DE10126166A1

DE10126166A1 - Determining rotary position of commutated DC motor, carries out current ripple spectrum analysis to determine speed and drive shaft position.

Info

Publication number: DE10126166A1
Application number: DE10126166A
Authority: DE
Inventors: Tobias Gerlach
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-05

Abstract

The armature current is first analyzed into its spectral components. Rotary speed is then determined from spectral analysis of the updated current ripple frequency in the armature current signal, arising during operation of the DC motor. From the rotary speed, the current position of the motor drive shaft is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Drehstellung der Antriebswelle eines kommutierten Gleichstrommotors durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel.The invention relates to a method for determining the rotational position of the Drive shaft of a commutated DC motor by evaluation the current ripple contained in the armature current signal.

Das Ankerstromsignal eines kommutierenden Gleichstrommotors umfaßt einen Gleichanteil sowie einen den Gleichanteil überlagernden Wechsel anteil. Der Wechselanteil entsteht bei einem Betrieb des Gleichstrommo tors 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 zehn Kollektorlamellen auf, sind im Ankerstromsignal entsprechend zehn Stromrippel zu erkennen. Eine Zählung der Stromrippel kann somit Aufschluß über die aktuelle Drehstellung des Ankers des Gleichstrommotors und somit bezüglich des von ihm angetriebenen Elements innerhalb seiner vorbestimmten Bewe gungsstrecke geben. Zu diesem Zweck wird das analoge Ankerstromsi gnal digitalisiert, um eine entsprechende Zählung vornehmen zu können. The armature current signal of a commutating DC motor comprises a constant component and a change superimposed on the constant component proportion of. The alternating component arises when the direct current motor is operated tors due to the interaction of magnet (field), armature winding and DC motor commutator. This manifests itself in a short-term Change in the induced voltage, resulting in the ripple of the An Kerstromsignal results. The current contained in the armature current signal peaks - hereinafter referred to as current ripples - occur during one revolution of the anchor in a number corresponding to the number of collector slats Frequency on. For example, if the anchor has ten collector slats, corresponding to ten current ripples can be seen in the armature current signal. Counting the current ripple can thus provide information about the current one Rotary position of the armature of the DC motor and thus with respect to the element driven by it within its predetermined movement give distance. The analog armature current is used for this purpose Digitized digitally in order to be able to make a corresponding count.

Um eine möglichst fehlerfreie Stromrippeldetektion durchführen zu kön nen, wird das analoge Ankerstromsignal vor und ggf. auch nach seiner Digitalisierung zum Unterdrücken von Störeinflüssen entsprechend aufbe reitet. Zur Aufbereitung des Ankerstromsignales werden Filterungen durchgeführt, die als Tiefpaßfilterung und/oder als Frequenzfilterungen ausgestaltet sind. Ein derartiges Signalaufbereitungsverfahren ist bei spielsweise beschrieben in DE 195 11 307 C1. Sinn und Zweck derartiger Signalaufbereitungsverfahren ist es, ein präzises Ankerstromsignal, mög lichst befreit von Störeinflüssen, bereitzustellen, damit dieses aufbereitete Ankerstromsignal anschließend im Hinblick auf die darin enthaltenen Stromrippel ausgewertet werden kann. Zur Positionsbestimmung werden die Rippel gezählt, da das Zählergebnis unmittelbar Aufschluß über die aktuelle Drehstellung der Antriebswelle bzw. des Ankers des Gleich strommotors gibt. Zum Zählen der in dem Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel werden üblicherweise Minima- oder Maxima-Bestimmungs algorithmen oder solche zur Bestimmung der Nulldurchgänge eingesetzt.In order to be able to perform current ripple detection that is as error-free as possible NEN, the analog armature current signal before and possibly after it Digitization to suppress interferences accordingly rode. Filtering is used to process the armature current signal carried out as low-pass filtering and / or as frequency filtering are designed. Such a signal processing method is in described for example in DE 195 11 307 C1. Sense and purpose of such It is possible to process the signal, a precise armature current signal as free as possible from interference, so that it can be processed Armature current signal then with respect to those contained therein Current ripple can be evaluated. To determine the position the ripples counted, since the counting result provides immediate information about the current rotational position of the drive shaft or the armature of the same electric motor there. For counting those contained in the armature current signal Current ripples are usually minimum or maximum determination algorithms or those used to determine the zero crossings.

Es kommt jedoch vor, daß im Ankerstromsignal Fehl- und/oder Doppelrip pel auftreten, durch die grundsätzlich das Stromrippelzählergebnis ver fälscht wird. Zur entsprechenden Korrektur des Stromrippelzählergebnis ses bei Auftreten von Fehl- und/oder Doppelrippel ist dem Signalaufbe reitungsverfahren und dem Auswerteverfahren üblicherweise nachge schaltet ein Korrekturverfahren, mit dem zunächst das Auftreten von Fehl- und/oder Doppelrippeln erkannt werden soll, um anschließend die ge wünschte Korrektur des Stromrippelzählergebnisses vornehmen zu kön nen. Der Einsatz derartiger Verfahren ist notwendig, da diese Fehler durch den Kommutator oder überlagernde Störeinflüsse, z. B. die Bord netzwelligkeit bedingt sind, und somit nicht ohne weiteres durch eine Auf bereitung des Ankerstromsignales eliminiert werden können. Eine solche Korrekturmaßnahme ist beispielsweise aus DE 197 29 238 C1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird im Zeitpunkt einer Stromrippeldetektion an hand der aktuellen, aus Motorstrom- und Motorkenndaten ermittelten Drehzahl der Zeitpunkt der nächsten erwarteten Stromrippeldetektion be rechnet. Dieser Zeitpunkt ist Teil eines bezüglich seiner Größe fest vorge gebenen Toleranzbereiches. Bei dem aus diesem Dokument bekannten Verfahren wird somit der berechnete Zeitpunkt des wahrscheinlich näch sten Kommutierungspunktes (Stromrippel) um die Größe des vorgegebe nen Toleranzwertes erweitert. Auf diese Weise werden im oder vor dem berechneten Zeitpunkt nicht aufgetretene Stromrippel nur dann als Fehl rippel erkannt, wenn auch innerhalb des Toleranzbereiches ein Stromrip pel nicht detektiert worden ist. Diese Verfahren sind jedoch recheninten siv.However, it happens that the armature current signal has a false and / or double rip pel occur through which the current ripple count result ver is faked. For the corresponding correction of the current ripple count result This is when the fault and / or double ripple occurs and the evaluation procedure usually followed switches on a correction procedure with which the occurrence of and / or double ripples is to be recognized in order to then ge to be able to make the desired correction of the current ripple count result NEN. The use of such procedures is necessary because these errors by the commutator or superimposed interference, e.g. B. the board ripple are caused, and therefore not easily due to an up preparation of the armature current signal can be eliminated. Such Corrective measure is known for example from DE 197 29 238 C1. With this method, current ripple detection is activated the current, determined from motor current and motor characteristics Speed the time of the next expected current ripple detection expects. This point in time is part of a fixed size given tolerance range. With the known from this document The procedure will therefore calculate the calculated time of the probably next Most commutation point (current ripple) around the size of the specified tolerance value expanded. This way, in or before calculated ripple not occurred only then as a fault ripple detected, even if a current rip is within the tolerance range pel has not been detected. However, these procedures are computational intensive.

Mit den vorbekannten Signalaufbereitungs- und Korrekturverfahren lassen sich im Ankerstromsignal enthaltene Störeinflüsse jedoch nur dann hinrei chend beseitigen oder minimieren, wenn die im Ankerstromsignal enthal tenen Stromrippel prägnant im Ankerstromsignal vorhanden sind. Aus die sem Grunde werden zur sensorlosen Positionsbestimmung mittels der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel nur solche Gleichstrommotoren eingesetzt, die hochwertige Kollektoren aufweisen und entsprechend sau ber hergestellt bzw. verarbeitet worden sind. Daher kann eine solche sen sorlose Positionsbestimmung mit kostengünstigen Gleichstrommotoren, die einen verzerrten Wechselanteil im Ankerstromsignal aufweisen, nicht vorgenommen werden.Leave with the known signal processing and correction procedures interferences contained in the armature current signal are only sufficient Eliminate or minimize accordingly if the contained in the armature current signal current ripple are present in the armature current signal. From the This is why sensorless position determination using the im Armature current signal contained current ripple only such DC motors used, which have high-quality collectors and accordingly clean have been manufactured or processed. Therefore, such a sen carefree position determination with cost-effective DC motors, that have a distorted AC component in the armature current signal, not be made.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stromrippeldetektion be reitzustellen, bei deren Durchführung nicht nur der notwendige Rechen aufwand reduziert ist, sondern welches sich auch für eine sensorlose Po sitionsbestimmung bei kommutierten Gleichstrommotoren mit geringeren Anforderungen an deren Qualität geeignet ist.The invention lies on the basis of this prior art discussed therefore the task is to be a method for current ripple detection not only the necessary rakes when performing them effort is reduced, but which is also for a sensorless bottom position determination with commutated DC motors with lower Quality requirements are appropriate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
This object is achieved in that

- In a first step, a spectral analysis of the armature current signal with respect to the frequency components contained in the armature current signal is carried out and
- then from which occurs during the operation of the DC motor the current frequency obtained from the spectral analysis current ripple contained in the armature current signal determines the speed and the current position of the drive shaft of the same over the speed current motor is determined.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ankerstromsignal in ei nem ersten Schritt einer Spektralanalyse bezüglich der im Ankerstromsi gnal enthaltenen Frequenzanteile unterzogen. In der Spektralanalyse sind die Stromrippel in einer bestimmten Frequenz und auch mit einer bestimmten Amplitude enthalten. Die Frequenz der Stromrippel ist proportio nal zur aktuellen Drehzahl des Gleichstrommotors. Die bei einem Betrieb des Gleichstrommotors auftretende Frequenz bzw. die bei unterschiedli chen Drehzahlen auftretenden Frequenzen der in dem Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel sind bei den unterschiedlichen Drehzahlen be kannt und können, wenn gewünscht, über eine Berechnung aus aktuellen Motorstrom- und Motorkenndaten bei Bedarf überprüft werden. Die für einen Betrieb des Gleichstrommotors auftretende Stromrippelfrequenz kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden, beispielsweise auch dadurch, daß bestimmte Frequenzen in der Spektralanalyse entweder aufgrund einer zu geringen Amplitude oder aufgrund einer durch den Gleichstrommotor nicht realisierbaren Drehzahl ausgeschieden werden und somit in die weitere Betrachtung nicht eingehen. Die auf diese Weise bei einem Betrieb des Gleichstrommotors bestimmte aktuelle Frequenz der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel ist unmittelbar ein Maß für die aktuelle Drehzahl des Gleichstrommotors, über die sich sodann eine Drehwinkel- und Positionsbestimmung der Ankerwelle berechnen läßt.In the method according to the invention, the armature current signal is in egg in the first step of a spectral analysis with respect to that in the armature current gnal contained frequency components. In the spectral analysis are the current ripples in a certain frequency and also with a certain Amplitude included. The frequency of the current ripple is proportional nal to the current speed of the DC motor. The one at an operation frequency of the DC motor or the frequency at differ Chen speeds occurring frequencies in the armature current signal included current ripples are at different speeds knows and can, if desired, via a calculation from current Motor current and motor characteristics can be checked if necessary. The for operation of the DC motor current ripple frequency can be determined in different ways, for example also in that certain frequencies in spectral analysis either due to a too small amplitude or due to a DC motor not realizable speed are eliminated and therefore do not go into further consideration. That way current frequency determined when the DC motor is operating the current ripple contained in the armature current signal is a direct measure for the current speed of the DC motor, over which then calculate an angle of rotation and position of the armature shaft leaves.

Änderungen infolge des Betriebszustandes des Gleichstrommotors resul tieren in einer Änderung der Frequenz der im Ankerstromsignal enthalte nen Stromrippel. Folglich sind Änderungen in der Frequenz der Stromrip pel unmittelbar auf eine Drehzahländerung des Gleichstrommotors zu rückzuführen.Changes due to the operating state of the DC motor resul animals in a change in the frequency contained in the armature current signal a current ripple. Consequently, changes in frequency are the current rip pel immediately to a speed change of the DC motor recirculate.

Zum Durchführen der Spektralanalyse kann das analoge Ankerstromsi gnal zunächst digitalisiert und anschließend mittels einer Fast-Fourier- Transformation in seinen Frequenzsbereich transformiert werden. Diese Verfahrensschritte können wenig rechenintensiv ausgestaltet sein. Dies hat auch zur Folge, daß ohne weiteres diese Berechnungen in jedem Zeitpunkt der digitalen Abtastung des analogen Ankerstromsignals vorge nommen werden können, so daß eine Drehwinkelbestimmung der An triebs- bzw. Ankerwelle des Gleichstrommotors in einer zeitlich sehr ho hen Auflösung erfolgen kann. Folglich kann dieses Verfahren auch einge setzt werden, um für solche Korrekturverfahren benutzt werden zu kön nen, bei denen die aktuelle Drehzahl des Gleichstrommotors benötigt wird. Insbesondere können mit diesem Verfahren bei einer Durchführung der Verfahrensschritte im Takt der digitalen Abtastung Betriebszustandsänderungen quasi in Echtzeit erfaßt werden und somit auch in der aktu ellen Drehwinkelbestimmung berücksichtigt werden.The analog armature current can be used to carry out the spectral analysis First digitized and then using a Fast Fourier Transformation can be transformed into its frequency range. This Process steps can be designed to be less computationally intensive. This also means that these calculations can easily be made in every Pre-timing of digital sampling of the analog armature current signal can be taken so that a rotation angle determination of the An drive or armature shaft of the DC motor in a very high time hen resolution can take place. Consequently, this procedure can also be used to be used for such correction procedures NEN where the current speed of the DC motor is required becomes. In particular, this method can be used when performing of the procedural steps in time with the digital scanning of operating state changes can be recorded in real time and thus also in the current The determination of the angle of rotation must be taken into account.

Im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik wird bei dem bean spruchten Verfahren keine Frequenzfilterung vorgenommen, sondern es erfolgt eine direkte Ermittlung der aktuellen Stromrippelfrequenz unter Ausblendung solcher Frequenzanteile, die als Störeinflüsse ggf. das An kerstromsignal überlagern. Die Beobachtung der Stromrippelfrequenz wird bei diesem Verfahren unmittelbar ausgewertet, ohne daß zu diesem Zweck zuvor eine eigene Stromrippeldetektion oder eine besondere Signalaufbereitung grundsätzlich notwendig wäre. Daher eignet sich die ses Verfahren insbesondere auch, um eine sensorlose Positionsbestim mung bei kommutierten Gleichstrommotoren mit geringeren Anforderun gen an ihre Qualität unter Ausnutzung der im Ankerstrom enthaltenen Stromrippel durchführen zu können.In contrast to the prior art, the bean The method was not frequency filtering, but it the current current ripple frequency is determined directly at Suppression of those frequency components that may affect the on as interference overlay current signal. The observation of the current ripple frequency will evaluated directly in this method, without this Use your own current ripple detection or a special one beforehand Signal processing would be necessary in principle. Therefore, the This method in particular to determine a sensorless position with commutated DC motors with lower requirements quality, taking advantage of that contained in the armature current To be able to perform current ripples.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch nicht nur vorgesehen sein, die aktuelle Frequenz der Stromrippel bei einem Betrieb des Gleich strommotors zu ermitteln und zu überwachen, sondern diese Betriebsfre quenz der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel kann ebenfalls im Hinblick auf sprunghafte Änderungen der Stromrippelfrequenz überwacht werden. Bei Auftreten von Fehl- und/oder Doppelrippeln erfolgt eine sprunghafte Änderung der aktuellen Stromrippelfrequenz, so daß an schließend bei einer Detektion einer solchen sprunghaften Änderung der aktuellen Stromrippelfrequenz eine Korrektur des Stromrippelzählergeb nisses und somit der aktuellen Positionsbestimmung durchgeführt werden kann.In the method according to the invention, however, not only can be provided be the current frequency of the current ripple when operating the same to determine and monitor the current motor, but this operating fre frequency of the current ripple contained in the armature current signal can also in Monitored for sudden changes in the current ripple frequency become. If false and / or double ripples occur, a abrupt change in the current current ripple frequency, so that concluding upon detection of such a sudden change in the current current ripple frequency a correction of the current ripple counter nisse and thus the current position determination can.

Die Detektion einer solchen sprunghaften Änderung der aktuellen Strom rippelfrequenz kann einer Plausibilitätskontrolle unterworfen werden, etwa über die Dauer der Frequenzänderung oder über den Frequenzsprung, um auf diese Weise eine Interpretation von nicht durch Stromrippel indu zierten Frequenzen zu vermeiden. Mit einem solchen Korrekturverfahren ist es somit auf einfache Weise möglich, eine Korrektur von auftretenden Fehl- und/oder Doppelrippeln vorzunehmen, ohne daß zu diesem Zweck aufwendige und rechenintensive Algorithmen zum Erkennen von Fehl- und/oder Doppelrippeln durchgeführt werden müßten. The detection of such a sudden change in current current ripple frequency can be subjected to a plausibility check, for example over the duration of the frequency change or over the frequency jump, in order to interpret in this way not induced by current ripple indu to avoid graced frequencies. With such a correction procedure it is thus possible in a simple manner to correct any occurring Make false and / or double ripples without this complex and computationally intensive algorithms for the detection of faulty and / or double ripples would have to be carried out.

Eine Bestimmung der Frequenz der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel erfolgt zweckmäßigerweise durch eine Differenzbildung zwi schen dem durch die Spektralanalyse des Ankerstromsignals gewonne nen Ergebnis und dem Ergebnis einer weiteren Spektralanalyse einer elektrischen Motorbetriebsgröße. Durch eine solche Maßnahme werden die das Stromrippelsignal überlagernden Störfrequenzen, die sich in bei den Spektralanalysen gleichermaßen bemerkbar machen, eliminiert, zu mindest jedoch soweit minimiert, daß diese erkennbar nicht als Stromrip pelfrequenz zu identifizieren sind. Eingesetzt werden Spektralanalysen, in denen das Stromrippelsignal in den beiden an der Differenzbildung betei ligten Spektralanalysen unterschiedlich enthalten sind, so daß diese bei einer Differenzbildung nicht eliminiert werden. Beispielsweise kann für die weitere Spektralanalyse als elektrische Motorbetriebsgröße die Motor spannung eingesetzt werden. In der Motorspannung machen sich glei chermaßen wie in dem Ankerstrom die Störfrequenzen bemerkbar. In der Motorspannung sind jedoch Stromrippel nicht enthalten, so daß bei einer Differenzbildung zwischen den Ergebnissen zweier solcher Spektralanaly sen die Störfrequenzen eliminiert werden. Übrig bleibt die Stromrippelfre quenz. Die Differenzbildung kann bei einer derartigen Ausgestaltung durch zeitgleiche Betriebsdaten vorgenommen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß in beide voneinander zu subtra hierende Spektralanalysen das Ankerstromsignal eingeht, wobei in die sem Falle sicherzustellen ist, daß das den Spektralanalyen zugrunde ge legte Ankerstromsignal in unterschiedlichen Betriebszuständen des Gleichstrommotors erfaßt worden ist. Beispielsweise können die Spektral analaysen bei unterschiedlicher Drehzahl des Gleichstrommotors durch geführt werden. Die Spektralanalysen basieren dann auf Ankerstromda ten, die zeitlich voneinander beabstandet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird davon ausgegangen, daß die Störfrequenzen innerhalb des zweck mäßigerweise kleinen Zeitintervalls zwischen der Erstellung der ersten und der zweiten Spektralanalyse etwa konstant ist. Die Bestimmung der Stromrippelfrequenz kann beispielsweise bei jedem Anfahren des Gleich strommotors durchgeführt werden.A determination of the frequency of those contained in the armature current signal Current ripple expediently takes place by forming a difference between that obtained by the spectral analysis of the armature current signal result and the result of a further spectral analysis of a electric motor operating size. Through such a measure the interference frequencies superimposed on the current ripple signal, which can be found in the spectral analyzes equally noticeable, eliminated, too at least minimized to the extent that this is not recognizable as a current rip skin frequency are to be identified. Spectral analyzes are used in which the current ripple signal in the two testify to the difference ligt spectral analyzes are included differently, so that these a difference cannot be eliminated. For example, for the further spectral analysis as an electrical engine operating variable the engine voltage can be used. The motor voltage is the same The interference frequencies are noticeable as in the armature current. In the Motor voltage, however, current ripples are not included, so that at one Difference formation between the results of two such spectral analysis the interference frequencies are eliminated. The current ripple remains frequency. The difference can be formed in such a configuration be carried out by simultaneous operating data. In another Embodiment is provided that subtract from each other in both here spectral analyzes the armature current signal is received, in which It is to be ensured in this case that the spectral analysis is based put armature current signal in different operating states of the DC motor has been detected. For example, the spectral analaysen at different speeds of the DC motor be performed. The spectral analyzes are then based on armature current da th, which are spaced apart in time. With this configuration it is assumed that the interference frequencies within the purpose moderately small time interval between the creation of the first and the second spectral analysis is approximately constant. The determination of Current ripple frequency can, for example, each time the same is started current motor can be performed.

Die Erfindung ist nachfolgend nochmals anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: The invention is explained again below with reference to the figures. It demonstrate:

Fig. 1a, 1b Diagramme zur Darstellung der Stromrippelfrequenz in dem Ankerstromsignal eines kommutierten Gleichstrommotors und Fig. 1a, 1b are diagrams illustrating the current ripple frequency in the armature current signal of a commutated direct current motor, and

Fig. 2a, 2b Diagramme zur Darstellung der Stromrippelfrequenz in dem Ankerstromsignal eines kommutierten Gleichstrommotors mit im Ankerstromsignal enthaltenen Störeinflüssen. FIGS. 2a, 2b are diagrams showing the current ripple frequency in the armature current signal of a commutated direct current motor contained in the armature current signal interference.

Fig. 1a zeigt das analoge Ankerstromsignal eines kommutierten Gleich strommotors bei seinem Betrieb. Deutlich erkennbar ist der wellige Verlauf des Ankerstromsignales, durch den die Stromrippel ausgebildet sind. Die Frequenz der Stromrippel im Ankerstromsignal ist proportional zur Dreh zahl des Gleichstrommotors, wobei bei steigender Drehzahl sich die Fre quenz der Stromrippel erhöht und umgekehrt. Fig. 1a shows the analog armature current signal of a commutated DC motor during its operation. The undulating course of the armature current signal through which the current ripples are formed is clearly recognizable. The frequency of the current ripple in the armature current signal is proportional to the speed of the DC motor, the frequency of the current ripple increasing as the speed increases and vice versa.

Nach einer digitalen Abtastung des in Fig. 1a gezeigten Ankerstromsi gnales wird diese einer Fast-Fourier-Transformation unterzogen, um die in dem Ankerstromsignal der Fig. 1a enthaltenen Frequenzanteile darstel len zu können. Die in dem Ankerstromsignal der Fig. 1a enthaltenen Frequenzanteile sind in Fig. 1b dargestellt. In diesem Diagramm ist auf der y-Achse die Amplitude der Frequenzen und auf der x-Achse die Fre quenz in kHz aufgetragen. In dem Ankerstromsignal der Fig. 1a sind die ser Spektralanalyse zur Folge drei sich überlagernde Frequenzen betei ligt. Die beiden hohen etwa bei 1,2 kHz und 1,8 kHz befindlichen Anteile sind bereits aufgrund ihrer Amplitude nicht als Stromrippel zu bezeichnen. Vielmehr spiegelt sich in diesen beiden Frequenzen die auch in Fig. 1a erkennbare Schwankung wieder. Die Frequenz der Stromrippel liegt bei etwa 0,2 kHz und ist in Fig. 1b auch an der prägnanten Amplitude er kennbar. Daß es sich bei den Frequenzen bei 1,2 kHz und bei 1,8 kHz nicht um Stromrippelfrequenzen handelt, wird auch daraus deutlich, daß der Gleichstrommotor, dessen Ankerstromsignal in Fig. 1a wiedergeben ist, eine derartige Drehzahl, die zu den Frequenzen bei 1,2 und 1,8 kHz führen würde, nicht realisieren könnte.After a digital sampling of the armature current signal shown in FIG. 1a, this is subjected to a Fast Fourier transformation in order to be able to represent the frequency components contained in the armature current signal of FIG. 1a. The frequency components contained in the armature current signal of FIG. 1a are shown in FIG. 1b. In this diagram, the amplitude of the frequencies is plotted on the y-axis and the frequency in kHz is plotted on the x-axis. In the armature current signal of FIG. 1a, this spectral analysis results in three overlapping frequencies. Due to their amplitude, the two high components, which are located at around 1.2 kHz and 1.8 kHz, cannot be called current ripples. Rather, the fluctuation which can also be seen in FIG. 1a is reflected in these two frequencies. The frequency of the current ripple is about 0.2 kHz and is also recognizable in Fig. 1b by the concise amplitude. That the frequencies at 1.2 kHz and 1.8 kHz are not current ripple frequencies also becomes clear from the fact that the direct current motor, the armature current signal of which is shown in FIG. 1 a, has such a speed that corresponds to the frequencies at 1 , 2 and 1.8 kHz would lead, could not realize.

Fig. 2a und 2b zeigen eine entsprechende Darstellung, wobei jedoch in Fig. 2a das Ankerstromsignal eines anderen kommutierten Gleich strommotors wiedergegeben ist. Erkennbar ist, daß in diesem Anker stromsignal Störeinflüsse die darin befindlichen Stromrippel überlagern. FIGS. 2a and 2b show a representation corresponding to, but in Fig. 2a, the armature current signal of another commutated direct current motor is shown. It can be seen that in this armature current signal interference influences superimpose the current ripple therein.

Nach einer Digitalisierung dieses Ankerstromsignals und einer Transfor mierung in den Frequenzbereich erhält man das in Fig. 2b dargestellte Frequenzspektrum. Diese Frequenzspektrum weist eine Vielzahl von un terschiedlichen Frequenzen auf, die am Zustandekommen des in Fig. 2a gezeigten Ankerstromsignals beteiligt sind. Durch eine zuvor vorgenom mene Definition der Stromrippelfrequenz, etwa über einen Drehzahlver gleich oder zweckmäßigerweise durch eine Bestimmung der Frequenz der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel über eine Differenzbildung zwischen dem durch die Spektralanalyse des Ankerstromsignals gewon nenen Ergebnis und dem Ergebnis einer weiteren Spektralanalyse einer elektrischen Motorbetriebsgröße, ist bekannt, daß bei der in Fig. 2a und 2b dargestellten Drehgeschwindigkeit die Stromrippel eine Frequenz von etwa 0,15 kHz aufweisen. Bei einer Auswertung des Frequenzspek trums hinsichtlich einer sich ändernden Drehzahl zur Positionsbestim mung der Antriebswelle wird nachfolgend ausschließlich diese Frequenz beobachtet. Die anderen Frequenzen gehen in die weitere Auswertung nicht ein.After digitizing this armature current signal and transforming it into the frequency range, the frequency spectrum shown in FIG. 2b is obtained. This frequency spectrum has a large number of different frequencies which are involved in the formation of the armature current signal shown in FIG. 2a. By a previously made definition of the current ripple frequency, for example via a speed comparison or expediently by determining the frequency of the current ripple contained in the armature current signal by forming a difference between the result obtained by the spectral analysis of the armature current signal and the result of a further spectral analysis of an electrical motor operating variable known that at the rotational speed shown in Fig. 2a and 2b, the current ripples have a frequency of about 0.15 kHz. When evaluating the frequency spectrum with regard to a changing speed to determine the position of the drive shaft, only this frequency is subsequently observed. The other frequencies are not included in the further evaluation.

Änderungen der Stromrippelfrequenz, die betriebsbedingte Drehzahlände rungen des Gleichstrommotors widerspiegeln, äußern sich in einer all mählichen Änderung der Stromrippelfrequenz. Die die Stromrippelfre quenz überlagernde Störeinflüsse bleiben von einer solchen Änderung unberücksichtigt. Solche Störeinflüsse, die durch den Kommutator bedingt sind, verändern bei einer Drehzahländerung ebenfalls ihre Frequenz, so daß diese grundsätzlich auch beobachtet werden können.Changes in current ripple frequency, the operational speed changes reflections of the DC motor are expressed in an all gradual change in current ripple frequency. The the current ripple interference superimposed on the frequency remains from such a change unconsidered. Such interference caused by the commutator are also change their frequency when the speed changes, so that these can basically also be observed.

Bei Auftreten von Fehl- oder Doppelrippeln verändert sich die Frequenz der Stromrippeln sprunghaft, so daß auch dieses ohne weiteres mit dem beschriebenen Verfahren detektierbar ist. Fehl- oder Doppelrippel machen sich nur kurzzeitig bemerkbar und können beispielsweise aufgrund dieser Eigenschaft im Störfrequenzspektrum erkannt werden.If false or double ripples occur, the frequency changes the current ripples erratic, so that this easily with the described method is detectable. Make false or double ripples only noticeable for a short time and can, for example, because of this Property in the interference frequency spectrum can be detected.

Claims

1. A method for determining the rotational position of the drive shaft egg nes commutated DC motor by evaluating the current ripple contained in the kerstroms signal, characterized in that

- In a first step, a spectral analysis of the armature signal is carried out with respect to the frequency components contained in the armature signal and
- The speed is then determined from the current frequency, obtained from the spectral analysis, of the current ripple contained in the armature current signal during operation of the DC motor, and the current position of the drive shaft of the DC motor is determined via the speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that before performing the spectral analysis, the analog armature current i digitally digitized.

3. The method according to claim 2, characterized in that for Perform the spectral analysis of the digitized armature current signal by means of a Fast Fourier transform in its frequency area is transformed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that the procedural steps at any time of the digital Sampling of the analog armature current signal can be made.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized records that when the DC motor is operating frequency of its current ripple with regard to changes this frequency is monitored and a further evaluation by considering the difference to one or more previously averaged current ripple frequencies.

6. The method according to claim 5, characterized in that the at current frequency occurring during the operation of the DC motor the current ripple contained in the armature current signal with regard to sudden changes in this frequency are monitored and at a Detection of such a sudden change in the current Current ripple frequency a correction of the current ripple count result is carried out.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized records that a determination of the frequency of the in the armature current signal contained current ripple via a difference between obtained by spectral analysis of the armature current signal result and the result of a further spectral analysis ner electrical engine operating size takes place.

8. The method according to claim 7, characterized in that in the further spectral analysis as an electrical engine operating variable Motor voltage received.

9. The method according to claim 7, characterized in that in the further spectral analysis as electrical engine operating variable the same if the armature current signal is received, the two spectralana lysis in different operating conditions of the direct current motors.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized records that a determination of the frequency of the in the armature current signal contained current ripples each time the same is started current motor is performed.