مقاله رزولور Resolver

[am in 25041]

رزولورها نوعي از سينكروها هستند كه امروزه كاربرد وسيعي در صنايع مختلف دارند. اين سنسورها به علت ساختمان خاص داخلي خود درمحيطهاي صنعتي و آلوده ، به جاي انكودرهاي نوري استفاده مي شوند.

 

همچنين با توجه به اينكه ساخت سينكرو نسبت به رزولور مشكل تر بوده و در نتيجه گرانتر خواهد بود لذا سينكروها امروز ه بيشتر در صنايع نظامي دقيق و ويژه استفاده مي­شوند وكاربرد رزولورها گسترده تر است.

[am in 25041]

مقايسه سينكروها و رزولورها از نظر كاربردي :

همانطور كه اشاره شد سينكرو و رزولور عملكرد مشابهي داشته، لذا كاربرد يكساني در صنعت دارند اما با توجه به اينكه سينكرو در ساختمان خود داراي سه استاتور با زاويه 120 درجه نسبت به يكديگر مي باشد ساخت آن نسبت به رزولور مشكل تر خواهد بود و در نتيجه گرانتر خواهد بود . ضمنا به علت مشكل بودن تبديل ولتاژسه فاز به موقعيت در سينكروها، اين مبدلها امروزه بيشتر در صنايع نظامي دقيق و ويژه استفاده مي­شوند، در حاليكه رزولورها كاربرد وسيعي در صنايع مختلف از جمله ماشين افزارها ، سيستمهاي نظامي، روباتيك و... دارند.

تكنولوژي رزولورها

رزولورهاي بدون جاروبك

در اين نوع سيم پيچي روتور در واقع سيم پيچي ثانويه ترانسفورماتور بوده و توسط سيم پيچ اوليه و بدون تماس الكتريكي ولتاژ در آن القا مي شود. لذا در اين نوع مشكلات جاروبك را نخواهيم داشت.

Rotasyn

در نوع پيشرفته رزولورها ، روتور سيم پيچي ندارد. در اين رزولورها ، سيم پيچي اوليه و ثانويه هر دو در استاتور واقعند. روتور از جنس حالت جامد (Solid State) بوده و ولتاژ آن از طريق القاي مغناطيسي ترانسفورماتور واقع در استاتور تامين مي گردد.

Duracoder

اين رزولور كه ساخت شركت AMCIمي باشد، از نظر قيمت همانند انكودرهاي نوري، از رزولورهاي ديگر ارزانتر بوده و همچنين قابليت كار در محيطهاي صنعتي و آلوده را دارد.

ويژگيهاي رزولورها

از جمله قابليت هاي بالاي آن مي توان به رزولوشن بسيار بالا ، دقت خوب ، مقاوم در مقابل نويز ، قابليت اطمينان بالا مخصوصاً در محيطهاي صنعتي و آلوده مقاوم بودن در مقابل درجه حرارت و كوچكي آنها اشاره نمود.

ضمناً رزولورها موقعيت مطلق را اندازه گيري مي نمايند در نتيجه با قطع برق اطلاعات آنها از بين نخواهد رفت .

همچنين نوع بدون جاروبك رزولورها وجود داردكه در اين نوع ، روتور آنها يك ترانسفور در اين نوع سيم يچي روتور در واقع سيم پيچي ثانويه ترانسفورماتور بوده و ولتاژ آن توسط سيم پيچ اوليه ،و بدون تماس الكتريكي تامين مي گردد. لذا در اين نوع مشكلات جاروبك را نخواهيم داشت.

اكثر رزولورها با ولتاژ مرجع 2 تا 40 ولت (RMS) و در فركانس 400 هرتز تا 10 كيلو هرتز كار مي كنند ، و دقت آنها از 5 arcmin تا ./5 arcmin مي باشد. ( هر دقيقه 0167 / 0 درجه مي باشد.)

همچنين رزولور در مقايسه با انكودر نوري نسبت به نويز بسيار مقاوم تر است.

[am in 25041]

ساختمان

رزولورها نوعي از سينكروها هستند با اين تفاوت كه در روتور و استاتور آنها دو سيم پيچي عمود بر هم وجود دارد. با تحريك يكي از سيم پيچي هاي روتور و يا استاتور ، به ترتيب در استاتور و يا روتور ولتاژي متناسب با سينوس زاويه ميان روتور و استاتور ايجاد مي گردد.

مثلاً اگر سيم پيچي روتور تحريك شود خواهيم داشت

علت نامگذاري اين سنسورها نيز بر همين مبنا است . زيرا اين ماشين ها ولتاژ مرجع را به دو مولفه عمود بر هم و تجزيه مي نمايند که اگر در روتور رزولورها ا ز يك سيم پيچي استفاده شود ، اين تجزيه تنها در يك جهت صورت مي گيرد و درصورت استفاده از دو سيم پيچی در دو جهت تجزيه ولتاژخواهيم داشت.

علاوه بر تعيين موقعيت زاويه اي توسط رزولورها مي توان از آنها در جهت عكس استفاده نمود يعني با اعمال مولفه هاي ولتاژ به استاتور اين ماشين ها ، مي توان ولتاژ مرجع همراه با زاويه آن را بدست آورد.

[am in 25041]

همچنين از رزولورها جهت تغيير مختصات از يك دستگاه به دستگاه مختصات ديگر استفاده مي شود ، مثلا با استفاده از مدار زير مي توان با انتقال دستگاه مختصات ارتفاع رادار را تعيين نمود :

از رزولورها جهت تغيير مختصات سه بعدي نيز استفاده مي شود كه در اين صورت روابط به صورت زير در خواهند آمد:

مدارات بهسازي

براي استخراج زاويه ، ازيك مبدل RCD) Resolver to Digital Converter ) استفاده مي نمائيم

روش Tracking

[am in 25041]

همانطور كه مشاهده مي شود اين مبدل از اجزاي زير تشكيل شده است .

1 - ضرب كننده سينوس و كسينوس

2 - مقايسه كننده ( تقويت كننده تفاضلي )

3 - آشكار ساز يا دمدولاتور

4 - انتگرالگير

5 - نوسان ساز

6 - شمارنده

7 - لچ ( LATCH )

مي توان اين سيستم را به صورت يك سيستم حلقه بسته در نظر گرفت كه ورودي اين سيستم زاويه يا همان زاويه روتور و خروجي آن مقدار نشان دهنده Latch مي باشد. با توجه به اين كه در اين سيستم خطاي حالت مانگار صفر خواهد بود ( به واسطه وجود انتگرالگير ) نهايتاً مقدار نشان داده شده توسط Latch يعني ، با مقدار ورودي يعني ، برابر خواهد شد.

اين سيستم داراي دو حلقه انتگرالگير مي باشد. يكي از انتگرالگيرها ، شمارنده مي باشد كه پالس توليد شده توسط نوسان ساز را ميشماردو ديگري يك انتگرالگير است كه از خروجي آشكار ساز انتگرال مي گيرد.

در اين روش با داشتن يك سرعت ثابت ، خروجي ديجيتالي ، ورودي رادنبال خواهد نمود بدون آنكه نيازي به مدار خارجي جبرانساز پسفاز ، ميان خروجي ديجيتال و شفت رزولور باشد.

يكي ديگر از مزاياي RDC هاي دنبال كننده آن است مي توان از طريق آنها سرعت شفت را نيز اندازه گيري نمود در واقع ولتاژ خروجي انتگرالگير، مقداري متناسب با سرعت شفت خواهد داشت بدين ترتيب در مواردي كه نيازمند استفاده از اطلاعا ت سرعت مي باشيم ميتوان از اين سيستم جهت اندازه گيري توام سرعت و موقعيت استفاده نمود بدون آنكه نيازي به استفاده از تاكومتر داشته باشيم.

از آنجائيكه در اين مبدل از دو حلقه انتگرالي استفاده شده است ، اين سيستم در مقابل نويز ايمني بالايي دارد ( تضعيف نويز / dB 12 ) زيرا نويزهاي القائي معمولاً داراي قسمتهاي مثبت و منفي برابري هستند، وجود انتگرالگير باعث مي شو دكه نويز بطور كلي حذف گردد.

مقاوم بودن اين سيستم در مقابل نويز سبب مي گردد كه ديگر نگران افت ولتاژ درمسافت هاي طولاني نبوده لذا مي توان مبدل را با فاصله زيادي نسبت به رزولورها قرار داده و پردازش اطلاعات را در فاصله دورتري نسبت به سنسور انجام دهيم.

ضمناً حذف نويز در تمام فركانسها صورت مي گيرد و لذا مي توان اثر نويزرا حذف نمود.

[am in 25041]

2- روش DSP

هنگامي كه روتور مي چرخد ، دامنه سيگنال ورودي و خروجي بصورت زير مي باشد :

كه در اين رابطه K ، نسبت تبديل ترانسفورماتور رزولور مي باشد.

طيف فركانسي دامنه سيگنالهاي خروجي بصورت زير مي باشد.

همانطور كه ديده مي شود . سيگنالهاي و با سيگنال مرجع مدوله مي شود، لذا بايد به طريقي سيگنالهاي خروجي را دمدوله كرد تا بتوان از روي آنها اطلاعات مربوط به زاويه را بدست آورد.

[am in 25041]

روش Under Sampling

در اين روش از سيگنالهاي V1 و V2 خروجي با فركانس سيگنال مرجع نمونه برداري مي شود و با اين كار V1 و V2 دمدوله مي شوند . بدين ترتيب مقادير U1(n) و U2(n) همان مقادير و خواهند بود. مقادير نمونه برداري شده توسط يك مبدل A/D ، وارد يك پردازشگر شده و توسط اين پردازشگر مقدار محاسبه و با توجه به علامت سيگنال U2 عمليات زير صورت مي گيرد.

براي اينكه سيستم از دقت كافي برخوردار باشد، بايد سيگنال هاي U1 و U2بطور كاملاً همزمان نمونه برداري شوند و يا اينكه همواره نزديكترين مقدار آنها به مقدار ماكزيمم شان در نظر گرفته شود. براي ADC با N بيت ، دقت زاويه بدست آمده N+1 بيت خواهد بود. بعنوان نمونه در سيستم TMS320F 240 ، كه داراي ADC هاي 10 بيتي مي باشد دقت زاويه اندازه گيري 10 دقيقه مي باشد.

[am in 25041]

Over Sampling روش

براي داشتن دقت بالاتر و حذف نويز بيشتر نسبت به روش Over Sampling از اين روش استفاده مي شود. در اين روش از سيگنالهاي V1 و V2 با فركانس بيشتر از فركانس مرجع نمونه برداري مي نمائيم. طبق شكل اين فركانس 2K برابر فركانس مرجع در نظر گرفته شده است .پس از آن اين سيگنال ها ا زيك FIR ميان گذر عبور داده مي شوند و سپس يك تقسيم فركانس:12K صورت مي گيرد و در واقع تنها مقادير 2K ام نمونه برداري شده در نظر گرفته مي شود و بدين ترتيب و بدست خواهد آمد و پس از آن مقدار محاسبه مي گردد.

براي بهبود در رزولوشن، از يك حلقه فيديك سرعت و موقعيت مطابق شكل استفاده مي شود.

كه مقدار افزايش رزولوشن با اين روش بستگي به پهناي باند سيستم حلقه بسته دارد. مزيت ديگر اين حلقه ، جبران كردن دسته تاخيرات ناشي از ***** FIR ميان گذر مي باشد. بدين ترتيب با استفاد ه از اين روش مي توان بدون نياز داشتن پس فاز سرعت ، رزولوشن را افزايش داد.

TMS320F240

اين كنترل كننده داراي 2 مبدل 10 بيتي مي باش دكه بطور همزمان از سيگنالهاي U1و U2 نمونه برداري مي كنند. همچنين اين سيستم توسط يك كانال PWM قادر به ساخت ولتاژ سينوسي مرجع مي باشد.

بطور كلي مي توان ويژگيهاي اين سيستمر ا بصورت زير خلاصه نمود:

1 - قابليت توليد سيگنال مرجع سينوسي ( Event Manager )

2 - نمونه برداري همزمان از سيگنالهاي V1 و V2 و با همان فركانس سيگنال مرجع ((EventManager ADC

3 - استفاده از الگوريتم بهبود يافته جهت تعيين زاويه (CPU)

4 -رزولوشن بيش از 14 بيت