用于循环式数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值的方法和设备

摘要

一种用于循环式数字传输具有惯性质量的运动物体的位置值的方法和设备，其中这样限制所传输的位置值的值范围：不去形成完整的一转或者在直线运动情况下由机械条件决定的其它完整周期，并且在评估单元中通过识别出值范围被超过的情况来形成实际位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于循环式数字传输具有惯性质量的运动物体的位置 值的方法和设备。

背景技术

一般公知角度传感器。在设计为增量式传感器的角度传感器中数字传 输检测到的轴角度值。

发明内容

因此本发明的目的是，对检测到的值从角度传感器到电子仪器的传输 进行改进，其中能够防止干扰地可靠地传输数据。

该目的根据本发明在根据权利要求1或2中所述的方法和在根据权利 要求15给出特征的装置中实现。

在用于调节驱动装置的方法中的重要特征是，在时间上反复地检测位 置值，并且将从属的信息传输给调节装置，

其中所述位置值通过至少两个值、尤其是分度角度值和精细角度值 （Feinwinkelwert）、尤其是数字值表征，

其中第一值能通过整数表征，并且每个数对应于一位置值范围，

其中每个通过第一值表征的位置范围对应于相互独立的位置范围分度 范围，其中每个所述分度范围通过第二值表征，所述第二值能以整数表征，

其中在时间上在第一值之前传输第二值，其中

（i）在传输新检测到的第二值之后，由这个新检测到的第二值和此前 传输的第二值确定用于第一值的模型值，并且这样确定的位置值被调节装 置使用，用于确定调节装置的调整参数的经过更新的值，

（ii）在传输新检测到的第二值之后，传输新检测到的第一值，然后将 这样确定的模型值与新检测到的第一值进行比较并且在不一致时执行动 作，

尤其是其中所述动作是传输和/或显示警告信息和/或使驱动装置停止 运转或者使驱动装置转入到安全状态中，

尤其是其中所述调整参数是驱动装置电机的电压空间矢量、尤其是定 子电压空间矢量，

尤其是其中重复步骤（i）。

在此优点是，提高安全性并且尽管如此也特别提前地在每个循环步骤 中能开始对新调整参数的确定。

在根据权利要求2所述的用于调节驱动装置的方法中的重要特征是， 在时间上反复地检测位置值，并且将从属的信息传输给调节装置，

其中所述位置值通过至少两个值、尤其是分度角度值和精细角度值、 尤其是数字值表征，

其中第一值能通过整数表征，并且每个数对应于一位置值范围，

其中每个通过第一值表征的位置范围对应于相互独立的位置范围分度 范围，其中每个所述分度范围通过第二值表征，所述第二值能以整数表征，

其中在时间上在第一值之前传输第二值，

其中

（i）在传输新检测到的第二值之后，由这个新检测到的第二值和此前 传输的第二值在附加地考虑最后确定的速度的情况下，确定用于第一值的 模型值，并且由第二值和模型值确定的位置值被调节装置使用，用于确定 调节装置的调整参数的经过更新的值，

（ii）在传输新检测到的第二值之后，传输新检测到的第一值，并且由 新检测到的第一值和由新检测到的第二值更新速度值，其中也考虑此前检 测到的第一值和此前检测到的第二值，

尤其是其中所述调整参数是驱动装置电机的电压空间矢量、尤其是定 子电压空间矢量，

其中重复步骤（i）和（ii）。

在此优点是，所述速度值能由真正的、新检测到的位置值确定并且无 需为此使用模型值。在此这样缩短循环时间，使速度值在这个时间内根本 不能或者只能略微地改变，尤其在物体最大加速度的情况下。

在一个有利的设计方案中，在传输第一值之后将所述第一值与按照步 骤（i）确定的值进行比较，并且在偏差时触发动作，尤其是如显示和/或传 输警告信息和/或断开驱动装置和/或触发驱动装置的安全状态。在此有利的 是，提高安全性，并且在错误功能时可以显示警告，并且可以引入安全状 态。

在一个有利的设计方案中，在传输第一值时传输校验信息、尤其是 CRC数据，和/或在传输第二值时传输另一校验信息、尤其是CRC数据。 在此优点是，可以更安全地形成数据传输，并因此在错误情况下可以执行 动作。

在一个有利的实施例中，这样限制传输位置值的值范围：不去形成完 整的一转或者在直线运动情况下由机械条件决定的其它完整周期，并且在 评估单元中通过识别出值范围被超过的情况来形成实际位置，

尤其是

-其中在第一时刻时传输值范围不受限制的位置或者与在连续运行时 相比值范围受限制少得多的位置，

-和/或其中以如下方式确定值范围：使得在最大速度下在一个采样周 期（Abtastzyklus）中出现的程差/行程差/位移差（Wegdifferenz）的数值 小于所选择的值范围的一半，同时使该值范围尽可能小，

-和/或其中代替限定出值范围的绝对位置而传输与具有相同的值范 围限制的以前位置的差。

在此有利的是，只需传输微少的数据流，并且因此微小的带宽足以用 于传输。此外可以实现提高的安全性，这是因为在传输完整的位置值之后 可以执行与由值范围受限制的值确定的位置值的比较，并因此可以监控， 是否已经超过最大允许的加速度，即出现未此前规定的结果、例如错误或 者类似事件。另选地也可以放弃对完整位置值的循环传输，由此，微小带 宽的数据连接足以用于快速进行位置值传输。由传感器检测的数据也可以 压缩并且可以以数据压缩的方式来传输。

通过比较与一半值范围的差能以简单的方式实现对关于位置值的完整 信息的再现。

也有利的是，数字传输可靠地防止干扰影响，例如磁场辐射或者类似 干扰。

在根据权利要求2所述的用于循环式数字传输具有惯性质量的运动物 体的位置值的可选择的方法中的重要特征是，所传输的位置值的值范围相 对于可能的位置值的值范围受到限制，尤其由此不能描绘完整的旋转或者 在直线运动情况下能描绘其它通过机械状态引起的完整周期，

并且以如下方式确定实际位置：使得由以前的位置和以前确定的速度 形成位置的估计值，并且借助值范围受限制传输的位置值修正这个位置，

尤其是

-其中通过将值范围受限制的位置估计值与值范围受限制传输的位置 值进行比较来确定出值范围被超过的情况并且用于修正估计值，

-和/或其中在开始时一次性地（einmalig）传输位置，其值范围包括 可能出现的位置的范围，

-和/或其中代替值范围受限制的绝对位置来传输与具有相同的值范 围限制的以前位置的差（Differenz）。

在此有利的是，检测惯性质量上的位置值。通过因此所能实现的限制 出现的加速度和冲击——即加速度的时间导数——而能够使速度变化限制 在从属的循环时间里面，并因此只需以比分辨率单元（） 更低的、例如更粗分辨的通道来修正估计值。

在一个可选择的实施例中，所述位置值通过至少两个值、尤其是分度 角度值和亚角度值（Subwinkelwert）和/或精细角度值、尤其是数字值表 征，

其中第一值能通过整数表征，并且每个数对应于一位置值范围，

其中每个通过第一值表征的位置范围对应于相互独立的位置范围分度 范围，其中每个所述分度范围通过第二值表征，所述第二值能以整数表征，

其中在第一时刻时检测位置值，并且传输从属的第一值和第二值，

其中

（i）检测另一位置值并且传输从属的、因此新检测到的第二值，

（ii）接下来由新检测的第二值和此前检测到的第二值确定通过第一值 表征的位置范围，即因此也确定从属于新检测到的位置值的第一值。

在此有利的是，在第一时刻时仍然出现关于检测的位置值的完整信息， 并因此接着确定相对于这个第一位置值确定的新的位置值。因此能够实现 压缩的数据传输或者提高在传输数据时的冗余度。

在一个有利的设计方案中，所述位置值是旋转部件、即物体的角度值， 其中该物体作为惯性质量具有惯性矩。在此有利的是，360°的整圈旋转可 以分成多个分度范围，并因此使整圈旋转的分辨率（）能够在因 此产生的位置值范围中实现。

在一个有利的设计方案中，在时间上反复地重复所述传输，尤其也循 环地重复所述传输，尤其以规律的时间间隔进行传输，

尤其是其中多次先后地执行步骤（i）和（ii）。在此有利的是，可以 持续反复地确定位置。在此优选地这样缩短时间间隔，使期待的最大位置 值变化仍然保留在临界值以下，它优选低于一半位置值范围。

在一个有利的设计方案中，在步骤（ii）中由此前检测到的或者确定的 位置值和从属的速度确定估计值，并且将新检测到的位置值的第二值与估 计值的第二值进行比较，并且确定新检测到的位置值的第二值与估计值的 第二值之间的差，并且由此确定从属于新检测到的位置值的位置范围。在 此有利的是，已知速度值并因此肯定可以确定估计值，其方法是，对于旧 的位置值添加由速度和从属的时间区间给出的位置值变化。

在一个有利的设计方案中，在步骤（ii）中确定新检测到的第二值与此 前检测到的第二值之间的差，尤其是其中当一半位置范围被超过时则推断 出：新检测到的位置值处于相邻的位置范围中。在此有利的是，尽管只需 传输有限的值范围，以简单的方式由单纯的差和关于期待的最大位置值变 化的知识完全可以确定新的位置值。

在一个有利的设计方案中，在步骤（ii）中确定新检测到的第二值与此 前检测到的第二值之间的比较结果，和在新检测到的位置值所处的相邻范 围中确定，尤其是当新检测到的第二值与此前检测到的第二值之间的差超 过一半位置范围时。在此有利的是，尽管信息被传输并受到限制，仍以简 单的方式完全确定位置值。

在一个有利的设计方案中，在两个以时间间隔Δt先后执行的位置检 测之间的速度变化被限制到一临界值，尤其通过惯性质量确定或者至少一 起确定该临界值。在此有利的是，可以仅实现有限数量的、尤其是两个可 能的位置值并且只需由这个有限数量确定新的位置值。

在一个有利的设计方案中，所述位置值是角度值或者直线位置，尤其 是其中速度是角速度或者在直线方向上出现的速度。在此有利的是，本发 明可以在旋转的和直线的驱动装置调节中使用，即与位置检测传感器的形 式无关。

在一个有利的设计方案中，第一和第二值对应于各自的通道、尤其是 传感器通道（Geberspur），其中第一值对应于比第二值分得更细的通道。 在此有利的是，只需传输有限的信息值，并且尽管如此仍可以得到关于位 置的完整信息。

在一个有利的设计方案中，每个通过第二值、尤其是亚角度值表征的 位置范围对应于相互独立的位置范围分度范围，其中每个所述分度范围通 过第三值、尤其是精细角度值表征，所述第三值能以整数表征，

尤其是其中在第一时刻时检测位置值并且传输从属的第一值和第二值 和第三值，

其中第三值与第二值被传输，尤其是在第二值之前或者之后传输第三 值。在此有利的是，作为第一值可以检测并传输分度角度，作为第二值可 以检测并传输亚角度，其中亚角度可以通过精细角度范围更加精细地分辨。 在此传输精细角度和亚角度信息就足以确定粗略分辨的分度角度。

在用于调节驱动装置的方法中的重要特征是，在时间上反复地检测位 置值，并且传输从属的信息到调节装置，尤其通过根据前述权利要求中任 一项所述的方法，

其中所述位置值通过至少两个、尤其是分度角度值和精细角度值、尤 是数字值表征，

其中第一值能通过整数表征，并且每个数对应于一位置值范围，

其中每个通过第一值表征的位置范围对应于相互独立的位置范围分度 范围，其中每个所述分度范围通过第二值表征，所述第二值能以整数表征，

其中在时间上在第一值之前传输第二值，

其中

（i）在传输新检测到的第二值之后，由这个新检测到的第二值和此前 传输的第二值确定第一值，其对应于新检测到的第一值，并且这样确定的 位置值被调节装置使用，用于确定调节装置的调整参数的经过更新的值，

尤其是其中重复步骤（i）。

在此有利的是，传输第一值的持续时间已经可以用于确定下一调整参 数值。

在用于调节驱动装置的方法中的重要特征是，在时间上反复地检测位 置值，并且传输从属的信息到调整装置，

其中所述位置值通过至少两个值、尤其是分度角度值和精细角度值、 尤其是数字值表征，

其中第一值能通过整数表征，并且每个数对应于一位置值范围，

其中每个通过第一值表征的位置范围对应于相互独立的位置范围分度 范围，其中每个所述分度范围通过第二值表征，所述第二值能以整数表征，

其中在时间上在第一值之前传输第二值，

其中

（i）在传输新检测到的第二值之后，由这个新检测到的第二值和此前 传输的第二值在附加地考虑最后确定的速度的情况下，确定第一值，其对 应于新检测到的第一值，并且这样确定的位置值被调节装置使用，用于确 定调节装置的调整参数的经过更新的值，

（ii）其中在传输新检测到的第二值之后，由新检测到的第一值和新检 测到的第二值更新速度值，其中也考虑此前检测到的第一值和此前检测到 的第二值，

其中重复步骤（i）和（ii）。在此有利的是，在出现速度时也可以确 定估计值并且只需修正这个估计值。

在一个有利的设计方案中，在传输第一值之后将该第一值与按照步骤 （i）确定的值进行比较，并且在偏差时触发动作，尤其是如显示和/或传输 警告信息和/或断开驱动装置和/或触发驱动装置的安全状态。在此有利的 是，提高安全性。

在一个有利的设计方案中，在传感器中检测位置值并且该传感器通过 数字接口与评估单元连接，

其中所述评估单元具有存储器和用于由所传输的值范围受限制的位置 值确定位置值的装置，

尤其是其中所述评估单元与调节装置连接。

在此有利的是，在传输数据时只需小的带宽。

由从属权利要求给出其它优点。本发明不局限于权利要求的特征组合。 对于专业人员由权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书的特征和/或 附图、尤其由目的设置和/或由与现有技术的比较提出的目的给出其它有意 义的组合可能性。

附图说明

下面借助于示意图详细解释本发明。

具体实施方式

在根据本发明的驱动系统中角度传感器与驱动装置的轴、例如逆变器 馈电的电机的电机轴、或者与由逆变器馈电的电机驱动的传动装置的轴防 旋转地连接，由此可以检测角度调节位置。

在此在第一时间段中以数字形式、即作为数字的电码或字来传输角度 值。

传输到逆变器信号电路上的值被设置在信号电路中的调节单元使用， 用于使电机电流通过电机电压的调整而调节到相应的所期望的理论值。

在此角度值通过分度角度范围和至少还有一个精细角度范围表征。在 此分度角度只对360°的一整转作出粗略的分辨。精细角度将相应的分度 角度范围区分成更精细的角度段。

在传输角度值时在时间上首先传输精细角度值，然后传输较粗略的分 度角度值。

通过考虑临界值、尤其是最大加速度值和/或最大冲击、即加速度的时 间导数，并且在考虑最后已知的角度值和角速度值的条件下对于信号电路 而言能实现，由精细角度值已经能够确定新检测到的角度值。

通过这种方式调节单元能实现，特别提前地对于调节而言考虑新检测 到的角度值。为了根据本发明确定新检测到的角度值只需很少的计算步骤， 因此只需很少的计算时间。然后在调节单元中由这样确定的角度值和其它 值分别计算新的由逆变器要调节的电机电压值。

然后，在这个计算时间期间也将角度传感器的较粗略的分度角度值传 输到逆变器的信号电路。

由此随后及时地在下一时间步长之前直接已知真实检测到的角度值。 因此则提高安全性，这是因为可以将由精细角度确定的角度值与完整传输 的角度值相互比较。此外可以由下一精细角度值在使用完整传输的角度值 和相应的经过更新的角速度值的条件下执行对于下一角度的确定。

因此——换言之——也就在每个时间步长/时间步距/时间块/时间区间 中，使用最后完整地、即包括精细角度值和分度角度值的被传输的值，并 且在与以前的值形成差值的情况下确定经过更新的速度。然后由这些值确 定对于下一期待的角度值的估计值。为了确定这个角度值考虑，驱动装置 尤其直线地或者旋转地驱动惯性质量，同时在相关的时间步长中只能以最 大的数值改变速度。这样确定的估计值也能通过精细角度值、分度角度值 和必要时通过亚角度值表征。然后使用新检测到的且由角度传感器传输的 角度值的新检测到的精细角度值，用于确定新的角度值，然后该新的角度 值立刻由调节单元使用。在与其并行进行的完整传输新检测到的角度值之 后，进行与只由传输的精细角度值确定的值的比较，由此可以执行针对安 全性的校验。重复该方法，其中仍然由完整传输的角度值确定经过更新的 角速度，然后相应地重复使用。

在一个实施例变体中，只对于第一时间步长使用完整传输的角度值。 然后在后续时间步长中多次仅使用由各估计值和精细角度值、优选也由附 加的亚角度值确定的角度值。

为了进一步改进而设有亚角度范围，其分辨率处于精细角度范围的分 辨率与分度角度范围的分辨率之间。

在第一实施例变体中设有两个通道/磁道，即分度角度通道和精细角度 通道。在此在圆周方向上设置m个分度角度范围，并且分度角度范围在圆 周方向上的长度相同。精细角度范围在圆周方向上的长度同样相同。对每 个分度角度范围附设相同数量的精细角度范围，其中这个数量能分别从0 至n-1中选择。在此m和n分别是整数。

在其中检测角度传感器的分度角度值、即分度角度的数值和角度传感 器的精细角度值F1、即精细角度的数值的第一时间段之后，在时间间隔Δt 之后获取精细角度值F2。

为了确定角度值、即关于新的分度角度值的缺少的信息，由新的精细 角度值与以前的精细角度值的差F2-F1并且由F1与F2的比较确定，是否 已经在正的或者负的旋转方向上发生超程。为此重要的是，可能的最大角 速度v_max只能这样小，即满足：

-(1/2*m-1)≤v_max*Δt≤(1/2*m)

因此在超程时只能进入到下一相邻的分度角度中、即分度角度范围中。 即，如果在非常小的时间间隔Δt中执行角度获取，由新检测到的精细角度 测量值和以前的角度值的单纯信息能够明确地再现新获取到的角度值。

在相应的另一时间间隔Δt之后能任意频繁地重复对精细角度值的这种 获取。因此甚至仅仅传输精细角度值就足以确定相应地新获取到的角度值， 但是其中在第一时刻时必须完全已知检测到的角度值。

在图1中说明第二实施例变体，其具有三个通道，即具有分度角度通 道、亚角度通道和精细角度通道，其更精细地分辨亚角度通道。在此在圆 周方向上设置m个分度角度范围，例如m=32，并且分度角度范围在圆周 方向上的长度相同。亚角度范围在圆周方向上的长度同样相同，其中每个 分度角度分成n个亚角度范围。精细角度范围在圆周方向上的长度相同， 其中每个亚角度范围q对应于精细角度范围。每个分度角度段对应于相同 数量的亚角度范围，其中这个数量分别能由0至n-1选择。在此m，q和n 分别是整数。在图1中q=4，n=4。

因为在具有惯性质量的系统上执行角度检测并且出现的加速度处于最 大值α_max以下，角速度的变化只能在时间间隔Δt内以如下的最大速度 差实现：

Δv_max=a_max*Δt。

由最后已知的角速度v_alt和最后已知的角度α_alt给出估计值：

相对于这个估计值的角度变化最大为Δv_max*Δt并且产生亚角度在 下一相邻亚角度范围中的最大超程。

因此为了确定下一角度值无需存在分度角度、亚角度和精细角度的检 测到的新值，而是亚角度和精细角度就足够了——如果已知适用于以前时 间段的角度值的话。因为由旧的亚角度值与新的亚角度值的比较并且由新 的与旧的亚角度值之间的差给出新的亚角度范围。因为传输新的精细角度， 也已知这个值，其中精细角度值对应于表明新的亚角度值的角度值。

在图1中以具体的示例示出这种方法：旧的角度值例如P_A=（分度角 度值=1，亚角度值=2，精细角度值=3）。在此旧的角速度为每个时间间隔 Δt对应有9个亚角度范围。因此得到估计值P^*=（分度角度值=3，亚角度 值=3，精细角度值=3）。

如果现在新的测量值具有精细角度1和亚角度1，则得到两个可能的 角度值，它们称为F=（亚角度1，精细角度1）和F’=（亚角度1，精细角 度1）。但因为现在仍这样选择出现的最大速度变化Δv_max=a_max*Δt， 使Δv_max*Δt小于一半分度角度范围，通过形成差值和比较可以清楚地确 定，新的角度值是F，但是不是F’。因此新的角度值确定为P=（分度角度 值=4，亚角度值=1，精细角度值=1），由此新的速度确定为每个时间段Δt 对应有10个亚角度范围。也就可以省去传输新检测到的分度角度值。

在图2中详细示出本方法。在此首先使新检测到的关于角度值P的信 息在角度传感器中减小到部分信息F，它只包含亚角度值和精细角度值， 但是不包含分度角度值。这个值F被传输到评估电路，它优选设置在反用 换流器或者逆变器的控制电路中。

在评估电路中由部分信息F在考虑此前检测到的或确定的角度值P_A和此前确定的角速度v_A的情况下确定新检测到的角度值P和新出现的角速 度v。

在另一根据本发明的实施例中，代替角度位置而使用直线位置，并因 此代替分度角度而使用部分位置和类似参数。

在上述实施例中描述的、用于传输角度信息的方法的实施例可优先在 逆变器中使用。在此逆变器为电机馈电，在其转子轴上设置角度传感器， 其中由这个传感器检测到的角度信息被以上述方式传输到逆变器的控制电 路，该控制电路具有调节单元。调节单元使用所传输的角度信息，用于确 定这种电压空间矢量：该电压空间矢量由脉宽调制控制的逆变器功率电路 产生并且用于为电机馈电。

调节单元分别循环地确定新的电压空间矢量。在每个循环中首先由所 传输的第二值、即亚角度值和/或精细角度值确定新的角度值。在此优选使 用校验信息、例如CRC数据、即循环冗余校验数据。通过这种方式可靠 地构成并能校验第二值的传输。在确定新的角度值之后由调节单元确定用 于电压空间矢量的新值。因此在每个循环中确定新的电压空间矢量值。在 每个循环中还保留的可供使用的时间间隔在每个循环中不总是相同长度 的，而是根据电压空间矢量的计算持续时间而波动。在这个时间间隔中接 收角度信息的事后传输的第一值，尤其跟随有另一校验信息、例如CRC 数据、即循环冗余校验数据。因此可以由第一值和第二值确定检测到的角 度值，并且可以与此前只由第一值确定的角度值进行比较。通过这种方式 也就可以执行对由受限制的信息确定的角度值的校验并且在出现偏差时可 能引入相应的动作。如果在循环中保留的时间间隔不再足以用于确定检测 到的角度值和用于比较，则在后续的循环中进行确定和比较，或者通过当 前检测到的值重复进行确定和比较。

通过这种方式也就提高在传输数据时的安全性，并且尽管如此也能够 快速地确定电压空间矢量。

附图标记列表：

P_A  此前检测到的角度值

P^*  角度估计值

P新确定的角度值

F中间值

F’第二中间值

v_A  此前确定的角速度