Блок восстановления сигнала опорной частоты
Точность определения координаты в следящем контуре базируется на соответствии виртуальных сигналов входным сигналам датчика. Индуктивная природа кодирования угла поворота в СКВТ подразумевает использование переменных сигналов. В типовой схеме фаза сигнала сформированная генератором проходит ряд преобразований - фильтр в усилителе, механический сдвиг фазы в СКВТ, фильтры и усилители входных каскадов, АЦП и задержки в цифровых вычислениях, что приводит к значительному изменению фазы принимаемых сигналов IOSA1/IOSA2 и IOCA1/IOCA2 по сравнению с EXO1/EXO2. Изменение фазы сигналов имеет температурную зависимость и при изменении температуры вносит значительную погрешность в результат преобразования (при отключенном блоке восстановления сигнала опорной частоты).
Чтобы избавиться от погрешности, вызванной этой задержкой, а также подавить квадратурные составляющие сигналов, возникающие при движении вала датчика, вместо сигнала возбуждения микросхема использует в модели датчика восстановленный сигнал опорной частоты ex_recovered. Сигнал ex_recovered вычисляется из принимаемых сигналов IOSA1/IOSA2, IOCA1/IOCA2 и вспомогательного сигнала Ex_ref, который необходим для определения квадранта, в котором находится СКВТ. Суть восстановления частоты сводится к автоматическому сдвигу Ex_ref к моментам перехода через нуль большего из сигналов IOSA1/IOSA2, IOCA1/IOCA2. Поэтому для корректной работы блока сдвиг фазы между сигналом Ex_ref и сигналами IOSA1/IOSA2, IOCA1/IOCA2 должен находиться в пределах одного квадранта (). При сильной зависимости сдвига фазы сигналов от температуры, рекомендуется устанавливать в пределах . Для проведения настройки в таблице 7 указано соответствие фазы сигнала ex_ref к входным с СКВТ сигналам, чтобы выходная координата следящего контура совпадала с положением ротора СКВТ.
Таблица 7 – Полярность сигналов СКВТ в зависимости от угла поворота вала
| Квадрант, в котором находится СКВТ/сельсин | Знак сигнала IOSA1/IOSA2 | Знак сигнала IOCA1/IOCA2 |
|---|---|---|
| I () | Совпадает с Ex_ref | Совпадает с Ex_ref |
| II () | Совпадает с Ex_ref | Инверсный к Ex_ref |
| III () | Инверсный к Ex_ref | Инверсный к Ex_ref |
| IV () | Инверсный к Ex_ref | Совпадает с Ex_ref |
Контроль разницы фаз между ex_ref и сигналами IOSA1/IOSA2 IOCA1/IOCA2 лучше осуществлять программным способом с помощью буферизированного считывания ячейки C1AdcS/C2AdcS, в которой содержится старшие разряды входных и опорных сигналов поступающих непосредственно на преобразователь.
Для точной коррекировки сдвига фазы Ex_ref должен использоваться регистр C1ExPhShft/C2ExPhShft, который в тактах Fclk (частота работы следящего контура, АЦП и ЦАП) задает задержку Ex_ref.
Выбор источника Ex_ref осуществляется с помощью битов Ex_source в регистре C1InputStngs/C2InputStngs (таблица 8):
Таблица 8 – Источники опорного сигнала Ex_ref
| № преобразователя | Ex_Source | Источник ex_ref |
|---|---|---|
| 1 | 0 | c генератора опоры 1 |
| 1 | 1 | со входа EXI1 |
| 1 | 2 | c генератора опоры 1 |
| 1 | 3 | со входа EXI1 |
| 2 | 0 | c генератора опоры 2 |
| 2 | 1 | со входа EXI1 |
| 2 | 2 | ex_ref с преобразователя 1 |
| 2 | 3 | ex_recovered c преобразователя 1 |
Примечание. Преобразователь 2 не может принять внешний опорный сигнал с вывода EXI2, при выборе режима Ex_source=01 для преобразователя 2, сигнал опоры будет браться с вывода EXI1. При использовании внутренних источников Ex_ref (Ex_source!=1) вывод EXI1/EXI2 становится выходом сигнала Ex_ref. Этот выход также может использоваться для работы нескольких микросхем от одного источника опорной частоты.
Для введения нечувствительности к ложным импульсам ex_ref используется поле EXI_insentv (биты [14:13] регистра C1InputStngs/C2InputStngs): 0 — фильтр выключен, 1 — усреднение за 2 отсчёта, 2 — за 4 отсчёта, 3 — за 8 отсчётов.
Если опорный сигнал ex_ref расходится с входным сигналом более чем 40°, то сформируется флаг неисправности EX_PH_OUTRANGE. При отсутствии переключений сигнала ex_ref в течение 65535 тактов Fclk сформируется флаг ошибки MISS_EXREF (он сбрасывается при появлении опоры).
При наличии большого смещения уровня входных сигналов рекомендуется отложить включение блока восстановления опорной частоты до момента, когда будут рассчитаны первые коэффициенты смещений. Для этого требуется записать в бит Wait_1offset значение "1". В этом случае блок восстановления частоты начнет расчет с первого полного периода входного сигнала с момента наступления флага HW_NotRDY. При включении преобразователя и до расчета восстановленного сигнала флаг готовности RCV_notRDY удерживается в единице. При включенном блоке восстановления частоты и отсутствии его готовности следящий контур удерживается в сбросе.
При установке бита DC_carrier восстановление опоры фактически отключено: сигнал ex_recovered = 0, а флаг готовности RCV_NotRDY принудительно сброшен (готов) — поэтому следящий контур не ждёт захвата опоры и сразу обрабатывает немодулированный сигнал. Если частота вращения датчика больше от частоты опорного сигнала, схема восстановления должна быть отключена (Ex_recovery_en=0), и использован внешний или внутренний сигнал опорной частоты. При этом сдвиг фазы этого сигнала должен быть точно подогнан к фазе IOSA1/IOSA2 и IOCA1/IOCA2. Остаточный сдвиг фазы влияет на шум преобразования, а также погрешность при движении датчика. Данный режим работы не рекомендуется использовать, т.к. возникает зависимость результата преобразования от температуры.
Внимание! При неправильной настройке блока восстановления опорного сигнала преобразователь может давать ошибку , при этом флаги ошибок будут сброшены.
Настройка и анализ работы блока
Практическая процедура включения, контроля и подстройки блока — полностью по цифровым отсчётам и флагам, без осциллографа. Пошаговая методика в составе общей настройки приведена в разделе 7.г Методики подключения.
1. Подготовка и включение.
a. Выберите источник опорного сигнала Ex_ref битами Ex_source (таблица 8) и убедитесь, что опора присутствует (иначе выставится MISS_EXREF). b. При большом смещении уровня входных сигналов установите Wait_1offset = 1, чтобы блок начал расчёт после вычисления первых коэффициентов смещений. c. Включите блок: Ex_recovery_en = 1. Включать можно сразу — работе он не мешает.
2. Контроль захвата фазы (цифровой).
a. Считывайте флаг RCV_NotRDY регистра C1Stat. В течение первого периода входного сигнала RCV_NotRDY = 1 и следящий контур удерживается в сбросе; при RCV_NotRDY = 0 фаза захвачена. b. Восстановленную опору читайте как бит Ex_recovered_vs (бит 14 регистра C1OutS, адрес 20). c. Знак входного сигнала и исходную опору читайте из регистра C1AdcS (адрес 18) — лучше буферизованным считыванием: в одном слове содержатся Ex_ref (бит 0), Ex_shifted (бит 14), Dadc_sin и старшие биты msb_arg_sin/msb_arg_cos. d. Критерий корректной работы: переходы Ex_recovered_vs совпадают с переходами входного сигнала через нуль (сменой знака msb_arg_sin/msb_arg_cos) — восстановленная опора синхронна со знаком сигнала АЦП.
3. Подстройка фазы.
a. Флаг EX_PH_OUTRANGE регистра C1Stat показывает, что исходная опора Ex_ref разошлась с восстановленным сигналом более чем на ±40°. b. Регистром C1ExPhShft (задержка Ex_ref в тактах Fclk) сдвигайте опору, пока EX_PH_OUTRANGE = 0. c. Дополнительно можно контролировать совмещение Ex_shifted со старшим битом сигнала АЦП (msb_arg_sin/msb_arg_cos) по буферизованному чтению C1AdcS.
4. Контроль неисправностей (регистр C1Stat).
| Флаг | Значение = 1 |
|---|---|
| RCV_NotRDY | захват фазы не завершён (следящий контур в сбросе) |
| EX_PH_OUTRANGE | сдвиг фазы между Ex_ref и восстановленным сигналом > ±40° — подстройте C1ExPhShft |
| MISS_EXREF | опорный сигнал отсутствует — проверьте источник Ex_ref (таблица 8) |
5. Ограничения. При частоте вращения датчика больше 1/8 от частоты опорного сигнала блок должен быть отключён (Ex_recovery_en = 0) — в этом случае используется внешний или внутренний Ex_ref с точной фазировкой (см. выше); при DC_carrier = 1 восстановление опоры отключено (контур работает с немодулированным сигналом, без захвата опоры).