正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器

《電子學(xué)名詞》第一版。 2100433B

1993年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

離散余弦變換(DCT for Discrete Cosine Transform)是與傅里葉變換相關(guān)的一種變換，它類(lèi)似于離散傅里葉變換(DFT for Discrete Fourier Transform),但是只使用實(shí)數(shù)。離散余弦變換相當(dāng)于一個(gè)長(zhǎng)度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個(gè)離散傅里葉變換是對(duì)一個(gè)實(shí)偶函數(shù)進(jìn)行的（因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)偶函數(shù)的傅里葉變換仍然是一個(gè)實(shí)偶函數(shù)），在有些變形里面需要將輸入或者輸出的位置移動(dòng)半個(gè)單位(DCT有8種標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型，其中4種是常見(jiàn)的)。

最常用的一種離散余弦變換的類(lèi)型是下面給出的第二種類(lèi)型，通常我們所說(shuō)的離散余弦變換指的就是這種。它的逆，也就是下面給出的第三種類(lèi)型，通常相應(yīng)的被稱(chēng)為"反離散余弦變換"，"逆離散余弦變換"或者"IDCT"。

有兩個(gè)相關(guān)的變換，一個(gè)是離散正弦變換(DST for Discrete Sine Transform),它相當(dāng)于一個(gè)長(zhǎng)度大概是它兩倍的實(shí)奇函數(shù)的離散傅里葉變換；另一個(gè)是改進(jìn)的離散余弦變換(MDCT for Modified Discrete Cosine Transform),它相當(dāng)于對(duì)交疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散余弦變換。

離散余弦變換，尤其是它的第二種類(lèi)型，經(jīng)常被信號(hào)處理和圖像處理使用，用于對(duì)信號(hào)和圖像(包括靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像)進(jìn)行有損數(shù)據(jù)壓縮。這是由于離散余弦變換具有很強(qiáng)的"能量集中"特性:大多數(shù)的自然信號(hào)(包括聲音和圖像)的能量都集中在離散余弦變換后的低頻部分，而且當(dāng)信號(hào)具有接近馬爾科夫過(guò)程(Markov processes)的統(tǒng)計(jì)特性時(shí)，離散余弦變換的去相關(guān)性接近于K-L變換(Karhunen-Loève 變換--它具有最優(yōu)的去相關(guān)性)的性能。

例如，在靜止圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG中，在運(yùn)動(dòng)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)MJPEG和MPEG的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都使用了離散余弦變換。在這些標(biāo)準(zhǔn)制中都使用了二維的第二種類(lèi)型離散余弦變換，并將結(jié)果進(jìn)行量化之后進(jìn)行熵編碼。這時(shí)對(duì)應(yīng)第二種類(lèi)型離散余弦變換中的n通常是8，并用該公式對(duì)每個(gè)8x8塊的每行進(jìn)行變換，然后每列進(jìn)行變換。得到的是一個(gè)8x8的變換系數(shù)矩陣。其中(0,0)位置的元素就是直流分量，矩陣中的其他元素根據(jù)其位置表示不同頻率的交流分量。

一個(gè)類(lèi)似的變換, 改進(jìn)的離散余弦變換被用在高級(jí)音頻編碼(AAC for Advanced Audio Coding)，Vorbis 和 MP3 音頻壓縮當(dāng)中。

離散余弦變換也經(jīng)常被用來(lái)使用譜方法來(lái)解偏微分方程，這時(shí)候離散余弦變換的不同的變量對(duì)應(yīng)著數(shù)組兩端不同的奇/偶邊界條件。

按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，主要分三大類(lèi)旋轉(zhuǎn)變壓器：

1.正--余弦旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系成正弦或余弦函數(shù)關(guān)系。

2.線性旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性函數(shù)關(guān)系。 線性旋轉(zhuǎn)變壓器按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分成隱極式和凸極式兩種。

3.比例式旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)角成比例關(guān)系。

多極型旋轉(zhuǎn)變壓器與多極型自整角機(jī)相似，其主要差別僅在于繞組的相數(shù)。多極式產(chǎn)品精度比兩極式要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器是將兩個(gè)極對(duì)數(shù)不等的旋轉(zhuǎn)變壓器合在一起。通常極對(duì)數(shù)少的稱(chēng)為粗機(jī)，而極對(duì)數(shù)多的稱(chēng)為精機(jī)。其結(jié)構(gòu)有共磁路和分磁路兩種形式。后者是將粗機(jī)、精機(jī)用機(jī)械組合成一體，各自繞組有單獨(dú)的鐵心，磁路分開(kāi)。前者是粗機(jī)、精機(jī)繞組同時(shí)嵌入鐵心中，繞組彼此獨(dú)立，磁路共用。上述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器組成為電氣變速的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。它不同于兩個(gè)相同且獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)變壓器和減速器組成機(jī)械變速的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。因同步隨動(dòng)系統(tǒng)中采用機(jī)械變速的雙通道系統(tǒng)滿足不了要求，須采用電氣變速雙通道系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅把精度提高到秒極，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。

磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是一種多極旋轉(zhuǎn)變壓器的特殊形式。它利用磁阻原理實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換。定子鐵心開(kāi)有大、小齒，小齒均布在大齒的齒端部位，定子上大槽內(nèi)同時(shí)嵌入單相勵(lì)磁繞組和兩相輸出繞組。轉(zhuǎn)子鐵心是由均布的小齒的沖片疊成，其齒數(shù)即為極對(duì)數(shù)。勵(lì)磁繞組通電后，由于氣隙磁導(dǎo)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化，使得輸出繞組的輸出電壓變化周期即為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，起到多極形式的作用。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、精度高、且無(wú)接觸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，其精度為秒級(jí)。

由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。

普通的正余弦編碼器具備一對(duì)正交的sin，cos 1Vp-p信號(hào)，相當(dāng)于方波信號(hào)的增量式編碼器的AB正交信號(hào)，每圈會(huì)重復(fù)許許多多個(gè)信號(hào)周期，比如2048等；以及一個(gè)窄幅的對(duì)稱(chēng)三角波Index信號(hào)，相當(dāng)于增量式編碼器的Z信號(hào)，一圈一般出現(xiàn)一個(gè)；這種正余弦編碼器實(shí)質(zhì)上也是一種增量式編碼器。另一種正余弦編碼器除了具備上述正交的sin、cos信號(hào)外，還具備一對(duì)一圈只出現(xiàn)一個(gè)信號(hào)周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信號(hào)，如果以C信號(hào)為sin，則D信號(hào)為cos，通過(guò)sin、cos信號(hào)的高倍率細(xì)分技術(shù)，不僅可以使正余弦編碼器獲得比原始信號(hào)周期更為細(xì)密的名義檢測(cè)分辨率，比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048細(xì)分后，就可以達(dá)到每轉(zhuǎn)400多萬(wàn)線的名義檢測(cè)分辨率，當(dāng)前很多歐美伺服廠家都提供這類(lèi)高分辨率的伺服系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)廠家尚不多見(jiàn)；此外帶C、D信號(hào)的正余弦編碼器的C、D信號(hào)經(jīng)過(guò)細(xì)分后，還可以提供較高的每轉(zhuǎn)絕對(duì)位置信息，比如每轉(zhuǎn)2048個(gè)絕對(duì)位置，因此帶C、D信號(hào)的正余弦編碼器可以視作一種模擬式的單圈絕對(duì)編碼器。 9 g0 n9

正余弦伺服電機(jī)編碼器的優(yōu)點(diǎn)是不用采用高頻率的通訊即可讓伺服驅(qū)動(dòng)器獲得高精度的細(xì)分，這樣降低了硬件要求，同時(shí)由于有單圈角度信號(hào)，可以讓伺服電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)力矩大。