Simulation de résolveur avec un générateur de formes d'ondes arbitraires

Un résolveur est un capteur électromagnétique utilisé pour déterminer l'angle mécanique et la vitesse d'un arbre ou d'un axe. Ils sont souvent utilisés dans l'industrie automobile (position de la came/du vilebrequin), dans l'aviation (position des volets) ainsi que dans les servos et les applications industrielles.

Lors du développement, du test ou du dépannage de systèmes utilisant des résolveurs, il peut être intéressant de construire un système qui peut facilement simuler la sortie d'un résolveur. Cela est particulièrement utile pour tester les limites de fonctionnement du circuit de mesure du résolveur et le code qui peut accompagner ces mesures. La simulation permet de contrôler et de tester les limites de fonctionnement d'un système en ajoutant des erreurs connues au signal ou en modifiant la fréquence/l'amplitude/la forme d'onde pour voir où le système commence à échouer.

Dans cette note d'application, nous décrivons une méthode de simulation d'un résolveur simple en utilisant un générateur de forme d'onde arbitraire de la série SDG2000X de SIGLENT.

LES BASES DU RESOLVER

De nombreux résolveurs ont une structure similaire à celle de l'illustration 1 : un enroulement primaire ou une bobine fixée à un arbre ou à un rotor, et deux enroulements stationnaires ou stators disposés à 90 degrés l'un par rapport à l'autre.

L'enroulement primaire est excité par une tension alternative, Vr. Ce signal d'excitation primaire est généralement une onde sinusoïdale qui est ensuite couplée dans les deux bobines secondaires. Dans de nombreux résolveurs, les bobines secondaires sont construites de manière à ce que les bobines soient disposées à un angle de 90 degrés les unes par rapport aux autres. Comme chaque bobine se trouve à un endroit différent de la bobine primaire, chaque bobine a une efficacité de couplage différente, et comme elles sont montées à 90 degrés, leurs sorties sont orthogonales (déphasées de 90 degrés). Si l'angle de l'onde change, le signal de sortie pour les bobines secondaires change. C'est pourquoi il existe des valeurs de tension discrètes pour chaque angle d'onde. En mesurant les tensions instantanées des bobines secondaires, tu peux déterminer l'angle du rotor.

ÉQUIPEMENT

Dans cette simulation, nous utiliserons un générateur de forme d'onde pour générer le signal de la bobine primaire. Ce signal sera utilisé pour moduler simultanément les sorties d'un générateur à deux canaux. Ces sorties représentent les signaux de sortie des bobines secondaires sinus et cosinus, comme décrit précédemment.

SDG805 : source de modulation pour les sorties de la bobine secondaire : cet appareil devrait être capable d'atteindre la fréquence minimale et maximale de la bobine primaire du résolveur que tu veux simuler. De nombreux résolveurs ont des signaux de bobine primaire qui varient entre 5 k et 20 kHz et de quelques centaines de mV à plusieurs centaines de volts. Ces tensions plus élevées sont utilisées pour exciter les bobines secondaires.
SDG1032X : simulation de la bobine secondaire : Ce modèle dispose d'une seule entrée de modulation externe, d'un contrôle de phase indépendant et d'une modulation AM à double bande latérale (DSB-AM), dont nous avons besoin pour simuler avec succès les signaux sinus et cosinus d'un résolveur.
Oscilloscope à deux canaux : il est important de choisir un oscilloscope avec la bonne bande passante (au moins 2 à 3 fois la fréquence maximale de la fréquence primaire, voire plus si la fréquence primaire présente des harmoniques/ondes carrées plus élevées). Dans cet exemple, nous utiliserons un SIGLENT SDS2102X. Cette plateforme dispose d'une grande mémoire (140 millions de points), d'un zoom et d'un grand écran qui facilite la vérification.

RÉGLAGE

Utilise un câble avec une terminaison BNC pour connecter la sortie CH1 du générateur primaire à l'entrée Aux/Mod du générateur secondaire à bobine.

Connecte les sorties de la bobine secondaire du deuxième générateur (CH1 et CH2) aux entrées de l'oscilloscope.
Configure le générateur de bobine primaire pour qu'il émette une onde sinusoïdale avec la fréquence Vr la plus basse pour ton système. En général, la fréquence Vr se situe entre 5 k et 20 kHz. Le générateur de bobine primaire est utilisé pour moduler les signaux de sortie du générateur de bobine secondaire. La tension pour le signal primaire doit être faible au début (5 Vpp). Nous l'optimiserons plus tard.
Règle le générateur de bobine secondaire CH1 pour qu'il émette une onde sinusoïdale avec une fréquence de 1 Hz et une tension de 10 Vpp (ou la tension maximale de ton circuit résolveur).
Configure le générateur de bobine secondaire CH1 pour qu'il effectue une modulation AM à double bande latérale (DSB AM) en appuyant sur Mod et en sélectionnant le type DSB-AM.
Configure CH2 sur le générateur à bobine secondaire pour qu'il émette le même signal sinusoïdal modulé que le canal 1, règle seulement le décalage de phase à 90 degrés. Cela permet de fournir la phase de sortie orthogonale pour le canal cosinus secondaire. La fréquence de la bobine secondaire correspond à la fréquence de rotation de la bobine primaire en rotation dans un résolveur physique. Veille à ce que CH1 et CH2 soient réglés sur la même fréquence. REMARQUE : les séries SDG1000X et SDS2000X de SIGLENT disposent d'une copie de canal
et d'une fonction de couplage de canal qui simplifie le processus. Pour coupler la sélection de fréquence entre deux canaux, appuie sur Utility > CH Copy Coupling > FreqCoupl=ON. Maintenant, tous les changements de fréquence sur un canal sont transmis à l'autre canal. Tu peux ainsi modifier les deux fréquences en même temps. Pour copier les paramètres d'un canal à l'autre, appuie sur Utilitaire > Couplage CH > Copie CH > CH1=> CH2
Activer le générateur de bobine primaire CH1 et les deux sorties du générateur de bobine secondaire.
vérifie la puissance, ajuste la fréquence de la bobine secondaire (taux de changement du rotor), vérifie-la, et ainsi de suite jusqu'à ce que tu aies complètement testé les limites du système de résolveur.

Les illustrations suivantes montrent des images de simulations de bobines secondaires à différentes fréquences de bobines primaires et de bobines secondaires

Primärspule 5 kHz, Sekundärspulen bei 200 Hz.

Primärspule 5 kHz, Sekundärspulen bei 100 Hz.

Primärspule 10 kHz, Sekundärspulen bei 200 Hz.

Primärspule 10 kHz, Sekundärspulen bei 100 Hz.

Die primäre Modulationsspannung ist korrekt. Beachten Sie die glatten Flanken der Wellenformen

Die primäre Modulationsspannung ist zu hoch. Beachten Sie die rechteckigen Flanken der Wellenformen

Sekundärspulensignale mit einer zu hoch eingestellten Primärspulenfrequenz

Zoom der hochfrequenten Primärspannung. Beachten Sie die "Stufen" aufgrund der Quantisierung

CONSEILS

ne surcharge pas l'entrée de modulation du générateur à bobine secondaire avec une tension trop élevée. Environ 10 Vpp suffisent pour obtenir une modulation complète sans saturation. L'illustration 8 ci-dessous montre quand une tension trop élevée est appliquée à l'entrée de modulation (12Vpp). L'illustration 9 montre la profondeur de modulation correcte (10Vpp).
Compare la fréquence de modulation de la bobine primaire et les spécifications de modulation du générateur de bobine secondaire. Si l'entrée de modulation du générateur secondaire a une fréquence basse, tu peux obtenir des "marches" dans la sortie.
Tu peux lisser les "marches" en plaçant des filtres de sortie passe-bas sur chacune des sorties du générateur de bobine secondaire.
C'est très similaire au filtrage des images provenant d'un convertisseur numérique-analogique (DAC).
Le SDG1000X et le SDG2000X ont des horloges d'échantillonnage de modulation qui fonctionnent à 600 kHz. En ajoutant un filtre passe-bas avec une bande passante inférieure à la limite de Nyquist pour 600 kHz.
Concevoir le filtre de manière à ce que la zone de passage se situe en dessous de la 1ère fréquence d'image.

Conclusion

La simulation des sorties du résolveur à l'aide de générateurs de signaux arbitraires offre un moyen simple de vérifier le fonctionnement des circuits et des logiciels du résolveur et de corriger les erreurs. Les séries SDG1000X et 2000X de SIGLENT offrent des instruments de test flexibles et rapides pour cette application.