基于FPGA的旋转变压器CORDIC解码算法的研究

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传统角度测量设备具有体积大、功率损耗高,调试复杂,精度低等问题,而采用旋转变压器实现角度测量可以有效提高运行可靠性和测量精度等。旋转变压器输出的是模拟量,需经过进行模数转换,变为数字量角度信号才能进入计算机控制系统。这种数字信号处理方式相对复杂,采用专门的旋转变压器解码芯片往往需要很高的成本才能达到相对理想的精度。论文研究基于FPGA实现改进型旋转变压器CORDIC解码算法,并设计旋转变压器解码系统,以实现降低系统功耗及调试难度,提高测量精度的目的。文章设计以ALTERA公司的Cyclone IV系列EP4CE6E22C8作为核心部件,产生驱动旋转变压器的激励信号,通过八阶有源RC低通滤波器模块进行滤波;同时控制AD7705型号的AD转换芯片对旋转变压器输出的模拟量信号进行数字量的转换,对转换完成的数字信号,采用改进型15级流水线结构的CORDIC解码算法进行角度的解算,该改进型CORDIC解码算法相比较传统算法,增加了角度判断模块、角度变换模块以及角度输出预处理模块。角度判断模块实现对全平面的角度进行八区间的划分和判断,角度变换模块完成对角度所属区间的变换,将六个区间的角度(π/4,7π/4)变换到规定的区间(-π/4,π/4)内,最后将解算出的偏转角θ通过串口输出模块输出。最后分析了一般解码算法的误差产生原因,包括±π/2角度附近误差、旋转变压器误差以及AD转换电路误差,并提出了改进策略。仿真结果表明,本文所设计的改进型的旋转变压器CORDIC解码算法能够精确地完成信号转换以及数据处理,改进型的CORDIC解码算法测量精度可达千分之一,动态响应小于1us,且系统仅占用FPGA内部1462个逻辑单元,系统满足速度测量的高精度、低延时需求,对复杂环境下旋转变压器在速度测量领域的应用和推广具有重要的工程价值。
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