基于三阶角度观测器的旋变软解码系统设计
电子技术应用
宋建国，李小波，徐自可
北京工业大学 信息科学技术学院
摘要： 新能源汽车电驱系统通常使用旋转变压器获取电机转子位置，但其电路复杂且芯片昂贵，成本昂贵。传统二阶锁相环在对转子加速跟踪时存在稳态误差，实际工况中常有输入的正余弦一相丢失导致软解码发生旋变故障。对此提出一种基于三阶角度观测器的角度观测器来提高位置解码精度，同时采用锁相环算法跟踪解码故障时的剩余信号，恢复丢失信号完成故障后的解码。最后通过MATLAB仿真证明了算法的可行性和有效性。采用英飞凌TC387的DSADC模块进行实际实验验证解码效果，结果表明该系统对加速度达到稳定跟踪，同时在某相信号缺失后可保持良好的解码效果。
中圖分類號：TM383.2 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256789
中文引用格式： 宋建國，李小波，徐自可. 基于三階角度觀測器的旋變軟解碼系統設計[J]. 電子技術應用，2025，51(11)：71-75.
英文引用格式： Song Jianguo，Li Xiaobo，Xu Zike. Design of resolver software decoding system based on third-order angle observer[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(11)：71-75.
中文引用格式： 宋建國，李小波，徐自可. 基于三階角度觀測器的旋變軟解碼系統設計[J]. 電子技術應用，2025，51(11)：71-75.
英文引用格式： Song Jianguo，Li Xiaobo，Xu Zike. Design of resolver software decoding system based on third-order angle observer[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(11)：71-75.
Design of resolver software decoding system based on third-order angle observer
Song Jianguo，Li Xiaobo，Xu Zike
School of Information Science and Technology， Beijing University of Technology
Abstract： The electric drive system of new energy vehicles usually uses a resolver to obtain the position of the motor rotor, but its circuit is complex and the chips are expensive, resulting in high costs. The traditional second-order phase-locked loop has steady-state errors when accelerating and tracking the rotor. In actual working conditions, the loss of one phase of the input sine and cosine often leads to resolver faults in the soft ware decoding. For this, an angle observer based on the third-order Angle observer is proposed to improve the position decoding accuracy. Meanwhile, the phase-locked loop algorithm was adopted to track the remaining signal during the decoding fault and recover the lost signal to complete the decoding after the fault. Finally, the feasibility and effectiveness of the algorithm were proved through MATLAB simulation. The DSADC module of Infineon TC387 was adopted for actual verification of the decoding effect. The results show that the system achieves stable tracking of acceleration and can maintain a good decoding effect after the absence of a certain signal.
Key words : resolver；software decoding；angle observer；phase-locked loop
引言
隨著全球能源結構轉型與“雙碳”戰略的深入推進，對于新能源汽車的功率密度、動態響應都提出了更高的要求。作為核心驅動單元，永磁同步電機（PMSM）的精確控制對轉子位置的解碼提出了更為嚴苛要求。因此旋轉變壓器的解碼方案逐漸成為了研究熱點。
目前主流的旋轉變壓器解碼方法有軟解碼[1]和硬解碼，其中硬解碼通常采用AD2S1210芯片[2]進行信號處理，存在設計成本高、電路復雜度高的問題[3]。相比之下，軟解碼策略既保持了解碼精度，又允許靈活編程[4]。軟解碼算法中最常見的為傳統二階廣義鎖相環[5]，它用來濾除輸入信號中的干擾，但在實際應用中有一定的局限性。杜春洋等人[6]采用橢圓假設算法消除旋轉變壓器輸出信號的零位誤差、正交誤差和幅值誤差。馬利嬌等人[7]在反正切角度計算后串聯二階鎖相環來提高位置估算的效率，但是對于二階鎖相環的加速度跟蹤存在的穩態誤差并沒有完全的改善。同時在實際工況中旋轉變壓器會遇到各種解碼故障，其中對于輸入的SIN或COS信號丟失[8]并沒有完善的解決辦法，當發生故障時會影響汽車的正常啟動，但目前的解決方案只是人為檢修，并沒有應急的信號丟失處理策略。
對于以上問題，本文首先提出了一種基于三階廣義積分器[9]的角度觀測器用來消除電機在加速轉動時存在的穩態誤差。同時對于一相信號丟失產生的解碼故障采用鎖相環跟蹤算法，剩余信號經過鎖相環跟蹤器后計算出丟失信號，最后進入三階廣義積分器計算出故障后的角度。
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作者信息：
宋建國，李小波，徐自可
（北京工業大學 信息科學技術學院，北京 100124）
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