号送入旋转变压器中的原边(转子绕组)，从旋转变压器的副边(两个定子绕组)输出两个正交信号。这两个信号分别引入到ai)2s99的sin和cos引脚上，构成一个同步锁定闭环系统，这样可保证正弦波激励信号的稳定性。ai)2s99会输出一个同步基准信号(3v方波)，它可以补偿温度变化引起的相位漂移，因而不需要另加外
部相位补偿电路。此信号与sin和cos引脚信号同步锁定，并可作旋转变压器／数字转换器(rdc)的过零参考点。当引脚sin和cos上的信号不良或脱落时，los引脚就会变为高电平，作为微处理器的故障处理信号。ai)2s99的标准输出频率有2.5，10，20khz四种，可以通过selll和seij2的逻辑电平的设置调整，其中间频率可通过在fbias与电源之间连接电阻的大小来调节。
ad2s80a是****一代的旋转变压器／数字转换器芯片机。其分辨率有lo，12，14，16 bit几种可以选择，可由引脚scl和sc2的逻辑状态来决定。而其带宽及跟踪速度等动态特性则通过选择外围元件决定。通常跟踪速度的范围与分辨率的关系如表3—2所示。这些性能指标，根据公式可以选择出外围电路元件。关于计算公式，，受限于篇幅，这里不再叙述：另外，ad2s80a可输出与速度成正比的模拟信号，来代替测速发电机，这一点非常重要。ad2s80a的内部功能如图3—13所示。
由图可知，由a3和a4构成两个积分环节，ad2s80a运行于ii型伺服环的跟踪方式。输出将自动跟踪输入，并且速度逐步上升到****跟踪速度。因为它是采用一种比率式跟踪方法，输出的数字角度只与输入的sin和cos信号比值有关，而与它们的****值无关，这样具有高的噪声抑制比，可以减少从旋转变压器到转换器rdc远距离长线带来的误差。16条数据线输出口有三态输出数据锁存功能，通过对引脚的控制，可以向8位或16位数据总线传输。
系统采用数字信号处理器dsp(或单片机)采集和处理转子位置信号，因此需要将ad2s80a与dsp进行接口。、以ads299和ad2s80a组成的位置测量系统与dsp的接151示意原理如图3—14所示。
图3—14中的旋转变压器的转子绕组由ad2s99激励，其定子输出分别接到ad2s99和ad2s80a的相关引脚：而ad2s99向ad2s80a提供参考基准信号。需要注意的是，因ad2s80a内部无变压器．若输入信号超过2v，则应变换成适合电压后再输入。旋变的两条信号地线应该与转换器的sin gnd管脚相连以减少其sin cos信号的耦合：．同时由于这个原因，应该用屏蔽的双绞线把旋转变压器和sin cos信号分别相连：信号地和模拟地在内部连接，而模拟地与数字地必须在外部接。dsp通过对rdc的操作，可以读取ad2s80a转换的转子位置16位二冲制数据，并在内部进行数据处理。
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