CN102057565B - 用于控制马达的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制尤其用于打开和关闭门的马达(2)的方法，其中借助于脉宽调制的开关信号(PWM)控制马达(2)，该开关信号以规定数量的用于触发电桥电路(4)的脉宽调制的控制信号(PWM1、PWM2)分配到相应数量的功能通道(F1、F2)上。按本发明，借助于至少一个或者多个切断信号(AS1、AS2)在相应于功能通道(F1、F2)的数量的数量的相互独立的开关通道(26.1、26.2)中的至少一个开关通道上相互独立地切断所述功能通道(F1、F2)。

Description

用于控制马达的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制马达的一种方法和一种装置，该马达尤其是用于打开和关闭门的驱动马达，其中借助于脉宽调制的开关信号控制马达，该开关信号以预先规定数量的脉宽调制的控制信号分配到一定数量的功能通道上，所述控制信号用于触发电桥电路。
背景技术
以多种多样的设计方案公开了用于控制自动门的运行的装置。
在此，尤其脉宽调制的控制方法或者说控制装置尤其用于控制马达的转速和/或旋转方向，该马达尤其是无集电器的并且借助于转子旋转位置传感器例如霍尔传感器控制的直流马达，其中为了改变转速根据控制信号操纵马达电流。
已知借助于电桥电路、尤其半导体电桥电路触发无集电器的直流马达，其中马达布置在由电子的线路元件(通常晶体管)形成的电桥电路的桥分支中。由驱动级或者放大级根据例如无接触的转子旋转位置传感器、通常霍尔元件(霍尔IC)的传感器信号触发所述线路元件。此外，无传感器的触发原理也是可以的。
在此，电流操纵的脉宽调制控制用于转速位置的目的，其中分别以恒定的循环频率将取决于换向的电流脉冲分成循环脉冲。在此，所述循环脉冲关于其脉宽或者说脉冲宽度是可变的。这意味着通过循环情况的改变可以间接地改变有效的马达电流以及由此改变转速。
例如从DE 19543873A1中公开了对马达的这种脉宽调制的控制。
在故障情况下，例如在短路、过载、过速、过激励中借助于单独的独立的保护线路切断所述马达。
此外，由DE 100 59 173 C1和US 2006/0056212A1公开了用于三相交流马达的经由逆变器的驱动控制装置，借助于该驱动控制装置能够在故障情况下“可靠地停止”并且“电枢短路制动”所述马达。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于控制马达的方法，用该方法实现了简单的故障可靠的切断。此外，说明了一种用于控制马达的特别合适的装置。
在方法方面，所述任务按本发明通过在权利要求1中说明的特征得到解决。在装置方面，所述任务按本发明通过在权利要求11中说明的特征得到解决。
本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
在用于控制马达尤其用于打开和关闭门的驱动马达的方法中，借助于脉宽调制的开关信号控制该马达，该开关信号以预先规定数量的脉宽调制的控制信号分配到相应数量的功能通道上，所述控制信号用于触发电桥电路。按本发明，相互独立地借助于至少一个或者多个切断信号在相应于功能通道的数量的数量的相互独立的开关通道中的至少一个开关通道上断开所述功能通道。
通过在直接干预马达的触发的相互独立的并且由此冗余的开关通道上的这种相互独立的并且由此冗余的切断信号能够在出现单个故障时定义所述马达并且安全地切断该马达。在此，为了切断而使用电桥电路的存在的相互独立的并且由此同样冗余的功能通道。由此能够取消至今为止需要的单独的安全切断。
根据马达-多相或者单相马达-求得或者读回所述脉宽调制的开关信号和/或所述功能通道的脉宽调制的控制信号，并且根据所求得的或者读回的开关信号和/或所求得的或者读回的控制信号至少产生相应于控制信号的数量的数量的相互独立的切断信号，所述切断信号接通到功能通道上。
在单相的马达中，例如在两个独立的功能通道上产生两个控制信号用于控制马达，其中借助于两个相互独立的切断信号中的至少一个来切断所述两个相互独立的功能通道。在此，在特别简单的实施方式中通过简单的信号分配以及逆变由脉宽调制的开关信号产生所述两个控制信号。也可以产生两个以上的相互独立的切断信号用于切断相应数量的功能通道和半导体桥，尤其产生三个或者四个切断信号，从而形成多重冗余的无反馈的控制装置。
在三相马达中，有针对性地借助于控制单元以电子方式并且单独地产生控制信号。
为了较高的故障可靠性，也就是在发动机控制、触发通道之一和/或电桥电路中存在故障时可靠地切断马达，直接产生第一切断信号并且根据用于触发马达的控制程序的运行时间监控以及脉宽调制的开关信号的产生来产生冗余的第二切断信号。通过这种冗余的或者以两个通道实施的切断也可以在切断信号之一故障时借助于另外的切断信号可靠地切断马达，所述切断以简单的方式方法作用到同样冗余的并且构造成两通道的触发通道上。由此将故障切断的完全失灵的危险降低到最低限度。
所述切断信号有利地在电流和/或逻辑上相互分开地产生。在逻辑上分开时，在出现故障时，例如在触发马达中出现故障时，在马达过载时借助于不同的切断功能相互独立地产生切断信号。所述两个切断信号在电流上的分开用于相互间的电势分开。通过切断信号的分开，在故障情况下在切断通道之一中借助于另外的无故障的切断通道的切断信号可靠地切断马达。
在可能的实施方式中，借助于第一切断信号和/或第二切断信号直接地并且无反馈地切断所述功能通道。在此，所述两个切断信号为了无反馈不仅相互分开而且也与功能通道分开。由此避免了故障的传播。
所述第一切断信号和/或第二切断信号有利地在电流上与触发通道分开。所述两个切断信号在电流上的分开尤其用于将两个切断信号的切断通道与触发通道在电势上分开并且在能量上分开。
为了冗余地设计用于控制例如单相马达的电桥电路的功能通道，在电桥电路前面连接两个相互独立的触发通道以及两个相互独立的放大级，所述放大级分别在输出端与两个半桥连接。在此，每个放大级刚好控制一个半桥，其中放大级的两个输出端分别与半桥之一的线路元件相连接。由此，在线路元件、放大级或者半桥失灵时可以借助于另外的放大级、另外的线路元件或者说另外的半桥来切断马达。在此，马达优选进入可靠的无扭矩的状态中。由此，由于冗余的触发通道和/或冗余的切断通道实现了故障可靠地切断马达，所述马达尤其用于自动的门驱动装置，对所述门驱动装置提出了高的安全要求。
在用于控制马达的装置方面，该装置包括具有用于产生脉宽调制的开关信号的集成的脉宽调制器的控制单元以及连接在该控制单元后面的用于将脉宽调制的开关信号分成至少两个脉宽调制的控制信号的信号分配器，其中用于切断信号的预先规定数量的相互独立的切断通道从控制单元出发并且通入脱耦单元中，与功能通道的数量相应的数量的相互独立的开关通道从所述脱耦单元出发，通过所述开关通道可以根据所述切断信号中的至少一个相互独立地切断所述功能通道。
在此，能够根据脉宽调制的开关信号和/或脉宽调制的控制信号借助于控制单元产生切断信号。用于读回脉宽调制的开关信号和/或两个功能通道的脉宽调制的控制信号的读回通道从信号分配器导入控制单元中，并且相应数量的相互独立的切断通道从控制单元出发并且通入脱耦单元中，相应于用于触发电桥电路的功能通道的数量的数量的开关通道从所述脱耦单元出发，所述开关通道干预到功能通道中。
在此，各个功能通道为了触发电桥电路优选包括触发通道和放大级。
为了确保在控制程序中存在故障时切断马达，设置了监控单元，例如程序运行时间监控装置，其作用于所有的切断通道。
在另一实施方式中，所述脱耦单元包括相应于切断通道和/或触发通道的数量的数量的脱耦元件，例如电阻或者光电耦合器。借助于脱耦元件在电方面相互分开所述切断通道和触发通道，并且由此无反馈地实施。
优选将所述电桥电路构造成二通道的或者更多通道的，例如作为所谓的H电桥电路或者B6电桥电路。根据马达的类型、单相或者三相的马达，设置相应的电桥电路。
此外，所述电桥电路以有利的方式包括相应数量的线路元件，尤其半导体线路元件，例如晶体管。所述电桥电路有针对性地在负载侧与马达连接并且在控制侧与两个触发通道连接。
为了可靠并且冗余地触发马达，相互独立地构造用于电桥电路的触发通道。对此，优选在各个触发通道中在电桥电路前面布置放大级。为了冗余地构造所述触发通道，相应的放大级在输出侧与半桥连接。由此，由于冗余的触发通道实现了故障可靠地切断马达。
除了在触发马达时出现故障的情况下故障可靠地切断马达之外，在马达分支中，例如在供电分支中布置了电流传感器，该电流传感器的测量信号能够输入控制单元。如果根据电流传感器的测量信号的分析识别出马达的过载，那么这类似于马达控制中所识别的故障被评价为故障，从而所述控制单元产生切断信号并且通过干预到冗余的触发通道中的冗余的切断通道切断马达。由此避免了额外的单独的安全线路。
在本发明的改进方案中，为了脉宽调制地控制马达，将脉宽调制器集成到控制单元中。通过将脉宽调制器作为软件模块简单地在控制单元中实施，避免了额外的部件。
此外，本发明提出可以相互独立地测试切断通道和/或切断信号的产生以及由此测试马达的切断功能。
根据使用情况，所述马达是驱动马达，尤其是直流马达，用于使门元件例如门页或门扇运动尤其打开和关闭。在此，所述装置有利地用作用于自动门的控制装置。
附图说明
根据附图对本发明的实施例进行详细解释。
在此，唯一的附图示出了用于控制马达的装置。
具体实施方式
在此，唯一的附图示出了用于控制马达2的装置1。该马达2尤其可以是驱动马达、尤其是直流马达，用于使门元件例如门页、门扇运动尤其是打开和关闭。
所示出的马达2连接到工作电压UB上，例如电源电压或者高功率或高伏特储能器上。
为了控制马达，设置了常规的电桥电路4，马达2作为负载与该电桥电路连接。该电桥电路4由一定数量的线路元件4.1.1到4.2.2、例如半导体元件、晶体管形成并且例如是所谓的H电桥电路。在此，所述线路元件4.1.1和4.1.2形成了电桥电路4的半桥4.1，并且线路元件4.2.1和4.2.2形成了电桥电路4的另外的半桥4.2。
根据马达2和/或电源电压的类型和结构，可以单相或者多相地改变电桥电路4。例如可以设置所谓的B6电桥电路(例如三个半桥)。
所述电桥电路4为了触发马达2通过两个放大级6.1和6.2与两个触发通道8.1和8.2连接，所述触发通道通过信号分配器10和控制线路12与控制单元14连接。在此，具有所属的放大级6.1或者说6.2的触发通道8.1或8.2分别形成了用于触发电桥电路4的功能通道F1或者说F2。所述两个功能通道F1和F2相互独立地构造并且由此是冗余的。
为了冗余地构造所述触发通道8.1和8.2并且由此冗余地触发电桥电路4，相应的放大级6.1和6.2具有两个输出端6.1.1、6.1.2或者说6.2.1、6.2.2。由此，借助于每个放大级6.1或者6.2控制两个半桥4.1和4.2，方法是其中一个放大级6.1的两个输出端6.1.1、6.1.2通过所属的线路6.1.3以及6.1.4与所涉及的半桥4.1的相应的线路元件4.1.1或者说4.1.2连接。另外的放大级6.2的输出端6.2.1、6.2.2类似地通过所属的线路6.2.3和6.2.4与所涉及的半桥4.2的相应的线路元件4.2.1或者说4.2.2连接。由此，在功能通道F1或F2的一个或者多个元件失灵或者所述半桥4.1或4.2之一失灵时，能够借助于另外的放大级6.2或6.1、另外的线路元件4.1.1到4.2.2之一或者说另外的半桥4.2或4.1切断所述马达2，并且所述马达2能够进入安全的运行状态中。由此实现了故障可靠地切断马达2。
在按附图的实施例中，涉及单相的马达2，借助于H桥作为电桥电路4来触发所述马达。在尤其三相的马达中，作为替代方案以没有详细示出的方式方法设置相应数量的功能通道和触发通道连同放大级以及切断通道，例如相应的三个相互独立的通道。
下面根据具有冗余的功能通道F1、F2以及切断通道18.1和18.2的单相的马达2对本发明进行详细描述。
在马达2的运行中通过借助于控制单元14产生的脉宽调制的开关信号PWM控制电桥电路4，尤其控制线路元件4.1.1到4.2.2。对此，所述控制单元14包括集成的脉宽调制器16。
将所产生的脉宽调制的开关信号PWM输入信号分配器10，该信号分配器将脉宽调制的开关信号PWM分成两个脉宽调制的用于两个触发通道8.1和8.2的控制信号PWM1和PWM2。作为替代方案，可以取消信号分配器10，在这种情况下由控制单元14产生冗余的控制信号PWM1、PWM2。
在此，所述信号分配器10例如包括逆变线路，使得信号分配器10的输出端始终相互相反地触发两个半桥4.1和4.2，并且由此没有给出马达2的空转运行。在此，控制信号PWM1与控制信号PWM2相反。
为了在马达控制的故障情况下，例如在控制单元14、信号分配器10、放大级6.1、6.2之一、电桥电路4的元件之一的程序控制故障的情况下可靠地切断马达2，所述装置1包括两个冗余的并且相互独立的切断通道18.1和18.2。
为了产生切断信号AS1和AS2，用于读回脉宽调制的开关信号PWM和/或两个触发通道8.1、8.2的脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2的读回通道20从信号分配器10导入控制单元14中。代替脉宽调制的开关信号PWM和/或控制信号PWM1、PWM2的读回，也可以在通过控制单元14本身产生控制信号时考虑所述控制信号直接由其产生切断信号AS1和AS2。
所述两个相互独立的切断通道18.1和18.2中的至少一个、也就是切断通道18.1直接由控制单元14出发。监控单元24连接在另外的切断通道18.2的前面，用于监控程序运行时间的控制信号通过监控线路19连接在监控单元的前面。两个切断通道18.1和18.2通入脱耦单元22。
在此，所述两个切断信号AS1、AS2根据读回的脉宽调制的开关信号PWM和/或读回的脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2相互独立地产生。为此，在所述控制单元14中执行具有相应逻辑功能的相应的软件程序。
所述切断信号AS1之一直接产生并且直接用于切断功能通道F1、F2。另外的冗余的切断信号AS2额外地根据对程序运行时间的监控产生并且用于切断功能通道F1、F2。对此，在所属的切断通道18.2的前面集成了用于监控马达2的控制程序的程序运行时间的监控单元24。
借助于脱耦单元22例如在电流上相互分开所述两个切断信号AS1、AS2以及其切断通道18.1和18.2，并且与功能通道F1和F2分开，从而借助于第一切断信号AS1和/或第二切断信号AS2直接并且无反馈地切断所述两个功能通道F1或者说F2。对此，所述脱耦单元22包括相应于切断通道18.1、18.2和/或功能通道F1、F2以及由此触发通道8.1、8.2的数量的数量的脱耦元件，例如没有详细示出的光电耦合器或者电阻。
对于冗余地设计马达2的故障切断来说，相应于电桥电路4的功能通道F1、F2的数量的数量的开关通道26.1、26.2从脱耦单元22出发。
通过在冗余的切断通道18.1、18.2中如此冗余地构造以冗余的切断信号AS1、AS2进行的故障切断，能够在出现单个故障时定义马达并且可靠地切断马达，所述切断通道直接干预到马达2的冗余的触发之中。在此，在出现至少一个所述切断信号AS1和/或AS2时切断两个放大级6.1和6.2并且由此切断每个半桥4.1和4.2。如果放大级6.1或6.2之一或者半桥4.1或4.2之一或者线路元件4.1.1到4.2.2之一有故障，那么由于所描述的冗余的触发始终能够通过另外的放大级6.2或6.1、另外的半桥4.2或4.1或者另外的线路元件4.1.1到4.2.2切断马达2并且使其进入安全的状态中。由此，显著降低了故障切断的全部失灵的危险。
除了在触发马达2中出现故障时故障可靠地切断马达2，在马达分支中、例如在供电分支28中布置电流传感器30，该电流传感器的测量信号可以输入控制单元14。如果根据电流传感器30的测量信号的分析识别马达2过载，那么类似于在马达控制中识别的故障借助于控制单元14产生切断信号AS1、AS2，并且通过干预到冗余的功能通道F1、F2中的冗余的切断通道18.1、18.2切断马达2。

Claims (29)

1.用于控制马达(2)的方法，其中，借助于脉宽调制的开关信号(PWM)控制所述马达(2)，该开关信号以规定数量的用于触发电桥电路(4)的脉宽调制的控制信号(PWM1、PWM2)分配到相应数量的功能通道(F1、F2)上，其特征在于，产生与所述功能通道(F1、F2)的数量相应的数量的相互独立的切断信号(AS1、AS2)，并且将所产生的切断信号(AS1、AS2)相互独立地输入脱耦单元(22)并且借助于该脱耦单元相互分开，其中，根据所述切断信号(AS1、AS2)中的至少一个相互独立地切断所述功能通道(F1、F2)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，求得或者读回所述脉宽调制的开关信号(PWM)和/或所述功能通道(F1、F2)的脉宽调制的控制信号(PWM1、PWM2)，并且根据所求得的或者读回的开关信号(PWM)和/或所求得的或者读回的控制信号(PWM1、PWM2)产生与所述控制信号(PWM1、PWM2)的数量相应的数量的相互独立的切断信号(AS1、AS2)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接产生第一切断信号(AS1)。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，独立于所述第一切断信号(AS1)产生冗余的第二或者其它切断信号(AS2)。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，根据程序运行时间监控来产生所述第二或者其它切断信号(AS2)。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在电流上和/或逻辑上相互分开地产生所述切断信号(AS1、AS2)。
7.按权利要求4所述的方法，其特征在于，存在两个功能通道，借助于所述第一切断信号(AS1)和/或所述第二切断信号(AS2)直接并且无反馈地切断所述两个功能通道(F1、F2)。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一切断信号(AS1)和/或所述第二切断信号(AS2)与所述功能通道(F1、F2)在电流上分开。
9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在存在所述切断信号(AS1、AS2)中的至少一个时将所述马达(2)切换到安全的无扭矩的状态下。
10.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，产生一个或者多个切断信号(AS1、AS2)并且设置两个以上相互独立的开关通道(26.1、26.2)，通过所述开关通道借助于所述切断信号(AS1、AS2)之一切断一定数量的功能通道(F1-Fn)。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，设置三个或者四个相互独立的开关通道(26.1、26.2)。
12.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于打开和关闭门。
13.用于控制马达(2)的装置(1)，该装置包括具有用于产生脉宽调制的开关信号(PWM)的集成的脉宽调制器(16)的控制单元(14)以及连接在该控制单元后面的用于将所述脉宽调制的开关信号(PWM)分成至少两个脉宽调制的控制信号(PWM1、PWM2)的信号分配器(10)，所述控制信号用于触发电桥电路(4)的与所述控制信号(PWM1、PWM2)的数量相应的数量的功能通道(F1、F2)，其特征在于，用于切断信号(AS1、AS2)的预先规定数量的相互独立的切断通道(18.1、18.2)从所述控制单元(14)出发并且通入脱耦单元(22)中，与所述功能通道(F1、F2)的数量相应的数量的开关通道(26.1、26.2)从所述脱耦单元出发，通过所述开关通道能够根据所述切断信号(AS1、AS2)中的至少一个相互独立地切断所述功能通道(F1、F2)。
14.按权利要求13所述的装置，其特征在于，用于读回所述脉宽调制的开关信号(PWM)和/或所述两个功能通道(F1、F2)的脉宽调制的控制信号(PWM1、PWM2)的读回通道(20)从所述信号分配器(10)导入所述控制单元(14)中。
15.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，相应的功能通道(F1、F2)包括触发通道(8.1、8.2)和用于独立地触发相应半桥(4.1、4.2)的放大级(6.1、6.2)。
16.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，监控单元(24)集成到所述切断通道(18.1、18.2)之一中。
17.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述脱耦单元(22)包括与所述切断通道(18.1、18.2)和/或所述功能通道(F1、F2)的数量相应的数量的脱耦元件。
18.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述电桥电路(4)构造成二通道的或者更多通道的。
19.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述电桥电路(4)构造成所谓的H电桥电路或者B6电桥电路。
20.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述电桥电路(4)包括相应数量的线路元件(4.1.1-4.2.2)。
21.按权利要求20所述的装置，其特征在于，所述线路元件(4.1.1-4.2.2)半导体线路元件。
22.按权利要求21所述的装置，其特征在于，所述半导体线路元件是晶体管。
23.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述电桥电路(4)在负载侧与所述马达(2)连接并且在控制侧与所述两个触发通道(8.1、8.2)连接。
24.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述马达是驱动马达，用于使门元件运动。
25.按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述驱动马达是直流马达。
26.按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述门元件是门页、门扇。
27.按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述运动是打开和关闭。
28.按权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置用于打开和关闭门。
29.将按权利要求13到28中任一项所述的装置(1)用作用于自动门的控制装置的应用。
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