Resolver 是怎么工作的

Resolver是怎么工作的Resolver，中文名“旋转变压器”，俗称“旋变”，其有着几乎和运动控制差不多长的历史，因为（相比光电编码器）有着较高的可靠性，结实、耐用，经常作为旋转运动的位置反馈，被应用在一些非常恶劣设备环境中，如风电、工程机械领域...等等。本期，咱们就来聊聊Resolver是怎样读取旋转位置反馈的。要了解Resolver是怎样工作的，首先还是需要再温习一下变压器的工作原理。我们知道，在如上图所示的变压器中，当初级线圈上有交变的电流流过时，就会在次级线圈上感应产生相同频率的交变电流输出，且其大小与两侧线圈绕组的比例有关。而如果我们将变压器的初级和次级分开，让次级线圈按照上图箭头所示方向旋转，就会看到次级线圈的电流曲线呈现出这样的变化趋势：0°~90°：次级线圈输出电流逐渐减小；90°电流降为0；90°~180°：电流方向发生反转，并且电流值逐渐反向增大；180°时，电流大小与0°时相同，而方向恰好相反。沿着相同方向继续旋转次级线圈：180°~270°：次级线圈输出电流逐渐减小；270°电流降为0；270°~360°：电流方向再次发生反转，电流值逐渐正向增大；360°时，电流大小与方向都恢复到与0°时完全相同。很明显，当次级线圈发生旋转时，其旋转角度将会决定次级线圈的电流输出（波形），换句话说，通过检测次级线圈的电流曲线，就可以反推计算出线圈旋转的角度。而这其实就是Resolver的基本工作原理，也是为什么Resolver会被称作“旋转变压器”的原因。不过，这里面其实还有一个小状况，就是在次级线圈旋转的一圈（360°）内，每个电流输出波形都会对应到两个角度位置，并且它们的和总是360°；而要解决这个位置关系不唯一的问题，方法也很简单，就是同时使用两个相互呈直角的次级线圈，二者的输出电流之间就会因此而存在一个90°的相位差，一个为正弦（Sin）曲线，另一个为余弦（Cos）曲线，这样，借助这两条电流曲线的组合反推出的线圈旋转的位置就是唯一的了。好了，现在我们可以来说Resolver了。从外观看，如上图所示，Resolver很像是一台由定子和转子构成的小型电动机。在Resolver内部，有多个线圈绕组，其中包括，在定子上的一个输入绕组和两个输出绕组，和在转子线圈上首尾连通（成一个回路）的两个绕组。如上图所示，输入绕组位于定子顶部，它实际上是一个旋转的变压器的初级线圈，无需直接的电气连接（如电刷），该变压器会在转子内感应产生电流；两个输出绕组也是在定子上的，位于输入线圈下方，缠绕在多层金属叠片上，且彼此相互垂直（呈90°）；转子内也有一个线圈，但这个线圈回路是由两个首位相连的绕组相互连通而组成的，其中一个是前面一个旋转变压器的次级绕组，而另一个则成为另一个旋转变压器的初级绕组，用以感应定子上相互垂直的两个输出绕组。所以，我们看到在一个小小的Resolver中，其实存在着两个旋转的变压器。前一个变压器的初级是固定在定子上的输入线圈，次级是转子上的第一个绕组。通过参考电源（Ref+/-）为输入线圈施以正弦交变电流，Resolver的转子上就会因电磁感应而产生一个交变电流，由于这个变压器的绕组中心是在转子旋转轴线上的，因此无论其角度位置如何，转子上感应产生的电流都是相同的，也就是说，在转子线圈回路中的两个绕组上都会有一个固定的交变电流。第二个变压器的初级是转子上的第二个绕组，次级是固定在定子上的两个相互垂直的输出线圈。当转子旋转时，这个变压器两侧的线圈就会发生相对的旋转运动。而接下来发生的事情，就很容易理解了。正如本文开头所提到的，当变压器两侧的线圈发生相对旋转运动时，在相互垂直的两个次级绕组线圈上，会基于其旋转角度输出一对特定的电流波形曲线组合。这样，通过检测这两个次级线圈的电流曲线，就可以反推计算出转子所在的角度位置了。又，两个次级线圈的位置方向是相互垂直的，它们的电流相位也就正好相差90°，我们将这两组线圈分别称为“正弦Sin”和“余弦Cos”输出通道。若用示波器对Resolver的输入和输出电流进行监视，如上视频所示，自上而下三条曲线分别为输入参考电源、正弦Sin输出通道和余弦Cos输出通道。可以看到，在Resolver顺时针旋转一圈的过程中，两个输出通道的电流波形曲线会表现出与之前所说的完全一样的变化趋势。再将Resolver两个输出通道的正弦/余弦（Sin/Cos）信号接入特定的数据转换（A/D）模块，通过解析模块读取到的两条电流曲线，就能够识别出Resolver转子的旋转位置了。通过上述有关Resolver工作原理的浅析，不难发现，在转子一圈（360°）的旋转范围内，Resolver信号输出与其角度位置是一一对应的，因此它实际上是一种单圈绝对值位置反馈。并且，由于采用了与电机类似的结构，位置检测和信号输出完全基于电磁感应原理，几乎不使用任何微电子元器件，因此Resolver具有极高的可靠性，能适应一些较为恶劣甚至极端的设备应用环境，例如：高温、低温、振动、冲击、油污...等等。同时，也正因为其位置反馈是以正余弦电流曲线这种模拟量信号的形式输出的，Resolver也有着一些特定的应用短板，例如：很难达到光电式编码器所具备的超高精度，不适合作为高性能运动控制系统的动态位置反馈；输出信号反馈仅仅能以电流曲线的形式反应设备的旋转位置，而无法承载更多Resolver自身和设备的状态信息，如：电机温度、产品标签...等，因此在制造系统升级的信息化进程