Simulazione del resolver con un generatore di forme d'onda arbitrarie
Un resolver è un sensore elettromagnetico utilizzato per determinare l'angolo meccanico e la velocità di un albero o di un asse. Sono spesso utilizzati nell'industria automobilistica (posizione di camme/alberi a gomito), nell'aviazione (posizione dei flap), nei servocomandi e nelle applicazioni industriali.
Quando si sviluppano, si testano o si risolvono i problemi dei sistemi che utilizzano i resolver, può essere utile costruire un sistema che possa simulare facilmente l'uscita di un resolver. Questo è particolarmente utile per testare i limiti operativi del circuito di misura del resolver e il codice che può accompagnare queste misure. La simulazione permette di verificare e testare i limiti operativi di un sistema aggiungendo errori noti al segnale o modificando la frequenza/ampiezza/forma d'onda per vedere dove il sistema inizia a fallire.
In questa nota applicativa descriviamo un metodo per simulare un semplice resolver utilizzando un generatore di forme d'onda arbitrarie della serie SIGLENT SDG2000X.
NOZIONI DI BASE SUI RESOLVER
Molti resolver hanno una struttura simile a quella mostrata nella Figura 1: un avvolgimento primario o bobina collegato a un albero o rotore e due avvolgimenti stazionari o statori disposti a 90 gradi l'uno rispetto all'altro.
L'avvolgimento primario viene eccitato con una tensione alternata, Vr. Questo segnale di eccitazione primaria è solitamente un'onda sinusoidale, che viene poi accoppiata a entrambe le bobine secondarie. In molti resolver, le bobine secondarie sono costruite in modo tale che le bobine siano disposte con un angolo di 90 gradi l'una rispetto all'altra. Poiché ogni bobina si trova in una posizione diversa rispetto alla bobina primaria, ogni bobina ha un'efficienza di accoppiamento diversa e, essendo montate a 90 gradi l'una dall'altra, le loro uscite sono ortogonali (sfasate di 90 gradi). Quando l'angolo d'onda cambia, il segnale di uscita delle bobine secondarie cambia. Pertanto, esistono valori di tensione discreti per ogni angolo dell'albero. Misurando le tensioni istantanee delle bobine secondarie, è possibile determinare l'angolo del rotore.
IMPOSTAZIONE
Usa un cavo con terminazione BNC per collegare l'uscita CH1 del generatore primario all'ingresso Aux/Mod del generatore secondario.
- Collega le uscite della bobina secondaria del secondo generatore (CH1 e CH2) agli ingressi dell'oscilloscopio.
- Configura il generatore di bobine primarie in modo che emetta un'onda sinusoidale con la frequenza Vr più bassa per il tuo sistema. In genere, la frequenza Vr è compresa tra 5 k e 20 kHz. Il generatore di bobine primario viene utilizzato per modulare i segnali di uscita del generatore di bobine secondario. La tensione del segnale primario deve essere bassa all'inizio (5 Vpp). La ottimizzeremo in seguito.
- Imposta il generatore di bobine secondario CH1 in modo che emetta un'onda sinusoidale con una frequenza di 1 Hz e una tensione di 10 Vpp (o la tensione massima del tuo circuito resolver).
- Imposta il generatore di bobine secondarie CH1 per eseguire la modulazione AM a doppia banda laterale (DSB AM) premendo Mod e selezionando il tipo DSB AM.
- Configura il CH2 del generatore secondario di bobine in modo che emetta lo stesso segnale modulato a onda sinusoidale del canale 1, impostando solo lo sfasamento a 90 gradi. In questo modo si otterrà la fase di uscita ortogonale per il canale coseno secondario. La frequenza della bobina secondaria corrisponde alla frequenza di rotazione della bobina primaria in un resolver fisico. Assicurati che CH1 e CH2 siano impostati sulla stessa frequenza. NOTA: Le serie SIGLENT SDG1000X e SDS2000X dispongono di una funzione di copia dei canali
e di accoppiamento dei canali che semplifica il processo. Per accoppiare la selezione della frequenza tra due canali, premi Utility > CH Copy Coupling > FreqCoupl=ON. Ora tutte le modifiche alla frequenza di un canale vengono trasferite all'altro canale. In questo modo puoi cambiare entrambe le frequenze contemporaneamente. Per copiare le impostazioni da un canale all'altro, premi Utility > CH Copy Coupling > CH Copy > CH1=> CH2 - Attiva il generatore di bobine primario CH1 ed entrambe le uscite del generatore di bobine secondario.
- controlla la potenza, regola la frequenza della bobina secondaria (velocità di variazione del rotore), controllala e così via, fino a quando non avrai testato completamente i limiti del sistema resolver.
Le figure seguenti mostrano le immagini delle simulazioni della bobina secondaria a diverse frequenze della bobina primaria e della bobina secondaria
SUGGERIMENTI
- non sovraccaricare l'ingresso di modulazione del generatore di bobine secondarie con una tensione eccessiva. Circa 10 Vpp sono sufficienti per ottenere una modulazione completa senza sovraccarichi. La Figura 8 mostra quando viene applicata una tensione eccessiva all'ingresso di modulazione (12Vpp). La Figura 9 mostra la profondità di modulazione corretta (10Vpp).
- Confronta la frequenza di modulazione della bobina primaria e le specifiche di modulazione del generatore della bobina secondaria. Se l'ingresso di modulazione del generatore secondario ha una frequenza bassa, è possibile che si verifichino degli "scalini" in uscita.
- Puoi attenuare i "gradini" applicando dei filtri di uscita passa-basso a ciascuna delle uscite del generatore di bobine secondarie.
Si tratta di un'operazione molto simile al filtraggio delle immagini di un convertitore digitale-analogico (DAC). - I modelli SDG1000X e SDG2000X hanno orologi di campionamento della modulazione che operano a 600 kHz. Aggiungi un filtro passa-basso con una banda passante inferiore al limite di Nyquist per 600 kHz.
- Progetta il filtro in modo che la banda passante sia inferiore alla frequenza del primo frame.
Conclusione
La simulazione delle uscite dei resolver utilizzando generatori di forme d'onda arbitrarie offre un modo semplice per verificare il funzionamento dei circuiti e del software dei resolver e per correggere gli errori. Le serie SIGLENT SDG1000X e 2000X offrono strumenti di test flessibili e veloci per questa applicazione.
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