CN106357170B - 无刷直流电机的特性曲线确定 - Google Patents
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Abstract
用于确定电机(10)的转子位置和与电机(10)连接的执行器(14)的执行器位置之间关系的方法，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流(20)使电机(10)换向，使得执行器(14)在一个执行器角度范围内运动；根据电压矢量求得电机角度(φel)；借助与执行器(14)连接的传感器(18)检测执行器角度(φs)；并且检测表示实际执行器角度随电机角度(φel)变化的特性曲线(22)。使电机(10)如此换向：电机(10)首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在第一方向上和反方向上以相同速度经过执行器角度范围，并且在第一方向上经过一个电机角度(φel)和在反方向上经过该电机角度(φel)时分别检测相应的执行器角度(φs)，并且由所述两个检测的执行器角度(φs)算出平均值作为实际执行器角度(φs)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系的方法。此外，本发明涉及一种控制单元。
背景技术
无刷电机(例如BLDC电机)能通过变速器来驱动内燃机的节气门。如果已知转子的角位置，则有利于借助交变电流使该电机换向，因为在这种情况下能在“闭环”运行中调节该电机，这样产生了能量节约。因为人们不想安装单独的转子位置传感器，用以例如减重和节省成本，因此也可尝试通过节气门的位置传感器来间接确定所述转子位置。
一般来说，如果具有无刷直流电机的伺服驱动装置没有自己的转子位置传感器或者其它用于确定转子位置的电压传感器/电流传感器，则能够根据借助电机驱动的执行器的位置传感器的位置信息来实施电机的换向。
为此，应当已知执行器位置φS与机械的转子位置φM之间的机械关系φM＝f(φS)，以便由此计算换向所需的电气的转子位置φel＝Np*φM，其中，Np是该电机的极对数。由此，例如补偿电机转子与执行器(或者说执行器位置信息)之间的变速器速比和可能的非线性关系。
为了求得该关系，所述电机能借助预定的换向，优选借助极大地选择的电流矢量量值来控制(也就是在“开环”运行中被驱动)，并且运动到确定的位置中。在此，能够记录执行器位置传感器的所属的位置信息。因此，然后能在后来的一个时刻借助当前存在的传感器位置信息回溯到这些数据上，并且因此来计算“闭环”换向的转子位置φel＝Np*φM。
DE 10 2010 063 326 A1也涉及一种具有执行器的定位系统。
发明内容
本发明的优点
本发明的实施方式能够以有利的方式实现，例如以特性曲线形式准确并且迅速地确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系。
本发明的一个方面涉及用于确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系的方法。该执行器(也能称作致动器)能通过变速器与电机耦合，由此能够产生转子位置与执行器位置之间的非线性关系。
电机能够是通过具有多相交变电流的桥式电路来换向或者说驱动的无刷直流电机。
执行器可以是车辆的节气门或者主动式加速踏板。
根据本发明的一种实施方式，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流使电机换向，使得执行器在一个执行器角度范围内运动；根据电压矢量求得电机角度；借助与执行器连接的传感器检测执行器角度；并且检测表示实际执行器角度随电机角度变化的特性曲线。执行器角度范围能包括全部可能的执行器运动范围(例如在执行器的两个止挡点之间的整个范围)。但是执行器角度范围也可以仅仅是全部可能运动范围的一个(可能较小的)部分范围。
在所述的方法中，首先确定电压矢量角度，然后例如借助电压量值由所述电压矢量角度计算电压矢量，并且由此借助克拉克变换计算多相电压。然后能够从多相电压产生用于电机的PWM信号(脉宽调制信号)。通过选择相应地高的电压量值也能够使得电机由此在没有调节的情况下运动。在此，如此来改变电压矢量角度，使得与电机或者说其转子机械地连接的执行器运动。
在运动过程中由算出的电压矢量角度导出电机角度(例如通过公式或者通过简单的等式计算)，并且由传感器数据求得执行器角度，该执行器角度与电机数据一起处理成特性曲线。然后从特性曲线能够根据电机角度确定实际执行器角度，也就是例如考虑了变速器的非线性效应的执行器角度(反之亦然)。电机角度能够是电机的电气的电机角度或者机械的电机角度。在此，所述机械的电机角度涉及转子的角位置，而电气的电机位置通常能通过将机械的电机角位置乘以电机的极对数的方式来确定。
应当理解，执行器角度和电机角度提供了关于执行器位置和转子位置的信息。那么所求得的特性曲线表示执行器位置和转子位置之间的关系。
在所述方法中，在此如此使所述电机换向，使得电机首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在第一方向上和反方向上以相同速度经过所述执行器角度范围，并且在第一方向上经过一个电机角度时和在反方向上经过该电机角度时分别检测相应的执行器角度，并且根据两个检测的执行器角度计算平均值作为实际执行器角度。
如果执行器角度范围是来自执行器的止挡点之间的范围的一个部分范围，那么在执行器的止挡点之间的完整范围上也能够存在多个执行器角度范围。然后能够在第一方向上和反方向上以相同速度经过这些执行器角度范围的每一个。
通过求所检测的执行器角度的(算术)平均值，该执行器角度借助执行器传感器在相对运行的、但是相同的速度的情况下检测，就能在创建特性曲线时求出滞后效应和与速度相关的效应(例如通过摩擦引起)。
根据本发明的一种实施方式，由多个所检测的执行器角度和/或由多个所求得的电机角度，针对特性曲线的至少一个节点(Stützstelle)确定实际执行器角度和/或电机角度，所述多个检测的执行器角度和/或多个求得的电机角度从属于包围该节点的一个区段。特性曲线能够划分成多个节点。例如能够以成对实际执行器角度和电机角度的形式保存特性曲线，并且可以在分析特性曲线时在其间进行插值。
在执行器角度范围起动时，采集每个节点周围的执行器角度和/或电机角度，并且紧接着通过求平均值将其压缩为每个节点的值。
在求平均值时，多个所检测的执行器角度和/或多个所求得的电机角度包括第一方向的和反方向的值。因此也能够针对每个节点，如上所述，滤除滞后效应和与速度相关的效应。
例如在第一方向上转动时检测多个执行器角度，并且在第二方向上转动时在包围所述节点的区段中检测多个执行器角度，并且求算该节点的实际执行器角度作为在两个方向上的多个执行器角度的平均值。类似地能够产生该节点的电机角度。
根据本发明的一种实施方式，节点的区段具有不同的宽度。每个节点都能够配属于所经过的执行器角度范围的一个区段，其中，所述区段能完全覆盖所经过的执行器角度范围。根据所述特性曲线的所期望的非线性能够使所述区段不同宽度地来设置，用以提高所述节点之间的插值的精度。
根据本发明的一种实施方式，根据通过电机引起的误差周期选择区段的宽度。例如电机能够通过极数和/或槽数而产生系统性误差，当经过待检测的执行器角度范围的时候，该误差会周期性波动。能够由极数和可能存在的变速器速比来计算所述误差周期。如果区段宽度为该误差周期的四倍，则通过求平均值求出所述系统误差。
根据本发明的一种实施方式，由电压矢量的电压矢量角度加上偏置角度求得电机角度。如上所述，电压矢量角度用于预定用于电机的电压，并且用于产生交变电流。电机角度不必与电压矢量角度一致。主要通过所述模型考虑弹簧扭矩对电压矢量位置和转子位置之间的偏置量的影响以及考虑电机的电感。
然而能够根据电机和/或执行器的数学模型，从电压矢量的电压量值和/或速度求得差数(也就是偏置角度)。对此，能够例如分析预先计算的公式，将已知的量(例如当前的电压矢量角度、当前电流和/或当前电压)代入到所述公式，并且所述公式得出偏置角度。
根据本发明的一种实施方式，所述数学模型考虑随角度变化作用到电机上的扭矩。通过执行器作用到电机上的、随角度变化的和/或随方向变化的扭矩也能影响偏置角的求得。例如能为该方法设定另一个特性曲线，由该特性曲线能导出例如通过在执行器中的弹簧产生的所述扭矩。
根据本发明的一种实施方式，主动求得执行器的一个止挡点的角位置。可以这样实现：确定止挡点靠近，因为通过传感器检测的执行器角度的角速度低于阈值；紧接着提高电压矢量角度直至所检测的执行器角度超过最大值；以及将所述最大值设定为止挡点的角位置。
由此能确定靠近止挡点：能够通过由传感器提供的执行器角度通过微分计算的执行器角速度下降到一个预定的值以下。因为止挡部以越来越大的阻力抵抗转子的扭矩，使得上述现象发生。
紧接着能提高电压矢量角度直至超过执行器角度的最大值。通过提高电压矢量角度以这种方式使由转子作用到执行器上的扭矩增大并且又减小，因此该执行器以不同的扭矩相对止挡点被挤压。在此能够假设，当扭矩最大时也达到最大执行器角度(通过小的弹性变形)，并且止挡点处在该最大执行器角度。
根据本发明的一种实施方式，使得执行器在第一方向上从起点一直运动到第一止挡点，在反方向上从该第一止挡点一直运动到第二止挡点，并且在所述第一方向从该第二止挡点一直运动到所述起点。例如能够通过执行器的中心位置(大致与节气门的应急空气点一样)确定起点。从那里使执行器在一个方向上运动直至所述方法已经求得第一止挡点。然后使执行器在反方向上运动直至求得第二止挡点。紧接着使执行器又往回向起点运动。以这种方式能对于执行器的全部可能角度范围确定特性曲线。
根据本发明的一种实施方式，在转动时使电机在一个方向上首先以第一速度转动，紧接着以第二速度转动。以这种方式可以减小基于惯性的影响。所述影响能够是估算偏置角度的数学模型中没有考虑的误差。能够通过斜坡形速度变化将所述影响小地来保持。
也能够在预期有止挡点的一个区域中已经减缓执行器的运动。
本发明的另一方面涉及一种用于实施上面说明的和下面说明的方法的控制单元。控制单元能够例如包括处理器，在该处理器上实施作为计算机程序的方法。该方法能保存在控制单元中的计算机可读介质上(例如EPROM)。
此外，控制单元也能根据所求得的关系或者说特性曲线、借助所检测的执行器角度对电机进行调节。
控制单元也能够包括输出级，该输出级能根据PWM(脉宽调制)信号从直流电产生(通常多相的)交变电流，然后利用该交变电流使电机换向。
附图说明
以下将参考附图说明本发明的实施方式，其中，无论是附图还是说明书都不应以限制本发明的形式进行解释。
图1示意性地示出了由电机和执行器构成的系统。
图2示意性地示出了根据本发明的一种实施方式的控制单元。
图3示出了一图表，该图表说明了通过根据本发明的一种实施方式的方法产生的运动过程。
图4示出了具有速度曲线的图表，该速度曲线通过根据本发明的一种实施方式的方法产生。
图5示出了具有特征曲线的图表，该特征曲线通过根据本发明的一种实施方式的方法产生。
图6示出了具有测量值曲线的图表，该测量值曲线说明了根据本发明的一种实施方式的方法。
图7示出了具有扭矩特征曲线的图表，该特征曲线用于根据本发明的一种实施方式的方法。
图8示出了一图表，借助该图表说明了根据本发明的一种实施方式找出止挡点。
这些附图仅仅是示意性的并且不是严格按照比例的。在附图中相同的附图标记表示相同或者作用相同的特征。
具体实施方式
系统概述
图1示出了具有无刷直流电机10的系统，该无刷直流电机通过变速器12与执行器14机械地耦合。例如该系统是一种节气门装置，在该节气门中，BLDC电机10通过具有20∶1的传动比的变速器12与作为执行器14的节气门耦合。
图1也说明了下面使用的参量。φel表示电气的电机角度，φM表示机械的电机角度，并且φS表示执行器角度。在此，适用φel＝Np*φM，其中Np是电机10的极对数。BLDC电机10具有例如Np＝2的极对数。执行器14具有例如大约90°的运动行程，因此在执行器14的两个机械止挡部之间能够有φM＝1800°的电机运动或者说φel＝Np*φM＝3600°的电气的电机角度。
执行器角度φS通常以非线性形式取决于角度φel或者说φM。下面说明一种方法，借助该方法能够“在线地”、也就是说在运行过程中由控制单元求得所述参量之间的关系。
图2示出了所述控制单元16，该控制单元借助执行器的位置传感器18接收当前的执行器角度φS并且产生使电机10转动的、具有相U、V、W的交变电流20。因为电机10通过变速器12与执行器14连接，所以这通常对执行器角度φS有反作用。如果能够从检测到的当前的执行器角度φS求得电气的电机角度φel，则控制单元16能由此调节电机10，从而能够显著节能。
下面说明控制单元16如何求得特征曲线22，借助该特征曲线能够由所检测的执行器角度φS确定电气的电机角度φel(并且能反过来确定)。
为此，控制单元16在块24(“基本匹配”)中协调(具体来说就是控制)电压矢量
的定向或者说电压矢量角度
以及其角频率或者说速度
在块26中通过克拉克变换将所希望的电压矢量角度
与电压矢量
的一个可以任意参数化的值一起换算成电机相电压：
然后基于例如表示输出级28的电源电压的当前电池电压，能够由块26计算三个PWM占空比PWM1、PWM2和PWM3，并且将其通过产生相U、V、W的相电流的输出级28输出到电机10上。
电机10相应地改变其机械的电机角度φM，这又会通过变速器12影响执行器14的位置并且因此影响执行器角度φS。
为了求得特性曲线22，在块30中由当前执行器角度φS和系统的下面还将说明的其它参量32估算偏置角度
使该偏置角度与电压矢量角度
相加，用以产生估算的电气的电机角度
将估算的电气的电机角度
的值和执行器角度φS的值联系起来，并且置于转子位置特性曲线22中。然后在转子位置特性曲线22中(非易失性地)保存的信息φM＝f(φS)能够用于调节电机10的换向。
方法过程
图3示出了一图表，在该图表中向右是以秒为单位的时间，并且向上是电机10的电气的电机角度
该图表示出了所述方法如何在记录特性曲线的过程中改变所述角度
图4示出了对应的速度曲线，也就是一个图表，在该图表中向右是执行器角度φS(作为传感器18的传感器电压，单位：伏特)，并且向上是转子速度
(单位：弧度/秒)。
在图3和4中绘制了执行器14的运动起点34、上方的第一止挡点36和下方的第二止挡点38。在记录特性曲线22的过程中，使执行器14在两个方向上完整地从止挡点36至止挡点38运动一次。该过程在止挡点36、38之间的起点34中开始。例如在节气门的所谓的应急空气点中，此时节气门开度大约为8°，因为节气门在不通电状态下受弹簧驱动向该点34运动。
如此控制随后的过程：以相同速度(通过角频率
确定)在第一(例如开启的)方向上经过一次并且在第二(例如闭合的)方向上经过一次可能的执行器角度范围的每个位置或者说每个角度。
从起点34将速度提高到第一值，执行器14以该速度运动至第一止挡点36前。在止挡点36范围内将速度减小到第二值。然后如以下进一步说明的那样，求得止挡点36的位置。紧接着首先以第二速度、然后以第一速度并且从起点34开始又以第二速度启动随后的行程。这里在结束时也求得第二止挡点38，并且在结束时以第二速度返回至起点34。
在图3和4中可见，以相同速度在所述一个方向上接近一次并且在所述另一方向接近一次执行器角度范围内的每个位置。对于一个确定的电气的转子位置
其中k是采样点，求得
和
然后当对于转子位置特性曲线22中相应的点
得出算术平均值
并且将其保存的时候，就会隐性补偿传感器信号采样时出现的延迟和因此而产生的测量误差。如果在开启方向上首先由于通过传感器信号的时间离散采样和/或在前连接的抗混叠滤波器而为
临时保存过小的值，那么紧接着在同一个位置
上求得的对称地过大的值
又修正最终结果
如果考虑(例如通过PDT1环节，1阶/1阶延迟比例微分环节(Proportional-Differentialglied 1.Ordnung/1.
)引起的)采样延迟，那么所述措施会补偿时间常数的和/或延迟时间的可能的误差。
如果在块30中通过估算偏置角度
记录转子位置特性曲线22时也考虑摩擦分量，那么通过该措施同样减小了通过可能的(对称)摩擦引起的误差角度。
以取决于位置而相同的速度对称地记录转子位置特性曲线22能够产生下面的优点。不依赖于当前配置的速度或者说角频率
来补偿在软件中没有考虑的采样延迟或者说在考虑所述采样延迟时的误差补偿。减小在估算偏置角度
时通过(对称的)摩擦分量引起的误差。
特性曲线的区段划分和求平均值
图5示出了具有特性曲线22的图表，类似于图4，该图表向右表示执行器角度φS并且向上表示电气的电机角度
该特性曲线借助多个节点40构成，所述节点分别包括一对电气的电机角度
和执行器角度φS。这些节点能够存放在控制单元16的存储器中。通过插值能够计算所述节点之间的值的关系。
每个节点40配属于执行器角度范围的一个区段42，该区段用于计算执行器角度φS和电气的电机角度
在图6中也示出了所述区段42，其图表类似于图5，向右示出了执行器角度φS并且向上表示由执行器角度φS求得的电气的电机角度
的误差。参考直接在电机轴上由固定在那里的转子位置传感器已经确定的所测量的电机角度来计算误差。所述转子位置传感器通常并不存在于图1的系统中，并且仅仅被加进来用于求得误差。
曲线44示出了电压矢量角度
的误差。曲线44的上部区段涉及去程，曲线44的下部涉及回程。在此明显可见，开启地(去程)和闭合地(回程)记录的部分之间的高的差数大于40°。如果仅在一个(例如开启的)方向上经过执行器14的运动范围(也就是说不求平均值并且不估算偏置角度)，那么所求得的电机角度错误约为40°。因此，通过求算曲线44的两个部分之间的平均值使误差减小到小于20°。
曲线46示出了没有通过求平均值进行补偿的情况下考虑偏置角度
之后求得的电机角度
曲线46的上部区段又涉及去程，而曲线46的下部涉及回程。曲线46示出了与所测量的电机角度有大约20°的明显偏差。如果现在求平均值，那么能使偏差减小到5°以下(曲线48)。
为了求得节点40的执行器角度φS和电机角度
在电机10的运动过程中连续采集数据点φS，k和φel，k，在此k标出了时间离散计算之内、例如在控制单元16的微控制器中的计算步骤。
每个区段42仅仅保存平均值，而不是全部保存特性曲线22的所检测的各个样本
由此就会大大减小待保存的数据量，不会使精度显著变差。随后能通过两个相邻节点之间的插值基于
来计算电机角度
对于应急空气点34下方和应急空气点34上方的区域，参数化区段42的不同的节点间距或不同的宽度，用以在尽可能小地使用存储器的情况下尽最大可能覆盖在这些区域中个别出现的非线性。
能够通过所有在所属的区段42之内检测的
和
的值的平均值来定义节点40。尤其探讨两个运动方向的值。那么如下所述确定各个节点40(具有编号N)的值：
在此，N1是具有编号N的区段42之内的第一个样本值，并且N2是最后一个样本值。然后
和
共同作为数值对确定具有编号N的区段42的节点40。
通过插值方法能够计算相邻节点40之间的电机角度。在边缘区中能够基于所保存的节点40，通过相应的外推法求得电机角度的计算。
关于区段42的宽度选择，基本上应当在内存需求和传感器非线性/系统非线性的好的覆盖之间实现好的折衷。
但是也可以使区段42的宽度与存在的电机纹波(通过电机10引起的周期性误差)相一致。电机纹波(在图6中也可见)在每个BLDC电机10中均一定程度地存在，并且会在识别转子位置特性曲线22的时候导致偏差。当然如果使区段42的宽度相应于换算到变速器的执行器侧上的单个的(或者其整数倍的)纹波周期调整，则消除了该误差。为此必须满足以下条件：
在此iG是变速器速比。基于节点40定义特性曲线22并且通过区段42求得该特性曲线能够实现以下优点：与具有测量误差和高频分量或者对多个样本取平均值引起的噪声的单个样本相比，所述方法更加稳健。以内存优化方式映射转子位置特性曲线22，很好地覆盖了传感器特性曲线中或者系统中的非线性。此外，能够通过选择与纹波周期相一致的区段宽度来补偿纹波影响。
估算偏置角度
在电压矢量角度
和实际的电气的电机角度
之间通常由于不同的原因始终存在角度差
所述原因例如是通过在执行器14中的回位弹簧持续施加到电机10上的扭矩(在此也参见图7)、由摩擦产生的电机扭矩以及电机10的电感效应和磁效应以及其它效应。
原则上通过选择最大的电压矢量
使所述角度差
最小化，在此当然通过可供使用的电源电压和最大的输出级电流/电机电流达到极限。
然而也能通过反演电机模型在线估算剩余的误差
并且因此能更精确地计算预期的电气的电机角度
能够离线地计算数据，并且能够将其保存为关于位置和速度的特性曲线图。
偏置角度
的计算基于简化的反演电机模型，能够如下进行计算：
电压方程
通过省去表示感应反电压的项将其简化为
Ud＝RsId-LqIqωel (7)
Uq＝RsIq+LdIdωel+ψpωel. (8)
因为电池电压和输出电压矢量的量值是已知的，所以能够定义以下关系：
通过扩展力矩方程
形成具有三个方程和三个未知数的方程组：纵向电流Id、横向电流Iq和所寻求的角度差
如Rs、ψp、Ld、Lq和Np之类的电机参数32(见图1)从电机模型已知，并且能够(必要时补偿温度地)使用。电气的角频率或者说速度ωel相应于电压矢量的角频率或者说速度
并且因此同样是已知的。
电机扭矩Ti例如能够根据位置地由控制单元16来计算。
例如图7示出了具有扭矩特性曲线50的图表，在该扭矩特性曲线中向右表示执行器角度，并且向上表示取决于角度和方向的扭矩Ti。在示例情况中，由回位弹簧加上摩擦产生扭矩Ti。在节气门的情况下，关于弹簧预紧力和弹簧刚度地已知完整弹簧特性曲线，由此能够与系统的已知滑动摩擦一起根据角度或者说位置计算电机10的内部扭矩Ti。
解方程(9)、(10)和(11)的方程组求
得到两个解，其中，下面的解(12)是唯一的稳定解。
所述方程要么能够(简化地)在线计算，要么以特性曲线或特性图形式保存在控制单元16中。
总而言之，基于模型估算执行器14在受控制的运行中运动时的偏置角度
有提高精度的优点。转子位置特性曲线22中的误差通过该方法例如从35°下降到15°。
确定止挡位置
为了保证执行器14的无摩擦运行，重要的是，通过在线确定机械的止挡部的位置来补偿制造公差。
在此，借助电机10能够迫使执行器14进入到止挡点36、38的相应位置中，并且然后能够保存位置传感器18的在此存在的信号。执行器14的所属的执行器角度能够用作进一步的位置调节的参考位置。
执行器14可靠地贴靠在机械的止挡点上，以及良好的过程再现性，有利于确定止挡点36、38。
因为借助BLDC电机10确定执行器14的止挡点的时候经常还没有确定转子位置特性曲线22，所以还不能实现效率最佳的换向并且因此还不能实现电机扭矩的准确调整。因此必须在受控制的运行中进行止挡点36、38的确定，如上面说明的那样，电机10的转子在所述运行中对准强烈地施加的电压矢量并且跟随该电压矢量。
在以这种方式实施的执行器14连续运动的过程中，例如借助(时间离散的)DT2元件(2阶/2阶延迟差分传输元件)、通过形成由传感器18提供的执行器角度φS的梯度，能够进行止挡点36、38的确定。那么通过算出的运动速度骤然下降能够探测碰到机械的止挡点36、38上，例如通过与一个阈值进行比较。但是对于超过运动速度阈值的时刻的执行器角度φS通常关于机械止挡点36、38只有有限的说服力。在此，原因可以是在止挡点36、38附近变化的摩擦影响，还有在算出的运动速度中也明显地示出的电机10的纹波力矩(参见图6中的谐波)。
为了提高确定止挡点的精度，可以在通过运动速度下降来(预先)识别止挡点36、38之后下游地加上另一个步骤，下面说明所述另一个步骤。
图8示出了一图表，具有向右绘制的角度差
与向上绘制的相对的电机扭矩之间关系的原理曲线。所述关系表示为曲线52。在此，100％标记54为当前施加的电压/电流矢量量值的情况下与理想换向情况下能够实现的扭矩。
在开始确定止挡点36、38的位置时，例如在开启的方向上抵抗(节气门中的)弹簧扭矩来运动时，角度差
处在范围56中。当执行器14运动到机械的止挡点36、38上时(在此在开启方向上)，
开始通过上升的扭矩而提高。然后根据运动速度、DT2滤波器的滤波时间常数以及运动速度的阈值进行止挡点36、38在虚线58的位置上的(预先)识别。应当在点54中达到力矩最大值之前，也就是说当虚线58在最大值54左边时进行止挡点的预先识别。
然后在下一个步骤中继续转动电压矢量，并且在此监测位置传感器18的信号，也就是执行器角度φS。通过范围60表示该过程。通过位置传感器信号的或者说执行器角度φS的曲线能够监测越过最大力矩54。通过执行器在止挡点36、38中的弹性变形，在最大扭矩的点上达到最高的执行器角度φS。当继续转动电压矢量时，执行器角度φS又减小。在此，自从上次识别“新的”最大值以来电压矢量转动一个确定的量值(例如30°)能够被用作中断条件。通过点线62表示该位置。然后在出现中断条件时已知的执行器角度φS的最大值视作止挡点位置并且保存。
从预先识别的位置开始(例如60°)能够使用电压矢量的预定义转动作为替代的识别方案。在此，同样将该区间中出现的执行器角度φS的最大值视作止挡点位置并且保存起来。
两种情况下都能够使用滤波器(例如中值滤波器)来抑制噪声。
在确定止挡点的步骤之后，能够使电压矢量直接回跳到预先识别的时刻上存在的电压矢量位置，用以随后在受控制的运行中使执行器14又由止挡点36、38(通过向左的箭头表示)远离运动。这样节省了(再次)转动越过所述最大值所需的时间，并且由此加快了特性曲线22的确定。
总而言之，用于通过电压矢量/电流矢量“转动越过”力矩最大值来确定止挡点的方法能够实现关于适配的止挡点位置的更高的精确性和可再现性的优点。因此，可靠地达到了电机10的最大扭矩，并且因此实现了以高的力可靠地接近止挡点36、38。
最后应当指出：诸如“具有”、“包括”等等的说法不排除其它元件或步骤，并且诸如“一个”的说法不排除多数个。权利要求中的附图标记不看作限制。
Claims (10)
1.一种用于确定电机(10)的转子位置和与所述电机(10)连接的执行器(14)的执行器位置之间的关系的方法，所述方法包括：
利用借助电压矢量产生的交变电流(20)使所述电机(10)换向，使得所述执行器(14)在一个执行器角度范围内运动；
基于所述电压矢量求得电机角度(φel)；
借助与所述执行器(14)连接的传感器(18)检测执行器角度(φS)；
检测表示实际执行器角度随所述电机角度(φel)变化的特性曲线(22)；
其特征在于，
所述电机(10)首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在所述第一方向上和在所述反方向上以相同速度经过所述执行器角度范围；并且
在所述第一方向上经过电机角度(φel)并且所述反方向上经过电机角度(φel)时，分别检测相应的执行器角度(φS)，并且由所检测的两个执行器角度(φS)计算平均值作为实际执行器角度(φS)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，由多个所检测的执行器角度(φS)和/或由多个所求得的电机角度(φel)，针对所述特性曲线(22)的至少一个节点(40)来确定所述实际执行器角度(φS)和/或所述电机角度，所述检测的执行器角度和/或求得的电机角度从属于包围所述节点(40)的区段(42)；
其中，多个所检测的执行器角度(φS)和/或多个所求得的电机角度(φel)包括所述第一方向和所述反方向的值。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，节点(40)的区段(42)具有不同的宽度；和/或
其中，根据通过所述电机(10)引起的误差周期选择区段(42)的宽度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中，由所述电压矢量的电压矢量角度
加上偏置角度
来求得所述电机角度(φel)；
其中，基于所述电机(10)的和/或所述执行器(14)的数学模型，从电压矢量角度
的电压量值和/或速度求得所述偏置角度
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，所述数学模型考虑根据角度的、作用到所述电机(10)上的扭矩，并且将通过所述执行器(14)作用到所述电机(10’)上的、根据角度和/或根据方向的扭矩用于求得所述偏置角度
6.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中，通过下述方式求得所述执行器(14)的止挡点(36、38)的角位置：
确定所述止挡点(36、38)靠近，因为通过所述传感器(18)检测的执行器角度(φS)的角速度低于一个阈值；
紧接着提高电压矢量角度直到所检测的执行器角度(φS)已经超过了一个最大值；
将所述最大值确定为所述止挡点(36、38)的角位置。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中，所述执行器(14)在所述第一方向上从起点(34)一直运动到第一止挡点(36)，在所述反方向上从所述第一止挡点(36)一直运动到第二止挡点(38)，并且在所述第一方向上从所述第二止挡点(38)一直运动到所述起点(34)。
8.根据上述权利要求中1至3任一项所述的方法，
其中，所述电机(10)在一个方向上转动时首先以第一速度转动，并且紧接着以第二速度转动。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中，所述执行器(14)通过变速器(12)与所述电机(10)耦合。
10.控制单元(16)，用于实施上述权利要求中任一项所述方法。
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