用于周期数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值的方法和装置

摘要

用于周期数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值的方法和装置，其中限制传输的位置值的数值范围使得不能绘制出完整的周期，或者在线性运动的情况下不能绘制出依赖于机械条件的其它完整周期，并且通过在分析单元中检测数值范围被超过而产生实际位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于周期数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值 的方法和装置。

背景技术

角度传感器是普遍公知的。在通常实施为增量编码器的角度传感器中， 测得的轴的角度值被数字地传输。

发明内容

因此本发明的目的在于，改进测得的数值由角度传感器向电子设备的 传输，其中，本发明意在使用抗干扰数据传输。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1，2或3的用于周期数字传输 具有惯性质量的运动物体的位置值的方法和根据具有权利要求16的特征 的装置得以实现。

在上述装置和方法中，本发明的重要特征在于，

本发明的优点在于，数字传输能抵抗干扰效应，例如能抵抗磁场辐射 等等。

在一个有利的设计方案中，

在本文中，本发明的优点在于，

在用于周期数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值的方法中的重 要特征在于，

传输的位置值的数值范围被限制成使得不能绘制出完整的周期，或者 在线性运动的情况下不能绘制出依赖于机械条件的另一完整周期，并且通 过在分析单元中检测超出数值范围的情况被而产生实际位置，

特别地，

-其中，在第一时刻传输没有数值范围限制的位置或者传输远小于在 连续运行中的数值范围受限程度的位置；

-和/或其中，该数值范围被确定成使得在最大速度下在一个取样周期 内出现的距离差小于所选择的数值范围的一半，其中该数值范围被选择成 尽可能地小；

-和/或其中，取代数值范围限制的绝对位置而传输与具有相同数值范 围限制的在先位置之间的差。

本发明的优点在于，仅须传输少量数据流，并且因此少量带宽足够用 于所述传输。此外还可以实现更高的可靠性，因为在传输完整的位置值之 后，可以实施与由限制数值范围的数值所确定的位置值的比较并且因此可 以监视是否超过了最大允许的加速度，因此可以监视是否出现不可预知的 事件，例如发生错误等。可选地，也可以舍弃完整位置值的周期性传输， 以致具有较小带宽的数据连接足够进行快速的位置值传输。因此，由传感 器获取的数据能够以可压缩或者数据压缩的形式进行传输。

通过对该距离差与数值范围的一半进行比较可以以简单的方式实施关 于位置值的完整信息的重建。

根据权利要求2的可选的用于周期数字传输具有惯性质量的运动物体 的位置值的方法中的重要特征在于，相对于可能的位置值的数值范围限制 传输的位置值的数值范围，从而使得特别是不能绘制出完整的周期，或者 在线性运动的情况下不能绘制出依赖于机械条件的其它任何完整周期，

并且这样确定实际位置，使得由在先位置和在先确定的速度形成位置 的估计值，并且该估计值借助于传输的数值范围受限的位置值得到校正，

特别地，

-其中，通过比较数值范围受限的位置估计值和传输的数值范围受限 的位置值来确定数值范围的超出，并且所述超出量用于校正估计值，

-和/或，在开始时一次性传输其数值范围包括可能出现的位置的范围 的位置，

-和/或，取代数值范围受限的绝对位置而传输与具有相同数值范围限 制的在先位置之间的差。

其优点在于，获取到惯性质量上的位置值。通过由此实现的对产生的 加速度和不规则地跳动的限制，即加速度的时间导数，可以实现对相应的 周期时间内的速度变化的限制，从而使得仅需以小于例如粗略分解轨迹的 一个周期单元来校正估计值。

在根据权利要求3的用于数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值 的方法中重要特征在于，该位置值的特征在于至少两个值，特别是部分角 度值和子角度值和/或精细角度值，特别是数字值，

其中第一值可以以整数表示，并且为每个数分配一个位置值范围，

其中为每个特征为第一值的位置范围分配位置范围的相互分离的部分 范围；这些部分范围的每一个的特征为第二值，该第二值可以表示为整数，

其中在第一时刻获取位置值并且传输相应的第一值和第二值，

其中，

（i）获取另一位置值并且传输相应的因此新获取的第二值，

（ii）由所述新获取的第二值和之前获取的第二值确定由第一值表示的 位置值范围，由此也确定对应于新获取的位置值的第一值的位置值范围。

其优点在于，在第一时刻可获得关于所获取的位置值的完整信息，并 且因此确定仅相对于该第一位置值而限定的新位置值。因此可能实现压缩 的数据传输或者在数据传输中实现升高的冗余。

在一种有利的设计方案中，所述位置值是旋转部件即目标物体的角度 值，其中该目标物体作为惯性质量具有惯性力矩。其优点在于，360°的完 全翻转可以被划分为多个部分范围，并且因此将完全翻转分解成由此形成 的位置值范围。

在一种有利的设计方案中，所述传输在时间上反复重复，特别是周期 性重复，特别是以规则的时间间隔重复，特别是多次依次实施步骤（i）和 （ii）。其优点在于，可以不断反复确定该位置。在此，优选地，所述时间 间隔足够短，使得最大期待的位置值变化保持低于临界值，该临界值优选 地低于位置值范围的一半。

在一种有利的设计方案中，在步骤（ii）中，由之前获取或确定的位置 值和相应的速度确定估计值，并且将新获取的位置值的第二值与估计值的 第二值进行比较，并且确定新获取的位置值的第二值和所述估计值的第二 值之间的差，并且由此确定对应于新获取的位置值的位置范围。其优点在 于，速度值是已知的并且因此完全可以确定估计值，将由速度和对应的时 间间隔得出的位置值变化加入至旧的位置值。

在一种有利的设计方案中，在步骤（ii）中，确定新获取的第二值和之 前获取的第二值之间的差；特别地，响应于超出位置范围的一半，可以推 断出新获取的位置值处于相邻的位置范围内。其优点在于，可以以简单的 方式完全由所述差和获知的期待的最大位置值变化来确定新位置值，尽管 只需传输一个受限的数值范围。

在一种有利的设计方案中，在步骤（ii）中，对新获取的第二值和之前 获取的第二值进行比较，并且特别是当新获取的第二值和之前获取的第二 值之间的差超过位置范围的一半时，确定新获取的位置值所处的相邻范围。 其优点在于，尽管传输受限的信息，可以以简单的方式实现位置值的完全 确定。

在一种有利的设计方案中，在时间间隔Δt中，两个相继执行的位置获 取之间的速度的变化被限制在临界值，特别地，该临界值由惯性质量确定 或者至少共同确定。其优点在于，仅可获得有限数量、特别是两个可能的 位置值，并且仅由该有限数量就必须能够确定新位置值。

在一种有利的设计方案中，所述位置值是角度值或线性位置，特别地， 所述速度是角速度或在直线方向上出现的速度。其优点在于，可在旋转或 线性驱动调节装置的情况下、即独立于位置检测传感器的类型使用本发明。

在一种有利的设计方案中，第一值和第二值被分配给具体的轨迹，特 别是分配器轨迹，其中所述第一值被分配给比所述第二值更加精细分辨的 轨迹。其优点在于，仅需传输一个受限的信息值，并且尽管如此，可以得 到关于该位置的完整信息。

在一种有利的设计方案中，为每个特征为第二值、特别是子角度值的 位置范围分配位置范围的相互分离的部分范围，其中这些部分范围的每一 个的特征为第三值、特别是精细角度值，该第三值可以表示为整数，

特别地，在第一时刻获取位置值，并且传输相应的第一值、第二值和 第三值；

所述第三值和所述第二值被传输，特别地，所述第三值在该第二值之 前或之后被传输。其优点在于，可以获取并传输作为第一值的部分角度以 及作为第二值的子角度，其中所述子角度可以由精细角度范围进一步精细 分解。精细角度和子角度信息的传输足够以便确定更加粗略地分解的部分 角度。

在用于控制驱动装置的方法中，重要特征在于，周期地反复获取位置 值并且将相应的信息传输至控制装置，特别地，利用根据前述权利要求至 少之一的方法来进行，

其中该位置值的特征在于至少两个值，特别是部分角度值和精细角度 值，特别是数字数值，

其中所述第一值可以以整数表示，并且为每个数分配位置值范围，

其中为每个特征为第一值的位置范围分配位置范围的相互分离的部分 范围，其中这些部分范围的每一个的特征为第二值，该第二值可以表示为 整数，

其中在所述第一值之前传输所述第二值，

其中，

（i）在传输新获取的第二值之后，由该新获取的第二值和之前传输的 第二值确定第一值，该第一值对应于新获取的第一值，并且这样确定的位 置值被控制装置使用，以确定所述控制装置的控制变量的更新值，

特别地，重复所述步骤（i）。

其优点在于，已经可以使用第一值的传输的持续时间来确定下一个控 制变量值。

在用于控制驱动装置的方法中，重要特征在于，周期地反复获取位置 值并且将相应的信息传输至控制装置，

其中所述位置值的特征为至少两个值、特别是部分角度值和精细角度 值，特别是数字值，

其中所述第一值可以由整数表示，并且为每个数分配位置值范围，

其中为每个由第一值表示的位置范围分配所述位置范围的相互分离的 部分范围，其中这些部分范围的每一个的特征为第二值，该第二值可以表 示为整数，

其中在所述第一值之前传输所述第二值，

其特征在于，

（i）在传输新获取的第二值之后，在额外考虑最近一次确定的速度的 情况下由新获取的第二值和之前传输的第二值确定第一值，该第一值对应 于新获取的第一值，并且这样确定的位置值被控制装置使用，以确定所述 控制装置的控制变量的更新值，

（ii）在传输新获取的第二值之后，由新获取的第一值和新获取的第二 值更新速度值，其中也考虑之前获取的第一值和之前获取的第二值，

重复所述步骤（i）和（ii）。其优点在于，即使在出现速度的情况下， 可以确定估计值，并且该估计值仅需被校正。

在一种有利的设计方案中，在传输所述第一值之后，将第一值与根据 步骤（i）确定的值进行比较，并且在出现偏差时触发一种行为，例如显示 和/或传送警告信息和/或切断所述驱动装置和/或激活所述驱动装置的安全 状态。其优点在于，提高了安全性。

在一种有利的设计方案中，在传感器中获取位置值，并且该传感器通 过数字接口与分析单元相连，

其中该分析单元具有存储器并且具有用于由传输的数值范围受限的位 置值确定位置值的装置，

特别地，所述分析单元与控制装置相连。

其优点在于，仅需要较小的带宽用于数据传输。

其它优点由从属权利要求得出。本发明并不限于权利要求的特征组合。 对本领域技术人员而言，可以由权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明 书和/或附图的特征，特别是由发名目的实现方案和/或通过与现有技术进行 比较而提出的问题而得出其它有意义的组合可能。

附图说明

现在借助附图详细阐述本发明。

具体实施方式

在根据本发明的驱动系统中，角度传感器以扭转固定的方式连接至驱 动装置的轴，例如，连接至为转换器供电的电机的电机轴或者连接至由为 转换器供电的电机驱动的传动装置的轴，从而可以检测角度位置。

在此，在第一时间段传输数字形式、即作为数字报文或消息的角度值。

传输至转换器的信号电子装置的值被该信号电子装置中的控制单元使 用，以通过调整电机电压将电机电流调节至具体的希望的设定值。

在此，由部分角度范围和至少一个精细角度范围表示角度值。在此， 该部分角度仅为360°的完全翻转粗略分解。该精细角度将具体的部分角度 范围划分为更精细的角度段。

在传输角度值时，首先传输精细角度值并且随后传输更粗略的部分角 度值。

通过考虑临界值，特别是最大加速度值和/或最大不规则跳动、即该加 速度的时间导数，并在考虑最近一次获得的角度值和角速度值的情况下， 信号电子装置已经能够由所述精细角度值确定新获取的角度值。

通过这种方式，可以使得控制单元在很早的阶段就考虑用于控制的新 获取的角度值。根据本发明，为了确定新获取的角度值，仅需少量计算步 骤，因为仅需耗费少量计算时间。然后，在控制单元中，由如此确定的角 度值和其它数值计算电机电压值，该电机电压值将被转换器调整。

然后，在计算时间期间，也可以将更粗略的部分角度值由角度传感器 传输到转换器的信号电子装置。

然后，在下一个时间步骤之前，及时直接获悉实际获取的角度值。因 此，可以提高安全性，因为由所述精细角度确定的角度值和完整传输的角 度值可以相互进行比较。此外，可以利用完全传输的角度值和相应的更新 的角速度值从而由下一个精细角度值进行下次角度确定。

换言之，因此在每个时间步骤内使用最近一次完全传输的数值，该数 值因此包括精细角度值和部分角度值并且利用该数值之前的数值之间的差 确定更新的速度。然后由这些数值为期待的下个角度值确定估计值。为了 确定这个角度值，考虑由驱动装置驱动惯性质量、特别是线性或旋转驱动， 并且响应的时间步骤内的速度尽可以发生最大量的变化。这个如此确定的 估计值也可以由精细角度值、部分角度值和在某些情况下由子角度值限定。 新传输的精细角度值是新获取的并由角度传感器传输的，该传输的角度值 然后用于确定新角度值，该新角度值然后立即由控制单元使用。与此平行 进行的新获取的角度值的完全传输之后，然后将其与仅由传输的精细角度 值确定的数值进行比较，由此可以进行安全性检查。重复该方法，其中由 完全传输的角度值再次确定更新的角速度并且然后相应地反复使用。

在一种实施改进方案中，完全传输的角度值仅在第一时间步骤中使用。 在下一时间步骤中，然后多次仅使用由各自估计值和精细角度值、优选以 及由附加的子角度值确定的角度值。

为了继续进行改善而设置子角度范围，该范围的分辨率设置在精细角 度范围的分辨率和部分角度范围的分辨率之间。

在第一实施改进方案中，设置两个轨迹，即部分角度轨迹和精细角度 轨迹。在此，在圆周方向上设置m个部分角度范围并且部分角度范围在圆 周方向上等长。同样地，所述精细角度范围在圆周方向上也是等长的。为 每个部分角度段分配相等数量的精细角度范围，其中该数量可以处于0至 n-1之间。在此，m和n分别是整数。

在由角度传感器获取部分角度值并因此获取部分角度的数量并且由角 度传感器获取精细角度值F1并因此获取精细角度的数量的第一时间段之 后，在时间间隔Δt之后获取精细角度值F2。

为了确定该角度值，即关于新的部分角度值的缺少的信息，由与新精 细角度值和之前的精细角度值之间的差F2-F1并由F1和F2的比较确定是 否发生了正或负翻转方向上的溢出。为此，重要之处在于，可能的最大角 速度v_max很小，使其满足：

-(1/2*m-1)≤v_max*Δt≤(1/2*m)，

因此，在溢出的情况下仅可以进入下一个相邻的部分角度，即部分角 度范围。因此，当角位置检测在非常小的时间距离Δt中实施时，可以仅由 新获取的精细角度测量值和之前的角度值的信息唯一地重建新获取的角度 值。

精细角度值的感测可以在另外的时间距离Δt之后按需要多次重复。因 此，甚至仅精细角度值的传输也足以确定各种情况中新获取的角度值；但 是其中在第一时刻，获取的角度值必须是已知的。

图1示出的具有三个轨迹，即具有部分角度轨迹、子角度轨迹和更精 细地分解所述子角度轨迹的精细角度轨迹的第二实施改进方案。在此，在 圆周方向上设置m个部分角度范围，例如m=32，并且该部分角度范围在 圆周方向上等长。同样地，子角度范围在圆周方向上等长，其中每个部分 角度被划分为n个子角度范围。所述精细角度范围在圆周方向上等长，其 中为每个子角度范围分配q个精细角度范围。为每个部分角度段分配相同 数量的子角度范围，其中该数量可以在0至n-1之间。在此，m、q和n 各自为整数。在图1中，q=4并且n=4。

因为，在具有惯性质量的系统中实施角位置检测，并且出现的加速度 小于最大值a_max，在时间间隔Δt内的角速度盖变化仅可能由最大速度差 限定：

Δv_max=a_max*Δt

由最后获悉的角速度v_old和最后获悉的角度α_old得出估计值

α_估计值=α_old+v_old*Δt。

相对于该估计值的角度变化最大为Δt_max*Δt，并且产生下一个相邻 子角度范围中的子角度的最大溢出。

因此，为了确定下一个角度值，不需要获取的部分角度、子角度和精 细角度的新值，而是当适用于之前的时间段的角度值已知时，该子角度和 精细角度是足够的。由旧子角度值和新子角度值的比较并由新旧子角度值 之间的差得出新的子角度范围。因为传输新的子角度范围，所以该数值也 是已知的，其中一对一地相对于角度值将所述精细角度值分配给新的子角 度值。

该方法在图1中以具体的示例示出：旧角度值例如为P_A=（部分角 度值=1,子角度值=2,精细角度值=3）。在此，旧角速度为每个时间 段Δt中9个子角度范围。因此，得出估计值为P*=（部分角度值=3,子 角度值=3,精细角度值=3）。

当现在新测量值具有精细角度1和子角度1时，得出两个可能的角度 值，其表示为F=（子角度1，精细角度1）和F′=（子角度1，精细角度1）。 因为现在出现的最大速度变化Δv_max=a_max*Δt被选择成Δv_max* Δt小于部分角度范围的一半，所以减法操作和比较可以清楚地确定该新的 角度值是F而不是F′。新的角度值因此确定为P=(部分角度值=4,子角度 值=1,精细角度值=1)，由此确定新的速度为每个时间段Δt中10个子角度 范围。因此，可以不需要传输新获取的部分角度值。

在图2中详细示出了该方法。在此，首先在角度传感器中将新获取的 关于角度值的信息P减少为部分信息F，该信息F仅包含所述子角度值和 精细角度值，而不包含部分角度值。该数值F被传输到优选设置在逆变器 或转换器的控制电子装置中的分析电路。

在该分析电路中，在考虑之前获取或确定的角度值P_A和之前确定的角 速度v_A的情况下，由部分信息F确定新获取的角度值P和新出现的角速 度v。

附图标记列表

P_A  之前获取的角度值

P*  角度的估计值

P   新确定的角度值

F   中间值

F′ 第二中间值

v_A  之前确定的角速度