FPGA优化的旋转变压器闭环跟踪解码算法提升性能

本文主要探讨了基于现场可编程门阵列(FPGA)的旋转变压器闭环跟踪解码算法的研究。旋转变压器是一种用于测量角度变化的传感器，在许多精密控制系统中广泛应用，如工业机器人、自动化设备等。传统的闭环跟踪解码算法在处理角位置误差时，由于非线性特性，可能会导致系统的动态响应性能下降，例如阶跃响应变慢和稳态误差增加，这对系统的稳定性和精度提出了挑战。 为了改进这一问题，作者提出了一种创新的闭环跟踪解码算法。首先，利用计算机辅助设计(CORDIC)算法对从旋转变压器采集的信号进行预处理，通过精确计算得到实际的角位置信息。CORDIC算法以其低功耗和高效的数学运算能力而闻名，尤其适合于FPGA这种并行处理平台。然后，将实际角位置作为输入，与算法中的估计角位置进行比较，以获取线性的角位置误差。这种线性化处理使得误差计算更为精确，有助于提高整个闭环系统的性能。 该算法是用Verilog HDL语言编写的，Verilog是设计FPGA逻辑的常用高级语言，其可读性和灵活性使其成为硬件描述语言的理想选择。通过Modelsim这款流行的硬件仿真工具，作者进行了详细的验证。仿真结果表明，与传统的闭环跟踪解码算法相比，改进后的算法表现出显著的优势：阶跃响应时间明显缩短，稳态误差更加接近理论最优值，这证明了新算法在角位置误差计算上的线性特性对于提升系统动态性能和精度确实有效。 总结起来，本文的核心贡献在于提出了一种基于FPGA的旋转变压器闭环跟踪解码算法，通过引入CORDIC算法优化角位置误差计算，从而提高了系统的实时性和准确性。这对于需要高精度和快速响应的旋转轴控制应用具有重要意义。这项研究不仅推动了旋转变压器在工业领域的应用，也为其他类似传感器的闭环控制提供了新的思路和技术支持。