旋转变压器的数字解码方法、芯片、系统、车机及介质与流程

1.本技术涉及电机控制技术领域，特别是涉及旋转变压器的数字解码方法、芯片、系统、车机及介质。


背景技术：

2.旋转变压器（旋变，resolver）是测量角位置和角速度的一种特殊电机装置，具有耐污染、抗振动、易组装、高可靠、高精度的特点，广泛应用于工业生产、机器人、汽车等领域。在旋转电机控制系统中，采用旋变检测电机的转角或转速，构成负反馈闭环，从而实现对电机的精确控制。
3.在电动汽车的驱动电机电控系统中，通常采用旋变作为电机的角位置传感器，以实现对力矩、转速和位置的控制。旋变接收高频激励输入信号，输入信号经过旋转角位置的幅值调制后输出，输出信号是角位置的正余弦函数，需要对该正余弦信号进行数字解码，才能得到转角和转速信息。
4.相关技术中，通常是对理想的正余弦信号进行旋变数字解码，但实际上由于工艺、组装等方面因素，旋变输出位置信号往往并不是理想的正余弦信号，从而导致旋变的测试精度低。另外，采用芯片进行旋变数字解码时，通常存在计算量大、占用过多mcu（microcontroller unit，微控制器）资源的问题，导致严重影响电控系统的控制性能。这进一步加大了对非理想的正余弦信号进行旋变数字解码的难度。因此，如何兼顾提高旋变的测试精度和控制mcu计算量，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的至少一个问题，本技术的目的在于提供旋转变压器的数字解码方法、芯片、系统、车机及介质，在有效避免旋变测试结果受非理想因素影响的同时，其旋变数字解码还能够防止占用过多的mcu资源，从而能够兼顾旋转变压器的高测试精度和对mcu计算量的控制。
6.为实现上述目的，本技术提供的旋转变压器的数字解码方法，应用于旋转变压器的数字解码芯片，所述方法包括：获取所述旋转变压器输出的待解码信号，对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，所述待解码信号包括所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、所述交流输出信号的偏置信息和所述交流输出信号的幅值信息；对所述幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号；获取所述第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于所述第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定；基于所述标准正余弦信号，确定所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
7.进一步地，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定的步骤，包括：对所述第一正余弦包络信号进行低通滤波，确定第二正余弦包络信号；获取所述第二正余弦包络信号相对于所述第一正余弦包络信号的第一相移，并根据所述第一相移对所述第一正余弦包络信号进行相移，确定第三正余弦包络信号；查找所述第二正余弦包络信号的峰峰值，触发对所述第三正余弦包络信号进行峰峰值采样，以确定待辨识峰峰值；根据所述待辨识峰峰值，确定所述第一正余弦包络信号的所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数。
8.更进一步地，在所述对所述第三正余弦包络信号进行峰峰值采样的步骤后，所述方法还包括：对采集到的所述第三正余弦包络信号的峰峰值进行所述低通滤波，确定所述待辨识峰峰值。
9.进一步地，在所述确定所述第一正余弦包络信号的所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数的步骤后，所述方法还包括：存储所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数，以便在解算所述标准正余弦信号时进行加载。
10.进一步地，所述待解码信号还包括激励信号频率信息、所述待解码信号的增益信息和偏置信息。
11.更进一步地，所述待解码信号对应的激励信号为正余弦激励信号；所述待解码信号包括实际正弦信号和实际余弦信号；其中，所述实际余弦信号基于所述实际余弦信号的增益和偏置，以及所述旋转变压器产生的余弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数确定；所述实际正弦信号基于所述待解码信号的激励信号的频率，所述实际正弦信号的增益和偏置，所述旋转变压器产生的正弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数，以及所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差确定。
12.更进一步地，所述对所述幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号的步骤，包括：根据所述待解码信号的载波信号的符号，对所述幅值采样信号进行翻折处理，并对所述翻折处理后的幅值采样信号提取包络，确定所述第一正余弦包络信号。
13.更进一步地，在所述对所述幅值采样信号进行翻折处理的步骤前，所述方法还包括：采用有限冲激响应滤波器，对所述幅值采样信号进行高通滤波，以消去所述待解码信号的直流偏置。
14.进一步地，所述待解码信号对应的激励信号为方波激励信号，所述方波激励信号的占空比为50%；所述对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号的步骤，包括：在所述待解码信号的高电平信号和低电平信号的中心位置进行幅值采样，得到所述幅值采样信号。
15.进一步地，所述第一正余弦包络信号，包括第一余弦包络信号和第一正弦包络信号；所述第一余弦包络信号基于所述第一余弦包络信号的相位参数、所述幅值参数和所述偏置参数确定；所述第一正弦包络信号基于所述旋转变压器产生的交流输出信号的所述正交相位偏差参数、所述第一正弦包络信号的相位参数、所述幅值参数和所述偏置参数确定。
16.更进一步地，所述标准正余弦信号基于第一正余弦包络输入信号和变换矩阵确定；其中，所述第一正余弦包络输入信号基于所述第一正余弦包络信号的相位参数和所述正交相位偏差参数确定；所述变换矩阵基于所述正交相位偏差参数确定。
17.为实现上述目的，本技术还提供的旋转变压器的数字解码芯片，包括：峰值采样模块，被配置为获取所述旋转变压器输出的待解码信号，对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，所述待解码信号包括所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、所述交流输出信号的偏置信息和所述交流输出信号的幅值信息；包络处理模块，被配置为对所述幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号；标准化模块，被配置为获取所述第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于所述第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定；解算模块，被配置为基于所述标准正余弦信号，确定所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
18.为实现上述目的，本技术还提供的旋转变压器的数字解码系统，包括：如上所述的旋转变压器的数字解码芯片，被配置为生成激励信号；信号处理电路，包括激励信号处理模块，所述激励信号处理模块被配置为对输入的所述激励信号进行放大处理；旋转变压器，被配置为基于输入的所述放大处理后的激励信号，生成交流输出信号；所述信号处理电路，还包括交流输出信号处理模块，所述交流输出信号处理模块被配置为对输入的所述交流输出信号进行信号处理，生成待解码信号；所述数字解码芯片，还被配置为基于输入的所述待解码信号，解算出所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
19.更进一步地，所述系统被配置为采用方波激励信号；所述方波激励信号包括第一方波激励信号和与所述第一方波激励信号互补或近互补的第二方波激励信号；所述信号处理电路的所述激励信号处理模块，包括左桥臂和右桥臂；所述旋转变压器的激励绕组跨接在所述左桥臂与所述右桥臂之间，与所述左桥臂和所述右桥臂耦接成h桥结构；所述左桥臂被配置为输入所述第一方波激励信号，并进行放大处理；所述右桥臂
被配置为输入所述第二方波激励信号，并进行放大处理。
20.更进一步地，所述左桥臂，包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相端用于输入所述第一方波激励信号，所述第一运算放大器的反相端通过第一电阻接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述激励绕组的一端；第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的一端连接所述第一运算放大器的反相端，所述第二电阻的另一端连接电源；第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极接地，所述第一二极管的负极连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二二极管的正极连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二二极管的负极连接所述电源。
21.更进一步地，所述右桥臂，包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相端用于输入所述第二方波激励信号，所述第二运算放大器的反相端通过第三电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述激励绕组的另一端；第三电阻和第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相端，所述第四电阻的另一端连接电源；第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极接地，所述第三二极管的负极连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四二极管的正极连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四二极管的负极连接所述电源。
22.为实现上述目的，本技术还提供的车机，包括：如上所述的旋转变压器的数字解码系统。
23.为实现上述目的，本技术还提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行如上所述的旋转变压器的数字解码方法的步骤。
24.本技术的旋转变压器的数字解码方法、芯片、系统、车机及介质，通过获取旋转变压器输出的待解码信号，对待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号，其中待解码信号包括旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、交流输出信号的偏置信息和交流输出信号的幅值信息，并通过对幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号，以及通过获取第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号，其中幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数通过离线辨识确定，并基于标准正余弦信号，确定旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。由此，在有效避免旋变测试结果受非理想因素影响的同时，其旋变数字解码还能够防止占用过多的mcu资源，从而能够兼顾旋转变压器的高测试精度和对mcu计算量的控制。此外，相应的电路结构简单，不仅有助于减小硅片面积占用量，而且具有成本优势。
25.本技术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，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
26.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
图1为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码方法流程图；图2为根据本技术实施例的对弦波待解码信号进行幅值采样的示意图；图3为根据本技术实施例的方波激励信号的波形图；图4为对图3中方波激励信号对应的待解码信号进行幅值采样的示意图；图5为图2中弦波待解码信号对应的第一正余弦包络信号的示意图；图6为根据本技术实施例的通过离线辨识确定参数的步骤流程图；图7为根据本技术实施例的对不含噪声的第一正余弦包络信号提取峰峰值的示意图；图8为根据本技术实施例的锁相环结构示意图；图9为根据本技术另一实施例的旋转变压器的数字解码方法流程图；图10为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码芯片的结构框图；图11为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码系统的结构框图；图12为根据本技术实施例的激励信号处理模块和激励绕组的结构示意图图13为根据本技术实施例的车机的结构框图。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本技术的实施例。虽然附图中显示了本技术的某些实施例，然而应当理解的是，本技术可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本技术。应当理解的是，本技术的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本技术的保护范围。
28.应当理解，本技术的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本技术的范围在此方面不受限制。
29.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
30.需要注意，本技术中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块、单元或数据进行区分，并非用于限定这些装置、模块、单元或数据所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
31.需要注意，本技术中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。“多个”应理解为两个或以上。
32.下面，将参考附图详细地说明本技术的实施例。
33.图1为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码方法流程图，下面将参考图1，对本技术的旋转变压器的数字解码方法进行详细描述。
34.在步骤101，获取旋转变压器输出的待解码信号，对待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号。
35.首先需要说明的是，本技术中的旋转变压器的数字解码方法应用于旋转变压器的
数字解码芯片。具体来说，数字解码芯片将激励信号（以弦波信号为例）输出至旋转变压器，旋转变压器对输入的激励信号进行旋转角位置的幅值调制后，生成角位置的实际正弦信号和实际余弦信号，即待解码信号，并将待解码信号输出至数字解码芯片，以便数字解码芯片进行数字解码。为了有效利用幅值的分辨率，在待解码信号峰值处进行采样，如图2所示，形成在峰-谷之间交替变换的高频数字信号。
36.其中，待解码信号包括旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、交流输出信号的偏置信息和交流输出信号的幅值信息。具体来说，实际中旋变受制造、安装等因素的影响，输出的通常不是理想的交流输出信号，而是存在幅值、相位、偏置上的差异。因此，本技术中的待解码信号细化出旋转变压器的交流输出信号的正交相位偏差信息、偏置信息和幅值信息。其中，正交相位偏差信息是指旋变产生的两路交流输出信号正交相位上的偏差；交流输出信号的偏置信息是指旋变产生的两路交流输出信号上存在的偏置；交流输出信号的幅值信息是指旋变产生的两路交流输出信号的幅值。通过对具有上述信息的交流输出信号进行解码处理，能够有效避免旋变测试结果受非理想因素影响，有助于提高测试精度。
37.本技术实施例中，待解码信号还包括激励信号频率信息、待解码信号的增益信息和偏置信息。具体地，旋变的两路交流输出信号需要经过外部电路的信号处理才能被mcu采用，且信号处理电路分别对两路信号引入的参数误差可能也不完全一致，因此为了进一步提高测试精度，待解码信号还包括激励信号频率信息、待解码信号的增益信息和偏置信息。其中，激励信号频率信息，可以为该激励信号的频率经过旋变位置幅值调制后的输出值；待解码信号的增益信息，可以为旋变的两路交流输出信号的增益，主要由激励信号和输出信号电路产生；待解码信号的偏置信息，可以为旋变的两路交流输出信号的偏置。
38.可以理解的是，作为待解码信号的交流输出信号，可以是弦波信号，也可以是方波信号。具体地，当激励信号为弦波信号时，其待解码信号为弦波信号；当激励信号为方波信号时，其待解码信号为方波信号。
39.作为一种实施例，待解码信号对应的激励信号为正余弦激励信号。待解码信号包括实际正弦信号和实际余弦信号。其中，实际余弦信号基于实际余弦信号的增益和偏置，以及旋转变压器产生的余弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数确定；实际正弦信号基于待解码信号的激励信号的频率，实际正弦信号的增益和偏置，旋转变压器产生的正弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数，以及旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差确定。
40.在具体示例中，待解码信号的表达式可以为： （式1）其中，x为实际余弦信号，y为实际正弦信号，ω0为待解码信号的激励信号的频率，g1为实际余弦信号的增益，g2为实际正弦信号的增益，c1为实际余弦信号的偏置，c2为实际正弦信号的偏置，φ为旋转变压器产生的正余弦信号的正交相位偏差，a1为旋转变压器产生的余弦信号的幅值，a2为旋转变压器产生的正弦信号的幅值，b1为旋转变压器产生的余弦信号的偏置，b2为旋转变压器产生的正弦信号的偏置，t为旋转变压器产生的正余弦信号的时间参数，ω为旋转变压器产生的正余弦信号的频率。
41.对（式1）中的待解码信号进行幅值采样，所得到的幅值采样信号的表达式为： （式2）其中，xd为实际余弦信号的幅值采样信号，yd为实际正弦信号的幅值采样信号，t为幅值采样信号的时间参数，，k=0,1,2,
……
。
42.作为另一种实施例，待解码信号对应的激励信号为方波激励信号，如图3所示，方波激励信号的占空比为50%。该情况下，待解码信号也为方波信号，对该方波信号进行幅值采样时，如图4所示，可以对待解码信号分别在高电平信号的中心位置和低电平信号的中心位置进行幅值采样，得到该待解码信号的幅值采样信号。
43.在步骤102，对幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号。
44.本技术实施例中，待解码信号对应的激励信号为正余弦激励信号，步骤102包括：根据待解码信号的载波信号的符号，对幅值采样信号进行翻折处理，并对翻折处理后的幅值采样信号提取包络，确定第一正余弦包络信号。进一步地，在进行翻折处理前，该方法还包括：采用有限冲激响应滤波器（finite impulse response，fir），对幅值采样信号进行高通滤波，以消去待解码信号的直流偏置。
45.也就是说，具体示例中，可以先消去幅值采样信号（式2）中的直流偏置c1和c2，得到无偏的高频信号，而后将待解码信号的增益（g1和g2）按乘法分配律对应分配于旋转变压器产生的弦波信号的幅值（a1和a2）和偏置（b1和b2）中，并按照载波的正负翻转符号，形成没有正负交替的第一正余弦包络信号，如图5所示。实际中，不容易做到正好在峰值处采样，得到图5中的理想包络线l1（其波峰、波谷处以圆点示出）。在峰值附近采样时，连接成的表示位置信号的包络线如图5中除理想包络线l1之外的其他包络线（如波峰、波谷处以
×
示出的包络线），这种包络线相比于理想包络线l1，仅是在幅值上有差异，并不产生相移。
46.本技术实施例中，第一正余弦包络信号，包括第一余弦包络信号和第一正弦包络信号；第一余弦包络信号基于第一余弦包络信号的相位参数、幅值参数和偏置参数确定；第一正弦包络信号基于交流输出信号的正交相位偏差参数、第一正弦包络信号的相位参数、幅值参数和偏置参数确定。具体地，基于幅值采样信号（式2），第一正余弦包络信号的表达式可以为： （式3）其中，x
d1
为第一余弦包络信号，y
d1
为第一正弦包络信号，a
12
和a
22
为第一正余弦包络信号的幅值参数，b
12
和b
22
为第一正余弦包络信号的偏置参数，φ为交流输出信号的正交相位偏差参数，θ为第一正余弦包络信号的相位参数。
47.在步骤103，获取第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参
数，基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数通过离线辨识确定。
48.具体来说，通过实时计算使用标定好的数据，可以减小实时计算量，同时保证转角测量的响应速度。并且，旋变是单圈绝对式的角位置传感器，无论是静止还是旋转，都能够提供准确的测量转角。基于以上原因，可以对第一正余弦包络信号中的幅值参数（a
12
和a
22
）、偏置参数（b
12
和b
22
）和正交相位偏差参数φ进行离线辨识，存储起来以供正常工作时使用。
49.本技术实施例中，标准正余弦信号基于第一正余弦包络输入信号和变换矩阵确定；其中，第一正余弦包络输入信号基于第一正余弦包络信号的相位参数和正交相位偏差参数确定；变换矩阵基于正交相位偏差参数确定。
50.在具体示例中，获取到（式3）中的第一正余弦包络信号的幅值参数（a
12
和a
22
）、偏置参数（b
12
和b
22
）和正交相位偏差参数φ后，由（式3）所示第一正余弦包络信号，消去这些离线辨识标定的参数，并转换出标准正余弦信号的表达式为： （式4）其中，（式4）的等号右侧为变换矩阵和第一正余弦包络输入信号的乘积，且cosφ=cos(θ+φ)cosθ+sin(θ+φ)sinθ，sinφ=sin(θ+φ)cosθ-cos(θ+φ)sinθ。
51.需要说明的是，具体示例中，参数的离线辨识，可以在旋变和rdc（resolver-to-digital converter，旋变数字转换器）电路组装完成后、正常使用前进行。该过程由电机带动旋变以一定速度转动，产生（式3）至少一个周期的位置信息包络数据，用以辨识相关参数。
52.图6为根据本技术实施例的通过离线辨识确定参数步骤流程图。参考图6所示，幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数通过离线辨识确定的步骤，可以具体包括以下步骤：步骤201，对第一正余弦包络信号进行低通滤波，确定第二正余弦包络信号。
53.具体来说，若得到的第一正余弦包络信号为不含任何噪声的平滑曲线，如图7所示，在离线辨识标定幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数时，直接对第一正余弦包络信号提取峰峰值即可，该方法计算简单，mcu即可执行。然而，由于实际信号不可避免地叠加有各种高频噪声，导致难以对第一正余弦包络信号直接提取峰峰值。因此先将叠加高频噪声的第一正余弦包络信号通过低通滤波器，从而滤除噪声，得到第二正余弦包络信号。但是，相比于第一正余弦包络信号，不仅发生了相移，而且衰减了幅值。也就是说，根据低通滤波后的信号，既不能直接得到原始正余弦包络信号幅值大小，也不能直接找出峰值位置，因此需要执行下一步策略。
54.步骤202，获取第二正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的第一相移，并根据第一相移对第一正余弦包络信号进行相移，确定第三正余弦包络信号。
55.具体地，采用具有相应时间常数的相移器，对第一正余弦包络信号进行相移，得到第三正余弦包络信号，使得第三正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的相移与第二正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的相移相同，且第三正余弦包络信号保留了原始幅值。
56.步骤203，查找第二正余弦包络信号的峰峰值，触发对第三正余弦包络信号进行峰峰值采样，以确定待辨识峰峰值。
57.也就是说，由于第三正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的相移与第二正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的相移相同，因此可以通过查找第二正余弦包络信号的峰峰值，来触发对第三正余弦包络信号进行峰峰值采样。
58.本技术实施例中，在对第三正余弦包络信号进行峰峰值采样的步骤后，该方法还包括：对采集到的第三正余弦包络信号的峰峰值进行相应的低通滤波，确定待辨识峰峰值。即由于第三正余弦包络信号是仅相移后的第一正余弦包络信号，第一正余弦包络信号叠加噪声的情况下，第三正余弦包络信号也存在噪声，因此可以通过相应的低通滤波器进行滤波。
59.步骤204，根据待辨识峰峰值，确定第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数。
60.具体地，获取峰峰值数字序列p[k]后，并通过，辨识出幅值参数和偏置参数，而后对（式3）中的第一正余弦包络信号减去偏置参数（b
12
和b
22
），并除去幅值参数（a
12
和a
22
），得到cosφ=cos(θ+φ)cosθ+sin(θ+φ)sinθ，sinφ=sin(θ+φ)cosθ-cos(θ+φ)sinθ，即可用于（式4）的标准正余弦信号的计算。
[0061]
本技术实施例中，在步骤204后，该方法还包括：存储幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，以便在解算标准正余弦信号时进行加载。可以理解的是，可以通过数字解码芯片上的存储模块对上述离线辨识标定的参数进行存储，也可以通过数字解码芯片外部的存储单元对该参数进行存储。
[0062]
具体示例中，在离线辨识出相关参数后，可以一次性存储到eeprom（electrically erasable programmable read-only memory，电可擦除可编程只读存储器）中。
[0063]
在步骤104，基于标准正余弦信号，确定旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
[0064]
具体地，根据（式4）所得标准正余弦信号，通过反正切或锁相环，可以得到转角位置参数。通过锁相环同时可以得到转速参数。锁相环的结构如图8所示，即对反馈的转角位置参数取正弦，与cosθ相乘得到第一乘积，并对输出的转角位置参数取余弦，与sinθ相乘得到第二乘积，而后第一乘积减去第二乘积，通过数字控制器，不仅可以得到转速参数
，还可以通过积分得到转角位置参数。
[0065]
下面通过一个具体实施例对本技术做进一步解释说明。
[0066]
图9为根据该具体实施例的旋转变压器的数字解码方法流程图。参考图9所示，对于弦波待解码信号（实际正弦信号x和实际余弦信号y），首先在旋变和rdc电路组装完成后、正常使用前，通过数字解码芯片中的adc（analog-to-digital converter，模拟数字转换器）对待解码信号进行幅值采样，得到实际余弦信号的幅值采样信号xd和实际正弦信号的幅值采样信号yd，并将两个信号输出至fir进行高通滤直，然后进行翻折包络处理，确定第一正余弦包络信号（第一余弦包络信号x
d1
，第一正弦包络信号y
d1
），而后通过离线辨识确定第一正余弦包络信号的幅值参数a、偏置参数b和正交相位偏差参数φ，并将幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数存储至eeprom，以便在解算标准正余弦信号时进行加载。
[0067]
在正常进行旋转变压器的数字解码时，采用上述步骤得到当前弦波待解码信号的第一正余弦包络信号，从eeprom直接加载第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，并基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号，而后通过锁相环根据标准正余弦信号解算出旋转变压器的转角位置参数和角速度参数。
[0068]
综上所述，根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码方法，通过获取旋转变压器输出的待解码信号，对待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号，其中待解码信号包括旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、偏置信息和幅值信息，并通过对幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号，以及通过获取第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号，其中幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数通过离线辨识确定，并基于标准正余弦信号，确定旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。由此，在有效避免旋变测试结果受非理想因素影响的同时，其旋变数字解码还能够防止占用过多的mcu资源，从而能够兼顾旋转变压器的高测试精度和对mcu计算量的控制。
[0069]
图10为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码芯片的结构框图。参考图10所示，旋转变压器的数字解码芯片30，包括峰值采样模块31、包络处理模块32、标准化模块33和解算模块34。
[0070]
其中，峰值采样模块31，被配置为获取旋转变压器输出的待解码信号，对待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，待解码信号包括旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、交流输出信号的偏置信息和交流输出信号的幅值信息。包络处理模块32，被配置为对幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号。标准化模块33，被配置为获取第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数通过离线辨识确定。解算模块34，被配置为基于标准正余弦信号，确定旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
[0071]
本技术实施例中，旋转变压器的数字解码芯片30还包括离线辨识模块（图中未示出），离线辨识模块被配置为：对第一正余弦包络信号进行低通滤波，确定第二正余弦包络信号，并获取第二正余弦包络信号相对于第一正余弦包络信号的第一相移，并根据第一相移对第一正余弦包络信号进行相移，确定第三正余弦包络信号，以及查找第二正余弦包络
信号的峰峰值，触发对第三正余弦包络信号进行峰峰值采样，以确定待辨识峰峰值，并根据待辨识峰峰值，确定第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数。
[0072]
进一步地，离线辨识模块还被配置为：对采集到的第三正余弦包络信号的峰峰值进行低通滤波，确定待辨识峰峰值。
[0073]
本技术实施例中，旋转变压器的数字解码芯片30还包括存储模块（图中未示出），存储模块被配置为：存储幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，以便在解算标准正余弦信号时进行加载。
[0074]
本技术实施例中，待解码信号还包括激励信号频率信息、待解码信号的增益信息和偏置信息。
[0075]
进一步地，待解码信号对应的激励信号为正余弦激励信号；待解码信号包括实际正弦信号和实际余弦信号；其中，实际余弦信号基于实际余弦信号的增益和偏置，以及旋转变压器产生的余弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数确定；实际正弦信号基于待解码信号的激励信号的频率，实际正弦信号的增益和偏置，旋转变压器产生的正弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数，以及旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差确定。
[0076]
进一步地，包络处理模块32被配置为：根据待解码信号的载波信号的符号，对幅值采样信号进行翻折处理，并对翻折处理后的幅值采样信号提取包络，确定第一正余弦包络信号。
[0077]
进一步地，包络处理模块32还被配置为：在对幅值采样信号进行翻折处理前，采用有限冲激响应滤波器，对幅值采样信号进行高通滤波，以消去待解码信号的直流偏置。
[0078]
本技术实施例中，待解码信号对应的激励信号为方波激励信号，方波激励信号的占空比为50%，峰值采样模块31被配置为：在待解码信号的高电平信号和低电平信号的中心位置进行幅值采样，得到幅值采样信号。
[0079]
本技术实施例中，第一正余弦包络信号，包括第一余弦包络信号和第一正弦包络信号。包络处理模块32还被配置为：使第一余弦包络信号基于第一余弦包络信号的相位参数、幅值参数和偏置参数确定，并使第一正弦包络信号基于旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差参数、第一正弦包络信号的相位参数、幅值参数和偏置参数确定。
[0080]
进一步地，标准化模块33被配置为：使标准正余弦信号基于第一正余弦包络输入信号和变换矩阵确定。其中，第一正余弦包络输入信号基于第一正余弦包络信号的相位参数和正交相位偏差参数确定；变换矩阵基于正交相位偏差参数确定。
[0081]
需要说明的是，上述实施例中对旋转变压器的数字解码方法的解释说明也适用于上述实施例中的旋转变压器的数字解码芯片，此处不再赘述。
[0082]
图11为根据本技术实施例的旋转变压器的数字解码系统的结构框图。如图11所示，旋转变压器的数字解码系统300，包括上述实施例中的旋转变压器的数字解码芯片30、信号处理电路40和旋转变压器50。
[0083]
其中，旋转变压器的数字解码芯片30，被配置为生成激励信号。信号处理电路40，包括激励信号处理模块（图11中未示出），激励信号处理模块被配置为对输入的激励信号进行放大处理。旋转变压器50，被配置为基于输入的放大处理后的激励信号，生成交流输出信号。信号处理电路40，还包括交流输出信号处理模块（图11中未示出），交流输出信号处理模块被配置为对输入的交流输出信号进行信号处理，生成待解码信号。数字解码芯片，还被配
置为基于输入的待解码信号，解算出旋转变压器50的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。
[0084]
可以理解的是，此处的激励信号可以是方波信号，也可以是弦波信号，对应的交流输出信号和待解码信号，为相应方波或弦波。
[0085]
具体地，由于正弦激励的驱动电路属于模拟的功放电路，工作在线性放大区，其电路原理和实现较为复杂；而方波激励能够借鉴电机h桥的原理驱动，具有电路简单的优势。并且，由于旋变激励绕组ew本质上是一个电感线圈，且传输的是交流信号，因此注入正负对称的方波信号，能够消除原边直流功耗，但不影响信号传输。
[0086]
图12为根据本技术实施例的激励信号处理模块和激励绕组的结构示意图。如图12所示，旋转变压器的数字解码系统300被配置为采用方波激励信号；方波激励信号包括第一方波激励信号es_1和与第一方波激励信号es_1互补或近互补的第二方波激励信号es_2。信号处理电路40的激励信号处理模块321，包括左桥臂3211和右桥臂3212；旋转变压器50的激励绕组ew跨接在左桥臂3211与右桥臂3212之间，与左桥臂3211和右桥臂3212耦接成h桥结构。其中，左桥臂3211被配置为输入第一方波激励信号es_1，并进行放大处理；右桥臂3212被配置为输入第二方波激励信号es_2，并进行放大处理。
[0087]
也就是说，激励信号处理模块321可以借用电机驱动h桥电路。其h桥结构可以采用分离的三极管或mos管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金氧半场效晶体管）搭建，也可以采用集成h桥，本技术对此不作具体限制。激励绕组ew跨接在h桥的左桥臂3211和右桥臂3212之间，该h桥输入第一方波激励信号es_1和第二方波激励信号es_2，对其进行放大处理，生成对称方波来驱动激励绕组ew。
[0088]
具体地，左桥臂3211，包括第一运算放大器op1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一二极管d1和第二二极管d2。其中，第一运算放大器op1的同相端用于输入第一方波激励信号es_1，第一运算放大器op1的反相端通过第一电阻r1接地gnd，第一运算放大器op1的输出端连接激励绕组ew的一端。第二电阻r2的一端连接第一运算放大器op1的反相端，第二电阻r2的另一端连接电源v+。第一二极管d1的正极接地gnd，第一二极管d1的负极连接第一运算放大器op1的输出端，第二二极管d2的正极连接第一运算放大器op1的输出端，第二二极管d2的负极连接电源v+。
[0089]
右桥臂3212，包括第二运算放大器op2、第三电阻r3、第四电阻r4、第三二极管d3和第四二极管d4。其中，第二运算放大器op2的同相端用于输入第二方波激励信号es_2，第二运算放大器op2的反相端通过第三电阻r3接地gnd，第二运算放大器op2的输出端连接激励绕组ew的另一端。第四电阻r4的一端连接第二运算放大器op2的反相端，第四电阻r4的另一端连接电源v+。第三二极管d3的正极接地gnd，第三二极管d3的负极连接第二运算放大器op2的输出端，第四二极管d4的正极连接第二运算放大器op2的输出端，第四二极管d4的负极连接电源v+。
[0090]
具体来说，由于激励信号的电流较小，且开关管工作在饱和区，功耗有限，因此本技术实施例提出了一种采用两个运放实现的h桥结构。利用第一运算放大器op1和第二运算放大器op2的推挽输出级构成h桥的开关管，从而能够省去开关管门级驱动电路，使得电路结构更简单，此外，相比于专用集成h桥，通过上述两个运放实现的h桥结构还能够有效降低成本。
[0091]
该激励信号处理模块321使用时，可以通过调节第一电阻r1和/或第二电阻r2的阻值，来调节第一运算放大器op1的比较电压，并通过第一运算放大器op1的同相端输入占空比为50%的第一方波激励信号es_1，第一二极管d1和第二二极管d2作为外接续流二极管，用于保护第一运算放大器op1的输出级。以及通过调节第三电阻r3和/或第四电阻r4的阻值，来调节第二运算放大器op2的比较电压，并通过第二运算放大器op2的同相端输入占空比为50%的与第一方波激励信号es_1互补的第二方波激励信号es_2，第三二极管d3和第四二极管d4作为外接续流二极管，用于保护第二运算放大器op2的输出级。
[0092]
图13为根据本技术实施例的车机的结构框图。如图13所示，车机3000，包括上述实施例中的旋转变压器的数字解码系统300。
[0093]
本技术一个实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个计算机指令，当上述一个或者多个计算机指令被执行时，实现上述实施例的旋转变压器的数字解码方法的步骤。
[0094]
本技术的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0095]
应该理解的是，虽然说明书附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0096]
需要指出的是，上述所提到的具体数值只为了作为示例详细说明本技术的实施，而不应理解为对本技术的限制。在其它例子或实施方式或实施例中，可根据本技术来选择其它数值，在此不作具体限定。
[0097]
本领域普通技术人员可以理解：以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种旋转变压器的数字解码方法，其特征在于，应用于旋转变压器的数字解码芯片，所述方法包括：获取所述旋转变压器输出的待解码信号，对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，所述待解码信号包括所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、所述交流输出信号的偏置信息和所述交流输出信号的幅值信息；对所述幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号；获取所述第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于所述第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定；基于所述标准正余弦信号，确定所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定的步骤，包括：对所述第一正余弦包络信号进行低通滤波，确定第二正余弦包络信号；获取所述第二正余弦包络信号相对于所述第一正余弦包络信号的第一相移，并根据所述第一相移对所述第一正余弦包络信号进行相移，确定第三正余弦包络信号；查找所述第二正余弦包络信号的峰峰值，触发对所述第三正余弦包络信号进行峰峰值采样，以确定待辨识峰峰值；根据所述待辨识峰峰值，确定所述第一正余弦包络信号的所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述对所述第三正余弦包络信号进行峰峰值采样的步骤后，所述方法还包括：对采集到的所述第三正余弦包络信号的峰峰值进行所述低通滤波，确定所述待辨识峰峰值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述确定所述第一正余弦包络信号的所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数的步骤后，所述方法还包括：存储所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数，以便在解算所述标准正余弦信号时进行加载。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待解码信号还包括激励信号频率信息、所述待解码信号的增益信息和偏置信息。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待解码信号对应的激励信号为正余弦激励信号；所述待解码信号包括实际正弦信号和实际余弦信号；其中，所述实际余弦信号基于所述实际余弦信号的增益和偏置，以及所述旋转变压器产生的余弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数确定；所述实际正弦信号基于所述待解码信号的激励信号的频率，所述实际正弦信号的增益和偏置，所述旋转变压器产生的正弦信号的频率、幅值、偏置和时间参数，以及所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差确定。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述幅值采样信号进行包络处理，
确定第一正余弦包络信号的步骤，包括：根据所述待解码信号的载波信号的符号，对所述幅值采样信号进行翻折处理，并对所述翻折处理后的幅值采样信号提取包络，确定所述第一正余弦包络信号。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述对所述幅值采样信号进行翻折处理的步骤前，所述方法还包括：采用有限冲激响应滤波器，对所述幅值采样信号进行高通滤波，以消去所述待解码信号的直流偏置。9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待解码信号对应的激励信号为方波激励信号，所述方波激励信号的占空比为50%；所述对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号的步骤，包括：在所述待解码信号的高电平信号和低电平信号的中心位置进行幅值采样，得到所述幅值采样信号。10.根据权利要求6或9所述的方法，其特征在于，所述第一正余弦包络信号，包括第一余弦包络信号和第一正弦包络信号；所述第一余弦包络信号基于所述第一余弦包络信号的相位参数、所述幅值参数和所述偏置参数确定；所述第一正弦包络信号基于所述旋转变压器产生的交流输出信号的所述正交相位偏差参数、所述第一正弦包络信号的相位参数、所述幅值参数和所述偏置参数确定。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述标准正余弦信号基于第一正余弦包络输入信号和变换矩阵确定；其中，所述第一正余弦包络输入信号基于所述第一正余弦包络信号的相位参数和所述正交相位偏差参数确定；所述变换矩阵基于所述正交相位偏差参数确定。12.一种旋转变压器的数字解码芯片，其特征在于，所述数字解码芯片，包括：峰值采样模块，被配置为获取所述旋转变压器输出的待解码信号，对所述待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，所述待解码信号包括所述旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、所述交流输出信号的偏置信息和所述交流输出信号的幅值信息；包络处理模块，被配置为对所述幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号；标准化模块，被配置为获取所述第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于所述第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；其中，所述幅值参数、所述偏置参数和所述正交相位偏差参数通过离线辨识确定；解算模块，被配置为基于所述标准正余弦信号，确定所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。13.一种旋转变压器的数字解码系统，其特征在于，所述数字解码系统，包括：权利要求12所述的旋转变压器的数字解码芯片，被配置为生成激励信号；信号处理电路，包括激励信号处理模块，所述激励信号处理模块被配置为对输入的所述激励信号进行放大处理；
旋转变压器，被配置为基于输入的所述放大处理后的激励信号，生成交流输出信号；所述信号处理电路，还包括交流输出信号处理模块，所述交流输出信号处理模块被配置为对输入的所述交流输出信号进行信号处理，生成待解码信号；所述数字解码芯片，还被配置为基于输入的所述待解码信号，解算出所述旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统被配置为采用方波激励信号；所述方波激励信号包括第一方波激励信号和与所述第一方波激励信号互补或近互补的第二方波激励信号；所述信号处理电路的所述激励信号处理模块，包括左桥臂和右桥臂；所述旋转变压器的激励绕组跨接在所述左桥臂与所述右桥臂之间，与所述左桥臂和所述右桥臂耦接成h桥结构；所述左桥臂被配置为输入所述第一方波激励信号，并进行放大处理；所述右桥臂被配置为输入所述第二方波激励信号，并进行放大处理。15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述左桥臂，包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相端用于输入所述第一方波激励信号，所述第一运算放大器的反相端通过第一电阻接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述激励绕组的一端；第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的一端连接所述第一运算放大器的反相端，所述第二电阻的另一端连接电源；第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极接地，所述第一二极管的负极连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二二极管的正极连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二二极管的负极连接所述电源。16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述右桥臂，包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相端用于输入所述第二方波激励信号，所述第二运算放大器的反相端通过第三电阻接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述激励绕组的另一端；第三电阻和第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相端，所述第四电阻的另一端连接电源；第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极接地，所述第三二极管的负极连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四二极管的正极连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四二极管的负极连接所述电源。17.一种车机，其特征在于，所述车机，包括：权利要求13至16中任一项所述的旋转变压器的数字解码系统。18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行权利要求1至11中任一项所述的旋转变压器的数字解码方法的步骤。

技术总结
旋转变压器的数字解码方法、芯片、系统、车机及介质，旋转变压器的数字解码方法包括：对待解码信号进行幅值采样，确定幅值采样信号；其中，待解码信号包括旋转变压器产生的交流输出信号的正交相位偏差信息、偏置信息和幅值信息；对幅值采样信号进行包络处理，确定第一正余弦包络信号；获取离线辨识确定的第一正余弦包络信号的幅值参数、偏置参数和正交相位偏差参数，基于第一正余弦包络信号确定标准正余弦信号；基于标准正余弦信号，确定旋转变压器的转角位置参数和角速度参数中的至少一个。通过本申请的旋转变压器的数字解码方法，在有效避免旋变测试结果受非理想因素影响的同时，其旋变数字解码还能够防止占用过多的MCU资源。变数字解码还能够防止占用过多的MCU资源。变数字解码还能够防止占用过多的MCU资源。


技术研发人员：吴少风
受保护的技术使用者：深圳砺驰半导体科技有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/8/5