Ingenieurbüro für Leistungselektronik und Antriebe
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Digitale und analoge Elektronik

Resolverauswertung

Ein Resolver ist ein analoger Absolutwert-Winkelgeber. Er besteht im Wesentlichen aus einer einphasigen Primärwicklung auf dem Rotor und zwei Sekundärwicklungen im Stator, die um 90° (elektrisch) gegeneinander versetzt sind. Abhängig von der Rotorlage ändert sich die magnetische Kopplung von Primär- und Sekundärwicklungen, wobei die Kopplungen einer Sinus- und einer Kosinusfunktion gehorchen.

Üblicherweise wird an die Primärwicklung eine hochfrequente Wechselspannung angelegt und die Klemmenspannungen der Sekundärwicklungen hüllkurven-demoduliert oder synchron zur Primärspannung abgetastet. Der Quotient der beiden Messwerte entspricht dem Tangens des Rotorwinkels.

Die Auswertung eines Resolvers kann jedoch auch ohne aufwändige Abtastung und vor allem ohne Verwendung trigonometrischer Funktionen durchgeführt werden. Hierzu werden Primär- und Sekundärwicklungen vertauscht. Legt man an die Statorwicklungen zwei um 90° phasenverschobene Wechselspannungen, ein sogenanntes Quadratursignal an, so wird in der Rotorwicklung eine Wechselspannung induziert, deren Phasenverschiebung gegenüber den angelegten Eingangsspannungen linear vom Rotorwinkel abhängt.

Sowohl die Erzeugung der beiden angelegten Wechselpannungen, als auch die Messung der Phasenverschiebung kann ein einfacher Mikrocontroller bewerkstelligen. Das Quadratursignal wird von der Compare-Unit mit Hilfe zweier Interruptfunktionen erzeugt. Diese verändern jedoch nur die Zeitpunkte der folgenden Compare-Ereignisse, so dass die nicht determinierte Latenzzeit der Interruptauslösung zu keinem Phasenfehler des Quadratursignals führt. Die Messung der Phasenverschiebung erfolgt durch die Capture-Unit, vollständig in Hardware. Lediglich das Auslesen des Ergebnisses aus dem Capture-Registers erfolgt durch eine Interruptfunktion.

Die beiden Rechtecksignale des Quadratursignals werden durch aktive Tiefpassfilter von ihren Oberschwingungen befreit und über Audio-Brückenendstufen an die Primärwicklungen angelegt. Das Ausgangssignal der Rotorwicklung wird über einen Komparator mit leichter Hysterese in ein Rechtecksignal umgewandelt, welches anschließend direkt der Capture-Unit zugeführt werden kann. Das Layout ist zweiseitig ausgeführt, um eine abschirmende Massefläche zu ermöglichen. Die Schaltung stellt das Lagesignal sowohl an einer RS232-Schnittstelle zur Verfügung als auch via USB CDC-Device.