DE10028035A1 - Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebswelle eines Gleichstrommotors - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebswelle eines Gleichstrommotors

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebswelle eines Gleichstommotors durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippen, gekennzeichnet durch, DOLLAR A È eine Bestimmung der zwischen der Bestromung des Gleichstommotors und der Detektion des ersten Stromrippels liegenden Zeitspanne (t¶Start¶), DOLLAR A È eine Bestimmung der zwischen der Detektion des letzten Stromrippels und dem Stillstand des Ankers des Gleichstrommotors liegenden Zeitspanne (t¶Stop¶), wobei bei einer Abschaltung des Gleichstrommotors dieser in einen Generatorbetrieb zur weiteren Stromrippeldetektion umgeschaltet wird, DOLLAR A È eine Ermittlung bezüglich des jeder Zeitspanne (t¶Start,¶ t¶Stop¶) entsprechenden Stromrippelanteils und DOLLAR A È eine Einbeziehung der Stromrippelanteile in die Auswertung der Stromrippelzählung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebsweile eines Gleichstrommotors durch Auswerten der im Anker­ stromsignal enthaltenen Stromrippel.
Das Ankerstromsignal eines Gleichstrommotors umfaßt einen sogenann­ ten Gleichanteil sowie einen den Gleichanteil überlagernden Wechselan­ teil. Der Wechselanteil entsteht bei einem Betrieb des Gleichstrommotors infolge des Zusammenwirkens von Magnet (Feld), Ankerwicklung und Kommutator des Gleichstrommotors. Dies äußert sich in einer kurzzeitigen Änderung der induzierten Spannung, woraus sich die Welligkeit des An­ kerstromsignals ergibt. Die in dem Ankerstromsignal enthaltenen Strom­ spitzen - im folgenden Stromrippel genannt - treten bei einer Umdrehung des Ankers in einer der Anzahl der Kollektorlamellen entsprechenden Häufigkeit auf. Weist beispielsweise der Anker 10 Kollektorlamellen auf, sind im Ankerstromsignal entsprechend 10 Stromrippel zu erkennen. Eine Zählung der Stromrippel kann somit Aufschluß über die aktuelle Drehstel­ lung des Ankers des Gleichstrommotors und somit auch bezüglich eines von diesem angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Be­ wegungsstrecke geben. Zu diesem Zweck wird das analoge Ankerstrom­ signal digitalisiert, um eine entsprechende Zählung vornehmen zu kön­ nen.
Eingesetzt werden derartige Verfahren beispielsweise im Kraftfahrzeugbe­ reich zum Steuern eines Verstellantriebes, wie sie beispielsweise für Fen­ sterheber und/oder Schiebedächer vorgesehen sind. Ein wesentliches Element in der Erfassung der Position beispielsweise der Scheibe ist die­ jenige beim Schließen derselben, bei der der Einklemmschutz abge­ schaltet werden kann. Eine solche Abschaltung ist notwendig, damit die Scheibe vollständig in ihren oberen Block und in die dort vorgesehenen Dichtungen einfahren kann, ohne daß infolge der erhöhten Last eine Mo­ torabschaltung erfolgt. Bei einer fehlerhaften Zählung der Stromrippel zur Bestimmung der Position der Scheibe kann es vorkommen, daß der Ein­ klemmschutz zu früh oder zu spät abgeschaltet wird.
Ungenauigkeiten in einer exakten Positionsbestimmung ergeben sich bei einem solchen Verfahren jedoch durch den Motoranlauf bei einer Be­ stromung des Gleichstrommotors sowie beim Motorauslauf bei einem Ab­ schalten desselben. Diese Ungenauigkeiten liegen darin begründet, daß bei einem Motorstart erst nach einer bestimmten Ankerdrehbewegung des Gleichstrommotors ein erster Stromrippel detektierbar ist. Entsprechendes gilt beim Motorauslauf, wobei bei herkömmlichen Verfahren eine Strom­ rippeldetektion nach der Abschaltung des Gleichstrommotors nicht mög­ lich ist und somit die Ankerbewegung in der Motorauslaufphase in die Po­ sitionsbestimmung nicht eingehen kann.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte gattungsgemäße Verfahren dergestalt weiterzubilden, daß eine Positionserfassung mit ei­ ner höheren Genauigkeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das eingangs genannte, gattungsgemäße Verfahren gelöst, welches gekennzeichnet ist durch
  • - eine Bestimmung der zwischen der Bestromung des Gleichstrommotors und der Detektion des ersten Stromrippels liegenden Zeitspanne,
  • - eine Bestimmung der zwischen der Detektion des letzen Stromrippels und dem Stillstand des Ankers des Gleichstrommotors liegenden Zeit­ spanne, wobei bei einer Abschaltung des Gleichstrommotors dieser in einen Generatorbetrieb zur weiteren Stromrippeldetektion umgeschaltet wird,
  • - eine Ermittlung bezüglich des jeder Zeitspanne entsprechenden Strom­ rippelanteils und
  • - eine Einbeziehung der Stromrippelanteile in die Auswertung der Strom­ rippelzählung.
Beim Gegenstand des Anspruch des Verfahrens geht auch derjenige Be­ wegungsanteil des Ankers des Gleichstrommotors mit in die Auswertung des Zählergebnisses ein, bei dem beim Motorstart noch kein Stromrippel detektierbar ist. Dies ist beispielsweise derjenige Drehwinkelbetrag, um den sich der Anker drehen muß, damit ein erster Stromrippel gebildet wird. Dieser Drehwinkelbetrag ist grundsätzlich kleiner als der Drehwin­ kelabstand zweiter aufeinander folgender Stromrippel. Daher kann in die­ ser ersten Anlaufphase des Gleichstrommotors bis zu der Detektion des ersten Stromrippels der Anker lediglich um einen Drehwinkelbetrag be­ wegt worden sein, der kleiner ist als die einem Stromrippel zuzurechnen­ den Periode. Zur Abschätzung wie groß der Stromrippelanteil in dieser ersten Motoranlaufphase bis zur Detektion des ersten Stromrippels ist, erfolgt zunächst eine Bestimmung derjenigen Zeitspanne, die sich zwi­ schen der Bestromung und somit dem Einschalten des Gleichstrommotors und der ersten Stromrippeldetektion erstreckt. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt eine Abschätzung des der Zeitspanne entsprechenden Stromrippelanteils unter Zugrundelegung von Kenngrößen tatsächlich detektierter Stromrippel. Ähnlich wird bei einem Motorstop bzw. bei einem Abschalten des Gleichstrommotors verfahren, wobei in einem ersten Schritt bei seiner Abschaltung der Gleichstrommotor in einen Generator­ betrieb umgeschaltet wird. Durch Umschalten des Gleichstrommotors in seinen Generatorbetrieb ist durch den auslaufenden Anker weiterhin eine Stromrippeldetektion möglich. Wie auch beim Motoranlaufen erfolgt bei einem Ausschalten des Gleichstrommotors eine Bestimmung derjenigen Zeitspanne, die sich zwischen der Detektion des letzten Stromrippels und dem Stillstand des Ankers erstreckt, woran sich die Abschätzung des die­ ser Zeitspanne entsprechenden Stromrippelanteils anschließt.
Eine Abschätzung des jeweiligen Stromrippelanteils in der Motoranlauf- und Motorauslaufphase ist ausreichend, um die gewünschte Positionser­ fassung hinreichend bestimmt gestalten zu können. Ferner ist bei einer solchen Abschätzung von Vorteil, daß mit vereinfachten Randbedingun­ gen gearbeitet werden kann, so daß der Aufwand, insbesondere die an eine Auswerteeinheit, beispielsweise ein Mikroprozessor zu stellenden Anforderungen nur gering sind.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine Ermittlung der beiden Stromrippelanteile durch einen Vergleich zwischen der Periodendauer jeweils eines vorbe­ stimmten, einer Zeitspanne - Motoranlaufphase oder Motorauslaufphase - zugeordneten, detektierten Referenzstromrippels. In diesen Vergleich ge­ hen die relevanten Motorkenndaten als Konstante ein, wobei beispiels­ weise vorgesehen sein kann, daß in den in Rede stehenden Zeitspannen konstante Lastverhältnisse vorliegen. Als Referenzstromrippel zum Durchführen der Ermittlung des Stromrippelanteils während der Motoran­ laufphase bis zur Detektion des ersten Stromrippels wird zweckmäßiger­ weise ein solcher herangezogen, der eine bestimmte Anzahl an Stromrip­ peln nach dem ersten erfaßten Stromrippel detektiert wird. Dies erfolgt, um Detektionsfehler in der Motoranlaufphase auch nach der Detektion des ersten Stromrippels nicht in die Bestimmung des Stromrippelanteils mit einzubeziehen. Für die Stromrippelanteilsbestimmung in der Motor­ auslauf bezogenen Zeitspanne wird zweckmäßigerweise als Referenz­ stromrippel derjenige herangezogen, der zuletzt vor der Motorab- bzw. - umschaltung detektiert worden ist.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm darstellend das analoge gefilterte Anker­ stromsignal und darunter das aus dem Ankerstromsignal abgeleitete digi­ tale Stromrippelsignal. Gekennzeichnet ist ferner diejenige Phase wäh­ rend des Motoranlaufs tStart, für die die Stromrippelanteilsbestimmung durchgeführt werden soll. Erkennbar ist auch diejenige Periode tPer, die als Referenzstromrippel eingesetzt wird, um die gewünschte Stromrippelan­ teilsbestimmung durchführen zu können.
Die Ermittlung, wie groß der Stromrippelanteil in der ersten Zeitspanne tStart ist, kann beispielsweise auf folgende Weise ermittelt werden:
wobei k die Motorkenndatenkonstante und tPer die Periode des Referenz­ stromrippels ist.
Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm wiedergebend das analoge gefilterte Ankerstromsignal und die daraus bestimmten Stromrippel bei einem Motorstop. Im Zeitpunkt t1 wird der Gleichstrommotor in seinen Ge­ neratorbetrieb umgeschaltet, so daß in der Motorauslaufphase zunächst noch Stromrippel im Ankerstromsignal detektierbar sind. In der letzten Phase - in dieser Figur mit tStop bezeichnet - ist zwar noch eine gewisse Drehbewegung des Ankers, jedoch keine Stromrippel mehr detektierbar. Zur Abschätzung wieviel Stromrippelanteile diese letzte Drehbewegung des Ankers entspricht, wird als Referenzstromrippel der zuletzt bei be­ stromten Motor detektierte herangezogen und die Periode tPer daraus be­ stimmt. Wie auch bei der Bestimmung des Stromrippelanteils in der Mo­ toranlaufphase tStart erfolgt auf analoge Art und Weise die Bestimmung des Stromrippelanteils in dieser Motorauslauf bezogenen Zeitspanne tStop, wobei auch bei dieser Bestimmung von konstanten relevanten Motor­ kenndaten, beispielsweise der Last ausgegangen wird. Die Abschätzung kann entsprechend der nachfolgend wiedergegebenen Formel erfolgen
wobei k wiederum die relevanten Motorkenndaten enthaltene Konstante ist.
Aus der Darstellung der Erfindung wird deutlich, daß mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren Ungenauigkeiten reduziert sind, die sich dadurch er­ geben, daß beim Motoranlauf bzw. beim Motorstop zu einem bestimmten Anteil eine Drehbewegung des Ankers des Gleichstrommotors erfolgt, oh­ ne daß ein Stromrippel generiert und detektiert werden kann. Die Strom­ rippelanteile können beispielsweise in einem eigenen Zähler berücksich­ tigt werden, wobei dieser Zähler einen Zählimpuls an dem eigentlichen Stromrippelzähler weitergibt, wenn dieser ein ganzteiliges Ergebnis auf­ weist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebswelle ei­ nes Gleichstrommotors durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel, gekennzeichnet durch,
eine Bestimmung der zwischen der Bestromung des Gleich­ strommotors und der Detektion des ersten Stromrippels liegen­ den Zeitspanne (tStart),
eine Bestimmung der zwischen der Detektion des letzen Strom­ rippels und dem Stillstand des Ankers des Gleichstrommotors liegenden Zeitspanne (tStop), wobei bei einer Abschaltung des Gleichstrommotors dieser in einen Generatorbetrieb zur weiteren Stromrippeldetektion umgeschaltet wird,
eine Ermittlung bezüglich des jeder Zeitspanne (tStart, tStop) ent­ sprechenden Stromrippelanteils und
eine Einbeziehung der Stromrippelanteile in die Auswertung der Stromrippelzählung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des zu jeder Zeitspanne (tStart, tStop) entsprechenden Stromrippelanteils ein Vergleich zwischen der Periodendauer (tPer) jeweils eines vorbestimmten, einer Zeitspanne zugeordneten, de­ tektierten Referenzstromrippels durchgeführt wird, wobei in diesem Vergleich relevante Motorkenndaten als Konstante (k) berücksich­ tigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromrippelanteilsbestimmung in der Motoranlauf bezogenen Zeit­ spanne (tStart) als Referenzstromrippel ein bestimmter, nach der Detektion des ersten Stromrippels detektierter Stromrippel heran­ gezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromrippelanteilsbestimmung in der Motorauslauf bezoge­ nen Zeitspanne (tStop) als Referenzstromrippel der vor der Motorab- bzw. -umschaltung zuletzt detektierte Stromrippel herangezogen wird.
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