我們知道，開關霍爾傳感器因為它自身的一些特點往往應用在對精度要求不高、工況相對單一、低成本的一些小控制器上。

而對于車用的大電機來說，我們最常用的還是旋轉變壓器（旋變）這一類位置傳感器。那么，下面就給大家詳細介紹一下旋變的相關內容：

旋變的工作原理

激勵的產生

旋變的標定

旋變的工作原理

旋轉變壓器（旋變），是電機控制中常用的一種位置傳感器，用來反應電機的轉子位置，提供給軟件做電機控制等相關算法。

如上圖所示，旋變也可以理解為是一個小電機，也分定子與轉子，通常旋變的轉子安裝在電機的轉軸上，與電機同步旋轉，并在定子線圈中感應出位置信息，由定子線圈傳遞出來，得到最終的位置。

旋變的結構示意圖如上圖所示，中間的R1R2線圈為轉子線圈，S1S2、S3S4分別為互相垂直的定子線圈，當R1R2中通入的是高頻正弦信號，我們通常稱該信號為激勵信號；此時會在次級線圈中感應出高頻的感應信號，這個信號就包含了具有位置信息的包絡信號；我們將返回的感應信號提取包絡，就可以獲取對應的正余弦信息；通過硬解碼/軟解碼等方式解碼后，可以得到定子的絕對位置信息（這里注意強調一下是絕對位置）。下面我們來推導一下這個過程：

假設激勵信號為：

Vα=Vs?sin(ωt)

如上圖中的位置所示，旋變的激勵線圈與水平的夾角為?θ?，那么結合激勵線圈中的信號，可以分別得到兩個感應線圈中的信號分別為：

Va=Vs?sin(ωt)?cos(θ)

Vb=Vs?sin(ωt)?sin(θ)

所以，我們能分別得到激勵、正弦及余弦的波形如下：

其中正余弦的波形是幅值不斷變化的正弦曲線，結合上面的方程不難理解，正弦曲線其實是激勵源產生的，而之所以幅值會不斷變化是因為旋轉過程中，激勵線圈與次級線圈的夾角?θ?不斷變化，所以產生了這種波形。而這個波形的外包絡（即圖中的黑線部分）就是我們所需要的正余弦信號。

所以，我們在解碼過程中，只需要能夠提取正余弦信號的外包絡，就可以獲取轉子的絕對位置信息了。

那么，基于以上分析，了解了旋變的主要結構和工作原理以后，旋變的應用很重要的兩個功能就是激勵信號的產生和回采正余弦信號的外包絡提取及角度計算（這一部分通常稱為旋變解碼）。

激勵的產生

通過前面的介紹，我們知道旋變的工作需要一個高頻的正弦信號輸入，我們通常稱為激勵信號。而在實際的應用過程中，正弦曲線是無法通過MCU某個模塊直接得到的。所以，我們很自然的能想到PWM調制技術，與電機控制一樣，都是通過高頻PWM的脈寬調制，最終達到近似輸出正余弦電壓的效果。

另一方面，除了MCU輸出的高頻PWM信號外，控制器硬件上也需要相關電路的匹配設計，硬件需要完成的功能有調整比例、調整偏置、增加驅動能力等，軟硬件結合后才能夠最終得到我們所需要的激勵信號波形。關于旋變的硬件電路這部分，網上有很多可用的資源作為參考，這里不過多的介紹。

為了更直觀的說明激勵信號的產生，我用Simulink+Pspice聯合仿真的方式，粗略的進行了仿真。

其中Simulink中以300kHz以上的頻率產生PWM波形（脈寬變化），PSpice中搭了一套網上可用的激勵電路，最后觀察電路中的輸出（即實際應用過程中輸入給旋變的激勵）是如何變化的。

聯合仿真模型

PSpice硬件模型

仿真結果：

輸入信號，產生脈寬可變的高頻PWM

高頻PWM信號

產生的激勵正負結果：

激勵波形

仿真得到的激勵波形在峰值點有點削波的情況，這是由于在PWM生成的地方有兩個relay模塊，在PWM小脈寬的時候，可能不滿足relay中buffer的設定，所以在峰值點的時候波形存在缺失。

旋變的標定

旋變的標定在日常工作中有很多通俗的說法，比如說零位角標定、電機角標等等。雖然說法不同，但是內容及功能是一致的，就是要知道旋變的零位與電機的零位之間的角度偏差。

原因很簡單，前面也強調過了，旋變是一種絕對位置傳感器，獲取的是電機轉子位置的絕對位置。但是我們電機控制的本質是定子磁場與轉子磁場的相互作用，而定子磁場是通過輸出電流得到的，所以我們需要的并不是轉子的絕對位置，而是轉子與定子之間的相對位置，有了相對位置，定子磁場才可以準確的輸出。

旋變標定的意義，上面已經解釋過了，方法也很簡單，旋變的標定需要尋找的是旋變的零位和電機零位的偏差，又由于旋變可以獲取的是絕對位置，所以，實際應用過程中我們只要找到電機零位對應的旋變位置，其實就是旋變零位與電機零位的偏差了。

找電機零位的方法就很多了，比如Id、 UαUβ?等等，方式有很多，各有優劣，不做過多介紹了。

最后，補充一句，開篇就說過了，旋變其實也可以理解為一個小電機，因為旋變也有極對數的概念，為了方便我們通常會與大電機極對數相同的旋變來作為傳感器，這樣旋變解碼出來的角度就是電機的電角度。如果二者之間的極對數不相等，那還存在換算的關系。

編輯：黃飛

?