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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen
ein Verfahren zum Ermitteln der absoluten Drehposition einer elektromechanischen
Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Ermitteln der absoluten Position einer elektromagnetischen Vorrichtung
mit Hilfe eines groben und eines feinen Index.
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Mechanische Vorrichtungen erfordern
normalerweise die Steuerung einer linearen Kraft, Geschwindigkeit
und/oder Position oder einer Drehkraft, Drehgeschwindigkeit und/oder
einer Drehposition. Diese Regelung kann durch die Verwendung von
hydraulischen, pneumatischen, elektromechanischen und mechanischen
Vorrichtungen ausgeführt
werden. Beispiele für
elektromechanische Vorrichtungen sind Wechselstrommotoren, G1eichstrommotoren, Schrittmotoren
und Stellantriebe. Gleichstrommotoren werden dazu eingesetzt, elektrische
Energie in Rotationsenergie zu verwandeln. Die Geschwindigkeit dieser
Motoren kann durch ein System mit offenem Regelkreis und durch ein
System mit geschlossenem Regelkreis geregelt werden. In einem System mit
offenem Regelkreis werden in Realzeit die aktuelle Position des
Rotors nicht fortlaufend erfasst.
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In einem typischen System mit geschlossenem
Regelkreis wird die Position des Rotors periodisch in den Regelungsprozess
zurückgespeist.
Diese Einspeisemechanismen können
viele Formen aufweisen. Beispielsweise können inkrementale Wellenkodierer
verwendet werden, um Impulse zu erzeugen, die die Wellenposition
anzeigen. Drehmelder können
verwendet werden, um die dynamische Drehposition in einem Regelsystem
anzuzeigen, während
ein Leitrechner Signale zu einem Regelungsleistungsverstärker sendet.
Der Leistungsverstärker
wiederum stellt Energie für
den Rotor zur Verfügung.
Die Drehposition des Rotors wird dann in den Leitrechner zurückgegeben,
womit der Regelkreis geschlossen wird.
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Ein Positionskodiersystem ist bekannt,
das eine Kodierscheibe und wenigstens zwei Detektoren umfasst, die
derart angeordnet sind, dass sie wenigstens eine Spur auf der Kodierscheibe
mit geringer Auflösung
lesen, um Positionssignale zu erzeugen. In diesem Typ von Kodiersystem
liefern die Detektoren Positionssignale an die Auswertevorrichtung
mit einer wesentlichen Phasendifferenz zwischen den Signalen.
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Ein Positionswandler mit einem sich
bewegenden Modulationsteil, das sich in verschiedene Positionen
bei einer Drehung bewegen kann und wenigstens ein Analogsignal liefert,
das sich periodisch mit der Bewegungsposition des beweglichen Teils verändert, ist
ebenfalls bekannt.
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Des Weiteren ist ein Quadraturkodierer
zum Erfassen der Position eingesetzt worden, um die Drehposition
eines Rotors oder eines Lenkrads aufzunehmen. Jedoch kann ein Quadraturkodiersignal nur
eine relative Position zu einem Startpunkt liefern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen einer absoluten Drehposition
bereit zu stellen, das bei vergleichsweise niedrigen Kosten schnell
und genau arbeitet.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
ein Verfahren zum Erfassen einer absoluten Drehposition einer mechanischen
Vorrichtung oder der Komponenten einer mechanischen Vorrichtung,
wie beispielsweise Rotor oder Lenkrad, gerichtet. In dem hier offenbarten
erfindungsgemäßen Verfahren
liefern zwei digitale Signale eine relative Position eines Rotors
oder eines Lenkrads von einem Startpunkt. Ein Z-Indeximpuls und/oder
ein Kommutierungsindex werden verwendet, eine Rotorposition bei
Erfassung des Z-Indeximpulses und/oder des Kommutierungsindex zu
initialisieren.
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In einem Ausführungsbeispiel wird die relative
Drehposition einer elektromechanischen Vorrichtung oder ihrer Komponente
wie beispielsweise ein Rotor oder ein Lenkrad von zwei digitalen
Signalen ermittelt. Die absolute Drehposition des Rotors oder des
Lenkrads wird dann basierend auf einem Kommutierungsindex und/oder
eines Z-Indeximpulses erfasst. Wenn eine Rotorposition zunächst durch
ein Kommutierungsindexsignal initialisiert wird, bevor der Z-Indeximpuls
erfasst wird, wird die Rotorposition bei Erfassung des Z-Indeximpulses
reinitialisiert. Der Z-Index wird einmal jede Umdrehung verwendet
oder erfasst, um eine genaue absolute Position zu ermitteln. Typischerweise
tritt das Kommutierungsindexsignal nach jeder Drehbewegung von etwa
15 bis etwa 90 elektrischen Grad, vorzugsweise 60 elektrischen Grad
auf, so dass ein grober Index für
die Erfassung der absoluten Position geschaffen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sowohl
Geschwindigkeit und Genauigkeit, wenn die absolute Position einer
elektromechanischen Vorrichtung oder einer oder mehrerer ihrer Komponenten wie
beispielsweise eines Rotors oder eines Lenkrads ermittelt wird.
Zusätzlich
stellt das erfindungsgemäße Verfahren
eine Alternative mit geringen Kosten zu Verfahren dar, die auf den
Einsatz eines teuren Absolutkodierers beruhen, um die absolute Position
einer Vorrichtung wie beispielsweise eines Rotors zu bestimmen.
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1 zeigt
ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt, bei dem ein Kommutierungsindexsignal und
ein Z-Indexsignal verwendet werden, um die absolute Drehposition
einer Vorrichtung zu ermitteln.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
für eine
Initialisierung einer absoluten Drehposition zeigt, bei dem eine
Routine zur Unterbrechung des Kommutierungsindex verwendet wird.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
für eine
Initialisierung einer absoluten Drehposition darstellt, bei dem
eine Routine zur Unterbrechung des Z-Indexsignals verwendet wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zur Erfassung einer absoluten Drehposition einer elektromechanischen
Vorrichtung oder einer Komponente einer elektromechanischen Vorrichtung
bereit, beispielsweise eines Rotors oder eines Lenkrads, wobei das
Verfahren ein Erzeugen zweier digitaler Signale, die mit einer relativen
Position des Rotors oder des Lenkrads bezogen auf einen Startpunkt
korrespondieren, ein Erzeugen eines Kommutierungsindexsignals, ein
Erzeugen eines Z-Indeximpulses und eine Initialisierung einer Rotorposition
bei Erfassung des Z-Indeximpulses und/oder des Kommutierungsindexsignals
umfasst.
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Ein Z-Indeximpuls oder -signal kann
auf verschiedenen, insbesondere auf den im Stand der Technik bekannten
Wegen erzeugt werden. Beispielsweise verwendet ein optischer Kodierer
einen Lichtstrahl und eine den Lichtstrahl unterbrechende Schlitzscheibe,
um einen elektrischen Impuls als Reaktion auf eine Drehung zu erzeugen.
Der elektrische Impuls, der mit dem Z-Indeximpuls korrespondiert, der
die Erfassung des Null-Bezugspunkts beispielsweise eines Rotors
anzeigt, kann dadurch erzeugt werden, dass die Schlitzscheibe derart
ausgestaltet wird, dass der mit dem Nullpunkt des Ro tors korrespondierende
Schlitz den Strahl in anderer Weise als die anderen Schlitze unterbricht,
was einen eindeutigen elektrischen Impuls erzeugt, der mit dem Z-Indeximpuls
korrespondiert. Der gleiche Grundsatz gilt für die Erzeugung eines Kommutierungsindexsignals. Jedoch
tritt das Kommutierungsindexsignal in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung häufiger
als der Z-Indeximpuls auf, der nur einmal pro Umdrehung auftritt.
Beispielsweise tritt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
das Kommutierungsindexsignal ungefähr bei jeder 60-Grad Unterteilung
des Rotors auf.
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1 stellt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. In diesem Ausführungsbeispiel holt das Verfahren
zum Anfang zwei digitale Signale ein, das Quadraturpaar 100.
Nach Erhalt des Quadraturpaars ermittelt das Verfahren, ob die Rotorposition
durch den Z-Index 102 initialisiert worden ist. Wenn ja,
endet das Verfahren 116. Im anderen Fall ermittelt das
Verfahren, ob der Z-Index erfasst worden ist 104. Wenn
ja, holt das Verfahren das Ergebnis des Quadraturpaarsignals 112 ein,
initialisiert dann die absolute Rotorposition 114, und
endet danach 116. Falls kein Z-Indexsignal im Schritt 104 ermittelt
worden ist, endet das Verfahren dann, wenn die Rotorposition durch
den Kommutierungsindex 106 initialisiert worden ist. Im
anderen Fall ermittelt das Verfahren, ob ein Kommutierungsindexübergang erfasst
worden ist 108. Wenn kein Übergang erfasst worden ist,
ist das Ende des Verfahrens erreicht. Wenn er Kommutierungsindexübergang
erfasst worden ist, ermittelt das Verfahren, in welchem der sechs elektrischen
Kommutierungsbereichen der Rotor positioniert ist. Die Kommutierungsbereiche
können den
60 Grad Unterteilungen eines Rotors, also 0°–60°, 60°-–120°, 120°–180° entsprechen.
Das Verfahren initialisiert dann die absolute Position 114,
und das Verfahren endet 116.
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Vorzugsweise tritt das Kommutierungsindexsignal
nach jeder Drehbewegung von ungefähr 15 bis 90 elektrischen Grad,
vorzugsweise 60 elektrischen Grad auf. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
eine Reinitialisierung des Rotors verhindert, wenn der Z-Indeximpuls
die Rotorposition für
jede Rotor- oder Lenkradumdrehung initialisiert hat. Die Erfindung
kann in verschiedenen Anwendungen wie der Robotertechnik, Gerätepositionsbestimmung, Messtechnik,
Dosierung des Flusses der Kraftstoffpumpe oder beim Drehknopf für die Menüauswahl eingesetzt
werden.
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Die Indexsignale werden vorzugsweise durch
Verwendung wenigstens einer Kodierscheibe eingeholt, die ein Kodiersystem
festlegt. Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, umfasst
eine typische Kodierscheibe ein bestimmtes Feld von Linien oder
Balkenmarukierungen entlang ihres Umfangs herum, von denen jede
mit einer Zähleinheit oder
einem Schritt korrespondiert.
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Ein Kodierer arbeitet mit einer Rückkopplungsvorrichtung
zusammen, die mechanische Bewegung in elektrische Signale umwandelt,
beispielsweise einen mechanischen Bewegungssensor. In einem Ausführungsbeispiel
ist der Kodierer ein Drehkodierer, welcher digitale Impulse erzeugt,
die mit einer inkrementalen Winkelbewegung korrespondieren. Somit
erzeugt beispielsweise ein Kodierer mit 1000 Linien 1000 Impulse
bei jeder mechanischen Umdrehung.
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Bevorzugte Drehkodierer der Erfindung
sind aus einer dünnen
Metallscheibe hergestellt, die vorzugsweise eingeschnittene Schlitze
aufweist und die weiter vorzugsweise ungefähr 1024 geschnittene Schlitze
aufweist, obgleich eine Scheibe mit einer anderen Anzahl von eingeschnittenen
Schlitzen verwendet werden kann. Der Drehkodierer der Erfindung
ist vorzugsweise aus Glas, Kunststoff, Metall oder einer Materialkombination
hergestellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der
Kodierer ein photographisch abgesetztes, radiales, in Spuren gestaltetes
Muster. Diese Art von Kodierer erzeugt digitale Impulse, wenn beispielsweise
die radialen Linien jeder Spur einen Lichtstrahl zwischen einem
Lichtquelle-Photozellen-Paar unterbrechen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
ein Drehkodierer ein inkrementaler Kodierer, der digitale Impulse
erzeugt, wenn die Welle sich dreht, womit die relative Position
der Welle gemessen werden kann. Der inkrementale Kodierer, der manchmal auch
relativer Kodierer genannt wird, ist einfacher im Aufbau als ein
absoluter Kodierer.
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Ein typischer inkrementaler Kodierer
umfasst zwei Spuren und zwei Sensoren, die zwei Ausgänge, Kanal
A und Kanal B, haben, auf die als Quadraturpaar Bezug genommen wird.
Diese zwei Signale werden Quadraturpaar genannt, weil das sich wiederholende
An-Aus-Muster eines Signals mit einem Viertel des Impulszyklus bezogen
auf das andere beabstandet ist. Wenn ein ganzer An-Aus-Zyklus eines
Outputs 360 elektrische Grad haben soll, würden die zwei Signale Idealerweise
90 Grad voneinander beabstandet sein.
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Jeder komplette Zyklus des Quadraturpaars beinhaltet
vier Übergangsflanken.
Der Betrag des Positionsparameters wird durch Zählen aller Übergangsflanken in dem Quadraturpaar
ermittelt. Durch Vergleich der Übergänge mit
einer Zeitbasis kann die Geschwindigkeit bestimmt werden.
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Wenn die Welle rotiert, treten Impulsfolgen mit
einer Frequenz in den Kanälen
auf, die proportional zu der Wellengeschwindigkeit ist, und die
Phasenbeziehung zwischen den Signalen liefert die Drehrichtung.
Durch Zählen
der Anzahl der Impulse und bei Kenntnis der Auflösung der Scheibe kann die Winkelbewegung
gemessen werden.
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Das Quadraturpaar, das heißt der A-
und B-Kanal, können
verwendet werden, um die Drehrichtung dadurch zu ermitteln, dass
festgestellt wird, welcher Kanal den anderen anführt. Ein Signal wird willkürlich als
Primärsignal ausgewählt, und
das andere Signal wird als Sekundärsignal bezeichnet. Wenn die
Phase des Primärsignals
die Phase des Sekundärsignals
anführt,
ist das Vorzeichen positiv. Führt
das Sekundärsignal
das Primärsignal
an, ist das Vorzeichen negativ. Werden diese Techniken kombiniert,
kann ein Quadratursignalpaar alle notwendigen Positionsinformationen
auf einer einzigen Achse bereitstellen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird ein vorzugsweise digitales Quadratursignal eines
inkrementalen Kodierers verwendet, um die Drehrichtung beispielsweise
eines Rotors oder eines Lenkrads zu ermitteln. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist die Phasendifferenz, definiert als die Phase des Signals A minus
der Phase des Signals B, +90°,
wenn die Vorrichtung wie beispielsweise ein Rotor oder ein Fahrzeuglenksystems nach
rechts oder im Uhrzeigersinn gedreht wird, und -90°, wenn der
Rotor oder das Fahrzeuglenksystem nach links oder gegen den Uhrzeigersinn
gedreht wird. Die Quadratursignale A und B können beispielsweise durch Verwendung
von Schaltkreisen dekodiert werden und die Drehrichtung kann basierend auf
der Ebene eines Signals während
des Flankenübergangs
des Sekundärsignals
ermittelt werden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann der Kodierer ein magnetischer Kodierer sein. Ein magnetischer
Kodierer umfasst ein drehbares Zahnrad aus Eisenmaterial und ein
magnetisches System, das ein Permanentmagnet und einen magnetwiderstandsbeständigen (magneto-resistiv)
Sensor aufweist. Eine Bauart des magnetwiderstandsbeständigen Sensors
beruht auf dem Hall-Effekt, um einen Impuls für jeden Zahn des Zahnrads zu
erzeugen, der den Sensor passiert. Ein anderer Typ verwendet eine
einfache Drahtspule in dem magnetischen Feld, wobei ein Spannungsimpuls
in der Abtastspule indiziert wird, wenn die Zähne des Zahnrads den Sensor passieren
und den Magnetfluss stören.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann beide Bauarten der magnetischen Kodiersysteme
verwenden.
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In einem magnetischen Kodiersystem
ist das Zahnrad typischerweise an einer drehbaren Welle angebracht
und weist genau gefertigte Zähne
auf, die magnetisch kodiert sind, um für Kodierungsmuster zu sorgen.
Das magnetische Kodiermuster wird durch den Sensor als Folge von
An- und Aus-Zuständen gelesen.
Wenn die Scheibe rotiert, stören
die Zähne den
durch den Permanentmagneten hervorgerufenen magnetischen Fluss,
was zur Folge hat, dass sich das Flussfeld ausdehnt und zusammenfällt. Diese Änderungen
in dem magnetischen Feld werden von dem Sensor erfasst, der dann
einen korrespondierende digitalen Signaloutput oder Impulssignaloutput
erzeugt, der die inkrementale Drehbewegung abbildet. Ein magnetischer
Kodierer sorgt für
eine gute Auflösung
und kann unter einer Vielzahl von Bedingungen arbeiten.
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In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann der Kodierer ein digital-optischer Kodierer sein. Ein digital-optischer
Kodierer ist eine Vorrichtung, die Bewegung in eine Folge von digitalen Impulsen
umwandelt. Genauer gesagt, ein optischer Kodierer nutzt ein Lichtstrahl
und eine einen Lichtstrahl unterbrechende Schlitzscheibe, um elektrische Impulse
als Folge der Drehung zu erzeugen. Durch Zählen einzelner Bits oder durch
Erfassen eines Satzes von Bits können
die Impulse in relative oder absolute Positionsmaße umgewandelt
werden. Ein Vorteil der optischen Kodierer besteht darin, dass die Wellenposition
durch Verwendung eines Lichtstrahls erfasst wird. Weil der Aufbau
keine sich berührenden Bewegungsteile
umfasst, weisen optische Kodierer eine vergleichsweise hohe Drehlebensdauer
von zum Beispiel mehr als 10 Millionen Zyklen auf.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst
das Verfahren das Verwenden eines digitalen Frequenzzählers, eines
Detektors zur Aufnahme der Positionssignale und eines Prozessors
zum Ermitteln der Bewegung der Kodierscheibe basierend auf den Signalen
von dem Detektor. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren
die Verwendung eines optischen Systems, das Licht wie beispielsweise
eine Lichtemittervorrichtung erzeugt, oder optional einen Analog-digital-Umwandler
zum Abtasten und Digitalisieren eines analogen Kodiersignals.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren das Verwenden eines digitalen Filters zur
Beseitigung von Effekten, die durch elektrisches Rauschen der Kodiersignale
entstehen, eines Elementes, das beispielsweise Signalspeicher zum Aufnehmen
der aktuellen Rotorposition basierend auf einem externen Signal
umfasst, und eines Elementes, das eine aktuellen Rotorposition mit
einem vorgewählten
Wert vergleicht und das ein Signal erzeugt, wenn der vorgewählte Wert
erreicht wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann auch das Verwenden einer Rückkopplungsvorrichtung umfassen,
die eine Winkelwellenposition in analoge Signale umwandelt. Die
analogen Signale können
durch Verwenden von Mitteln wie einem Drehmelder-Digital-Umwandler
verarbeitet werden, um eine digitale Positionsinformation zu erzeugen.
Der Drehmelder kann ein Impulsgebertyp oder ein Empfängertyp
sein.
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In Verbindung mit dem Kommutierungsindexsignal
verwendet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Mittel zum Erzeugen eines Z-Indeximpulses, um ein hoch genaues Mittel
für die
Erfassung der absoluten Position zu bilden. Der Z-Indeximpuls der
Erfindung ermöglicht
die Bestimmung der absoluten Position einmal pro Umdrehung. Im Wesentlichen
ist die Routine zur Unterbrechung des Z-Indeximpulses bezüglich der
Initialisierung der Rotorposition, dominant, da sie genauer als
der Kommutierungsindex ist.
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Die Kommutierungsindexsignale können eine
absolute Position zwischen ungefähr
15 und 90 elektrischen Grad liefern, insbesondere alle 60 elektrische
Grad, was eine frühere
Erfassung der absoluten Position als mit dem Z- Indeximpuls ermöglicht. Jedoch sind die Kommutierungsindexsignale
nicht so genau wie der Z-Indeximpuls. Zusammen sorgen die Kommutierungsindexsignale
und das Z-Indexsignal sowohl für
Geschwindigkeit und Exaktheit, wenn die absolute Position von beispielsweise
eines Rotors oder eines Lenkrads ermittelt wird.
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Folglich nutzen die verschiedenen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowohl die Kommutierungsindexsignale als auch die
Z-Indexsignale aus, um die Information über die absolute Position so schnell
und so genau wie mög-
lich bei vergleichsweise niedrigen Kosten zu erhalten. Wenn der
Z-Indeximpuls zuerst
erkannt wird, ist die absolute Position gefunden und eine weitere
Initialisierung wird nicht benötigt.
Sobald die Rotorposition durch die Routine zur Unterbrechung des
Z-Indeximpulses initialisiert worden ist, kann die Rotorposition
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
nicht wieder reinitialisiert werden. Wenn eine Rotorposition zunächst durch den
Kommutierungsindex initialisiert wurde, wird der Z-Index die Position
reinitialisieren, wenn der Z-Indeximpuls aufgenommen wird, um ein
genauere Rotorposition zu erhalten.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm zum Initialisieren der Rotorposition durch Verwenden
der Routine zur Unterbrechung des Kommutierungsindex. Das Programm
bestimmt als erstes, ob der Kommutierungsstatus gültig oder
ungültig
ist 200, und bestimmt dann, ob ein unzulässiger Übergang
erfolgt ist 202. Das Programm bestimmt weiter, ob die Rotorposition initialisiert
worden ist 204. Wenn ja, dann schaltet die Routine alle
Unterbrechungen des Kommutierungsindex und der Kommutierungsspur 214 ab
und beendet das Programm. Falls die Rotorposition nicht initialisiert
worden ist, bestimmt das Programm, ob ein ungültiger Zustand aufgetreten
ist 206 und wenn dem so ist, endet das Programm 216.
Falls kein ungültiger Zustand
aufgetreten ist, bestimmt das Programm, ob ein falscher Kommutierungsindexübergang
aufgetreten ist 208. Wenn ja, dann endet das Programm 216. Falls
kein un zulässiger Übergang
aufgetreten ist, bestimmt das Programm, ob ein Kommutierungsindexübergang
stattgefunden hat 210. Wenn kein Übergang stattgefunden hat,
endet das Programm. Falls ein Übergang
stattgefunden hat, initialisiert die Routine die absolute Rotorposition 212.
Die Routine schaltet dann alle Unterbrechungen des Kommutierungsindex
ab und beendet das Programm 216.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm zum Initialisieren der absoluten Rotorposition
durch Verwenden einer Routine zur Unterbrechung des Z-Indeximpulses. Die
Routine holt zunächst
den Wert aus der Z-Indexzählerfassung 300.
Die Routine initialisiert dann die absolute Rotorposition 302 und
schaltet die Z-Index-Unterbrechung 304 ab, danach endet
die Routine 306.
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Ein Beispiel soll die Erfindung verdeutlichen: Zwei
Signale A und B werden dem Microcontroller übergeben und werden hinsichtlich
der Signale zum Anschlussmodul invertiert. Zusammen bilden diese zwei
Signale ein digitales inkrementales Quadraturkodiersignal. Die zwei
Signale werden verwendet, die Relativposition und die Richtung des
Rotors oder des Lenkrads zu bestimmen. Der Auf/Abzähler-Taktgeber,
der dezentral in dem Microcontroller angeordnet ist, wird eingesetzt,
die Quadraturinputs zu dekodieren und wandelt diese in eine aufsteigende
Zählung (Drehung
nach rechts) und eine absteigende Zählung (Drehung nach links)
um. Diese Zählung,
welche mit der Rotor- oder Lenkradposition korrespondiert, kann
direkt aus dem Register gelesen werden. Da die aufsteigenden und
abfallenden Flanken für
beide Signale A und B gezählt
werden, ergeben sich vier Zählungen
pro Kodieranschluss.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
Quradraturkodierers ist ein Rotorpositionskodierer mit einer Schnittstelle
eines Rotorpositionssensors verbunden. Ein korrespondierendes Signal weist
typischerweise eine Fre quenz von 0 bis 50 kHz und eine Auflösung von
0,09 Rotorgrad für
jeden Zählschritt
auf. Eine typische Hardware-Reaktionszeit beträgt ungefähr 3 μs.
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Das Kommutierungsindexsignal wird
von drei Indexsignalen IA, IB und
IC erzielt, welche an den Microcontroller übergeben
werden und hinsichtlich der Signale an das Anschlussmodul invertiert
werden. Die Kombination der drei Indexsignale bestimmt die Rotorposition
innerhalb von ungefähr
60 elektrischen Grad. Beispielsweise kann die Rotorposition in sechs
Bereiche entsprechend 0°–60°, 60°–120°, 120°–180° und so weiter
aufgeteilt werden. Die drei Indexsignale können als Interrupts, insbesondere
als Startup oder als gepolte Signale verwendet werden, insbesondere
für die
Fehlererfassung. Wenn sie dem Microcontroller übergeben werden, werden die
drei Indexsignale hinsichtlich der Signale an das Anschlussmodul
invertiert. Vorzugsweise wird eine Softwarefilterung verwendet,
insbesondere wenn der Filterkreis Frequenzen über 100 Hz überschreitet.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
Kommutierungsindexkodierers ist ein Rotorpositionssensor mit einer
peripheren Vorrichtung wie einer Schnittstelle eines Rotorpositionssensors
verbunden. Ein typisches Signal hat eine Wellenfrequenz zwischen
0 und 100 Hz und eine Auflösung zwischen
ungefähr
15 bis 90 elektrischen Grad nach Dekodierung, vorzugsweise 60 elektrischen
Grad. Eine typische Hardware-Reaktionszeit beträgt rund 2,5–3 μs.
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Letztlich zeigt das Z-Indexsignal
an, wenn sich der Kodierer des Rotorpositionssensors zu seiner Ausgangsposition
gedreht hat, was einmal bei jeder mechanischen Rotorumdrehung erreicht
wird. Das Signal bei dem Microcontroller wird hinsichtlich des Signals
am Anschluss invertiert.