Simulación del resolvedor con un generador de formas de onda arbitrarias
Un resolver es un sensor electromagnético utilizado para determinar el ángulo mecánico y la velocidad de un eje o árbol. Se utilizan a menudo en la industria del automóvil (posición de la leva/eje de biela), en la aviación (posición de los flaps), así como en servos y aplicaciones industriales.
Al desarrollar, probar o solucionar problemas de sistemas que utilizan resolvers, puede merecer la pena construir un sistema que pueda simular fácilmente la salida de un resolver. Esto es especialmente útil cuando se prueban los límites de funcionamiento del circuito de medición del resolver y el código que puede acompañar a estas mediciones. La simulación permite comprobar y probar los límites operativos de un sistema añadiendo errores conocidos a la señal o cambiando la frecuencia/amplitud/forma de onda para ver dónde empieza a fallar el sistema.
En esta nota de aplicación describimos un método para simular un resolver sencillo utilizando un generador de formas de onda arbitrarias SIGLENT de la serie SDG2000X.
CONCEPTOS BÁSICOS DEL RESOLVER
Muchos resolvers tienen una estructura similar a la que se muestra en la Figura 1: un devanado primario o bobina unida a un eje o rotor y dos devanados estacionarios o estatores dispuestos a 90 grados entre sí.
El bobinado primario se excita con una tensión alterna, Vr. Esta señal de excitación primaria suele ser una onda sinusoidal, que se acopla a las dos bobinas secundarias. En muchos resolvers, las bobinas secundarias están construidas de tal forma que las bobinas están dispuestas en un ángulo de 90 grados entre sí. Como cada bobina está en una posición diferente a la bobina primaria, cada bobina tiene una eficacia de acoplamiento diferente, y como están montadas a 90 grados entre sí, sus salidas son ortogonales (90 grados fuera de fase). Cuando cambia el ángulo de onda, cambia la señal de salida de las bobinas secundarias. Por tanto, hay valores discretos de tensión para cada ángulo de eje. Midiendo las tensiones instantáneas de las bobinas secundarias, puedes determinar el ángulo del rotor.
AJUSTE
Utiliza un cable con terminación BNC para conectar la salida CH1 del generador primario a la entrada Aux/Mod del generador de bobina secundario.
- Conecta las salidas de la bobina secundaria del segundo generador (CH1 y CH2) a las entradas del osciloscopio.
- Configura el generador de la bobina primaria para que emita una onda sinusoidal con la frecuencia Vr más baja para tu sistema. Normalmente, la frecuencia Vr está entre 5 k y 20 kHz. El generador de bobina primaria se utiliza para modular las señales de salida del generador de bobina secundaria. La tensión de la señal primaria debe ser baja al principio (5 Vpp). La optimizaremos más adelante.
- Ajusta el generador de bobina secundario CH1 para que emita una onda sinusoidal con una frecuencia de 1 Hz y una tensión de 10 Vpp (o la tensión máxima de tu circuito de resolver).
- Configura el generador de bobina secundaria CH1 para que realice una modulación AM de doble banda lateral (DSB AM) pulsando Mod y seleccionando el tipo DSB AM.
- Configura el CH2 del generador de bobina secundario para que emita la misma señal sinusoidal modulada que el canal 1, sólo tienes que ajustar el desfase a 90 grados. Esto proporcionará la fase de salida ortogonal para el canal coseno secundario. La frecuencia de la bobina secundaria corresponde a la frecuencia de rotación de la bobina primaria giratoria en un resolver físico. Asegúrate de que CH1 y CH2 están ajustados a la misma frecuencia. NOTA: Las series SIGLENT SDG1000X y SDS2000X disponen de una función de copia de canales
y de acoplamiento de canales que simplifica el proceso. Para acoplar la selección de frecuencia entre dos canales, pulsa Utilidad > Acoplamiento Copia CH > FreqCoupl=ON. Ahora todos los cambios de frecuencia de un canal se transfieren al otro canal. Esto te permite cambiar ambas frecuencias al mismo tiempo. Para copiar los ajustes de un canal al otro, pulsa Utilidad > Acoplamiento Copia CH > Copia CH > CH1=> CH2 - Activa el generador de bobina primario CH1 y ambas salidas del generador de bobina secundario.
- comprueba la potencia, ajusta la frecuencia de la bobina secundaria (velocidad de cambio del rotor), compruébala, y así sucesivamente, hasta que hayas probado por completo los límites del sistema de resolución.
Las siguientes figuras muestran imágenes de simulaciones de bobinas secundarias a diferentes frecuencias de bobinas primarias y frecuencias de bobinas secundarias
CONSEJOS
- no sobrecargues la entrada de modulación del generador de bobina secundaria con demasiada tensión. Aproximadamente 10 Vpp son suficientes para obtener una modulación completa sin sobrecarga. La figura 8 muestra cuando se aplica demasiada tensión a la entrada de modulación (12 Vpp). La figura 9 muestra la profundidad de modulación correcta (10 Vpp).
- Compara la frecuencia de modulación de la bobina primaria y las especificaciones de modulación del generador de la bobina secundaria. Si la entrada de modulación del generador secundario tiene una frecuencia baja, puedes obtener "escalones" en la salida.
- Puedes suavizar los "escalones" aplicando filtros de salida de paso bajo a cada una de las salidas del generador de bobina secundario.
Esto es muy similar al filtrado de imágenes de un convertidor digital-analógico (DAC). - El SDG1000X y el SDG2000X tienen relojes de muestreo de modulación que funcionan a 600 kHz. Añadiendo un filtro paso bajo con una banda de paso por debajo del límite de Nyquist para 600 kHz.
- Diseña el filtro de modo que la banda de paso esté por debajo de la frecuencia de la 1ª trama.
Conclusión
La simulación de las salidas del resolver mediante generadores de formas de onda arbitrarias ofrece una forma sencilla de comprobar el funcionamiento de los circuitos y el software del resolver y de corregir errores. Las series SDG1000X y 2000X de SIGLENT ofrecen instrumentos de prueba flexibles y rápidos para esta aplicación.
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Simulación de resolver con un generador de formas de onda arbitrarias
Un resolver es un sensor electromagnético que determina el ángulo y la velocidad de los ejes.