阅读说明：本技术 一种旋转变压器信号包络检测方法 (Rotary transformer signal envelope detection method ) 是由 易吉良 周雪纯 李中启 黄晓峰 刘建华 李军军 谷志茹 张晋 贺力克 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种旋转变压器信号包络检测方法,该方法采用自适应单向量S变换检测旋转变压器信号包络；首先根据归一化频率<I>f</I><Sub><I>r</I></Sub>确定单向量S变换核的高斯窗函数的窗宽比系数<I>w</I><Sub><I>k</I></Sub>,然后根据<I>w</I><Sub><I>k</I></Sub>和高斯窗非零阈值<I>z</I>确定高斯窗的总长度<I>N</I>和非零长度<I>N</I><Sub><I>z</I></Sub>,进而确定高斯窗函数并对待求旋转变压器信号做单向量S变换,最后根据非零长度<I>N</I><Sub><I>z</I></Sub>去掉变换结果的端部后求模即得到对应信号段的包络。本发明能够快速精确地求出旋转变压器信号的包络,为旋转变压器信号解码提供基础。(The invention discloses a method for detecting signal envelopes of a rotary transformer, which adopts self-adaptive single vector S transformation to detect the signal envelopes of the rotary transformer; first according to the normalized frequency f r Determining window-width ratio coefficients for a gaussian window function of a single vector S transform kernel w k Then according to w k And a non-zero threshold value of the Gaussian window z Determining the total length of a Gaussian window N And a non-zero length N z Further determining a Gaussian window function, performing one-way quantity S transformation on the resolver signal to be solved, and finally performing non-zero length transformation N z And after the end part of the conversion result is removed, the module is solved to obtain the envelope of the corresponding signal segment. The method can quickly and accurately calculate the envelope of the resolver signal and provide a basis for resolver signal decoding.)

一种旋转变压器信号包络检测方法

技术领域

本发明涉及旋转变压器信号处理领域，具体涉及一种旋转变压器信号包络检测方法。

背景技术

旋转变压器是电动汽车、轨道交通和航空航天等工业领域常用的电机转动角度和速度传感器，其输出信号是对激励信号调制的正弦和余弦信号。旋转变压器的输出信号是模拟信号，电机转动角度和速度是通过对该模拟信号进行解算而获取的。

目前，一般是通过专用芯片获得旋转变压器输出信号的解算结果，但这会增加成本，并使得硬件电路变得复杂。因此，也有采用通用芯片利用软件算法对旋转变压器的信号进行解算的方案。这有利于降低成本和增强系统的灵活性，但要达到理想的解算精度和实时性并不容易。旋转变压器输出信号的包络检测是实现精确解算的基础，但要在噪声环境下实现包络的精确检测非常困难，本专利针对该问题提供了一种有效方法。

发明内容

本发明给出了一种旋转变压器信号包络检测方法，用于提取旋转变压器输出信号的包络，为解算电机转动位置和速度提供基础。

本发明所述的一种旋转变压器信号包络检测方法，包括自适应高斯窗序列产生模块和包络检测模块，其中自适应高斯窗序列产生模块根据归一化频率产生高斯窗序列，并将该序列输出至包络检测模块。

本发明所述的一种旋转变压器信号包络检测方法，其自适应高斯窗序列产生模块采用如下步骤：

S1：给定参数：采样频率f_s、激励信号频率f_e、非零阈值z，进入步骤S2；

S2：采用下式计算归一化频率f_r：

进入步骤S3；

S3：采用下式计算高斯窗的窗宽系数w_k：

进入步骤S4；

S4：采用下式计算高斯窗序列的非零点数N_z：

式中ceil()是向上取整函数，进入步骤S5；

S5：采用下式计算高斯窗序列的总点数N：

N＝2^nextpow2(Nz)

式中nextpow2()是求指数函数，以该指数求2的幂满足大于等于且最接近N_z，进入步骤S6；

S6：采用下式计算归一化高斯窗序列：

进入步骤S7；

S7：将g′_F(n)以周期N进行周期延拓，并取0～N-1主值区间，得到供包络检测模块的自适应高斯窗序列g_F(n)。

本发明所述的一种旋转变压器信号包络检测方法，其包络检测模块采用如下步骤：

T1：输入自适应高斯窗序列产生模块确定的参数Nz，N，f_r，以及自适应高斯序列g_F(n)，进入步骤T2；

T2：采用下式计算单边端部点数N_end：

进入步骤T3；

T3：采用下式计算更新段点数N_ce：

N_ce＝N-2×N_end

进入步骤T4；

T4：采用下式计算待分析数据段的谱峰序号I_p：

I_p＝ceil(f_r×N)

进入步骤T5；

T5：判断数据缓冲区未处理的数据量是否大于等于N_ce，若是则进入步骤T6，否则返回等待；

T6：从数据缓冲区提取N_ce个数据，代替原分析数据中的最老样本，组成长度为N的待分析数据序列h_N(n)，进入步骤T7；

T7：采用g_F(n)针对h_N(n)的频谱I_P点求单向量S变换，得到序列S_N(n)，进入步骤T8；

T8：对S_N(n)求模得到模包络序列|S_N(n)|，进入步骤T9；

T9：从序号N_end开始，提取|S_N(n)|的N_ce点数据得到模包络序列进入步骤T10；

T10：将乘以极性值得到包络序列返回T5。

本发明所述的包络检测模块，其步骤T10中的包络序列具体采用如下步骤计算：

TA1：由对应段的待分析信号的最大值及其序号I_max得到极性值P_s：

P_s＝sign(v_e(I_max)×v_s(I_max))

式中sign()是符号函数，v_e(I_max)和v_s(I_max)分别表示旋转变压器激励信号和正弦/余弦信号在序号I_max处的值，进入步骤TA2；

TA2：判断是否存在极小值，若不存在，进入步骤TA3，否则，进入步骤TA4；

TA3：采用下式计算包络序列

进入TA8；

TA4：判断的极小值对应序号I_min是否小于I_max，若是，进入步骤TA5，否则，进入步骤TA6；

TA5：位于序号I_min之前的部分乘以-P_s，I_min之后部分乘以P_s，进入步骤TA7；

TA6：位于序号I_min之前的部分乘以P_s，I_min之后部分乘以-P_s，进入步骤TA7；

TA7：在序号I_min处的值置0，结合步骤TA4～TA6形成包络序列进入步骤TA8；

TA8：返回权利要求3步骤T5，等待下一次计算。

本发明的有益效果是，通过提供旋转变压器信号包络检测方法，能够给旋转变压器信号解算提供良好基础，克服硬件方法的高成本和电路复杂等缺点。

附图说明

图1为本发明的自适应高斯窗序列产生模块的流程图。

图2为本发明的包络检测模块的流程图。

图3为本发明的包络序列计算的流程图。

图4为本发明的实施举例说明。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施实例进行阐述，需要说明的是，优选实施实例是为了进一步说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明所述的一种旋转变压器信号包络检测方法，包括自适应高斯窗序列产生模块和包络检测模块，其中自适应高斯窗序列产生模块根据归一化频率产生高斯窗序列，并将该序列输出至包络检测模块。

图1为本发明所述的自适应高斯窗序列产生模块采用的步骤：

S1：给定参数：采样频率f_s、激励信号频率f_e、非零阈值z，进入步骤S2；

S2：采用下式计算归一化频率f_r：

进入步骤S3；

S3：采用下式计算高斯窗的窗宽系数w_k：

进入步骤S4；

S4：采用下式计算高斯窗序列的非零点数N_z：

式中ceil()是向上取整函数，进入步骤S5；

S5：采用下式计算高斯窗序列的总点数N：

N＝2^nextpow2(Nz)

式中nextpow2()是求指数函数，以该指数求2的幂满足大于等于且最接近N_z，进入步骤S6；

S6：采用下式计算归一化高斯窗序列：

进入步骤S7；

S7：将g′_F(n)以周期N进行周期延拓，并取0～N-1主值区间，得到供包络检测模块的自适应高斯窗序列g_F(n)。

图2为本发明所述的包络检测模块采用的步骤：

T1：输入自适应高斯窗序列产生模块确定的参数Nz，N，f_r，以及自适应高斯序列g_F(n)，进入步骤T2；

T2：采用下式计算单边端部点数N_end：

进入步骤T3；

T3：采用下式计算更新段点数N_ce：

N_ce＝N-2×N_end

进入步骤T4；

T4：采用下式计算待分析数据段的谱峰序号I_p：

I_p＝ceil(f_r×N)

进入步骤T5；

T5：判断数据缓冲区未处理的数据量是否大于等于N_ce，若是则进入步骤T6，否则返回等待；

T6：从数据缓冲区提取N_ce个数据，代替原分析数据中的最老样本，组成长度为N的待分析数据序列h_N(n)，进入步骤T7；

T7：采用g_F(n)针对h_N(n)的频谱I_P点求单向量S变换，得到序列S_N(n)，进入步骤T8；

T8：对S_N(n)求模得到模包络序列|S_N(n)|，进入步骤T9；

T9：从序号N_end开始，提取|S_N(n)|的N_ce点数据得到模包络序列进入步骤T10；

T10：将乘以极性值得到包络序列返回T5。

所述包络检测模块计算步骤T7中单向量S变换只针对序号为I_p的谱峰点进行计算，首先需要对频谱循环移位截取主值序列，然后用该主值序列与g_F(n)相乘，最后对该乘积求IFFT即得到S_N(n)。

图3为本发明所述的包络检测模块步骤T10中的包络序列采用的计算步骤：

TA1：由对应段的待分析信号的最大值及其序号I_max得到极性值P_s：

P_s＝sign(v_e(I_max)×v_s(I_max))

式中sign()是符号函数，v_e(I_max)和v_s(I_max)分别表示旋转变压器激励信号和正弦/余弦信号在序号I_max处的值，进入步骤TA2；

TA2：判断是否存在极小值，若不存在，进入步骤TA3，否则，进入步骤TA4；

TA3：采用下式计算包络序列

进入TA8；

TA4：判断的极小值对应序号I_min是否小于I_max，若是，进入步骤TA5，否则，进入步骤TA6；

TA5：位于序号I_min之前的部分乘以-P_s，I_min之后部分乘以P_s，进入步骤TA7；

TA6：位于序号I_min之前的部分乘以P_s，I_min之后部分乘以-P_s，进入步骤TA7；

TA7：在序号I_min处的值置0，结合步骤TA4～TA6形成包络序列进入步骤TA8；

TA8：返回权利要求3步骤T5，等待下一次计算。

图4为本发明的旋转变压器信号包络检测方法的应用实例，图4(a)为待分析的旋转变压器信号，其加粗段为用于某次分析的截取段；图4(b)为对图4(a)中加粗段采用本发明方法分析后的中间状态，图4(b)的总长度为N＝256点，加粗段为N_ce＝152点，是保留的有效结果；图4(c)为用本发明方法对图4(a)经多次分段截取分析后得到的完整模包络，其中加粗段为图4(b)中的加粗段，首尾各去掉了N_z/2的端部点数；图4(d)为将图4(c)乘以极性值后得到的完整包络，即本发明方法得到最终结果。

以上所述的本发明的实施方式，并非成为本发明保护范围的限定，倘若对本发明实施方式进行各种变形或修改，但尚在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。