航天用反作用飞轮旋转变压器位置检测算法

发布时间：2021-02-03 14:00

　　目前,航天用反作用飞轮大多采用霍尔传感器或光电码盘进行测速。但是,霍尔传感器在反作用飞轮低速运行时精度相对较低,光电编码器的环境适应性相对较弱。基于此,提出了一种使用旋转变压器检测反作用飞轮转子位置的方法。但如果在现有飞轮控制电路中额外使用旋转变压器专用解码芯片,会导致成本大大提高,故提出了使用控制电路中的FPGA进行解码的方法。首先,介绍了旋转变压器的工作原理,通过求解反三角函数获得转子位置。其次,介绍了传统坐标旋转数字计算机（Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC）算法。最后,针对传统CORDIC算法无法求解完整平面角度值问题,提出了一种改进型CORDIC算法求解转子位置,并给出了一种能够减少硬件使用资源的全流水线CORDIC阵列结构。通过Modelsim仿真,证明了所提出的方法具有占用资源较少、延迟低、测量精度较高等优点,在反作用飞轮测速应用中具有良好前景。 

【文章来源】：导航与控制. 2020,19(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

正余弦旋转变压原理图

1959年,Voder提出了CORDIC算法。1971年,Walther统一了该算法形式。Meyer-Base第一次利用FPGA实现了该算法[10],其主要思想是对初始向量进行一系列特定角度的旋转从而不断逼近测量角度。CORDIC解码算法将复杂的三角函数运算简化成一系列移位和求和运算,极大地节约了系统资源,图2为坐标的旋转示意图。如图2所示,点A(xi, yi)逆时针旋转θi(-99.9°≤θ≤99.9°)后到点B(xi+1, yi+1),则A、B两点的坐标变换可以用如下矩阵形式表示

角度预处理模块把角度变换到 ( 0, π 4 ) 范围内,避免了算法在 ± π 2 处进行计算,其原理框图如图3所示。在进行角度预处理时,将整个二维平面(-π,π)转换到 ( 0, π 4 ) 。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的旋转变压器CORDIC解码算法的研究[J]. 吴洋,郭来功,李桂阳.  测控技术. 2018(02)
[2]基于AD2S1210的旋转变压器解码系统设计[J]. 陈梦民,王艳.  电子设计工程. 2018(03)
[3]基于CORDIC改进算法的NCO设计[J]. 王申卓,胡春林,胡广垠,徐大诚.  电子技术应用. 2017(03)
[4]Configurable Floating-Point FFT Accelerator on FPGA Based Multiple-Rotation CORDIC[J]. CHEN Jiyang,LEI Yuanwu,PENG Yuanxi,HE Tingting,DENG Ziye.  Chinese Journal of Electronics. 2016(06)
[5]高速高精度固定角度旋转CORDIC算法的设计与实现[J]. 张朝柱,韩吉南,燕慧智.  电子学报. 2016(02)
[6]CORDIC算法的优化及实现[J]. 刘小宁,谢宜壮,陈禾,闫雯,陈冬.  北京理工大学学报. 2015(11)

硕士论文
[1]CORDIC算法的优化研究及其硬件实现[D]. 戚芳芳.湖南大学 2012
[2]基于改进CORDIC算法的DDFS和FFT研究与实现[D]. 张剑锋.国防科学技术大学 2011



本文编号：3016626