《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于CS32F407的双通道旋变解码系统设计
电子技术应用
周智,李志强
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要: 为提高旋转变压器电机转子位置信号的测量精度,设计开发了一种基于CS32F407的双通道旋变解码系统。系统由2路旋转变压器编码信息采集输入电路、2路正弦激励信号输出电路、MCU控制单元、通信单元、接口单元、电源电路组成。以CS32F407 MCU为处理核心,通过两路SPI接口采集粗机和精机解码芯片CAD2S1210数据,采用改进的多极旋变解码算法解算机械轴角,并通过USART接口上传位置信息至显控单元。系统支持21 bit位置精度和2 kHz激励信号频率,经实际样机验证,位置误差小于0.01°,运行稳定性满足-40 ℃~60 ℃环境要求。结果表明,该系统测量精度高、抗干扰性强,可推广至航空、工业控制等复杂场景。
中圖分類號(hào):TM383.2;TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256471
中文引用格式: 周智,李志強(qiáng). 基于CS32F407的雙通道旋變解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2025,51(9):24-29.
英文引用格式: Zhou Zhi,Li Zhiqiang. Design of a dual-channel resolver decoding system based on CS32F407[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(9):24-29.
Design of a dual-channel resolver decoding system based on CS32F407
Zhou Zhi,Li Zhiqiang
The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract: To improve the measurement accuracy of the rotor position signal for resolver motors, a dual-channel resolver decoding system based on CS32F407 was designed and developed. The system consists of two resolver encoding information acquisition input circuits, two sinusoidal excitation signal output circuits, an MCU control unit, a communication unit, an interface unit, and a power supply circuit. With the CS32F407 MCU as the processing core, data from the coarse and fine resolver decoding chips CAD2S1210 were collected via dual SPI interfaces, and the mechanical shaft angle was calculated using an improved multi-pole resolver decoding algorithm, with position information uploaded to the display and control unit through the USART interface. The system supports a maximum position resolution of 21 bits and an excitation signal frequency of 2 kHz. Prototype verification shows that the position error is less than 0.01°, and operational stability meets environmental requirements ranging from -40℃ to 60℃. The results demonstrate high measurement accuracy, strong anti-interference capability, and applicability to complex scenarios such as aerospace and industrial control.
Key words : CS32F407;dual-channel resolver;CAD2S1210;MCU;improved algorithm for multi-pole resolver

引言

以旋轉(zhuǎn)變壓器[1-2]為主的角度位置檢測(cè)[3-4]已廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、軍事等領(lǐng)域。相較于霍爾傳感器[5]、光電編碼器[6]和SIN/COS增量編碼器[7]等常見(jiàn)的測(cè)角傳感器,旋轉(zhuǎn)變壓器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在精度和可靠性方面占據(jù)優(yōu)勢(shì),還具備耐高溫、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn),能應(yīng)用在各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境[8-9]。

為提高測(cè)角的精度,一般會(huì)選用雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器[10],該旋變器由粗機(jī)和精機(jī)組合成一體,兩者處于同一套定、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi),各自具備獨(dú)立的單極繞組和多極繞組。粗機(jī)通道負(fù)責(zé)確定大區(qū)間,進(jìn)行大范圍測(cè)角;精機(jī)通道則負(fù)責(zé)在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量[11]。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的是模擬信號(hào),需要配合數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)或軟件碼等方式,將模擬角度值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字位置角度信息[12-13]。雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器還需要經(jīng)過(guò)位置數(shù)據(jù)組合算法,對(duì)經(jīng)軸角轉(zhuǎn)換器解碼后的粗精機(jī)兩路位置角度進(jìn)行數(shù)據(jù)組合,以獲得更高精度的位置信息[13]。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的位置角度準(zhǔn)確檢測(cè),設(shè)計(jì)了一種基于CS32F407的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器解碼系統(tǒng),該系統(tǒng)配合多極旋變解碼改進(jìn)算法,對(duì)位置角度進(jìn)行了誤差補(bǔ)償,并通過(guò)限幅濾波&平均濾波組合方案,降低了信號(hào)的噪聲干擾。


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作者信息:

周智,李志強(qiáng)

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所,江蘇 無(wú)錫 214062)


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