DE102015211252A1 - Method and apparatus for adjusting signals from a rotary encoder - Google Patents

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Benjamin Lechner
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anpassung von Signal von einem Drehwinkelgeber. Hierzu werden in dem Ausgangssignale des Drehwinkelgebers Extremwerte ermittelt und basierend auf diesen Extremwerten Amplitude bzw. Offsets des Ausgangssignals von dem Drehwinkelgeber berechnet. Mittels berechneter Amplitude und Offset erfolgt anschließend eine Normierung der Drehwinkelgebersignale. Dies ermöglicht eine präzise und standardisierte Weiterverarbeitung zur Bestimmung von Winkellage und Frequenz.The present invention provides an apparatus and method for adjusting signal from a rotary encoder. For this purpose, extreme values are determined in the output signals of the rotary encoder and, based on these extreme values, the amplitude or offsets of the output signal are calculated by the rotary encoder. By means of calculated amplitude and offset, a normalization of the rotary encoder signals is then carried out. This allows a precise and standardized further processing for the determination of angular position and frequency.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Normieren der Ausgangssignale eines Drehwinkelgebers, wie zum Beispiel eines Resolver.The present invention relates to a method and apparatus for adjusting signals from a rotary encoder. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for normalizing the outputs of a rotary encoder, such as a resolver.

Stand der TechnikState of the art

Elektro- und Hybridfahrzeuge gewinnen zunehmend an Bedeutung. Zur Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) und elektrisch erregten Synchronmaschinen (ESM), wie sie in solchen Fahrzeugen eingesetzt werden, ist die Kenntnis des Rotorlagewinkels derartiger Maschinen erforderlich. Weiterhin ist zur Regelung von Asynchronmaschinen (ASM) die Kenntnisse der elektrischen Frequenz des Antriebs notwendig. Zur Ermittlung des Rotorlagewinkels bzw. der elektrischen Frequenz können verschiedene Sensorarten eingesetzt werden. Zum Beispiel sind Sensoren auf Basis des Wirbelstrom-Effekts, Resolver oder digitale Winkelgebersignale möglich.Electric and hybrid vehicles are becoming increasingly important. For the control of permanent magnet synchronous machines (PSM) and electrically excited synchronous machines (ESM), as used in such vehicles, the knowledge of the rotor position angle of such machines is required. Furthermore, the knowledge of the electrical frequency of the drive is necessary to control asynchronous machines (ASM). Various sensor types can be used to determine the rotor position angle or the electrical frequency. For example, sensors based on the eddy current effect, resolvers or digital angle encoder signals are possible.

Ein Resolver wird dabei beispielsweise mit einem vorzugsweise sinusförmigen Trägersignal angeregt. Als Empfängersignale des Resolvers erhält man dabei in der Regel gestörte, amplitudenmodulierte Spannungen, aus deren Einhüllende die Information über die Rotorlage gewonnen werden kann.A resolver is excited, for example, with a preferably sinusoidal carrier signal. The receiver signals of the resolver are usually disturbed, amplitude-modulated voltages from whose envelope information about the rotor position can be obtained.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 078 583 A1 offenbart beispielsweise eine Auswertung von Resolver-Sensorsignalen in einem Fahrzeug. Ein Resolver nimmt hierzu eine Drehbewegung eines Rotors auf, und ein Prozessorelement verarbeitet die sinus- bzw. kosinusförmigen Ausgangssignale des Resolver.The German patent application DE 10 2011 078 583 A1 discloses, for example, an evaluation of resolver sensor signals in a vehicle. A resolver receives a rotational movement of a rotor for this purpose, and a processor element processes the sinusoidal or cosinusoidal output signals of the resolver.

Bei einem Resolver mit Rotorerregung kann aus dem Quotienten der Ausgangssignale aus den Statorwicklungen auf die Winkellage des Rotors geschlossen werden. Konventionelle Auswerteschaltungen stellen dabei an die Güte der Empfängersignale aus den Statorwicklungen explizite und implizite Anforderungen.In the case of a resolver with rotor excitation, it is possible to deduce the quotient of the output signals from the stator windings to the angular position of the rotor. Conventional evaluation circuits make explicit and implicit requirements on the quality of the receiver signals from the stator windings.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum effizienten Anpassen der Signale von einem Drehwinkelgeber, so dass eine genaue Auswertung der Signale für die Bestimmung der Rotorlage ermöglicht werden kann.Therefore, there is a need for a method and apparatus for efficiently adjusting the signals from a rotary encoder so that accurate evaluation of the signals for rotor position determination can be made possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.To this end, the present invention according to a first aspect provides a method for adapting signals from a rotary encoder with the features of independent claim 1.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber mit den Schritten des Detektierens eines Maximalwerts in einem Signal einem Drehwinkelgeber und des Detektierens eines Minimalwerts in einem Signal von einem Drehwinkelgeber. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt zum Berechnen einer Amplitude und/oder eines Gleichanteils (Offset) in dem Signal von dem Drehwinkelgeber. Amplitude bzw. Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber werden dabei unter Verwendung des detektierten Maximalwerts und des detektierten Minimalwerts berechnet. Basierend auf der berechneten Amplitude und/oder dem berechneten Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber wird daraufhin das Signal von dem Drehwinkelgeber normiert.Accordingly, the present invention provides a method of adjusting signals from a rotary encoder with the steps of detecting a maximum value in a signal to a rotary encoder and detecting a minimum value in a signal from a rotary encoder. The method further includes a step of calculating an amplitude and / or a DC offset in the signal from the rotary encoder. Amplitude or DC component in the signal from the rotary encoder are calculated using the detected maximum value and the detected minimum value. Then, based on the calculated amplitude and / or the calculated DC component in the signal from the rotary encoder, the signal is normalized by the rotary encoder.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 8.According to a further aspect, the present invention provides a device for adapting signals from a rotary encoder with the features of the independent patent claim 8.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber mit einem Maximum-Detektor, einem Minimum-Detektor, einer Recheneinrichtung und einer Normierungseinrichtung. Der Maximum-Detektor ist dazu ausgelegt, in einem Signal von einem Drehwinkelgeber einen Maximalwert zu detektieren. Der Minimum-Detektor ist dazu ausgelegt, in dem Signal von dem Drehwinkelgeber einen Minimalwert zu detektieren. Die Recheneinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Amplitude und/oder einen Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber zu berechnen. Die Berechnung der Amplitude bzw. des Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber erfolgt dabei unter Verwendung des detektierten Maximalwerts und des detektierten Minimalwerts. Die Normierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, das Signal von dem Drehwinkelgeber basierend auf der berechneten Amplitude und/oder dem berechneten Gleichanteil zu normieren.Accordingly, the present invention provides an apparatus for adjusting signals from a rotary encoder having a maximum detector, a minimum detector, a calculator, and a normalizer. The maximum detector is designed to detect a maximum value in a signal from a rotary encoder. The minimum detector is designed to detect a minimum value in the signal from the rotary encoder. The computing device is designed to calculate an amplitude and / or a DC component in the signal from the rotary encoder. The calculation of the amplitude or the DC component in the signal from the rotary encoder takes place using the detected maximum value and the detected minimum value. The normalization device is designed to normalize the signal from the rotary encoder based on the calculated amplitude and / or the calculated DC component.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch das Normieren der Signale von dem Drehwinkelgeber weisen diese Signale einen einheitlichen Wertebereich auf. Dies ermöglicht eine besonders einfache und präzise Weiterverarbeitung der so aufbereiten Signale. Insbesondere können bei der Verwendung von mehreren Signalen von einem Drehwinkelgeber dabei auch alle diese Signale auf einen einheitlichen Wertebereich angepasst werden. So können beispielsweise bei einem Rotorangeregten Resolver die Signale beider Statorwicklungen, also das Sinus-Signal und das Kosinus-Signal auf gleiche Amplitudenpegel angepasst werden.By normalizing the signals from the rotary encoder, these signals have a uniform range of values. This enables a particularly simple and precise further processing of the thus processed signals. In particular, when using multiple signals from a rotary encoder while all these signals can be adjusted to a uniform range of values. For example, in the case of a rotor-excited resolver, the signals of both stator windings, So the sine signal and the cosine signal are adjusted to the same amplitude level.

Die Normierung der Signale des Drehwinkelgebers stellt somit sicher, dass die aufbereiteten Signale von dem Drehwinkelgeber einen klar definierten Wertebereich mit konstanter Amplitude aufweisen. Schwankungen in den Amplituden der Signale von dem Drehwinkelgeber können auf diese Weise ausgeglichen werden. Sollen darüber hinaus mehrere Signale von dem Drehwinkelgeber miteinander verglichen werden, so kann durch die erfindungsgemäße Aufbereitung der Signale auch ein konstantes Verhältnis der Amplituden in den einzelnen Signalen zueinander gewährleistet werden.The normalization of the signals of the rotary encoder thus ensures that the processed signals from the rotary encoder have a clearly defined value range with constant amplitude. Fluctuations in the amplitudes of the signals from the rotary encoder can be compensated in this way. If, in addition, a plurality of signals from the rotary encoder are to be compared with one another, then a constant ratio of the amplitudes in the individual signals relative to one another can be ensured by the conditioning of the signals according to the invention.

Weiterhin kann durch das Ermitteln eines Gleichanteils in den Signalen von dem Drehwinkelgeber ein mögliches Offset in den Signalen eliminiert werden. Hierdurch können gegebenenfalls vorhandene additive Anteile entfernt werden. Dies führt zu einer sichereren und zuverlässigeren Bestimmung der tatsächlichen Rotorlage basierend auf den von dem Drehwinkelgeber bereitgestellten Signalen.Furthermore, by determining a DC component in the signals from the rotary encoder, a possible offset in the signals can be eliminated. As a result, if necessary, existing additive components can be removed. This leads to a safer and more reliable determination of the actual rotor position based on the signals provided by the rotary encoder.

Derart aufbereitete Signale von einem Drehwinkelgeber, wie beispielsweise von einem Resolver, ermöglichen eine besonders einfache Weiterverarbeitung. Insbesondere können für die Weiterverarbeitung derart angepasster Signale von einem Drehwinkelgeber bereits im Markt verfügbare, konventionelle Baugruppen, wie zum Beispiel integrierte Schaltungen verwendet werden. Dabei können die Anforderungen derartiger Baugruppen durch die erfindungsgemäße Aufbereitung auf einfache und effiziente Weise eingehalten werden. Ferner sinken durch die erfindungsgemäße Aufbereitung der Signale von dem Drehwinkelgeber auch die Anforderungen für die Entwicklung zukünftiger Auswerteschaltungen.Such processed signals from a rotary encoder, such as a resolver, allow a particularly simple further processing. In particular, conventional components, such as integrated circuits, which are already available on the market, can be used for the further processing of signals adapted in this way by a rotary encoder. The requirements of such assemblies can be met by the preparation of the invention in a simple and efficient manner. Furthermore, due to the processing according to the invention of the signals from the rotary encoder, the requirements for the development of future evaluation circuits also decrease.

Gemäß einer Ausführungsform werden der Maximalwert und der Minimalwert in den Signalen von dem Drehwinkelgeber während einer vorbestimmten Zeitspanne detektiert. Die Zeitspanne zur Detektion des Maximalwert bzw. des Minimalwert kann dabei entsprechend der Periodizität der von dem Drehwinkelgeber ausgegebenen Signale angepasst werden. Insbesondere kann bei einer Überwachung der Signale von dem Drehwinkelgeber von mindestens einer Periodendauer oder mehr sichergestellt werden, dass sowohl Maximalwert als auch Minimalwert detektiert werden kann.According to an embodiment, the maximum value and the minimum value in the signals are detected by the rotary encoder during a predetermined period of time. The period of time for detecting the maximum value or the minimum value can be adjusted in accordance with the periodicity of the signals output by the rotary encoder. In particular, when monitoring the signals from the rotary encoder of at least one period or more, it can be ensured that both the maximum value and the minimum value can be detected.

Gemäß einer Ausführungsform werden der Maximalwert und der Minimalwert innerhalb einer Periodendauer des Signals von dem Drehwinkelgeber detektiert. Die Beschränkung der Detektion von Maximalwert und Minimalwert auf genau eine Periodendauer erlaubt dabei eine besonders effiziente Detektion der Extremwerte.According to one embodiment, the maximum value and the minimum value are detected within a period of the signal from the rotary encoder. The limitation of the detection of maximum value and minimum value to exactly one period allows a particularly efficient detection of the extreme values.

Gemäß einer Ausführungsform berechnet der Schritt zum Berechnen der Amplitude in dem Signal von dem Drehwinkelgeber die Amplitude aus der halben Differenz zwischen detektiertem Maximalwert und Minimalwert. Eine derartige Berechnung der Amplitude stellt eine besonders einfache und somit effiziente und gleichzeitig zuverlässige Rechenvorschrift zur Bestimmung der Amplitude dar.According to one embodiment, the step of calculating the amplitude in the signal from the rotary encoder calculates the amplitude from the half difference between the detected maximum value and the minimum value. Such a calculation of the amplitude represents a particularly simple and thus efficient and at the same time reliable calculation rule for determining the amplitude.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform berechnet der Schritt zum Berechnen des Gleichanteils in dem Signal von dem Drehwinkelgeber den Gleichanteil aus der halben Summe von detektiertem Maximalwert und Minimalwert. Eine derartige Mittelwertbildung der Extremwerte ermöglicht eine sehr einfache Berechnung des Gleichanteil bzw. des Offsets.According to a further embodiment, the step of calculating the DC component in the signal from the rotary encoder calculates the DC component from the half sum of detected maximum value and minimum value. Such an averaging of the extreme values enables a very simple calculation of the DC component or the offset.

Gemäß einer Ausführungsform berechnet der Schritt zum Normieren des Signals von dem Drehwinkelgeber das normierte Signal aus dem Quotienten der Differenz zwischen dem Signal von dem Drehwinkelgeber und dem berechneten Gleichanteil geteilt durch die berechnete Amplitude. Durch Subtraktion des Gleichanteils von einem aktuellen Signalwert kann dabei zunächst ein mögliches Offset eliminiert werden. Anschließend kann durch Division des aktuellen Signalwerts ohne dieses Offset ein Signalwert in einem Wertebereich zwischen –1 und 1 erzeugt werden. Auf diese Weise ist es möglich, Signalwerte ohne Offset in einem klar definierten Wertebereich für die Weiterverarbeitung bereitzustellen.According to one embodiment, the step of normalizing the signal from the rotary encoder calculates the normalized signal from the quotient of the difference between the signal from the rotary encoder and the calculated DC component divided by the calculated amplitude. By subtracting the DC component from a current signal value, a possible offset can first be eliminated. Then, by dividing the current signal value without this offset, a signal value in a value range between -1 and 1 can be generated. In this way it is possible to provide signal values without offset in a clearly defined value range for further processing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform extrapolieren die Schritte zum Detektieren des Maximalwerts und des Minimalwerts den Maximalwert bzw. den Minimalwert aus einer Mehrzahl von diskret abgetasteten Signalwerten. Diese Extrapolation ermöglicht es, selbst dann die Extremwerte der Ausgangssignale von dem Drehwinkelgeber zu ermitteln, wenn zum Zeitpunkt des Auftretens der Extremwerte keine Abtastung erfolgt. Neben einer einfachen Extrapolation sind darüber hinaus auch andere Verfahren, wie zum Beispiel das Lernen der Ellipsenparameter der durch die Signale gebildeten Lissajous-Figur, denkbarAccording to another embodiment, the steps for detecting the maximum value and the minimum value extrapolate the maximum value and the minimum value, respectively, from a plurality of discretely sampled signal values. This extrapolation makes it possible to determine even the extreme values of the output signals from the rotary encoder, if no sampling takes place at the time of occurrence of the extreme values. In addition to a simple extrapolation beyond other methods, such as learning the ellipse parameters of the Lissajous figure formed by the signals, conceivable

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, einem Drehwinkelgeber und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anpassen von Signalen. Die elektrische Maschine ist dazu ausgelegt, eine Antriebsachse anzutreiben. Der Drehwinkelgeber ist mit der Antriebsachse der elektrischen Maschine gekoppelt. Der Drehwinkelgeber ist ferner dazu ausgelegt, ein elektrisches Signal auszugeben, das zu der relativen Lage der Antriebsachse korrespondiert.According to a further aspect, the present invention provides a drive system with an electric machine, a rotary encoder and a device for adjusting signals according to the invention. The electric machine is designed to drive a drive axle. The rotary encoder is coupled to the drive shaft of the electric machine. The rotary encoder is further adapted to output an electrical signal corresponding to the relative position of the drive axle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Antriebssystems umfasst der Drehwinkelgeber einen Resover. Resolver liefern innerhalb einer Umdrehung ein absolutes Winkelsignal und müssen daher nach dem Einschalten nicht referenziert werden. Daher sind Resolver zur Drehwinkelbestimmung sehr gut geeignet.According to a further embodiment of the drive system, the rotary encoder comprises a Resover. Resolvers deliver an absolute angle signal within one revolution and therefore do not need to be referenced after switching on. Therefore, resolvers are very suitable for determining the angle of rotation.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further embodiments and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform; 1 FIG. 2 is a schematic representation of an electric drive system according to an embodiment; FIG.

2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber gemäß einer Ausführungsform; und 2 : a schematic representation of a device for adjusting signals from a rotary encoder according to an embodiment; and

3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. 3 3 is a schematic representation of a flow chart underlying a method of adjusting signals from a rotary encoder according to an embodiment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform. Eine elektrische Maschine 3 wird von einer elektrischen Energiequelle 5 über einen Stromrichter 4 gespeist. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Energiequelle 5 um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handeln. Bei der elektrischen Maschine 3 kann es sich beispielsweise um eine permanent erregte Synchronmaschine, eine elektrische erregte Synchronmaschine oder aber auch um eine Asynchronmaschine handeln. Grundsätzlich sind darüber hinaus auch andere elektrische Maschinen möglich. Die hier dargestellte Ausführungsform einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 stellte dabei nur eine beispielhafte Ausführungsform dar. Darüber hinaus sind auch elektrische Maschinen mit einer von drei abweichenden Anzahl von Phasen möglich. Der Stromrichter 4 konvertiert die von der elektrischen Energiequelle 5 bereitgestellte elektrische Energie und stellt die konvertierte elektrische Energie zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 bereit. Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 kann dabei basierend auf Vorgaben bzw. Steuersignalen von der Steuervorrichtung 1 erfolgen. Darüber hinaus kann beim Abbremsen der elektrischen Maschine 3 auch kinetische Energie durch die elektrische Maschine 3 in elektrische Energie umgewandelt werden und diese elektrische Energie über den Stromrichter 4 in einen elektrischen Energiespeicher der Energiequelle 5 eingespeist werden. 1 shows a schematic representation of an electric drive system according to an embodiment. An electric machine 3 is from an electrical energy source 5 via a power converter 4 fed. For example, the source of electrical energy may be 5 to trade a traction battery of an electric vehicle. At the electric machine 3 it may be, for example, a permanent-magnet synchronous machine, an electrically excited synchronous machine or else an asynchronous machine. In principle, other electrical machines are also possible. The embodiment of a three-phase electric machine shown here 3 In this case, only one exemplary embodiment is shown. In addition, electrical machines with one of three different number of phases are possible. The power converter 4 converts from the electrical energy source 5 provided electrical energy and provides the converted electrical energy to drive the electric machine 3 ready. The control of the electric machine 3 can be based on specifications or control signals from the control device 1 respectively. In addition, when braking the electric machine 3 also kinetic energy through the electric machine 3 be converted into electrical energy and this electrical energy through the power converter 4 in an electrical energy storage of the energy source 5 be fed.

Für die Regelung einer permanent- oder elektrisch erregten Synchronmaschine ist dabei die Kenntnis der Lage des Rotors in dieser Maschine erforderlich. Ferner ist für die Regelung von Asynchronmaschinen die Kenntnis der Geschwindigkeit einer solchen Maschine notwendig. Hierzu kann die elektrische Maschine 3 mit einem Drehwinkelgeber 2 gekoppelt werden. Beispielsweise kann der Drehwinkelgeber 2 mit der Antriebsachse der elektrischen Maschine 3 gekoppelt werden. Beispielsweise sind zur Bestimmung der Rotorlage und/oder der Geschwindigkeit der Maschine 3 Sensoren auf Basis des Wirbelstrom-Effekts, digitale Winkelgebersignale oder sogenannte und Resolver möglich.For the control of a permanent or electrically excited synchronous machine knowledge of the position of the rotor is required in this machine. Furthermore, the knowledge of the speed of such a machine is necessary for the regulation of asynchronous machines. For this purpose, the electric machine 3 with a rotary encoder 2 be coupled. For example, the rotary encoder 2 with the drive axle of the electric machine 3 be coupled. For example, for determining the rotor position and / or the speed of the machine 3 Sensors based on the eddy current effect, digital angle encoder signals or so-called and resolvers possible.

In einem Resolver sind in der Regel in einem Gehäuse zwei um 90° elektrisch versetzte Statorwicklungen angeordnet, die einen in dem Gehäuse gelagerten Rotor mit einer Rotorwicklung umschließen. Grundsätzlich sind verschiedene Alternativen zur Ermittlung der Rotorlage möglich, von denen nachfolgend exemplarisch eine Möglichkeit beschrieben wird. Beispielsweise kann die Rotorwicklung mit einer sinusförmigen Wechselspannung angeregt werden. Die Amplituden der in den beiden Statorwicklungen induzierten Spannungen sind dabei abhängig von der Winkellage des Rotors und entsprechen dem Sinus und dem Kosinus der Winkellage des Rotors. Somit kann die Winkellage des Rotors aus dem Arkustangens (arctan) der Signale der beiden Statorwicklungen berechnet werden.In a resolver two stator windings offset by 90 ° are usually arranged in a housing, which surround a rotor mounted in the housing with a rotor winding. In principle, various alternatives for determining the rotor position are possible, of which an option is described below by way of example. For example, the rotor winding can be excited with a sinusoidal alternating voltage. The amplitudes of the voltages induced in the two stator windings are dependent on the angular position of the rotor and correspond to the sine and the cosine of the angular position of the rotor. Thus, the angular position of the rotor can be calculated from the arctan of the signals of the two stator windings.

Die Ermittlungen der Winkellage des Rotors bzw. die elektrische Frequenz erfolgt dabei in der Steuervorrichtung 1. Für diese Ermittlung der Winkellage bzw. der elektrischen Frequenz werden in die Ausgangssignale des Drehwinkelgebers 2 dabei wie nachfolgend beschrieben zunächst aufbereitet.The determination of the angular position of the rotor or the electrical frequency takes place in the control device 1 , For this determination of the angular position or the electrical frequency are in the output signals of the rotary encoder 2 thereby first prepared as described below.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber 2. Dabei wird im nachfolgenden die Anpassung von nur einem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 detailliert erläutert. Bei diesem Signal kann es sich beispielsweise um das Sinus-Signal oder das Kosinus-Signal eines Resolvers handeln. Sofern der Drehwinkelgeber 2 und insbesondere der Resolver mehr als nur ein Ausgangssignal bereitstellt, können die weiteren bereitgestellten Ausgangssignale auf gleiche Weise angepasst bzw. normiert werden. 2 shows a schematic representation of a device for adjusting signals from a rotary encoder 2 , In the following, the adaptation of only one signal from the rotary encoder 2 explained in detail. This signal can be, for example, the sine signal or the cosine signal of a resolver. If the rotary encoder 2 and in particular the resolver provides more than just an output signal, the further output signals provided can be adjusted or normalized in the same way.

Sofern es sich bei dem Ausgangssignal von dem Drehwinkelgeber 2 um ein analoges Signal handelt, wird in dieses analoge Signal zunächst von einem Analog-Digital-Wandler 10 abgetastet. Beispielsweise kann der Analog-Digital-Wandler 10 das analoge Ausgangssignal von dem Drehwinkelgeber 2 mit einer fest vorgegebenen Abtastfrequenz sowie einer vorbestimmten Auflösung abtasten und in ein digitales Signal konvertieren. Alternativ ist es auch möglich, dass bereits von dem Drehwinkelgeber 2 die Ausgangssignale in digitaler Form bereitgestellt werden. Daraufhin erfolgt durch den Extremwert-Detektor 11 eine Bestimmung der Extremwerte in den digitalisierten Ausgangssignalen des Drehwinkelgebers 2. Der Extremwert-Detektor 11 kann hierzu einen Maximum-Detektor 11a und einen Minimum-Detektor 11b umfassen. Der Maximum-Detektor 11a ermittelten dabei in den digitalisierten Signalwerten des Drehwinkelgebers 2 den Maximalwert. Dabei kann die Suche nach dem Maximalwert auf eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten und/oder die Abtastwerte einer vorbestimmten Zeitdauer begrenzt werden. Für eine zuverlässige Bestimmung des Maximalwerts kann der Maximum-Detektor 11a mindestens die Werte einer vollständigen Periodendauer des Ausgangssignals des Drehwinkelgebers 2 berücksichtigen. Hierzu kann der Maximum-Detektor 11a oder auch der übergeordnete Extremwert-Detektor 11 das Ausgangssignal des Drehwinkelgebers 2 analysieren, um die Periodendauer zu bestimmen. Beispielsweise kann er die Periodendauer basierend auf den detektierten Nulldurchgängen in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 erfolgen. Weitere Verfahren zur Bestimmung der Periodendauer sind ebenso möglich. Alternativ kann die Periodendauer bzw. das Zeitfenster für die Extremwertsuche auch durch eine weitere Steuereinheit (nicht dargestellt) vorgegeben werden oder als fester Wert in dem Extremwert-Detektor 11 gespeichert sein.If it is the output signal from the rotary encoder 2 is an analog signal, is in this analog signal first from an analog-to-digital converter 10 sampled. For example, the analog-to-digital converter 10 the analogue output signal from the rotary encoder 2 with a fixed predetermined sampling frequency and a predetermined resolution and scan in convert a digital signal. Alternatively, it is also possible that already from the rotary encoder 2 the output signals are provided in digital form. This is done by the extreme value detector 11 a determination of the extreme values in the digitized output signals of the rotary encoder 2 , The extreme value detector 11 this can be a maximum detector 11a and a minimum detector 11b include. The maximum detector 11a determined in the digitized signal values of the rotary encoder 2 the maximum value. In this case, the search for the maximum value can be limited to a predetermined number of samples and / or the samples of a predetermined period of time. For a reliable determination of the maximum value, the maximum detector 11a at least the values of a complete period of the output signal of the rotary encoder 2 consider. For this purpose, the maximum detector 11a or the superordinate extreme value detector 11 the output signal of the rotary encoder 2 analyze to determine the period. For example, it may be the period duration based on the detected zero crossings in the signal from the rotary encoder 2 respectively. Other methods for determining the period are also possible. Alternatively, the period duration or the time window for the extreme value search can also be predetermined by a further control unit (not shown) or as a fixed value in the extreme value detector 11 be saved.

Die Bestimmung des Minimalwerts der in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 erfolgt dabei in dem Minimum-Detektor 11b des Extremwerte Detektors 11 analog zu der Bestimmung des Maximalwerts durch den Maximum-Detektor 11a, der oben beschrieben worden ist.The determination of the minimum value of the in the signal from the rotary encoder 2 takes place in the minimum detector 11b of the extreme value detector 11 analogous to the determination of the maximum value by the maximum detector 11a which has been described above.

Nachdem die Extremwerte, d.h. der Maximalwert und der Minimalwert eines Signals von dem Drehwinkelgeber 2 ermittelt worden sind, erfolgt daraufhin eine Berechnung der Amplitude bzw. des Gleichanteils in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 durch die Recheneinrichtung 12. Dabei kann die Amplitude Û des Signals von dem Drehwinkelgeber 2 aus dem detektierten Maximalwert Umax und dem detektieren Minimalwert Umin wie folgt berechnet werden: Û = (Umax – Umin)/2 After the extreme values, ie the maximum value and the minimum value of a signal from the rotary encoder 2 have been determined, then takes place a calculation of the amplitude or the DC component in the signal from the rotary encoder 2 through the computing device 12 , In this case, the amplitude Û of the signal from the rotary encoder 2 from the detected maximum value U max and the detected minimum value U min are calculated as follows: Û = (U max - U min ) / 2

Analog kann ein Gleichanteil Uoff in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 folgendermaßen berechnet werden: Uoff = (Umax + Umin)/2 Analogously, a DC component U off in the signal from the rotary encoder 2 calculated as follows: U off = (U max + U min ) / 2

Basierend auf des berechneten Amplitude Û und dem berechneten Gleichanteil Uoff kann daraufhin in einer Normierungseinrichtung 13 der Gleichanteil aus dem Signal u(t) von dem Drehwinkelgeber 2 herausgerechnet werden und das Signal von dem Drehwinkelgeber 2 auf einen einheitlichen Wertebereich zwischen –1 und 1 normierte werden: unorm(t) = (u(t) – Uoff)/Û Based on the calculated amplitude Û and the calculated DC component U off can then be in a normalization device 13 the DC component of the signal u (t) from the rotary encoder 2 be calculated out and the signal from the rotary encoder 2 be normalized to a uniform value range between -1 and 1: u norm (t) = (u (t) - U off ) / Û

Das so normierte Signal unorm(t) kann daraufhin verwendet werden, um daraus die Winkelposition des Drehwinkelgeber 2 bzw. die Winkelpositionen und/oder die Frequenz der elektrischen Maschine 3 zu bestimmen. Die Bestimmung der Winkelposition bzw. Frequenz kann dabei mittels konventioneller Verfahren bzw. konventioneller Bauelemente erfolgen. Darüber hinaus sind auch neuartige Verfahren bzw. Bauelemente zur Auswertung der Signale von dem Drehwinkelgeber 2 möglich. Aufgrund des normierten Wertebereichs und des eliminierten Offsets in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 ist dabei eine besonders zuverlässige und störungsarme Weiterverarbeitung der Signale möglich.The thus normalized signal u norm (t) can then be used to derive therefrom the angular position of the rotary encoder 2 or the angular positions and / or the frequency of the electrical machine 3 to determine. The determination of the angular position or frequency can take place by means of conventional methods or conventional components. In addition, novel methods and components for evaluating the signals from the rotary encoder 2 possible. Due to the normalized value range and the eliminated offset in the signal from the rotary encoder 2 In this case, a particularly reliable and low-interference further processing of the signals is possible.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber 2 zugrunde liegt. In Schritt S1 wird zunächst ein Maximalwert in einem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 detektiert. Parallel dazu wird in Schritt S2 ein Minimalwert in dem Signal von dem Drehwinkelgeber detektiert. 3 shows a schematic representation of a flowchart, such as a method for adjusting signals from a rotary encoder 2 underlying. In step S1, first, a maximum value in a signal from the rotary encoder 2 detected. In parallel, in step S2, a minimum value in the signal from the rotary encoder is detected.

Anschließend wird in Schritt S3 eine Amplitude und/oder ein Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 berechnet. Die Berechnung von Amplitude bzw. Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 erfolgt dabei wie bereits zuvor beschrieben. Nachdem Amplitude bzw. Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber berechnet worden sind, erfolgt abschließend in Schritt S4 eine Normierung des Signals von dem Drehwinkelgeber. Diese Normierung wird basierend auf der berechneten Amplitude bzw. dem berechneten Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber durchgeführt.Subsequently, in step S3, an amplitude and / or a DC component in the signal from the rotary encoder 2 calculated. The calculation of amplitude or DC component in the signal from the rotary encoder 2 takes place as already described above. After the amplitude or DC component in the signal has been calculated by the rotary encoder, a normalization of the signal from the rotary encoder takes place in step S4. This normalization is performed based on the calculated amplitude or the calculated DC component in the signal from the rotary encoder.

Wie bereits oben ausgeführt, kann die Suche nach den Extremwerten, d.h. die Detektion von Maximalwert bzw. Minimalwert in dem Signal von dem Drehwinkelgeber 2 auf eine vorbestimmte Zeitspanne limitiert werden. Diese vorbestimmte Zeitspanne kann dabei basierend auf der Periodizität des Signals von dem Drehwinkelgeber 2 festgelegt bzw. angepasst werden.As already stated above, the search for the extreme values, ie the detection of maximum value or minimum value in the signal from the rotary encoder 2 be limited to a predetermined period of time. This predetermined period of time can be based on the periodicity of the signal from the rotary encoder 2 be set or adjusted.

Falls das Signal von dem Drehwinkelgeber 2 in analoger Form bereitgestellt wird, kann vor der Detektion der Extremwerte eine Analog-Digital-Wandlung erfolgen. Durch die diskrete Abtastung der Signale aus dem Drehwinkelgeber 2 kann es dabei vorkommen, dass zum Zeitpunkt des maximalen bzw. minimalen Werts in dem Signalverlauf von dem Drehwinkelgeber 2 keine Digitalisierung erfolgt. Um auch in einem solchen Fall den Maximal- bzw. Minimalwert des Signals von dem Drehwinkelgeber 2 zu bestimmen, können die abgetasteten Signalwerte von dem Drehwinkelgeber 2 extrapoliert werden. Hierzu ist jedes beliebige Verfahren möglich, dass eine Extrapolation der abgetasteten Signalwerte ermöglicht. Darüber hinaus sind auch weitere Verfahren zum Berechnen bzw. Abschätzen der Extremwerte möglich. Beispielsweise ist es auch möglich, die Extremwerte durch das Lernen der Ellipsenparameter der durch die demolierten Signale gebildeten Lissajous-Figur zu ermitteln.If the signal from the rotary encoder 2 is provided in analog form, an analog-to-digital conversion can take place before the detection of the extreme values. Due to the discrete sampling of the signals from the rotary encoder 2 it may happen that at the time of the maximum or minimum value in the waveform of the rotary encoder 2 no digitization takes place. Even in such a case, the maximum or minimum value of the signal from the rotary encoder 2 can determine the sampled signal values from the rotary encoder 2 be extrapolated. For this, any method is possible that allows extrapolation of the sampled signal values. In addition, other methods for calculating or estimating the extreme values are possible. For example, it is also possible to determine the extreme values by learning the ellipse parameters of the Lissajous figure formed by the demolished signals.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anpassung von Signal von einem Drehwinkelgeber. Hierzu werden in dem Ausgangssignale des Drehwinkelgebers Extremwerte ermittelt und basierend auf diesen Extremwerten Amplitude bzw. Offsets des Ausgangssignals von dem Drehwinkelgeber berechnet. Mittels berechneter Amplitude und Offset erfolgt anschließend eine Normierung der Drehwinkelgebersignale. Dies ermöglicht eine präzise und standardisierte Weiterverarbeitung zur Bestimmung von Winkellage und Frequenz.In summary, the present invention relates to an apparatus and method for adapting signal from a rotary encoder. For this purpose, extreme values are determined in the output signals of the rotary encoder and, based on these extreme values, the amplitude or offsets of the output signal are calculated by the rotary encoder. By means of calculated amplitude and offset, a normalization of the rotary encoder signals is then carried out. This allows a precise and standardized further processing for the determination of angular position and frequency.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011078583 A1 [0004] DE 102011078583 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber (2), mit den Schritten: Detektieren (S1) eines Maximalwerts in einem Signal von einem Drehwinkelgeber (2); Detektieren (S2) eines Minimalwerts in dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2); Berechnen (S3) einer Amplitude und/oder eines Gleichanteils in dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2) unter Verwendung des detektieren Maximalwerts und des detektierten Minimalwerts; und Normieren (S4) des Signals von dem Drehwinkelgeber (2) basierend auf der berechneten Amplitude und/oder dem berechneten Gleichanteil.Method for adapting signals from a rotary encoder ( 2 ), comprising the steps of: detecting (S1) a maximum value in a signal from a rotary encoder ( 2 ); Detecting (S2) a minimum value in the signal from the rotary encoder ( 2 ); Calculating (S3) an amplitude and / or a DC component in the signal from the rotary encoder ( 2 ) using the detected maximum value and the detected minimum value; and normalizing (S4) the signal from the rotary encoder ( 2 ) based on the calculated amplitude and / or the calculated DC component. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Maximalwert und der Minimalwert innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne des Signals von dem Drehwinkelgeber (2) detektiert werden.A method according to claim 1, wherein the maximum value and the minimum value within a predetermined period of the signal from the rotary encoder ( 2 ) are detected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Maximalwert und der Minimalwert innerhalb einer Periodendauer des Signals von dem Drehwinkelgeber (2) detektiert werden.A method according to claim 1 or 2, wherein the maximum value and the minimum value within a period of the signal from the rotary encoder ( 2 ) are detected. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt (S3) zum Berechnen der Amplitude in dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2) die Amplitude aus der halben Differenz zwischen detektiertem Maximalwert und detektiertem Minimalwert berechnet.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the step (S3) for calculating the amplitude in the signal from the rotary encoder ( 2 ) calculates the amplitude from the half difference between the detected maximum value and the detected minimum value. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt (S39 zum Berechnen des Gleichanteils in dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2) den Gleichanteil aus der halben Summe von detektiertem Maximalwert und detektiertem Minimalwert berechnet.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein the step (S39 for calculating the DC component in the signal from the rotary encoder ( 2 ) calculates the DC component from the half sum of the detected maximum value and the detected minimum value. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt (S4) zum Normieren des Signals von dem Drehwinkelgeber (2) das normierte Signal aus dem Quotienten der Differenz zwischen dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2) und dem berechneten Gleichanteil geteilt durch die berechnete Amplitude berechnet.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the step (S4) for normalizing the signal from the rotary encoder ( 2 ) the normalized signal from the quotient of the difference between the signal from the rotary encoder ( 2 ) and the calculated DC component divided by the calculated amplitude. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schritte (S1, S2) zum Detektieren des Maximalwert und des Minimalwert den Maximalwert bzw. den Minimalwert aus einer Mehrzahl von diskret abgetasteten Signalwerten extrapoliert.Method according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein the steps (S1, S2) for detecting the maximum value and the minimum value extrapolate the maximum value or the minimum value from a plurality of discretely sampled signal values. Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber (2), mit: einem Maximum-Detektor (11a), der dazu ausgelegt ist, in einem Signal von einem Drehwinkelgeber (2) einen Maximalwert zu detektieren; einem Minimum-Detektor (11b), der dazu ausgelegt ist, in dem Signal von einem Drehwinkelgeber (2) einen Minimalwert zu detektieren; einer Recheneinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung des detektieren Maximalwerts und des detektierten Minimalwerts eine Amplitude und/oder ein Gleichanteil in dem Signal von dem Drehwinkelgeber (2) zu berechnen; und eine Normierungseinrichtung (13), die dazu ausgelegt ist, das Signal von dem Drehwinkelgeber (2) basierend auf der berechneten Amplitude und/oder dem berechneten Gleichanteil zu normieren.Device for adapting signals from a rotary encoder ( 2 ), with: a maximum detector ( 11a ), which is designed in a signal from a rotary encoder ( 2 ) to detect a maximum value; a minimum detector ( 11b ), which is designed in the signal from a rotary encoder ( 2 ) to detect a minimum value; a computing device ( 12 ), which is designed to use the detected maximum value and the detected minimum value, an amplitude and / or a DC component in the signal from the rotary encoder ( 2 ) to calculate; and a normalization device ( 13 ) which is adapted to receive the signal from the rotary encoder ( 2 ) based on the calculated amplitude and / or the calculated DC component. Antriebssystem, mit: einer elektrischen Maschine (3), die dazu ausgelegt ist, eine Antriebsachse anzutreiben; einem Drehwinkelgeber (2), der mit der Antriebsachse der elektrischen Maschine (3) gekoppelt ist, und der dazu ausgelegt ist ein elektrisches Signal auszugeben, das zu der relativen Lage der Antriebsachse korrespondiert; und einer Vorrichtung zum Anpassen von Signalen von einem Drehwinkelgeber (2) nach Anspruch 8.Drive system, comprising: an electric machine ( 3 ) configured to drive a drive axle; a rotary encoder ( 2 ), which is connected to the drive axle of the electric machine ( 3 ) and adapted to output an electrical signal corresponding to the relative position of the drive axle; and a device for adapting signals from a rotary encoder ( 2 ) according to claim 8. Antriebssystem nach Anspruch 9, wobei der Drehwinkelgeber (2) einen Resolver umfasst.Drive system according to claim 9, wherein the rotary encoder ( 2 ) comprises a resolver.
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