CN111566487A - 用于转速测量的梯度确定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有能转动的机构、传感器和评估单元的装置，其中，机构具有数量为a的标记，其中，当机构转动时，标记循环地经过由传感器检测的区域；其中，传感器构造成用于将信号传输至评估单元；并且其中，评估单元构造成用于给每个信号配属传输信号的时间点t_i，其中i∈{0,1,…}并且对于所有i∈{0,1,…}来说t_i<t_i+1，并且针对所有i∈{1,2,…}以(算式(I))计算与时间t相关的函数n(t)作为机构的转速的度量。评估单元构造成用于，针对至少一个j∈{1,2,…}以(算式(II))计算与时间t相关的函数m(t)作为机构的转速的梯度的度量；其中，k∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k≤t_j‑T<t_k+1，T是常数。

Description

用于转速测量的梯度确定

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的装置和一种根据权利要求4的前序部分的方法。

背景技术

测量参量的导数使用在多个应用中。为此，要么使用简单的差商，要么使用数字滤波(例如Savitzki-Golay滤波)。作为简单的调节技术的元件可以使用DT1单元。对于所有导数形成来说共同的是，在基本信号中的噪声导致导数的强噪声。如果导数例如通过具有大的窗口宽度的数字滤波或具有大的时间常数的DT1单元被滤波，那么在输入信号与该信号的导数之间产生相移。

用于获取转速的常见的方法以如下为基础，即检测并且随后评估转动的编码轮的轮廓。为此，例如可以借助死区时间测量来获取每个时间区段有多少齿经过传感器。确定最后两个经过传感器的齿之间的时间间隔。

传感器信号的采样的可实现的频率基于技术研发不断升高。更高的采样频率伴随着更严格的要求，但也伴随着更准确地确定转速梯度的更好的可能性。在多个迄今为止的软件应用中，每10ms检测转速。如果减小步长，例如减小为1ms，那么在转速不变的情况下，在每个采样时间区段中，就计算而言编码轮的标记的仅十分之一经过传感器。因此，根据编码轮的转速和标记的数量，明显存在更多的没有齿经过编码轮、即不存在新的转速信息的时步。但在转速梯度的持续的计算中，也必须能够在没有新的转速信息的时间点中形成信号。

发明内容

本发明的任务是消除由现有技术已知的解决方案中的固有缺点。尤其是应该提供具有尽可能小的相移和小的信号噪声的转速梯度。在从静止开始的转动中并且沿静止的方向，尽可能准确地检测转速梯度。

该任务通过根据权利要求1的装置和根据权利要求4的方法解决。优选的改进方案包含在从属权利要求中。

装置包括能转动的机构、传感器和评估单元。机构是自由的，并且可以不受限地扭转任意的角度、尤其是大于360°的角度。

机构具有一个或多个标记。标记的数量是a。机构可以是编码轮，其相对于轴或心轴抗相对转动地固定，尤其是固定在轴或心轴上。孔盘例如适用于作为编码轮，孔盘环绕地设有孔。每两个孔通过接片分隔，接片在两个孔之间延伸穿过。齿轮也适用于作为编码轮，齿轮的齿同时用作标记。

此外，感应式传感器、磁场传感器或光电子传感器适用于作为传感器。

传感器或由传感器检测的区域朝标记取向。当机构转动时，标记循环地经过检测的区域。这意味着的是，当机构转动360°时，每个标记都刚好一次经过由传感器检测的区域。

标记经过由传感器检测的区域，其方法是，每次标记的至少一部分进入该区域中，穿过该区域并且又从该区域出来。在经过标记时，传感器产生信号。当标记的至少一部分进入该区域中，离开该区域时，或在标记的至少一部分位于该区域中期间，可以产生信号。

信号传输至评估单元。评估单元构造成用于给每个信号配属传输信号的时间点t_i，其中i∈{0,1,…}，并且对于所有i∈{0,1,…}来说，t_i<t_i+1，并且针对所有i∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数n(t)作为机构的转速的度量。

传输信号的时间点t_i相应于标记经过由传感器检测的区域的时间点。

根据本发明，评估单元此外构造成用于：针对至少一个、优选所有j∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数m(t)作为机构的转速的梯度或改变的度量。在此，k∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k≤t_j-T≤t_k+1，T是常数。

因此，根据本发明，仅在标记经过由传感器检测的区域的那些时间点获取的转速被考虑用于获取转速梯度。在这些时间点之间存在至少T的时间区间。

在多个应用中，能转动的机构减速至静止和从静止开始运动尤其是有意义的。借助根据本发明的方法，在从静止开始运动的情况下迅速形成梯度值。

尤其是在慢的转速的情况下产生明显更好的信号，因为被考虑用于形成梯度的时间点的间隔增大。于是，梯度借助更少的传感器信息形成，以便获取梯度的尽可能最新的值。在非常小的转速中，在两个最后存在的传感器信号上形成梯度。

根据本发明的方法的特征在于，在转速较高的情况下，即当传感器信号在足够短的时间间隔中存在时，梯度不是在相邻的采样步距上形成，而是在可参数化的时间常数T上形成，该时间常数覆盖标记的多个穿过由传感器检测的区域的行程(Durchgang)。因此减小传感器信号的进入了梯度形成中的噪声份额。

替代根据本发明的将转速梯度确定为差商地，可想到的是，使用具有可变的窗口宽度的数字滤波。这相应于测量值数量可变。因此，不仅相邻的时间段的第一和最后的值，而且还有更多值都用于确定梯度。

常见的是，限定最小的待检测的转速n_min。如果在由此求导的时间段中，没有标记经过由传感器检测的区域，那么假定为处于静止。在该情况下，为了确定梯度仍然存储理论上被获取的转速。值0被输出作为梯度。

如果能转动的机构在较长时间的静止之后开始重新转动，那么基于转动，标记进入由传感器检测的区域中。基于静止，在检测到该标记与经过由传感器检测的区域的最后的标记之间的时间间隔是非常大的。这相应于在最小转速n_min以下的转速。相应地，评估单元计算出值0作为转速。转速梯度同样是0。

如果下一标记经过由传感器检测的区域，那么预计的是，借助两个最后探测到的标记计算出的平均转速超过最小转速n_min。现在如果转速梯度形成为差商，那么就产生过大的值。为了避免这一点，优选改进评估单元，使得当n(t_k')<n_min时，针对至少一个j'∈{1,2,…}以

来计算。在此，k'∈{0,1,…}被选择为适用于t_k'≤t_j'-T<t_k'+1。

如果检测的转速在最小转速n_min以下，那么不是将实际检测的转速，而是将最小转速n_min考虑用于计算梯度。产生转速梯度的如下变化过程，该变化过程相应更小并且更好地反应真实的转速变化过程。

在优选的改进方案中，在时间点t_i，i∈{0,1,…}之间的间隙进行内插。因此，针对至少一个时间点t'，其中t_j<t'<t_j+1，优选针对所有时间点t'，其中t_j<t'<t_j+1，根据改进方案适用的是：

m(t')＝m(t_j)。

根据本发明的方法是上述的、由根据本发明的装置的评估单元或优选的改进方案实施的方法。

附图说明

在附图中示出优选的实施例。一致的附图标记在此表示相同的或功能相同的特征。具体而言：

图1示出了用于确定梯度的由现有技术已知的第一方法；

图2示出了用于确定梯度的由现有技术已知的第二方法；

图3示出了用于利用时间常数计算梯度的方法；

图4示出了从静止开始的转动；并且

图5示出了改进的方法。

具体实施方式

在图1至5中示出了转速函数n(t)和转速梯度m(t)与时间t相关的变化过程。以点线画出了转速n(t)的假设的相应于计算出的梯度m(t)的变化过程。

转动的编码轮借助传感器被采样。采样在离散的时间点进行，这些离散的时间点以时间间隔、即采样区间t_s相继跟随。时间点t_i，i∈{0,1,…}(在这些时间点，编码轮的标记由传感器检测到)是采样区间t_s的整数多倍。

针对所有i∈{1,2,…}，转速函数n(t)根据图1至4以如下方式计算出：

转速梯度m(t)根据图1是

虽然转速的变化过程是连续的，但梯度m(t)在t₃和t₄中具有脉冲式的振动。这可以以如下方式阻止，即梯度m(t)以如下方式形成为在最后两个存在的转速信息上的差商：

其中，i∈{1,2,…}。

图2所示的梯度m(t)尽管存在平滑的变化过程，但它还是容易受到噪声影响，并且会发生相移，相移与转速有关。该问题可以以如下方式解决，即梯度m(t)如在图3中示出的那样在可参数化的时间常数T上形成。在此针对j∈{1,2,…}，梯度m(t)计算为：

其中，k∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k≤t_j-T≤t_k+1，其中T是常数。

图4示出了在编码轮中的转速函数n(t)的变化过程，编码轮从静止开始启动。虚线示出了实际的转速变化过程。基于在时间点t₁与t₂之间的长的静止时间，在时间点t₃计算出在远低于实际转速的转速。这又导致的是，梯度m(t)在t₃≤t<t₄的范围内形成一个峰值。

如在图5中示出的那样，这种峰值可以通过预设最小转速n_min消除。如果在时间点t，从传感器信号计算出的转速n(t)小于最小转速n_min，那么最小转速n_min替代计算出的转速n(t)地被考虑用于确定梯度。针对t₃≤t<t₄，m(t)因此计算为：

T在此为了简单起见参数化为t_s。

Claims (4)

1.具有能转动的机构、传感器和评估单元的装置；其中，

所述机构具有数量为a的标记；其中，

当所述机构转动时，所述标记循环地经过由所述传感器检测的区域；其中，

所述传感器构造成用于将信号传输至所述评估单元；并且其中，

所述评估单元构造成用于给每个信号配属传输信号的时间点t_i，其中i∈{0,1,…}并且对于所有i∈{0,1,…}来说t_i<t_i+1，并且

针对所有i∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数n(t)作为所述机构的转速的度量；其特征在于，

所述评估单元构造成用于：针对至少一个j∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数m(t)作为所述机构的转速的梯度的度量；其中，

k∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k≤t_j-T<t_k+1，其中T是常数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，针对至少一个j'∈{1,2,…}，适用的是：

其中，

n(t_k')<n_min并且k'∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k'≤t_j'-T<t_k'+1。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，针对至少一个时间点t'，其中t_j<t'<t_j+1，适用的是：

m(t')＝m(t_j)。

4.用于计算与时间t相关的函数n(t)作为能转动的机构的转速的度量的方法；其中，

所述机构具有数量为a的标记；其中，

当所述机构转动时，所述标记循环地经过由传感器检测的区域；其中，

所述传感器构造成用于将信号传输至评估单元；其中，

给每个信号配属传输信号的时间点t_i，其中i∈{0,1,…}并且对于所有i∈{0,1,…}来说t_i<t_i+1，并且其中，

针对所有i∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数n(t)作为所述机构的转速的度量；其特征在于，

针对至少一个j∈{1,2,…}，以

计算与时间t相关的函数m(t)作为所述机构的转速的梯度的度量；其中，

k∈{0,1,…}被选择为适用于：t_k≤t_j-T<t_k+1，其中T是常数。

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