DE10112772A1

DE10112772A1 - Verfahren zum Kompensieren periodischer Signale am Sensorausgang

Info

Publication number: DE10112772A1
Application number: DE10112772A
Authority: DE
Inventors: Ivan Godler; Masashi Horiuchi
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2001-11-22
Also published as: US6542842B2; JP2001264117A; US20010045824A1; JP4569990B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kompensieren periodischer Fehlersignale in Sensor-Ausgangssignalen geschaffen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Summensignals aus Sensor-Ausgangsgrößen von M Sensorelementen (M ist eine natürliche Zahl), das Ermitteln von Amplitude und Phase von N Frequenzkomponenten in dem Summensignal und das Berechnen eines Sensor-Ausgangssignal-Verstärkungseinstellkoeffizienten für jeden Sensorausgang. Um sicherzustellen, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Summieren eines Voreinstell-Ausgangssignals jedes Sensorelements, multipliziert mit dem Verstärkungs-Einstellkoeffizienten, einem Summensignalpegel gleicht, welcher erhalten wird durch Aufsummieren der unmodifizierten Ausgangssignale der Sensoren, wird ein Verstärkungs-Einstellkoeffizient für jeden Sensorausgang erhalten, indem ein berechneter Skalierungskoeffizient dazu verwendet wird, eine Voreinstellskalierung für jeden Verstärkungs-Einstellkoeffizienten durchzuführen. Die so gewonnenen Einstellverstärkungen dienen zum Justieren der Verstärkung jedes Sensor-Ausgangssignals.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Sensor- Ausgangsverstärkung, um periodische Fehlersignalkomponenten in dem Aus gangssignal von Sensoren zu beseitigen oder zu unterdrücken, welche mit meh reren Ab- oder Aufnehmersensoren ausgestattet sind, die dazu dienen, die Drehstellung einer Drehwelle, die Stellung eines sich linear bewegenden Ele ments, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und dergleichen zu erfassen.

Beschreibung des Standes der Technik

Das genaue Erfassen physikalischer Größen in Verbindung mit einer Dreh- oder Linearbewegung (so z. B. eine Stellung, eine Geschwindigkeit, eine Beschleuni gung, ein Drehmoment etc.) spielt eine wichtige Rolle bei der praktischen An wendung der Mess- und Regelungstechnik. Besonders im Fall einer Drehbewe gung kommt es häufig zu periodischen Fehlersignalen, was von dem betreffenden Sensorprinzip abhängt. Wenn z. B. ein Aufnehmersensor an einem Punkt platziert wird, an dem der Sensor den Winkel einer Drehwelle erfassen soll oder die Ge schwindigkeit oder ein Übertragungsmoment, und wenn dabei die Welle exzen trisch ist und die Empfindlichkeit des Sensors abhängt vom Abstand gegenüber der Welle, so geht mit der Drehung der Welle die Entstehung eines periodischen Fehlersignals im Ausgangssignal des Sensors einher.

Das übliche Verfahren, derartige Fehlersignale zu kompensieren, besteht darin, ein Paar identischer Aufnehmer symmetrisch bezüglich der Welle anzuordnen und im Phasengegensatz der beiden Fehlersignale zu verwenden, um die Fehlersig nale aufzuheben. Allerdings ist der Umstand zu berücksichtigen, dass die Kenn werte der Aufnehmer nicht stets perfekt übereinstimmen, und dass es einen Stel lungsfehler sowie einen Rundheitsfehler der Welle gibt, was dazu führt, dass die Situation nicht ideal ist. Insofern wird es unmöglich, Fehlersignale vollständig zu beseitigen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich dieses Problems angenom men, indem sie das Erfassen eines Drehmoments eines Reduktionsgetriebes vom Wellenradtyp erforschten. Bei der Verwendung von Drehmomentsensoren vom Magnetostriktionstyp sind wir auf das Problem gestoßen, dass die Beseitigung von Fehlersignalen in optischen Drehwinkel-Beschleunigungssensoren beispielsweise noch nicht gelöst ist. Die Anwendung von Karman-Filtern wurde für ein Verfahren des Kompensierens periodischer Filtersignale vorgeschlagen, aus praktischer Sicht allerdings ist das Verfahren wegen der langen benötigten Rechenzeit pro blematisch.

Im Hinblick auf das oben Gesagte ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren zum Kompensieren periodischer Signale in Sensor-Ausgangssignalen anzugeben, welches in der Lage ist, auf einfache Weise periodische Fehlersignale bei Dreh- oder Linear-Sensoren zu beseitigen.

Offenbarung der Erfindung

Um das obige Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren periodischer Fehlersignale in Sensor-Ausgangssignalen, um fassend: Gewinnen eines Summensignals aus Sensor-Ausgangssignalen von M Sensorelementen (wobei M eine natürliche Zahl ist); Gewinnen der Amplitude und der Phase von N (N ist eine natürliche Zahl) Frequenzkomponenten, die in dem Summensignal enthalten sind; Bezeichnen der Sensor-Ausgangsamplitude des j-ten (j = 1 bis N) Sensorelements bei der i-ten (i = 1 bis N) Frequenzkomponente mit a_ij, des Phasenwinkels mit ϕ_ij und des Verstärkungs-Einstellkoeffizienten des Sensor-Ausgangssignals mit k_j, Gewinnen des Einstellkoeffizienten k_j für jedes Sensor-Ausgangssignal durch die Simultangleichung

Sicherstellen, dass ein durch Summieren eines vorjustierten Ausgangssignals je des Sensorelements erhaltener Summensignalpegel, multipliziert mit dem Ver stärkungs-Einstellkoeffizienten k_j einem Summensignalpegel gleicht, der erhalten wird durch Summieren nicht modifizierter Ausgangssignale der Sensoren, indem ein Verstärkungs-Einstellkoeffizient k_j für jedes Sensorausgangssignal unter Verwendung eines Skalierungskoeffizienten C gewonnen wird:

um eine Vorjustier-Skalierung jedes Verstärkungs-Einstellkoeffizienten k_j vorzu nehmen und Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung k_j, um die Ver stärkung jedes Sensorausganssignals einzustellen.

Anstelle der Simultangleichung können N Frequenzkomponenten beseitigt oder minimiert werden unter Verwendung eines Verstärkungs-Einstellkoeffizienten, der für jedes Sensorausgangssignal dadurch erhalten wird, dass für jedes Sensor ausgangssignal ein Verfahren wiederholt wird, welches umfasst: Ändern einer Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen, während die Aus gangsverstärkungen der übrigen Sensoren auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Sodann schafft die vorliegende Erfindung ein Verstärkungs-Einstellverfahren zum Maximieren einer spezifischen Frequenzkomponente im Sensorausgangssignal, umfassend: Gewinnen eines Summensignals aus Sensorausgangssignalen von M Sensorelementen; Berechnen der Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten aus dem Summensignal; Erhalten der Sensorausgangssignal-Verstärkungen, bei denen die spezifischen Frequenzkomponenten maximiert sind, indem für jedes Sensorausgangssignal ein Verfahren wiederholt wird, welches das Ändern der Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsverstärkungen der übrigen Sensoren auf einem kon stanten Wert wiederholt wird; Sicherstellen, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Summieren der Ausgangssignale der Sensorelemente, jeweils multipliziert mit der berechneten Verstärkung, einem Summensignalpegel gleicht, der erhalten wird durch Summieren nicht modifizierter Ausgangssignale der Sensoren, indem eine Einstellverstärkung für jedes Sensorausgangssignal durch Verwendung der Skalierung zum Einstellen jeder berechneten Verstärkung gewonnen wird; und Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung, um die Verstärkung jedes Sensorausgangssignals einzustellen und so ein Summensignal zu generieren, in welchem die Frequenzkomponenten maximiert sind.

Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verstärkungseinstellverfahren zum Minimieren einer spezifischen Frequenzkomponente im Sensorausgangs signal, umfassend: Erhalten eines Summensignals aus den Sensorausgangssig nalen von M Sensorelementen; Erhalten einer Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals; Erhalten der Sensorausgangssignal-Verstärkungen, welche die minimale Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals ergeben, indem für jedes Sensorausgangssignal ein Verfahren wieder holt wird, welches das Ändern der Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsverstärkungen der übrigen Sensoren auf einem kon stanten Pegel beinhaltet; Sicherstellen, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Summieren der Ausgangssignale der Sensorelemente, jeweils multipliziert mit der berechneten Verstärkung, einem Summensignalpegel gleicht, welcher er halten wird durch Summieren nicht modifizierter Ausgangssignale der Sensoren, erhalten durch eine Einstellverstärkung für jedes Sensorausgangssignal unter Verwendung einer Skalierung zum Einstellen jeder berechneten Verstärkung; und Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung, um die Verstärkung jedes Sensorausgangssignals einzustellen und ein Sensorsignal zu erzeugen, in wel chem es eine minimale Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals der Sen sorausgänge gibt.

Weitere Merkmale der Erfindung, deren Besonderheit und verschiedene Vorteile ergeben sich deutlicher aus den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Drehtyp-Sensors, bei dem die vor liegende Erfindung angewendet wird.

Fig. 2 zeigt Wellenformen von Fehlersignalen von Aufnehmern sowie deren Summe.

Fig. 3 zeigt das Frequenzspektrum des in Fig. 2 gezeigten Summensignals.

Fig. 4 zeigt Wellenformen von Fehlersignalen vor und nach einer Verstärkungs einstellung.

Fig. 5 zeigt Wellenformen von Fehlersignalen von fünf Aufnehmern.

Fig. 6 zeigt eine Wellenform eines Summensignals der Ausgangsgrößen nach Fig. 5 und das Frequenzspektrum des Summensignals.

Fig. 7 zeigt das von fünf Aufnehmern nach Einstellung erhaltene Summensignal und das Frequenzspektrum des Summensignals.

Fig. 8 zeigt die Anordnung eines Sensorverstärkungs-Einstellsystems.

Fig. 9 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens, welches von dem System nach Fig. 8 zur Kompensation periodischer Fehlersignale verwendet wird.

Fig. 10 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels des Kompensationsver fahrens nach Fig. 9.

Fig. 11 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Sensorausgangssignalver stärkungs-Einstellverfahren gemäß der Erfindung.

Fig. 12 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels eines erfindungsgemäßen Sensorausgangssignalverstärkungs-Einstellverfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsfor men des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, nachdem die Grundprinzipien des Verfahrens zum Kompensieren periodischer Fehlersignale in Sensoraus gangssignalen und das erfindungsgemäße Verstärkungseinstellverfahren erläutert wurden.

(Mathematisches Modell von Fehlersignalen)

Wenn wir an periodische Fehlersignale denken, so besteht im Fall eines Drehtyp- Sensors die Neigung, sich die Welle mit einer Exzentrizität vorzustellen. Wir wollen den Fall eines berührungslosen Erfassens des Übertragungsmoments einer Drehwelle betrachten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Allgemein gilt: Um eine Exzentrizität zu kompensieren, platziere man identische Aufnehmersensoren be züglich des Wellenzentrums. Um das Modell zu verallgemeinern, wollen wir an nehmen, dass M Sensoraufnehmer (M ist eine natürliche Zahl) 2(1) bis 2(M) in festen Winkelabständen Δβ angeordnet sind und dass an jeder Aufnehmerstelle ein anderer Winkelfehler ψj existiere. Nach einem solchen Modell ergibt sich, wenn man den Drehwinkel β der Drehwelle 3 als Variable hernimmt, das j-te Fehler signal e_j eines Aufnehmers modellgemäß zu:

Bei diesem Modell werden unter Berücksichtigung nicht nur der Exzentrizität der Welle 3, sondern auch eines Rundheitsfehlers der Welle 3 und des Lagereffekts mehrere (N) Fehlersignal-Frequenzkomponenten (Index i) als vorhanden ange nommen. f_i ist der Frequenzkoeffizient jeder Frequenzkomponente, und a_ij und ψ_ij sind Amplitude bzw. Phasenfehler der der i-Frequenzkomponente des j-ten Ab nehmers 2(j). Da die Amplitude a_ij und der Phasenfehler ψ_ij normalerweise unter schiedlich für jeden Aufnehmer und für jede Frequenzkomponente sind, wurde ein allgemeines Modell geschaffen, wie es durch die Gleichung (1) dargestellt wird. Dieses Modell wird für die folgende Analyse hergenommen, wobei aus Gründen der Einfachheit der Phasenwinkel ϕ_ij der einzige verwendete phasenbezogene Parameter ist.

ϕ_ij = f_i((j - 1)Δβ + ψ_ij) (2)

Das heißt: Bei jedem Sensorabnehmer j ist ϕ_ij der Phasenwinkel bei jeder Fre quenzkomponente i.

Im Fall eines Drehtypsensors ist der Frequenzkoeffizient f_i dimensionslos (Peri oden/Umdrehung), aber da im Fall eines Linearsensors β, Δβ und ψ_ij Strecken darstellen, ist es, um Strecken in Winkel umzusetzen, geeignet, für die Einheit von f_i rad/m zu verwenden.

Wenn ein Sensor aus mehreren Aufnehmern 2(1) bis (M) besteht, wir das end gültige Sensorausgangssignal als die Summe der Signale von sämtlichen Auf nehmern betrachtet. Dies gilt auch für Fehlersignale h, so dass unter Berücksich tigung der Gleichungen (1) und (2) die Summe h von Fehlersignalen aus sämtli chen Aufnehmern folgendem Modell entspricht:

Dies ist ein mathematisches Modell der Fehlersignale, die kompensiert werden.

(Verfahren zum Kompensieren von Fehlersignalen)

Das obige mathematische Fehlersignal-Modell diente dazu, ein Verfahren zum Kompensieren von Fehlersignalen zu betrachten. Das heißt: Es wurde eine Un tersuchung gemacht, um die Bedingungen aufzufinden, unter denen das Fehler signal h der Gleichung (3) den Wert null annimmt.

Einsetzen von cos (f_iβ - ϕ_ij) = cos ϕ_ijcos f_iβ + sin ϕ_ijsin f_iβ in die Gleichung (4) liefert folgende Gleichung:

In der Gleichung (5) war die Auftrennung eines Fehlersignals h in Sinus- und Cosinus-Komponenten (die unterstrichenen Terme in Gleichung (5)) ein sehr in teressantes Ergebnis. Frequenzkomponenten-Amplitude a_ij und -Phasenwinkel ϕ_ij beeinflussten nur die Sinus- und Cosinus-Amplitude des Fehlersignals. Im Fol genden wird das Ergebnis einer Untersuchung zum Auffinden der Bedingungen dafür dargestellt, dass die Fehlersignale auf null gehen.

Damit die Summe der Sinus- und Cosinus-Komponenten immer null wird, muss die Amplitude jeder Komponente null sein. In anderen Worten, damit in der Glei chung (5) h null wird, ist die folgende Simultangleichung anzuwenden:

Wenn die obige Gleichung erfüllt ist, werden Fehlersignale zu null. Erreicht werden kann dies durch Einstellen des Phasenwinkels ϕ_ij oder der Amplitude a_ij. Da es schwierig ist, die Positionen von Abnehmern zu justieren, nachdem die Sensoren montiert sind, ist eine Amplitudeneinstellung einfacher als eine Phaseneinstellung. Das Einstellen oder Justieren der Amplitude auf elektrischem Wege lässt sich einfach erreichen, so dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fehlersig nalkompensation durch Einstellen lediglich der Amplitude vorgenommen wird.

(Kleinste Anzahl erforderlicher Abnehmer)

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Amplituden der Signale von den Sensorabnehmern eingestellt, um eine Fehlersignalkompensation zu bewir ken. Jeder der Abnehmer wird einer Amplitudeneinstellung unterzogen (dies lässt sich auch als Einstellen der Empfindlichkeit oder der Verstärkung auffassen). Es bedeutet, dass Sorge dafür getragen werden muss, dass der gleiche Amplituden- Einstellkoeffizient bei sämtlichen Fehlersignal-Frequenzkomponenten angewendet wird, die von einem Abnehmer erhalten werden. Dies wiederum bedeutet, dass der Einstellkoeffizient k_i auf die Amplitude a_ij angewendet wird. Aus der Gleichung (6) lässt sich folgende Simultangleichung herleiten, dargestellt in Matrixform:

Wenn der Einstellkoeffizient k_j als die Lösung der Gleichung untersucht wird, so ergeben die Bedingungen für die Existenz einer von null verschiedenen Lösung die folgende Gleichung:

M ≧ 2N + 1 (8)

Diese Bedingung zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl N von Frequenzkom ponenten der zu kompensierenden Fehlersignale und der Anzahl M von Abneh mern. Man kann sagen, dass es eine minimale Anzahl von Abnehmern M_min gibt, die erforderlich ist zum Kompensieren von N spezifischen Fehlersignal-Fre quenzkomponenten. M_min ergibt sich aus folgender Gleichung:

M_min = 2N + 1 (9)

Demnach sind minimal drei Abnehmer (M_min = 3) erforderlich, um eine Fehlersig nal-Frequenzkomponente (N = 1) zu kompensieren, und es sind mindestens fünf Abnehmer (M_min = 5) erforderlich, um zwei Fehlersignal-Frequenzkomponenten (N = 2) zu kompensieren. Wenn entweder eine oder eine Mehrzahl von Fehler signal-Frequenzkomponenten kompensiert wird, ist es nicht notwendig, sämtliche Frequenzkomponenten beginnend bei den niedrigeren Frequenzkomponenten zu kompensieren. Man kann die Kompensation beschränken auf Frequenzkompo nenten, die ausgewählt sind anhand der maximalen Amplitude oder einer anderen Bedingung. Dies wird im Folgenden diskutiert.

Verfahren zum Berechnen des Amplitudeneinstellkoeffizienten

Wie oben beschrieben, wurde es möglich, Fehlersignale dadurch zu kompensie ren, dass auf jeden Abnehmer ein Amplitudeneinstellkoeffizient k_j angewendet wurde. Bei der Suche einer Lösung bezüglich Gleichung (7) gibt es zahllose Lö sungen; einschließlich solcher, die nicht naheliegend sind. Außerdem gibt es zahllose Lösungen, wenn die Anzahl der Abnehmer dem erforderten Minimum entspricht (M = 2 N + 1). Ein einzelner Einstellkoeffizient lässt sich frei wählen zur Auswahl einer dieser zahllosen Lösungen. Das Einstellen eines Einstell- oder Justierkoeffizienten von 1 beispielsweise hat den Vorteil, dass das Erfordernis entfällt, Signale von diesem Abnehmer zu kalibrieren, während es lediglich not wendig ist, die verbliebenen (M - 1) Koeffizienten zu berechnen. Ein spezielles Verfahren zum Gewinnen der Einstellkoeffizienten wird im Folgenden beschrieben.

Zuerst werden von M = M_min Abnehmern erhaltene Fehlersignale einer Fourier- Transformation unterzogen, und die zu kompensierenden Amplituden a_ij von N Frequenzkomponenten sowie die dazugehörigen Phasenwinkel ϕ_ij werden aus dem so erhaltenen Frequenzspektrum abgeleitet. Diese Größen werden zum Aufstellen der Gleichung (7) herangezogen. Als Nächstes wird ein Abnehmer ausgewählt, welcher nicht eingestellt wird. Bei diesem Beispiel wird der p-te Ab nehmer nicht eingestellt. Damit gilt k_p = 1. Um die verbleibenden (M_min - 1) Ein stellkoeffizienten zu erhalten, wird eine nicht-simultane Gleichung dadurch erhal ten, dass das Vorzeichen der p-ten Spalte der ersten Matrix auf der linken Seite umgekehrt wird.

Die Matrix des ersten Terms auf der linken Seite wird zu einer quadratischen Ma trix, und wenn es eine inverse Matrix gibt, lassen sich die verbleibenden (M_min - 1) Amplitudeneinstellkoeffizienten gewinnen.

Während abhängig davon, welcher Abnehmer als derjenige Abnehmer gewählt wird, der keiner Amplitudeneinstellung unterzogen wird, unterschiedliche Lösungen hergeleitet werden können, lässt sich eine einzigartige Lösung dann erreichen, wenn man eine Einstellkoeffizienten-Skalierung vornimmt, um die Gesamtver stärkung in den Voreinstellzustand zurückzubringen. Einen Skalierungskoeffizien ten C kann man durch folgende Gleichung erhalten:

Beispiel 1-1: Verfahren zum Kompensieren einer Frequenzkomponente

Die minimale Anzahl von Abnehmern, die zum Kompensieren genau einer Feh lersignal-Frequenzkomponente (N = 1) benötigt wird, beträgt drei (M_min = 3). Wenn die Abnehmer z. B. gemäß Fig. 1 positioniert sind, so gilt z. B. Δβ = 30 Grad. Fig. 2 zeigt die Fehlersignale e₁, e₂, e₃ von den Abnehmern und deren Summensignal h. Um das Verständnis zu erleichtern, sind Welligkeitssignale in Einheiten von Milli volt (mV) dargestellt, und es sind die passenden Amplituden- und Phasenwerte ausgewählt. Fig. 3 zeigt das Frequenzspektrum des Summensignals. Es verblei ben Fehlersignale mit den Frequenzkomponenten f₁= 1; f₂ = 3,4 und f₃ = 7,2 Pe rioden/Umdrehung mit Amplituden a₁ = 1,13 mV; a₂ = 2,66 mV bzw. a₃ = 0,22 mV.

In Verbindung mit dem oben beschriebenen Amplitudeneinstellverfahren bedeutet die Verwendung von drei Sensorabnehmern, dass sich gerade eine der verblei benden Fehlersignalkomponenten perfekt kompensieren lässt. In diesem Fall wurde entschieden, die Frequenzkomponente mit der höchsten Amplitude zu kompensieren: f₂ = 3 Perioden/Umdrehung. Damit gilt bezüglich Gleichung (10): i = 2 UND j = 1, 2, 3. Die nach Durchführen einer Fourier-Transformation für die Signale jedes Abnehmers erhaltenen Daten sind Folgende:
a₂₁ = 10,3 mV; a₂₂ = 10,8 mV; a₂₃ = 9,4 mV
ϕ₂₁ = -2,04 Grad; ϕ₂₂ = -92,48 Grad; ϕ₂₃ = 159.74 Grad

Ein Einstellkoeffizient lässt sich frei wählen, in diesem Fall lautet die Auswahl k₁ = 1. Unter Verwendung des oben beschriebenen Rechnungsverfahrens ergeben sich Lösungen von k₂ = 0,313 und k₃ = 1,151. Die Auswahl von k₂ = 1 führte zu einer großen Gesamtverstärkung aus Lösungen von k₁ = 3,193 und k₃ = 3,675. Angenommen, es werde auf sämtliche Abnehmer eine Amplitudeneinstellung an gewendet, so liefert das Anwenden des Skalierungskoeffizienten C zur Zurück führung des Gesamt-Verstärkungsfaktors die folgenden Einstellkoeffizienten:
k₁ = 1,218; k₂ = 0,381; k₃ = 1,401

Dieses Ergebnis wurde auf jeden Abnehmer angewendet, was eine ausreichend effektive Kompensation der Ziel-Fehlersignalkomponenten ergab, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Fehlersignalkomponente der Frequenz f₂ = 3, 4 Perioden/Umdre hung wurde vollständig kompensiert. Gleichzeitig nahm die Amplitude der Fre quenzkomponente f₁ = 1 Perioden/Umdrehung etwas ab, während die Amplitude der Frequenzkomponente f₃ = 7,2 Periode/Umdrehung etwas größer wurde.

Beispiel 1-2: Simultane Kompensation zweier Frequenzkomponenten

Als nächstes wird ein lineares Stellungssensorsystem, beispielsweise eine lineare Skala, angenommen, und außerdem wird angenommen, dass optische Abnehmer eingesetzt werden, die ein Cosinus-Ausgangssignal mit einer Periode von 10 µm liefern. Zudem wird angenommen, dass den Ausgangssignalen Fehlersignale mit zehnfacher Periode und halber Periode überlagert sind. Um die Sensorgenauigkeit und -auflösung zu verbessern, ist es wünschenswert, diese Fehlersignale zu kompensieren. Ein Minimum von fünf Abnehmern (M_min = 5) wird zur Kompensa tion von zwei Frequenzkomponenten (N = 2) benötigt. Es soll angenommen wer den, dass die Abnehmer in festen Intervallen von beispielsweise 2 mm positioniert sind. Jeder Abnehmer besitzt einen gewissen Stellungsfehler, so dass Aus gangssignale der Abnehmer Amplituden- und Phasenfehler enthalten, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 6 zeigt die Wellenform der Summe der Ausgangssignale sämtlicher Abnehmer und das Frequenzspektrum des Summensignals. Die Frequenzkomponente f₂ = 100 Perioden/mm dient zur Stellungserfassung. Die übrigen Frequenzkom ponenten, d. h. f₁ = 10 Perioden/mm und f₃ = 200 Perioden/mm, enthalten Fehler komponenten. Die beiden zu korrigierenden Komponenten sind: i = 1, 3; j = 1, 2, 3, 4, 5. Die durch Fourier-Transformationen erhaltenen Ergebnisse sind Folgende:

Wie im Fall der Kompensierung einer Komponente, wie sie oben beschrieben wird, wird auf die Ausgangssignale sämtlicher Abnehmer eine Skalierung oder Kalibrie rung angewendet, um einen Ausgleich zwischen den Nacheinstell- und den Vor einstell-Ausgangspegeln zu erreichen. Folgende Ergebnisse werden erzielt:
k₁ = -1,75; k₂ = -2,01; k₃ = 2,65; k₄ = 1,84; K₅ = 4,27

Was interessiert, ist das Erscheinen negativer Einstellkoeffizienten. Dies zeigt, dass unter gewissen Umständen ein Erfordernis entgegengesetzter Phase für die Signale von den Abnehmern besteht.

Fig. 7 zeigt die Summe der von den fünf Abnehmern nach der Justierung erhal tenen Signale. Im Vergleich zu der Situation vor der Justierung wurden Cosinus- Ausgangssignale mit guter Genauigkeit erhalten. Die beiden Frequenzkomponen ten außer der zum Sensieren erforderlichen Frequenzkomponente waren voll ständig kompensiert.

Oben wurden Verfahren zum Kompensieren periodischer Fehlersignale in ihrer Instrumentierung erläutert. Basierend auf der Annahme, dass die Sensoren aus einer Mehrzahl von Abnehmern bestanden, wurde die Amplitude der Signale von jedem Abnehmer eingestellt oder justiert. Ein Minimum von drei Abnehmern ist zum Kompensieren einer Frequenzkomponente eines Fehlersignals erforderlich. Die minimale Anzahl von für gleichzeitige Kompensation mehrerer Frequenz komponenten erforderliche Abnehmer wurde ebenfalls festgestellt. Spezielle Bei spiele wurden für die Kompensation einer und zweier Frequenzkomponenten vorgestellt.

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung findet Anwendung bei der Kom pensation periodischer Fehlersignale ungeachtet, ob die betroffenen Sensoren vom Dreh- oder Lineartyp sind. Das Verfahren lässt sich in Hardware und in Software realisieren. Man kann einen Rechner dazu einsetzen, automatisch Ein stellkoeffizienten zu berechnen, um so die Implementierung eines automatischen Systems zu ermöglichen, welches Einstellmaßnahmen rasch ausführen kann, so z. B. das in Fig. 8 gezeigte Sensorverstärkungs-Einstellsystem. Die Hauptkom ponenten dieses Sensorverstärkungs-Einstellsystems 10 sind ein Sensor 11, der mit M Sensorabnehmern ausgerüstet ist, gebildet durch Dehnungsmessstreifen oder dergleichen; eine Signalverarbeitungsschaltung 12 des Sensors 11, ein Speicherteil 13 zum Speichern von Verstärkungs-Einstellwerten, die für jeden Abnehmer berechnet wurden; und eine Treiberschaltung 15, die das Sensor-Ob jekt antreibt und Daten ausgibt, beispielsweise die Ist-Stellung, -Geschwindigkeit und -Beschleunigung des Objekts. Die Signalverarbeitungsschaltung 12 und die Steuereinheit 14 basieren auf einem Mikrocomputer.

Fig. 9 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Systems 10 veranschau licht. Bezugnehmend auf Fig. 9 werden im Schritt ST1, wenn die Treibereinheit 15 das Sensor-Objekt antreibt, Sensorsignale von den M Abnehmern ausgegeben und in der Steuereinheit 14 abgespeichert. Im Schritt ST2 summiert die Steuer einheit 14 die M Signale. Im Schritt ST3 erfolgt aus dem Summensignal eine Auswahl von N Frequenzkomponenten, bezüglich derer der Wunsch besteht, ihre Amplituden auf null zu bringen. Die auszuwählenden Frequenzkomponenten können z. B. durch einen externen Befehl spezifiziert werden, der in die Steuer einheit 14 eingegeben wird. Im Schritt ST4 ermittelt die Steuereinheit 14 Amplitude und Phase von N Frequenzkomponenten in den von M Abnehmern kommenden Signalen. Die einschlägigen Berechnungen können unter Verwendung diskreter und schneller Fourier-Transformationen durchgeführt werden.

Als nächstes findet im Schritt ST5 die Steuereinheit 14 Lösungen für die Gleichung (7) und verwendet die durch die Fig. 10, 11 und 12 veranschaulichten Algo rithmen, um den Verstärkungs-Einstellkoeffizienten kj für jeden Abnehmer aufzu finden. Im Schritt ST6 wendet die Steuereinheit 14 eine Skalierung (Gleichung (12)) an, um diejenigen Verstärkungs-Einstellkoeffizienten zu berechnen, deren Summensignal mit den Werten vor der Einstellung übereinstimmt. Im Schritt ST7 werden die so berechneten Verstärkungs-Einstellkoeffizienten in dem Speicherteil 13 abgespeichert.

Im Betrieb werden Sensorsignale von den Abnehmern des Sensors 11 durch die Signalverarbeitungsschaltung 12 basierend auf dem in dem Speicherteil 13 ab gespeicherten Verstärkungs-Einstellkoeffizienten einjustiert. Im Ergebnis werden Sensorsignale erzeugt, in denen N periodische Fehlersignale eliminiert oder un terdrückt sind. Diese Signale ermöglichen einen Sensorbetrieb mit hoher Genau igkeit. Wenngleich die obige Erläuterung unter Bezugnahme auf ein Verfahren des perfekten Kompensierens spezifischer Frequenzkomponenten beruht, so ist es doch auch möglich, eine optimierte Einstellung zu implementieren, um die Ge samtamplitude von Fehlersignalen zu minimieren, welche eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten umfassen.

Beispiel 1-3: Verfahren zum Beseitigen einer spezifischen Frequenzkomponente

Verstärkungs-Einstellkoeffizienten lassen sich auch empirisch auffinden anstatt durch Verwendung der Gleichung (7). Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm des Steu erverfahrens, mit dem dieses erreicht wird. Dabei sind:
ST101: Aufzeichnen der Signale von M Abnehmern (M Signale)
ST102: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST103: Ermitteln der Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (unter Verwendung von Fourier- Transformationen etc.)
ST104: Für Abnehmer = 1 bis M
ST105: Abnehmer-Verstärkung + =
ST106: Skalierung der Gesamtverstärkung (zur Justierung auf den Voreinstellpegel)
ST107: Summensignal = (M Signale × M Verstärkung)
ST108: Ermitteln der Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (unter Verwendung von Fourier- Transformationen etc.)
ST109: Hat Amplitude der speziellen Frequenzkomponenten abgenommen?
ST120: Rücksetzen Abnehmerverstärkung
ST121: Abnehmerverstärkung - =
ST122: Skalierung der Gesamtverstärkung (um auf den Pegel vor der Einstellung einzujustieren)
ST123: Summensignal = (M Signale × M Verstärkung)
ST124: Gewinnen der Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (unter Verwendung von Fourier-Transfor mationen etc.)
ST125: Hat Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten abgenommen?
ST126: Rücksetzen Abnehmer-Verstärkung
ST127: Alle Abnehmer o.k.?
ST128: Speichern der erhaltenen Verstärkungen im Sensor-Signalprozessor

Das in Fig. 8 gezeigte System kann auch in diesem Fall eingesetzt werden. Wenn gemäß Fig. 10 M die anfängliche Summensignal-Verstärkung ist, werden im Schritt ST101 Signale von M Abnehmern aufgezeichnet. Als Nächstes wird im Schritt ST102 die Summe dieser Signale berechnet. Im Schritt ST103 dienen z. B. Fourier-Transformationen zur Auffindung der Amplitude der spezifischen Fre quenzkomponenten, die es zu eliminieren gilt. Im Anschluss daran werden die Schritte ST104 bis ST109 für jeden der M Abnehmer implementiert.

Speziell wird innerhalb eines Zyklus einer der Abnehmer außer bezüglich der Verstärkung, die um den kleinen, vorbestimmten Betrag A erhöht wird, unmodifi ziert belassen. Die Skalierung erfolgt in der Weise, dass die von den M Abneh mern erhaltene Gesamtverstärkung der Gesamtverstärkung vor dem Einstellvor gang gleicht. Im Anschluss an die Verstärkungseinstellung wird die Summe der M Abnehmersignale genommen, und Fourier-Transformationen oder andere derar tige Methoden dienen zum Berechnen der Amplitude der spezifischen Frequenz komponenten in dem Summensignal. Wenn die so erhaltene Amplitude kleiner ist als die Amplitude vor dem Einstellvorgang, so werden die gleichen Schritte be züglich des nächsten Abnehmers wiederholt.

Allerdings werden die Schritte ST120 bis ST125 implementiert, wenn die Ampli tude einer spezifizierten Frequenzkomponente ansteigt, wenn die Verstärkung bezüglich eines Abnehmers um den kleinen Zuwachs Δ erhöht wird. In diesem Fall wird die Abnehmerverstärkung um den Betrag Δ reduziert, und es erfolgt eine Skalierung, um die Verstärkung jedes Abnehmers solange einzustellen, bis die Gesamtverstärkung der M Abnehmer die Gleiche ist wie die Gesamtverstärkung vor dem Einstellvorgang. Im Anschluss an die Verstärkungseinstellung dient die so erhaltene Summe der M Abnehmersignale und eine Methode, wie z. B. die Fou rier-Transformation, zum Gewinnen der Amplitude spezifischer Frequenzen in dem Summensignal. Wenn die so erhaltene Amplitude kleiner ist als die Amplitude vor dem Einstellvorgang, werden die Schritte ST104 bis ST109 für den nächsten Abnehmer implementiert.

Wenn bezüglich eines Abnehmers die Amplitude einer spezifischen Frequenz komponente auch dann nicht abnimmt, wenn die Schritte ST104 bis ST109 und ST120 bis ST125 durchlaufen sind, so wird im Schritt ST126 die Verstärkung des betreffenden Abnehmers zurückgesetzt, und über den Schritt ST127 geht das Verfahren dann zu der Verstärkungseinstellung des nächsten Abnehmers. Nach Abschluss der Einstellung für sämtliche Abnehmer werden im Schritt ST128 die einjustierten Verstärkungen der individuellen Abnehmer in dem Signalverarbei tungsteil abgespeichert.

Beispiel 2: Verfahren zum Maximieren der Amplitude einer spezifischen Fre quenzkomponente

Als Nächstes wird anstelle des Beseitigens oder Unterdrückens von Fehlersigna len ein Verfahren zum Erhöhen der Amplitude von Signal-Frequenzkomponenten erläutert, welche für das Sensieren erforderlich sind. Fig. 11 ist ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens, welches hierbei eingesetzt wird. Dabei bedeuten:
ST11: Aufzeichnen der Signale von M Abnehmern (M Signale)
ST12: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST13: Ermitteln Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (mittels Fourier-Transformation etc.)
ST14: Für Abnehmer = 1 bis M
ST15: Abnehmer-Verstärkung + =
ST16: Skalierung der Gesamtverstärkung (um auf den Pegel vor der Einstellung einzujustieren)
ST17: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST18: Ermitteln Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (mittels Fourier-Transformation etc.)
ST19: Hat Amplitude der spezifischen Frequenzkomponenten zugenommen?
ST20: Rücksetzen Abnehmer-Verstärkung
ST21: Abnehmer-Verstärkung - =
ST22: Skalierung der Gesamtverstärkung (um auf den Pegel vor der Einstellung einzujustieren)
ST23: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST24: Ermitteln Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Summensignals (mittels Fourier-Transformation etc.)
ST25: Hat Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten zugenommen?
ST26: Rücksetzen Abnehmer-Verstärkung
ST27: Sämtliche Abnehmer o.k.?
ST28: Speichern der erhaltenen Verstärkungen im Sensor-Signalprozessor

Das in Fig. 8 gezeigte System lässt sich auch in diesem Fall einsetzen. Wenn gemäß Fig. 11 M die anfängliche Gesamtsignal-Verstärkung ist, so werden im Schritt ST11 Signale von M Abnehmern aufgezeichnet. Als Nächstes wird im Schritt ST12 die Summe dieser Signale berechnet. Im Schritt ST13 dienen z. B. Fourier-Transformationen zur Auffindung der Amplitude der spezifischen Fre quenzkomponenten, die es zu beseitigen gilt. Im Anschluss daran werden die Schritte ST14 bis ST19 ausgeführt für jeden der M Abnehmer.

Speziell wird in einem Zyklus die Verstärkung von exakt einem der Abnehmer um einen kleinen, vorbestimmten Betrag Δ erhöht, während die Verstärkung der üb rigen Abnehmer unmodifiziert bleibt. Es erfolgt eine Skalierung in der Weise, dass die von den M Abnehmern erhaltene Gesamtverstärkung der Gesamtverstärkung vor dem Einstellvorgang gleicht. Nach der Verstärkungseinstellung wird die Summe der M Abnehmersignale ermittelt, und mittels Fourier-Transformationen oder anderer derartiger Verfahren wird die Amplitude der spezifischen, in dem Summensignal enthaltenen Frequenzkomponenten berechnet. Wenn die die so erhaltene Amplitude kleiner ist als die Amplitude vor dem Einstellvorgang, werden die gleichen Schritte bezüglich des nächsten Abnehmers implementiert.

Die Schritte ST20 bis ST25 werden implementiert, wenn die Amplitude einer spe zifizierten Frequenzkomponente abnimmt, während die Verstärkung bezüglich ei nes Abnehmers um einen kleinen Betrag Δ erhöht wird. In diesem Fall wird die Abnehmer-Verstärkung um den Betrag Δ reduziert, und es erfolgt eine Skalierung, wobei die Verstärkung jedes Abnehmers solange einjustiert wird, bis die Gesamt verstärkung der M Abnehmer die Gleiche ist wie die Gesamtverstärkung vor dem Einstellvorgang. Im Anschluss an die Einstellung der Verstärkung wird die Summe der M Abnehmer-Signale gebildet, und mit Hilfe einer Methode wie z. B. der Fou rier-Transformation wird die Amplitude spezifischer Frequenzen in dem Sum mensignal gewonnen. Wenn die so erhaltene Amplitude größer ist als die Ampli tude vor dem Einstellvorgang, werden die Schritte ST14 bis ST19 bezüglich des nächsten Abnehmers implementiert.

Falls bezüglich eines Abnehmers die Amplitude einer spezifischen Frequenz komponente selbst dann nicht zunimmt, wenn die Schritte ST14 bis ST19 und ST20 bis ST25 durchlaufen sind, wird im Schritt ST26 die Verstärkung des betref fenden Abnehmers zurückgesetzt, und über den Schritt ST27 geht der Prozess weiter zu der Verstärkungseinstellung des nächsten Abnehmers. Nachdem die Einstellarbeit für sämtliche Abnehmer abgeschlossen ist, werden im Schritt ST28 die eingestellten Verstärkungen der individuellen Abnehmer in dem Signalverar beitungsteil abgespeichert.

Beispiel 3: Verfahren zum Minimieren der Spitze-Spitze-Amplitude des Sum mensignals

Die Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals lässt sich minimieren, anstatt dass man Fehlersignale beseitigt oder unterdrückt oder die Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten des Sensor-Objekts maximiert. Fig. 12 ist ein Flussdia gramm des Steuerprozesses, der bei diesem Verfahren verwendet wird. Es be deuten:
ST31: Aufzeichnen von Signalen von M Abnehmern (M Signale)
ST32: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST33: Ermitteln Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals
ST34: Für Abnehmer = 1 bis M
ST35: Abnehmer-Verstärkung + =
ST36: Skalierung der Gesamtverstärkung (zur Einstellung auf den Pegel vor dem Einstellvorgang)
ST37: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST38: Ermitteln Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals
ST39: Hat Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals abgenommen?
ST40: Rücksetzen der Abnehmer-Verstärkung
ST41: Abnehmer-Verstärkung - =
ST42: Skalierung der Gesamtverstärkung (zur Einjustierung auf den Pegel vor dem Einstellvorgang)
ST43: Summensignal = (M Signale × M Verstärkungen)
ST44: Ermitteln Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals
ST45: Hat Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals abgenommen?
ST46: Rücksetzen Abnehmer-Verstärkung
ST47: Sämtliche Abnehmer o.k.?
ST48: Speichern der erhaltenen Verstärkungen im Sensor-Signalprozessor

Das System nach Fig. 8 kann auch in diesem Fall eingesetzt werden. Wenn ge mäß Fig. 12 M die anfängliche Gesamtsignalverstärkung ist, werden im Schritt ST31 Signale von M Abnehmern aufgezeichnet. Als Nächstes wird im Schritt ST32 die Summe dieser Signale berechnet. Im Schritt ST33 dienen z. B. Fourier-Trans formationen dazu, die Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals zu ermitteln. Anschließend daran werden die Schritte ST34 bis ST39 bezüglich jedes der M Abnehmer ausgeführt.

Speziell wird innerhalb eines Zyklus die Verstärkung von genau einem der Ab nehmer um den kleinen, vorbestimmten Betrag Δ erhöht, während die Verstärkung der übrigen Abnehmer unverändert bleibt. Es findet eine Skalierung statt, so dass die Gesamtverstärkung der M Abnehmer der Gesamtverstärkung vor der Einstel lung gleicht. Nach der Verstärkungseinstellung wird die Summe der Signale der M Abnehmer ermittelt, und mittels Fourier-Transformationen oder anderen derarti gen Methoden wird die Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals berechnet. Wenn die so erhaltene Spitze-Spitze-Amplitude kleiner ist, als die Amplitude vor der Einstellung war, so werden die gleichen Schritte bezüglich des nächsten Ab nehmers ausgeführt.

Die Schritte ST40 bis ST45 werden dann ausgeführt, wenn die Spitze-Spitze- Amplitude des Summensignals sich auch dann nicht verringert, wenn die Ver stärkung bezüglich eines Abnehmers um den Betrag Δ erhöht wird. In diesem Fall wird die Abnehmer-Verstärkung um den Betrag Δ verringert, und es wird eine Skalierung vorgenommen, wobei die Verstärkung jedes Abnehmers solange ein justiert wird, bis die Gesamtverstärkung der M Abnehmer der Gesamtverstärkung vor dem Einstellvorgang gleicht. Im Anschluss an die Einstellung der Verstärkung wird die Summe der M Abnehmer-Signale gebildet, und die Spitze-Spitze-Am plitude des Summensignals wird ermittelt. Wenn diese Spitze-Spitze-Amplitude kleiner ist als vor dem Einstellvorgang, werden die Schritte ST34 bis ST39 bezüg lich des nächsten Abnehmers ausgeführt.

Wenn bezüglich eines Abnehmers die Spitze-Spitze-Amplitude des Summen signals selbst dann nicht abnimmt, wenn die Schritte ST34 bis ST39 und ST40 bis ST45 durchlaufen sind, wird im Schritt ST46 die Verstärkung des betreffenden Abnehmers zurückgesetzt, und über den Schritt ST47 geht der Prozess zu der Verstärkungseinstellung des nächsten Abnehmers. Nach Abschluss der Einstell arbeit für sämtliche Abnehmer werden im Schritt ST48 die eingestellten oder ein justierten Verstärkungen der individuellen Abnehmer in dem Signalverarbeitungs teil gespeichert.

Wie oben beschrieben wurde, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Kompensieren periodischer Fehler in Sensor-Ausgangssignale das Ermitteln der Summe vonSensorsignalen, die von M Sensorelementen (Abnehmern oder Auf nehmern) ausgegeben werden, das Auswählen von N (M ≧ = 2 N + 1) Frequenz komponenten aus diesem Summensignal und das Berechnen der Amplitude und der Phase der ausgewählten N Frequenzkomponenten. Die Gleichung (7) dient zum Auffinden der Verstärkung für jedes Abnehmersignal, oder es wird die Ver stärkung aufgefunden, die die N Frequenzkomponente unterdrücken oder besei tigen kann, indem ein Prozess des Erhöhens/Verminderns der Signalverstärkun gen für jeden Abnehmer wiederholt wird. Das Skalieren der berechneten Verstär kungen dient zum Ermitteln von Einstell-Verstärkungen für die Abnehmer mit dem Ziel, dass die Gesamtverstärkung übereinstimmt mit dem Pegel des anfänglichen Summensignals. Anhand dieser Einstellverstärkungen zur Justierung der Ver stärkung der von den individuellen Sensoren ausgegebenen Signale ermöglicht das Erzeugen von Sensorsignalen, aus denen die ausgewählten Fehlersignal komponenten entfernt wurden, oder bei denen sie unterdrückt wurden. Das Be seitigen oder Unterdrücken von Fehlersignalkomponenten durch Einjustieren der Verstärkung der Abnehmer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren steigert die Positioniergenauigkeit der Abnehmer und ermöglicht die Erzielung einer guten Genauigkeit der Sensorsignale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen oder Einjustieren der Ver stärkung von Sensor-Ausgangssignalen wird die Summe der Sensorsignale, die von M Sensorabnehmern ausgegeben werden, gebildet, es werden spezifische Frequenzkomponenten aus diesem Summensignal ausgewählt, und es wird die Amplitude der ausgewählten spezifischen Frequenzkomponenten berechnet. Für jeden Abnehmer wird die Verstärkung berechnet, bei der die spezifischen Fre quenzkomponenten maximiert werden. Dies geschieht durch Wiederholen eines Prozesses des Erhöhens/Verminderns der Ausgangssignal-Verstärkungen für jeden Abnehmer. Die Abnehmer-Ausgangssignale werden multipliziert mit den jeweiligen berechneten Verstärkungswerten, und die Ergebnisse werden sum miert. Durch Skalierung werden die berechneten Verstärkungen so eingestellt, dass die Abnehmer-Einstellverstärkungen so sind, dass die Gesamtverstärkung mit dem Pegel des Summensignals übereinstimmt. Mit Hilfe dieser Einstellver stärkungen zur Einjustierung der Verstärkung der von den individuellen Sensor abnehmern ausgegebenen Signale erreicht man die Erzeugung von Sensorsigna len, in denen die ausgewählten Frequenzkomponenten maximiert sind. Maximie ren der erforderlichen Frequenzkomponenten verbessert den Rauschabstand und erleichtert Positioniererfordernisse und dergleichen bezüglich der Sensorabneh mer.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verstärkungseinstellung umfasst das Er mitteln der Summe von Sensorsignalen, die von M Sensorabnehmern ausgegeben werden, das Ermitteln der Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals und das Auffinden derjenigen Verstärkung der einzelnen Abnehmer, bei der die Spitze- Spitze-Amplitude minimiert ist, was durch einen Prozess des Erhöhens/Vermin derns der Ausgangsverstärkung der Abnehmer geschieht. Die Ausgangsverstär kung jedes Abnehmers wird multipliziert mit dem so erhaltenen zugehörigen Ver stärkungswert, und die Resultate werden zur Bildung eines Summensignals auf summiert. Damit der Pegel des Summensignals dem Pegel des Summensignals der individuellen Abnehmer-Ausgangssignale gleicht, erfolgt eine Skalierung zur Einjustierung jeder berechneten Verstärkung, um eine Verstärkungseinstellung für jeden Abnehmer zu erhalten. Mit Hilfe dieser Einstellverstärkungen zur Einjustie rung der Verstärkung der von den individuellen Sensorabnehmern ausgegebenen Signale erreicht man die Erzeugung von Sensorsignalen, die die Spitze-Spitze- Amplitude des Summensignals minimieren. Die Fähigkeit, Fehlersignal-Kompo nenten durch das erfindungsgemäße Verfahren zu unterdrücken, vereinfacht Po sitionierarbeiten und dergleichen für die Sensorabnehmer.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren periodischer Fehlersignale von Sensor-Aus gangssignalen, umfassend die Schritte:

- Ermitteln eines Summensignals aus Sensor-Ausgangssignalen von M Sensorelementen (M ist eine natürliche Zahl);
- Ermitteln von Amplitude und Phase von N Frequenzkomponenten, die in dem Summensignal enthalten sind (N ist eine natürliche Zahl);
- mit a_ij als Sensor-Ausgangssignal-Amplitude des j-ten (j = 1 bis N) Sen sorelements bei der i-ten (i = 1 bis N) Frequenzkomponente, ϕ_ij als Pha senwinkel und k_j als Sensor-Ausgangssignal-Verstärkungseinstellkoeffi zienten, wird der Einstellkoeffizient k_j für jedes Sensor-Ausgangssignal durch folgende Simultangleichung ermittelt:
- es wird sichergestellt, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Summieren eines Ausgangssignals jedes Sensorelements vor dem Ein stellvorgang, multipliziert mit dem Verstärkungs-Einstellkoeffizienten k_j, einem Summensignalpegel gleicht, der erhalten wird durch Summieren von nicht-modifizierten Ausgangssignalen der Sensoren, indem ein Ver stärkungs-Einstellkoeffizient k_j für jedes Sensor-Ausgangssignal ermittelt wird durch Verwendung eines Skalierungskoeffizienten C gemäß der Be ziehung
um eine Skalierung bezüglich des Voreinstellzustands für jeden Verstär kungs-Einstellkoeffizienten k_j durchzuführen, und
- Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung k_j, um eine Verstär kung jedes Sensor-Ausgangssignals einzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem anstelle der Simultangleichung N Frequenzkomponenten beseitigt oder minimiert werden durch Verwendung eines Verstärkungs-Einstellkoeffi zienten, der für jedes Sensor-Ausgangssignal dadurch erhalten wird, dass für jedes Sensor-Ausgangssignal ein Prozess wiederholt wird, welcher das Än dern einer Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsverstärkung der übrigen Sensoren auf einem konstanten Wert umfasst.

3. Verstärkungs-Einstellverfahren zum Maximieren einer spezifischen Fre quenzkomponente in Sensor-Ausgangssignalen, umfassend die Schritte:

- Ermitteln eines Summensignals aus Sensor-Ausgangssignalen von M Sensorelementen;
- Berechnen der Amplitude spezifischer Frequenzkomponenten aus dem Summensignal;
- Ermitteln von Sensorausgangssignal-Verstärkungen, bei denen die spe zifischen Frequenzkomponenten maximiert werden, indem für jedes Sensor-Ausgangssignal ein Prozess wiederholt wird, welcher das Ändern der Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsverstärkungen der übrigen Sensoren auf einem konstanten Wert umfasst;
- Sicherstellen, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Summieren der Ausgangssignale der Sensorelemente, jeweils multipliziert mit der be rechneten Verstärkung, einem Summensignalpegel gleicht, der erhalten wird durch Aufsummieren nicht modifizierter Ausgangssignale der Sen soren, indem eine Einstellverstärkung für jedes Sensor-Ausgangssignal erhalten wird durch Skalierung zum Einjustieren jeder berechneten Ver stärkung;
- Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung, um die Verstärkung jedes Sensor-Ausgangssignals so einzujustieren, dass ein Summensignal erzeugt wird, in welchem die Frequenzkomponenten maximiert sind.

4. Verstärkungs-Einstellverfahren zum Maximieren einer spezifischen Fre quenzkomponente in Sensor-Ausgangssignalen, umfassend die Schritte:

- Ermitteln eines Summensignals aus Sensor-Ausgangssignalen von M Sensorelementen;
- Ermitteln einer Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals;
- Ermitteln von Sensorausgangssignal-Verstärkungen, die eine minimale Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals ergeben, indem für jedes Sensor-Ausgangssignal ein Prozess wiederholt wird, welcher das Ändern der Ausgangsverstärkung eines Sensors in kleinen Inkrementen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsverstärkungen der übrigen Sensoren auf einem konstanten Wert umfasst;
- Sicherstellen, dass ein Summensignalpegel, erhalten durch Aufsummieren der Ausgangssignale der Sensorelemente, jeweils multipliziert mit der be rechneten Verstärkung, einem Summensignalpegel gleicht, welcher er halten wird durch Aufsummieren nicht modifizierter Ausgangssignale der Sensoren, indem eine Einstellverstärkung für jedes Sensor-Ausgangs signal unter Skalierung zur Einstellung jeder berechneten Verstärkung erhalten wird;
- Verwenden jeder so erhaltenen Einstellverstärkung zum Einjustieren einer Verstärkung jedes Sensor-Ausgangssignals, um ein Sensorsignal zu ge nerieren, in welchem es eine minimale Spitze-Spitze-Amplitude des Summensignals der Sensor-Ausgangssignale gibt.