DE10019500A1

DE10019500A1 - Determining offset and/or amplitude of sinusoidal signal

Info

Publication number: DE10019500A1
Application number: DE2000119500
Authority: DE
Inventors: Albrecht Donat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-10-31

Abstract

The method involves determining the phase angle (alpha) of a first (B) and a second (A) signal. A positive signal is determined from the first and the second signal if the angle lies in a positive angle range (2beta) about a positive angle (zero degrees), the second signal ideally being exactly zero, and the first signal having a positive value. A negative signal is determined from the first and second signal if the angle (alpha) lies in a negative angle range (2beta) about a negative angle (180 degrees), the second signal ideally being exactly zero, and the first signal having a negative value. The offset and/or amplitude of the first signal is determined from the positive and the negative signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren für Offset und/oder Amplitude eines sinusförmigen Erstsignals aus dem Erstsignal und einem sinusförmigen, gegen das Erstsi gnal um etwa 90° phasenversetzten Zweitsignal.The present invention relates to an investigation method for offset and / or amplitude of a sinusoidal first signal from the first signal and a sinusoidal, against the first si gnal phase-shifted second signal.

Optische, magnetische und kapazitive Gebersysteme liefern oftmals zwei Rohsignale, welche die gleiche Frequenz und im wesentlichen die gleiche Amplitude aufweisen, jedoch um 90° gegeneinander phasenversetzt sind. Auch können die Rohsignale einen geringen Offset aufweisen. Die Ursache der Amplituden- und Offsetabweichungen liegen in Fertigungstoleranzen bzw. Streuungen der Gebersysteme und der in ihnen verwendeten Ab tastelemente. Anhand der erfassten Rohsignale wird meist eine Lage (Position oder Winkel) errechnet. Die Abweichungen der Amplituden von ihren Idealwerten und auch die Offsets führen dabei zu Folgefehlern bei der Lageberechnung.Deliver optical, magnetic and capacitive encoder systems often two raw signals, which have the same frequency and in have essentially the same amplitude, but by 90 ° are out of phase with each other. The raw signals can also have a small offset. The cause of the amplitude and offset deviations lie in manufacturing tolerances or Scattering of the encoder systems and the Ab used in them touch elements. On the basis of the detected raw signals, one is usually Position (position or angle) calculated. The deviations of the Amplitudes of their ideal values and also lead the offsets consequential errors in the position calculation.

Aus der EP 0 489 936 B1 ist bekannt, bei Nulldurchgängen des Erstsignals das Zweitsignal zu erfassen und umgekehrt bei Nulldurchgängen des Zweitsignals das Erstsignal zu erfassen. Aus den zu diesen Zeitpunkten erfassten Erst- und Zweitsigna len können dann die Offsets und die Amplituden der Signale ermittelt und die Signale gegebenenfalls korrigiert werden. Das aus der EP 0 489 936 B1 bekannte Verfahren setzt dabei voraus, dass zum Nulldurchgang eines der Signale das jeweils andere Signal erfassbar ist.From EP 0 489 936 B1 it is known that at zero crossings of the First signal to detect the second signal and vice versa Zero crossings of the second signal to detect the first signal. From the first and second signa recorded at these times len can then the offsets and the amplitudes of the signals determined and the signals are corrected if necessary. The method known from EP 0 489 936 B1 is used ahead that one of the signals at the zero crossing other signal is detectable.

Im Regelfall erfolgt in der Praxis jedoch die Abtastung in regelmäßigen Zeitabständen, also unabhängig von den momenta nen Signalen. Ein Nulldurchgang eines der Signale fällt da mit, wenn überhaupt, nur zufällig auf einen der Abtastzeit punkte. Das Verfahren gemäß der EP 0 489 936 B1 ist daher in der Praxis entweder gar nicht oder nur mit zusätzlichem Schaltungsaufwand realisierbar.In practice, however, the scanning is usually carried out in regular intervals, i.e. regardless of the moment signals. There is a zero crossing of one of the signals with, if at all, just randomly on one of the sampling times Points. The method according to EP 0 489 936 B1 is therefore in practice either not at all or only with additional Circuit complexity can be implemented.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Ermittlungsverfahren zu schaffen, bei dem auch bei Abtastung in regelmäßigen Zeitabständen ohne weite res Amplitude und Offset des Erstsignals ermittelbar sind.The object of the present invention is a to create generic investigation in which even when scanning at regular intervals without wide res amplitude and offset of the first signal can be determined.

Die Aufgabe wird durch ein Ermittlungsverfahren mit folgenden Schritten gelöst:
The task is solved by an investigation with the following steps:

- Determining an actual angle based on the first and second signals,
- Determine a plus signal from the first and the second si signal when the actual angle is within a plus angle range around ei NEN plus angle is at which the second signal in the I deal case is exactly zero and the first signal is positive Has value
- Determine a minus signal from the first and the second signal when the actual angle is within a minus angle range lies around a minus angle at which the second signal in Ideally, it is exactly zero and the first signal is negative ven value,
- Determining the offset and / or amplitude of the first signal from the plus and minus signals.

Es wird also bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zur EP 0 489 936 B1 nicht geprüft, ob ein Nulldurchgang vorliegt, sondern es wird lediglich geprüft, ob das Zweitsignal in der Nähe eines Nulldurchgangs liegt. Wenn das der Fall ist, wird unter Verwendung sowohl des Erst- als auch des Zweitsignals ein Wert ermittelt, den das Erstsignal bei diesem Nulldurch gang wahrscheinlich hätte.It is in contrast to the present invention EP 0 489 936 B1 has not checked whether there is a zero crossing, it is only checked whether the second signal in the Is close to a zero crossing. If that's the case, it will using both the first and second signals a value determined by the first signal at this zero probably would have.

Ersichtlich sind das Erst- und das Zweitsignal prinzipiell gleichwertig. Bei logischem Vertauschen von Erst- und Zweitsignal sind daher auch Offset und/oder Amplitude des Zweit signals ermittelbar.The first and second signals are evident in principle equivalent to. When the first and second signals are swapped logically are therefore also offset and / or amplitude of the second signals can be determined.

Die Winkelbereiche liegen vorzugsweise symmetrisch um die entsprechenden Winkel herum und überstreichen mindestens 10°. Im Extremfall ist es sogar möglich, den Winkelbereich bis auf 90° auszudehnen. Vorzugsweise aber überstreichen die Winkel bereiche höchstens 75°. Als Optimum hat sich bei Versuchen ein Winkelbereich zwischen 30° und 60° erwiesen.The angular ranges are preferably symmetrical about the appropriate angle around and sweep at least 10 °. In extreme cases, it is even possible to extend the angular range up to Extend 90 °. However, the angles are preferably covered ranges at most 75 °. The optimum has been found in experiments proven an angular range between 30 ° and 60 °.

Das Ermitteln von Plus- und Minussignal ist am einfachsten, wenn hierzu das Erst- und das Zweitsignal vektoriell addiert werden. Unter dem Begriff "vektorielle Addition" ist dabei die Wurzel aus der Summe der Quadrate von Erst- und Zweitsi gnalen zu verstehen.The easiest way to determine the plus and minus signals is if the first and second signals are added vectorially become. The term "vectorial addition" is included the root of the sum of the squares of first and second si gnalen to understand.

Wenn zum Ermitteln von Offset und/oder Amplitude des Erstsi gnals Mittelwerte vom Plus- bzw. Minussignalen gebildet wer den, arbeitet das Verfahren genauer und weist eine bessere Konvergenz auf.If to determine the offset and / or amplitude of the first si gnals formed from the plus and minus signals the method works more precisely and has a better one Convergence on.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei gen in Prinzipdarstellung
Fig. 1 eine Signalgebersystem,
Fig. 2 ein Zeigerdiagramm,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm und
Fig. 4 ein Signalgeberauswertungssystem.Further advantages and details emerge from the following description of an exemplary embodiment. Show in principle
Fig. 1 is a signaling system,
Fig. 2 is a vector diagram,
Fig. 3 is a flowchart and
Fig. 4 is a signal transmitter evaluation system.

Gemäß Fig. 1 weist ein Signalgebersystem einen Signalgeber 1 mit zwei Sensoren 2, 3 auf. Die Sensoren 2, 3 liefern Signale A und B. Die Signale A, B sind beide sinusförmig, weisen die gleiche Frequenz auf und sind - im Idealfall exakt, im Real fall um etwa - 90° phasenversetzt. Referring to FIG. 1, a signaling system to a signal generator 1 with two sensors 2, 3. The sensors 2 , 3 deliver signals A and B. The signals A, B are both sinusoidal, have the same frequency and are - in the ideal case exactly, in the real case by about - 90 ° out of phase.

Die Signale A, B werden an ein Signalgeberauswertungssystem 4 weitergeleitet. Dieses wertet die Signale A, B - z. B. unter Abarbeitung eines Computerprogrammprodukts 5 - aus und ermit telt daraus eine Lage, z. B. eine Position x oder einen Win kel ϕ. Zur Ermittlung der Lage werden dabei unter anderem Amplituden AA, AB sowie Offsets OA, OB für die Signale A, B ermittelt und die erfassten Signale A, B gegebenenfalls kor rigiert.The signals A, B are forwarded to a signal transmitter evaluation system 4 . This evaluates the signals A, B - z. B. under processing of a computer program product 5 - and determines a location, z. B. a position x or a win kel ϕ. To determine the position, among other things, amplitudes AA, AB and offsets OA, OB are determined for the signals A, B and the detected signals A, B are corrected if necessary.

In Fig. 2 sind das Signal A nach oben und das Signal B nach rechts aufgetragen. Im Idealfall, d. h., wenn beide Signale A, B gleiche Amplituden AA, AB und Offsets OA, OB von 0 auf weisen, ergibt sich als Figur ein Kreis K. In der Praxis sind die Amplituden AA, AB - wenn auch geringfügig - verschieden voneinander und die Offsets OA, OB - wenn auch geringfügig - von 0 verschieden. Es ergibt sich daher nicht der Kreis K, sondern eine Ellipse E.In FIG. 2, the signal A to the top and the signal B are applied to the right. In the ideal case, ie if both signals A, B have the same amplitudes AA, AB and offsets OA, OB of 0, a circle K results as a figure. In practice, the amplitudes AA, AB are - albeit slightly - different from one another and the offsets OA, OB - albeit slightly - different from 0. The result is therefore not the circle K, but an ellipse E.

Um die Amplituden AA, AB und die Offsets OA, OB ermitteln (und korrektieren) zu können, werden gemäß Fig. 3 in einem Schritt 6 zunächst Signale A+, A-, B+ und B- auf einen Aus gangswert, hier auf den Wert 1, gesetzt. Der Buchstabe steht dabei für das jeweilige Signal, das Rechenzeichen deutet an, ob es sich um ein Plus- oder ein Minussignal handelt. Sodann werden in einem Schritt 7 die Signale A, B erfasst.In order to be able to determine (and correct) the amplitudes AA, AB and the offsets OA, OB, signals A +, A-, B + and B- are initially set to a starting value, in this case to the value 1, in accordance with FIG. 3 in a step 6 , set. The letter stands for the respective signal, the arithmetic sign indicates whether it is a plus or a minus signal. The signals A, B are then recorded in a step 7 .

Aus den Signalen A, B wird in einem Schritt 8 zunächst ein Istwinkel α ermittelt. Der Istwinkel α ergibt sich als arc tan (A/B). Damit ist der Istwinkel α zunächst im Bereich zwischen -90° und +90° bestimmt. Durch Berücksichtigung der Vorzeichen der Signale A, B sowie der Grenzfälle, bei denen das Signal B den Wert 0 hat, lässt sich der Istwinkel α in einem Winkelbereich von -180° bis +180° eindeutig bestimmen. Sodann erfolgt in einem Schritt 9 eine vektorielle Addition der Signale A, B zu einem Hilfswert C. In step 8 , an actual angle α is first determined from the signals A, B. The actual angle α results as arc tan (A / B). The actual angle α is thus initially determined in the range between -90 ° and + 90 °. By taking into account the signs of the signals A, B and the limit cases in which the signal B has the value 0, the actual angle α can be clearly determined in an angle range from -180 ° to + 180 °. Then in a step 9 there is a vectorial addition of the signals A, B to an auxiliary value C.

Sodann wird in Schritten 10 bis 14 geprüft, ob der Istwinkel α innerhalb eines symmetrischen Winkelbereichs der Größe 2β in der Nähe eines Nulldurchgangs eines der Signale A, B liegt. Wenn eine der Prüfungen positiv ist, wird in Schritten 15 bis 18 das korrespondierende Plus- bzw. Minussignal A+, B+, A-, B- neu berechnet. Dabei erfolgt gemäß den Schritten 15 bis 18 keine vollständige Ersetzung des jeweiligen Signals A+, B+, A-, B-. Vielmehr erfolgt eine Wichtung mit einem Ver gesslichkeitsfaktor k. Der Vergesslichkeitsfaktor k liegt zwischen 0 und 1. Je nach dem Wert des Vergesslichkeitsfak tors k werden frühere Werte mehr oder weniger stark berück sichtigt. Im Ergebnis werden somit Mittelwerte von Plus- bzw. Minussignalen A+, B+, A-, B- gebildet. Aus den so ermittelten Plus- und Minussignalen A+, B+, A-, B- werden dann in einem Schritt 19 die Offsets OA, OB und die Amplituden AA, AB er mittelt. Danach erfolgt in einem Schritt 20 eine weitere Ver arbeitung der Signale A, B. Die ermittelten Offsets OA, OB und Amplituden AA, AB werden dabei selbstverständlich berück sichtigt.Then in steps 10 to 14 it is checked whether the actual angle α lies within a symmetrical angular range of the size 2 β in the vicinity of a zero crossing of one of the signals A, B. If one of the tests is positive, the corresponding plus or minus signal A +, B +, A-, B- is recalculated in steps 15 to 18 . According to steps 15 to 18, the respective signal A +, B +, A-, B- is not completely replaced. Rather, it is weighted with a forgetfulness factor k. The forgetfulness factor k is between 0 and 1. Depending on the value of the forgetfulness factor k, previous values are more or less taken into account. As a result, mean values of plus and minus signals A +, B +, A-, B- are formed. The offsets OA, OB and the amplitudes AA, AB are then determined in a step 19 from the plus and minus signals A +, B +, A-, B- determined in this way. The signals A, B are then processed further in a step 20. The offsets OA, OB and amplitudes AA, AB determined are of course taken into account.

Die Winkelbereiche 2β sind gemäß Ausführungsbeispiel alle gleich. Dies ist zwar sinnvoll, nicht aber zwingend erforder lich. Auch ist es nicht zwingend, dass die Winkelbereich 2β symmetrisch um die Nulldurchgänge der jeweiligen Signale A, B herum liegen.The angular ranges 2 β are all the same according to the embodiment. While this makes sense, it is not absolutely necessary. It is also not imperative that the angular range 2 β lie symmetrically around the zero crossings of the respective signals A, B.

Die Winkelbereiche 2β können sich im Extremfall bis zur je weiligen Winkelhalbierenden zwischen den Achsen erstrecken. Maximal betragen sie also 900. Vorzugsweise aber sollten sie 75°, insbesondere 60° nicht überschreiten. Andererseits soll ten sie 10°, insbesondere mindestens 30°, überstreichen.In extreme cases, the angle ranges 2 β can extend to the respective bisector between the axes. They are therefore a maximum of 900. However, they should preferably not exceed 75 °, in particular 60 °. On the other hand, they should cover 10 °, especially at least 30 °.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung des Vergesslich keitsfaktors k ist es auch möglich, die ermittelten Amplitu den AA, AB und Offsets OA, OB inkrementell zu korrigieren. Eine derartige inkrementelle Korrektur ist beispielsweise in der bereits erwähnten EP 0 489 936 B1 beschrieben. Alternatively or in addition to using the forgetful factor k, it is also possible to determine the amplitude to correct the AA, AB and offsets OA, OB incrementally. Such an incremental correction is, for example, in of EP 0 489 936 B1 already mentioned.

Fig. 4 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung eines er findungsgemäßen Signalgeberauswertungssystems. Gemäß Fig. 4 werden die Signale A, B über Knotenpunkte 21 bis 24 einem Winkelermittler 25 und einem Amplituden- und Offsetermittler 26 zugeführt. Das Ausgangssignal des Winkelermittlers 25 wird ferner ebenfalls dem Amplituden- und Offsetermittler 26 zuge führt. Der Amplituden- und Offsetermittler 26 ermittelt die Amplituden AA, AB und die Offsets OA, OB gemäß dem obenste hend beschriebenen Verfahren. Die entsprechenden Werte werden dann dem Knotenpunkten 21 bis 24 zugeführt. In den Knoten punkten 21 und 22 erfolgt dabei eine Addition, weshalb diesen Knotenpunkten die Offsets OA, OB mit negativen Vorzeichen zu geführt werden. In den Knotenpunkten 23, 24 erfolgt eine Mul tiplikation, weshalb diesen Knotenpunkten 23, 24 die Kehr werte der Amplituden AA, AB zugeführt werden. Fig. 4 shows a circuit implementation of a he inventive signal transmitter evaluation system. According to Fig. 4, the signals A, B via nodes 21 to 24 an angle determiner 25 and an amplitude and offset determiner 26 to be supplied. The output signal of the angle detector 25 is also fed to the amplitude and offset detector 26 . The amplitude and offset determiner 26 determines the amplitudes AA, AB and the offsets OA, OB according to the method described above. The corresponding values are then fed to nodes 21 to 24 . In nodes 21 and 22 there is an addition, which is why the nodes OA, OB are to be led to these nodes with negative signs. A multiplication takes place in the nodes 23 , 24 , which is why these nodes 23 , 24 are supplied with the reciprocal values of the amplitudes AA, AB.

Würde die Schaltung gemäß Fig. 4 in das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3 übertragen, müsste unmittelbar nach dem Erfassen der Signale A, B, also noch vor dem Ermitteln des Istwinkels α, eine Korrektur der Signale A, B gemäß den Formeln
If the circuit according to FIG. 4 were to be transferred to the flow diagram according to FIG. 3, the signals A, B would have to be corrected according to the formulas immediately after the signals A, B had been recorded, ie before the actual angle α had been determined

A = (A - OA)/AA
A = (A - OA) / AA

B = (B - OB)/AB
B = (B - OB) / AB

erfolgen.respectively.

Mit dem obenstehend beschriebenen Ermittlungsverfahren lassen sich die Offsets OA, OB und die Amplituden AA, AB auch dann zuverlässig korrigieren, wenn die jeweiligen Signale A, B zu den Nulldurchgängen des jeweils anderen Signals B, A nicht vorliegen.Leave with the investigative procedure described above then the offsets OA, OB and the amplitudes AA, AB correct reliably when the respective signals A, B to the zero crossings of the other signal B, A available.

Claims

1. Determination method for offset (OB) and / or amplitude (AB) of a sinusoidal first signal (B) from the first signal (B) and a sinusoidal second signal (A) phase-shifted by approximately 90 ° with respect to the first signal (B), with the following steps ten:

- Determining an actual angle (α) on the basis of the first (B) and the second signal (A),
- Determine a plus signal (B +) from the first (B) and the second signal (A) when the actual angle (α) in a Pluswin kelbereich (2β) around a plus angle (0 °), at which the second signal (A ) is ideally exactly zero and the first signal (B) has a positive value,
- Determining a minus signal (B-) from the first (B) and the second signal (A) if the actual angle (α) is in a minus angle range (2β) around a minus angle (180 °) at which the second signal ( A) is ideally exactly zero and the first signal (B) has a negative value,
- Determine offset (OB) and / or amplitude (AB) of the first signal (B) from the plus (B +) and the minus signal (B-).

2. Investigation according to claim 1, characterized characterized that the angular ranges (2β) symmetrical about the plus (0 °) or the minus angle (180 °) lying around.

3. investigation procedure according to claim 1 or 2, because characterized by that the angle areas (2β) at least 10 °, in particular at least 30 °, paint over.

4. investigation procedure according to claim 1, 2 or 3, because characterized by that the angle ranges (2β) at most 75 °, in particular at most 60 °, ü paint over.

5. investigation procedure according to one of the above claims, characterized in that for Er by means of the plus (B +) or the minus signal (B-) the first (B) and the second signal (A) are added vectorially.

6. investigation procedure according to one of the above claims, characterized in that for Er average of offset (OB) and / or amplitude (AB) of the first climb nals (B) mean values of plus (B +) or minus signals (B-) be formed.

7. investigation procedure according to one of the above claims, characterized in that too Offset (OA) and / or amplitude (AA) of the second signal (A) ge according to an investigation according to one of the above claims be determined.

8. Computer program product for carrying out the investigation Method according to one of the above claims.

9. Signal generator evaluation system for carrying out the determination processing method according to one of claims 1 to 7.

10. Signal generator evaluation system according to claim 9, characterized in that it is programmed with a computer program product ( 5 ) according to claim 7.