O引 言
在开关磁阻电机(sRM)控制系统中，必需要加入位置闭环，因为需要实时地检测sRM转子的位置才能使各相开关器件进行正确的逻辑切换，同时还需检测出sRM的速度，以实现sRM的转矩、速度及其驱动机构的高精度控制。相对于传统的光电编码器和霍尔传感器，旋转变压器由于其本身结构特点而具有耐恶劣环境，耐振动和撞击的能力，此外由于其采用无刷设计，具有维护方便，使用可靠，寿命长，对机械和电气噪声不敏感等特点，因此被广泛应用于运动控制的各个领域。SRM的速度和****位置可以通过专门的解码芯片来计算，减轻了cPu的负担，本系统选用的解码芯片是AD2S1210。
1旋转变压器工作原理
旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号兀件。其工作原理和普通变压器本质一样，只是由于转子旋转，定子励磁绕组和转子输出绕组之间的相对位置发生变化会引起互感变化，冈此当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正、余弦两数关系(正余弦旋转变压器)，或保持某一比例关系(比例式旋转变压器)，或在一定转角范围内与转角成线性两数关系(线性旋转变压器)．本系统选用的是正余弦旋转变压器。该旋转变压器由转子和定子绕组组成，并且两者相互独立，初级励磁绕组(R1 R2)和两相正交的次级感应绕组(s1一s3、s2一s4)都绕在定子上，转于由两组相差90。线圈组成，采用无刷设计结构。
如图1所示，若初级励磁绕组外加交流励磁电压后，当旋转变压器转子随电机同步旋转，次级两输出绕组中便会产生感应电动势，当励磁输入电压为：
2 AD2S1210简介
AD2s1210是AD公司****推出的一款单片lc上的旋转变压器／数字转换器，输出为可由用户设定的10～16位分辨率的****位置和速度以及系统故障信息，其****跟踪速率为3125 r／s，并行和串行10～16位数据接口，兼容DsP和sPI接口标准，板载可编程的正弦振荡器用以提供旋转变压器需要的两路差分激励信号。以上特点不仅简化了外围电路的设计，而且功能得到了丰富，具有很高的性价比。
AD2s1210的工作基于Ⅱ型闭环跟踪原理，其输出连续跟踪旋变的位置，不需要外部转换和等待。
芯片里的转换器跟踪着轴角θ，产生一个输出角度φ并取回与输入的角度日相比较，如果转换器正确地跟踪了输入角度，两个角度差就会趋向r O。。为了量取角度差，Es3-s1和E2-s4分别乘以cosφ和sinφ，得到：
字角度输出之间的角度差。芯片内部经过由相位解调器，若干积分器和补偿滤波器组成的闭环系统后使L式的角度差归零，此时φ即为旋转角度φ，且使用Ⅱ型闭环跟踪环路可保证跟随恒定速度输入时不产生累计误差。
AD2s1210的输出增加了增量编码器拟真接口，在输出****数值的同时可以输出增量信息，而且输H{信息巾还包括了电机运转的方向信号和系统的故障检测信息，使得芯片外围只需要较少的电路即可完成解码工作。
3位置检测系统结构设计
3．1外围电路
开关磁阻电机位置检测系统由四部分组成：核心处理器DsPTMs320F28232、CPLD、H／D转换器AD2s1210和旋转变压器，如图3所示。DsP+cPLD实现对AD2s1210的控制、数据读取和数据的最终处理。sN74LVc4245用来实现5 V到3.3 V电平的转换。
由于电机工作环境的不确定性，包括自身发出的干扰比如IGBT开通和关断动作，使得从旋变输出的信号中可能包括许多的干扰信号，因此信号在进入AD2s1210芯片前需要进行调理。为了能够给旋变提供高品质的激励信号，同时使旋变发出的正余弦信号能够满足AD2s1210对输入信号幅值和相位的要求，需要设计四路输入调理电路和两路激励放大电路，分别如图4和图5所示。
设计输入调理电路丰要实现三个功能：信号放大、抑制共模干扰信号、滤除外界噪音十扰。两对差分信号先通过一个前级滤波电路，滤去共模干扰和外界噪音信号，由集成运放组成的加法电路目的是给出入的信号一个正的偏置，满足解码芯片对输入信号幅佰大小在O.15 v～4．8 v之间的要求。
AD2S1210输出的激励信号频率设置为10 kHz，输出P—P值为3 48 V，平均值为2．43 V，幅值已经满足要求，仅需要的是放大电流增大其驱动能力，设计电路如图5所示。由集成运放构成两级反相电路，二级反相电路中的输出端加一级由NPN和PNP管组成互补输出级(推挽电路)放大了信号的电流，两个三极管特性对称，在输入正弦波的一个周期内每个管子轮流导通半个周期，克服了信号的交越失真。
3．2软件设计
AI)2S1210可以通过CPLD设置其片选信号cs使其在上电后一直保持选通状态，方便系统实时地检测电机的位置和转速。A132S1210可以工作在两种模式：配置模式和正常模式。配置模式用来编程寄存器，设定激励频率、分辨率，故障检测预置和读取故障寄存器里的信息。两种模式下都可以通过串口或者并口读取位置和速度数据。两种模式的进入和两种数据的分别读取可以通过设置AO、A1的值来实现。如表l所示：
AI)2S1210对地址和数据的写入以及对数据的读取有十分严格的时序要求，本系统中芯片外接8 192MHz的晶振。当要从AI)2S1210中读取位置或速度数据时，首先要由sAMPLE的一个下降沿把数据从位置和速度积分器中送到寄存器中和更新故障寄存器，并且要保持低270 ns来保证数据的正确锁存，在sAMPLE由高到底后770 ns才能通过置底RD信号来读取相应寄存器的数据。
通过cPLD设置AD2s1210的s()E信号为高来使其工作在并行模式，F28232集成了系统外部接LI(x1NTF)模块，可通过数据总线实现对cPLI)和AD2S1210数据的读取，通过地址总线向cPLD写不同的地址，由cPLD内部解码来对REs0、REsl、AO和A1进行不同设置，这样的设计节省了DsP的I／O口资源。AD2s1210对应xlNTF的第O区域，CPLD对应xINTF的第7区域，它们的读和写通过RD、wR以及XZCsO、’XZCs7来控制。本系统中单独用DsP的一个I／O口来对sAMPLF信号进行精确的控制。系统的配置程序在main()函数中通过键盘来执行，数据的读取和控制环程序放在PwM中断程序中执行，数据每隔10μs读取一次，将sAMPLE信号的置位嵌入到控制环程序中，省去了循环等待的时间，满足了读取数据的时序要求。系统软件流程图加图6所示。
3．3实测波形
图7(a)、图7(b)是通过cAN—usB把实验数据传输到Pc机，由虚拟示波器LabVTEw观测到的电机转了位置和速度信息，图7(c)、图7((1)是通过实际示波器观测到的旋转变压器的输人和输出波形。图7(a)足电机的位置信号，每个锯齿波代表一个周期，图7(b)是电机的速度信号，图示表明旋转变压器很好地实时跟踪了电机的转速。图7(c)最下方的曲线是AD2S1210输出的激励信号，上而的两条曲线是电机静止在某个位置时s_n和cos曲线，图7(d)是电机以520 r／min的速度运行时的sin和cos曲线，信号的包络线就是转子的位置函数。
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