CN104012005A - 用于产生数字信号的方法 - Google Patents

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Abstract

用于根据借助于变频器基于脉宽调制产生的模拟信号(IA，UA)产生数字信号（DS）的方法，其中数字信号对应于脉宽调制的周期持续时间上的模拟信号的平均值，其具有下列步骤：取决于模拟信号借助于西格马-德耳塔-调制器(1)产生具有预定比特重复持续时间(BW)的比特流(BS(i))并且在具有至少与脉宽调制的周期持续时间一样大的持续时间的时间间隔期间：将比特流的各自的比特(BS(i))与所属评定系数(BK(i))相乘以产生各自的比特-评定系数-乘积以及累加各自的比特-评定系数-乘积，其中总和表示数字信号。

Description

用于产生数字信号的方法
技术领域
本发明涉及用于根据借助于变频器产生的模拟信号产生数字信号的方法和用于实施该方法的变频器。
背景技术
变频器通常产生例如以(相)电压的形式的用于控制电动机的脉宽调制的信号，其中相电压又引起相电流。在调节的上下文中送回相电流的变频器的情况下，信号测量或者信号返回的质量更重要。
此外要测量的信号通常借助于合适的传感器获取，模拟滤波并且随后借助于常规模拟数字转换器采样并且数字化。
通常锯齿形的相电流作为相关信号之一通常同步地在脉宽调制的各自的周期的中间采样。然而在并非准确的中间采样的情况下可以引起偏移测量误差。
通过脉宽调制的周期持续时间上的平均值形成可减小上述扰动。为了平均值形成，常规地获得脉宽调制的周期持续时间上的多个数字测量值并接着计算所获得的测量值上的平均值。
其中实施这样平均值形成的方法在DE 102007032484 A1中描述。
发明内容
本发明基于下列任务，提出用于根据借助于变频器基于脉宽调制产生的模拟信号产生数字信号的方法以及用于实施该方法的变频器以供使用，其可以简单并且成本低地实现并且实现尤其无干扰并且可靠的数字化。
本发明通过根据权利要求1的方法和根据权利要求6的变频器解决该任务。
优选实施方式是从属权利要求的主题，从属权利要求的条文对此通过参考成为描述的内容。
该方法用于根据借助于变频器基于脉宽调制产生的模拟信号（例如相电流和/或相电压）（该信号用于控制电动机）产生至少一个数字或者数字化的信号，其中尤其以数字表示的数字信号对应于脉宽调制的周期持续时间上的模拟信号的平均值。数字信号例如在伺服变换器（Servo-Umrichter）中用于尤其是调节模拟信号。在该方法的情况下，具有预定（尤其是不变的）比特重复持续时间的连续比特流取决于模拟信号尤其借助于西格马-德耳塔-调制器（Sigma-Delta-Modulator）产生。在具有至少如脉宽调制的周期持续时间一样大的持续时间的各自的时间间隔的期间，实施下面步骤：比特流的各自的比特与所属评定系数相乘以产生各自的比特-评定系数-乘积并且累加时间间隔上的全部比特-评定系数-乘积，其中时间间隔上的总和表示数字信号。例如对于脉宽调制的每个周期或脉宽调制的每第n周期（其中n>2），上述步骤连续重复。
对信号或者数字信号的数字表示理解为时间和幅度离散数字化样本值的序列，其一方面具有分离并且分级的值存储（Wertvorrat）并且此外以时间次序仅在确定的周期性时间点定义或者示出样本值中的改变。数字表示中的信号根据描述物理量的时间上持续变化的所属模拟信号，通过量化和在定义的时间点进行的采样，来形成。通过对应编码可以将数字信号转化成二进制表示。另外还参阅大量专业文献。
在改进方案中评定系数通过叠加权重函数的权重系数产生，其中各自的权重函数的中间点位于脉宽调制的周期内，各自的权重函数对应于数字滤波函数，相邻权重函数在时间上相对彼此移位一个或多倍比特重复持续时间并且各自的权函数具有预定数量的权重系数。优选地时间间隔具有持续时间，该持续时间比脉宽调制的周期持续时间更长某数量的比特重复持续时间，其中该数量的比特重复持续时间对应于权重系数的数量。
在改进方案中时间间隔相对脉宽调制的周期中心地布置。
在改进方案中数字滤波函数是sinc-滤波函数。
变频器（尤其伺服-变换器形式的变频器）设计成实施上述方法并且具有：用于产生比特流的西格马-德耳塔-调制器、存储权重系数的存储器、设计成使比特流的各自的比特与所属权重系数相乘的乘法器、以及设计成累加各自的比特-评定系数-乘积的累加器。
附图说明
本发明在下面参阅示出本发明的优选实施方式的附图描述。在此示意性示出：
图1示出相电压和相电流的形式的借助于变频器基于脉宽调制产生或者引起的模拟信号，
图2示出用于根据图1示出的信号产生数字信号的电路的框图，
图3示出具有总共384个权重系数的数字sinc3滤波器的权重函数，以及
图4示出多个相邻权重函数（其时间上相对彼此移位某数量的西格马-德耳塔-调制器的比特重复持续时间）以及通过叠加确定的数量的相邻权重函数的权重系数产生的评定系数。
具体实施方式
图1示出具有变化的占空系数的以基本上矩形、脉宽调制的相电压UA以及所属锯齿形相电流IA的形式的常规借助于变频器5基于脉宽调制产生或者引起的模拟信号，如其在电动机6的常规的基于脉宽调制的控制的情况下由变频器5产生。为了调节信号UA和/或IA根据本发明连续地时间和幅度离散地对其数字化，其中数字或者数字化的信号对应于脉宽调制的周期持续时间PD上模拟信号UA或者IA的平均值。周期持续时间可以为例如大约0.25ms并且根据需求变化。
首先参照图2对此具有预定比特重复持续时间BW的连续比特流BS(i)（其中i=0、1、2...）取决于模拟信号UA或者IA借助于西格马-德耳塔-调制器1产生。比特重复持续时间BW可以为例如对应于4MHz的比特重复频率的0.25μs。
在具有至少如脉宽调制的周期持续时间PD一样大的持续时间的时间间隔ZI(见图4)期间，借助于乘法器3使比特流的所有比特BS(i)与所属的在存储器2保存的评定系数BK(i)相乘以产生各自的比特-评定系数-乘积。如此产生的比特-评定系数-乘积借助于累加器4合计，其中时间间隔ZI上的总和表示数字信号DS。
上述步骤可以对下面周期或对每第n周期相应地重复，其中控制变量i对此可以重新置为零。如果应对每个周期产生数字化的测量值，则可以复制图2示出的电路，其中两个电路在时间上置换（即交织）地工作。
根据图3和4下面描述，如何计算评定系数BK(i)。控制变量i的单个增量在此对应于时域中的比特重复持续时间BW。
图3示出具有总共384个权重系数GK(i)的具有128的过采样率的常规数字sinc3-滤波器的权重函数GF。此类滤波器常规上在西格马-德耳塔-调制器的输出上用于数据率降低。
图4基于在图3中表示的单个权重函数GF示出相对彼此移位P步的多个相邻权重函数GF。单个步在此对应于西格马-德耳塔-调制器1的比特重复持续时间BW（如上面已经实施的），使得权重函数GF在时域中或者关于时间相对移位P个比特重复持续时间BW。
脉宽调制的周期持续时间在图4中示意地为500*BW并且时间间隔ZI（即组合间隔）为(500+384/2+384/2)*BW=N*BW。时间间隔ZI因此具有持续时间，该持续时间比脉宽调制的周期持续时间PD更长与比特重复持续时间BW相乘的在图2中示出的sinc3滤波器的权重系数的数量。
时间间隔ZI相对脉宽调制的周期中心地布置。
评定系数BK(i)现在通过叠加到其中间点位于脉宽调制的周期内的这类权重函数GF的权重系数GK(i)来产生。具有的是用编号0到3标记的权重函数。
评定系数BK(i)可以如下表示：
最终得出数字信号DS为：
 在DE 102007032484 A1中描述的方法的情况下形成多个完全数字化的样本值或者周期内的样本上平均值。为此可设置相应平行的硬件，其提供具有要求的时间分辨率和字长的具有适当抽取（dezimierter）的采样率的这些样本。
代替抽取的样本的组合,根据本发明使用所属的抽取滤波器（Dezimierungsfilter）的评定或者权重函数的组合，其中对此需要的系数被预先计算并且在存储器中保存。
这使得以下成为可能，放弃具有西格马-德耳塔-调制器的常规实现中需要的抽取滤波器，使得由于对应逻辑元件的节省,使成本低并且能量节约的实现成为可能。
还有可能的是，直接使用西格马-德耳塔-调制器的比特重复频率而没有先降低。
组合的评定函数还具有该特性：在中间区域中是平的，见图4。这个特性可例如对此利用，来最小化系数的存储器要求，这是因为仅存储上升缘和下降缘。
这个特性还使对变化的周期持续时间的匹配更容易。在脉宽调制信号的周期持续时间的改变的情况下根据本发明的方法的简单匹配例如通过下列实现：相应地匹配系数GK(i)。如果例如基于图4中的表示，延长周期持续时间PD，仅具有不变系数BK(i)的稳定期的持续时间延长，该缘保持不变。
在示出的实施方式的情况下进行权重或者评定函数的叠加或者组合，不是如常规一样已抽取样本的叠加或者组合。叠加的权重函数的应用从存储器进行。简单地实现叠加的权重函数到脉宽调制的周期持续时间的准确的匹配。可应用几乎任意的函数作为权重函数，使得可使用大量所属滤波函数。
周期上的准确组合提高测量精度，由此首先适合地实现相电压测量。
不再需要Sinc-滤波器，使得需要明显更少的硬件资源。
评定系数可对电压和电流同时利用。
由此给出大量应用可能性，如例如逆整流器误差补偿，电压调节以及到转数（Drehzahl）零的传感器损失调节。
本发明因此实现变换器信号的简单且成本低实现的数字化，其中同时确保无干扰且可靠地数字化。

Claims (6)

1.一种用于根据借助于变频器基于脉宽调制产生的模拟信号(IA，UA)产生数字信号（DS）的方法，其中数字信号对应于脉宽调制的周期持续时间(PD)上的模拟信号的平均值，所述方法具有步骤：
-取决于模拟信号借助于西格马-德耳塔-调制器(1)产生具有预定比特重复持续时间(BW)的比特流(BS(i))
-以及在具有至少与脉宽调制的周期持续时间一样大的持续时间的时间间隔(ZI)期间：
-使比特流的各自的比特(BS(i))与所属评定系数(BK(i))相乘以产生各自的比特-评定系数-乘积以及
-累加各自的比特-评定系数-乘积，其中总和表示所述数字信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述评定系数通过叠加权重函数(GF)的权重系数(GK(i))来产生，其中
-各自的权重函数的中间点位于脉宽调制的周期内，
-各自的权重函数对应于数字滤波函数，
-相邻权重函数在时间上相对彼此移位一个或多倍比特重复持续时间以及
-各自的权函数具有预定数量的权重系数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于时间间隔具有持续时间，所述持续时间比脉宽调制的周期持续时间更长某数量的比特重复持续时间，其中所述某数量的比特重复持续时间对应于权重系数的数量。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于时间间隔相对脉宽调制的周期中心地布置。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于数字滤波函数是sinc-滤波函数。
6.一种用于实施根据权利要求1-5的任一项所述的方法的变频器，其特征在于
- 西格马-德耳塔-调制器(1)，其用于产生比特流，
- 存储器(2)，其存储权重系数，
-  乘法器(3)，其对此设计成使比特流的各自的比特与所属权重系数相乘，以及
- 累加器(4)，其对此设计成累加各自的比特-评定系数-乘积。
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