DE102010035196B4

DE102010035196B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE102010035196B4
Application number: DE102010035196.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bartels; Carsten Busse; Peter-Christoph Daur; Dr.-Ing. Kremer Jean-Paul
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: DE102010035196A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω), wobei mindestens ein, eine reale Rotorlage (Φ̂) codierendes, Ausgangssignal erfasst wird, wobei eine geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit des mindestens einen Ausgangssignals bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit mindestens einer parametrierbaren Berechnungsvorschrift bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) mindestens in Abhängigkeit der geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit mindestens einer weiteren Berechnungsvorschrift bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit von einer ersten geschätzten Rotorlage (Φ̂) und mindestens einer weiteren geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmt wird, wobei die erste geschätzte Rotorlage (Φ̂) und die mindestens eine weitere geschätzte Rotorlage (Φ̂) zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) als Steigung einer Ausgleichsgeraden bestimmt wird, wobei eine Summe der Quadrate von Abweichungen zwischen der Ausgleichsgerade und einer Anzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen (Φ̂) minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit.
Elektromechanische Lenksysteme verfügen über einen elektrischen Servomotor, welcher in der Regel elektrisch kommutiert wird. Der Servomotor bringt ein Unterstützungsmoment auf eine Lenksäule oder vorzugsweise eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung auf. Zur Regelung des Unterstützungsmoments wird unter anderem eine aktuelle Rotorlage sowie eine Rotorwinkelgeschwindigkeit eines Rotors des Servomotors benötigt. Hierbei kann eine Rotorlage z. B. mittels eines Rotorlagesensors oder eines so genannten Resolvers bestimmt werden.
Der Resolver kann hierbei z. B. zwei Ausgangssignale an ein Steuergerät, beispielsweise ein Lenkungssteuergerät, übertragen, die jeweils den Sinus oder den Kosinus des Rotorwinkels (der Rotorlage) repräsentieren. Im Steuergerät kann dann eine Signalverarbeitung durchgeführt werden, um aus den beiden Ausgangssignalen des Resolvers den Rotorwinkel (die Rotorlage) und die Rotorwinkelgeschwindigkeit zu rekonstruieren.
Es ist bekannt, zur Rekonstruktion der Rotorlage einen so genannten Beobachter zu verwenden, wobei der Beobachter eine geschätzte Rotorlage aus den beiden Ausgangssignalen des Rotorlagesensors bestimmt. Hierbei wird die Rotorlage derart geschätzt, dass ein Fehler zwischen der geschätzten Rotorlage und der realen Rotorlage möglichst klein ist. Die „M. Mienkina et. al., 56F80x Resolver Driver and Hardware Interface, Freescale semiconductor, Application note, 08/2005“ beschreibt beispielsweise einen so genannten „angle tracking observer“. Hierbei wird der in der Druckschrift beschriebene Beobachter genutzt, um eine geschätzte Rotorlage aus Ausgangssignalen eines Resolver zu bestimmen. Die Verwendung eines Beobachters zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage integriert hierbei in vorteilhafter Weise eine Glättung der Ausgangssignale des Resolvers und somit eine verbesserte Bestimmung der geschätzten Rotorlage. Eine Glättung wird hierbei durch einen Integrator und einen so genannten PI-Regler erreicht, die in Serie geschaltet und mittels einer Feedback-Schleife verbunden sind. Hierbei wird eine Rotorwinkelgeschwindigkeit als Signal vor einem im Signalfluss zuletzt angeordneten Integrator bestimmt. Es erfolgt keine individuelle, separate Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit.
Durch die in der Druckschrift vorgestellte Berechnungsmethode können Eigenschaften der Bestimmung von Rotorlage und Rotorwinkelgeschwindigkeit nicht getrennt eingestellt werden. Sind z. B. Parameter des Beobachters derart eingestellt, dass die geschätzte Rotorlage schnell und ohne ein vorbestimmtes Maß überschreitende Überschwingungen gegen die reale Rotorlage konvergiert, so ergibt sich in der Regel eine relativ schlechte Signalqualität der geschätzten Rotorwinkelgeschwindigkeit.
Die US 57 60 562 A offenbart ein Verfahren zur Generierung von Signalen, die repräsentativ für eine Position und eine Geschwindigkeit eines beweglichen Elements sind. Hierbei umfasst das Verfahren die Generierung eines analogen, elektrischen Ausgangssignals, die repräsentativ für ein Erregungssignal sind, wobei die Erregungssignale einer Sinus- und Kosinus-Funktion einer elektrischen Winkelposition des beweglichen Elements entsprechen. Weiter umfasst das Verfahren die Demodulation des Sinus- und des Kosinus-Signals mittels einer Multiplikation mit dem Erregungssignal. Weiter umfasst das Verfahren die adaptive Konditionierung des demodulierten Sinus- und Kosinus-Signals, um eine Quadratur zu gewährleisten und um Amplitudenvariationen zu korrigieren. Weiter umfasst das Verfahren die Bestimmung eines Geschwindigkeitssignals des beweglichen Elements. Weiter umfasst das Verfahren die Bestimmung eines aktuellen, elektrischen Positionssignals des beweglichen Elements und die Bestimmung eines aktuellen, mechanischen Positionssignals des beweglichen Elements.
Die DE 10 2006 039 176 A1 offenbart eine Geschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung und einen Servomotor.
Die DE 602 23 898 T2 offenbart eine Einrichtung zur Bestimmung einer Drehorientierung eines Motors durch Einspeisen eines von der Drehorientierung abgeleiteten Drehmeldersignals in ein einziges Steuersystem, das sowohl zum Triggern als auch zum Auswerten des Drehmeldersignals verwendet wird.
Die US 2008/0309267 A1 offenbart eine Motorsteuerung und insbesondere einen Resolver zum Erfassen einer Motorgeschwindigkeit.
Die US 2005/0288907 A1 offenbart Signalverarbeitungsverfahren und eine Vorrichtung.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Motorwinkelgeschwindigkeit zu schaffen, welche eine verbesserte Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit, insbesondere eine dynamisch schnelle, rauschunempfindliche und von Parametern einer Berechnungsvorschrift zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage unabhängige Bestimmung ermöglicht.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit, insbesondere zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit eines Rotors eines Servomotors in einem elektromechanischen Lenksystem. Hierbei wird mindestens ein, eine reale Rotorlage codierendes, Ausgangssignal erfasst. Das die reale Rotorlage codierende Ausgangssignal kann beispielsweise mittels eines Sensors, insbesondere eines so genannten Resolvers, bestimmt werden. Vorzugsweise werden zwei die reale Rotorlage codierende Ausgangssignale erfasst. Ein erstes Ausgangssignal kann hierbei den Sinuswert der realen Rotorlage und ein zweites Ausgangssignal den Kosinuswert der realen Rotorlage repräsentieren.
Selbstverständlich umfasst das Erfassen des mindestens einen Ausgangssignals auch eine Konvertierung einer analogen Signalform des Ausgangssignals in eine digitale Signalform des Ausgangssignals, beispielsweise mittels eines so genannten A/D-Wandlers.
Weiter wird eine geschätzte Rotorlage in Abhängigkeit des mindestens einen Ausgangssignals, vorzugsweise jedoch in Abhängigkeit des vorhergehend beschriebenen ersten und zweiten Ausgangssignals, bestimmt. Die Bestimmung der geschätzten Rotorlage kann hierbei mittels einer Einheit zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage erfolgen, wobei die Einheit zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage auch als Beobachter bezeichnet werden kann. Die geschätzte Rotorlage wird hierbei erfindungsgemäß in Abhängigkeit mindestens einer parametrierbaren Berechnungsvorschrift bestimmt. Beispielsweise kann die parametrierbare Berechnungsvorschrift als so genanntes PT2-Glied im Laplace-Bereich beschrieben werden. Hierbei lässt sich das PT2-Glied z. B. wie folgt beschreiben: $G (s) = ω^{2}_{n} / (s^{2} + 2 Ψ ω_{n} s + ω^{2}_{n})$
Hierbei beschreibt ω_n eine Eigenfrequenz und Ψ einen Dämpfungsfaktor. Die Eigenfrequenz und der Dämpfungsfaktor stellen hierbei einstellbare Parameter der Berechnungsvorschrift dar. Mittels der einstellbaren Parameter kann die Qualität und Geschwindigkeit einer Konvergenz der geschätzten Rotorlage gegen die reale Rotorlage eingestellt werden. So kann beispielsweise mittels des Dämpfungsfaktors ein Überschwingen der geschätzten Rotorlage bezüglich der realen Rotorlage eingestellt werden. Mittels der Eigenfrequenz kann die Geschwindigkeit einer Konvergenz der geschätzten Rotorlage gegen die reale Rotorlage eingestellt werden.
Weiter wird die Rotorwinkelgeschwindigkeit mindestens in Abhängigkeit der geschätzten Rotorlage bestimmt, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit mindestens einer weiteren Berechnungsvorschrift bestimmt wird. Die weitere Berechnungsvorschrift kann eine lineare oder nichtlineare, vorzugsweise jedoch parametrierbare, Berechnungsvorschrift sein. Die Rotorwinkelgeschwindigkeit wird also mittels der mindestens einen weiteren, vorzugsweise parametrierbaren, Berechnungsvorschrift aus der geschätzten Rotorlage bestimmt bzw. ebenfalls geschätzt. Die Parameter der weiteren Berechnungsvorschrift können hierbei unabhängig von den Parametern der Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage einstellbar sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Parameter zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage und zur Bestimmung der (geschätzten) Rotorwinkelgeschwindigkeit unabhängig voneinander einstellbar sind. Durch die beiden unabhängigen Berechnungsvorschriften kann eine Signalqualität bei der Bestimmung von Rotorlage und Rotorwinkelgeschwindigkeit unabhängig voneinander eingestellt werden. Insbesondere kann eine Signalqualität einer Schätzung der Rotorlage und der Rotorwinkelgeschwindigkeit unabhängig voneinander durch Einstellung der Parameter nutzerspezifisch eingestellt werden.
Die Signalqualität beschreibt hierbei z. B. wie schnell und wie genau die reale Rotorlage und/oder die reale Rotorwinkelgeschwindigkeit durch die jeweiligen Schätzwerte geschätzt werden (Konvergenzgeschwindigkeit). Des Weiteren beschreibt die Signalqualität auch den Einfluss von Rauschen auf die jeweilige Schätzung. Insbesondere lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise gute Signal-zu-Rausch-Verhältnisse bei der Schätzung der Rotorlage und der Rotorwinkelgeschwindigkeit erreichen. Auch umfasst die Signalqualität inwieweit die geschätzte Rotorlage bzw. die Rotorwinkelgeschwindigkeit um die reale Rotorlage bzw. die reale Rotorgeschwindigkeit herum schwingen. So kann beispielsweise eingestellt werden, dass die geschätzten Signale ohne ein vorbestimmtes Maß überschreitende Überschwingungen gegen die realen Signale konvergieren.
Weiter erfindungsgemäß wird die Rotorwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer ersten geschätzten Rotorlage und mindestens einer weiteren geschätzten Rotorlage bestimmt. Hierbei werden die erste geschätzte Rotorlage und die mindestens eine weitere geschätzte Rotorlage zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt. Vorzugsweise wird die Rotorwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Anzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen bestimmt. Hierzu können Rotorlagen an bestimmten Zeitpunkten geschätzt und gespeichert werden. Ist eine vorbestimmte Anzahl von geschätzten Rotorlagen gespeichert, so kann aus diesen gespeicherten, geschätzten Rotorlagen die Rotorwinkelgeschwindigkeit bestimmt werden. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von geschätzten Rotorlagen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine genauere Bestimmung einer aktuellen Rotorwinkelgeschwindigkeit. Insbesondere ergibt sich in vorteilhafter Weise eine rauschunempfindlichere Schätzung oder Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit.
Weiter erfindungsgemäß wird die Rotorwinkelgeschwindigkeit als Steigung einer Ausgleichsgeraden bestimmt, wobei eine Summe der Quadrate von Abweichungen zwischen der Ausgleichsgeraden und einer Anzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen minimiert wird. Hierbei können die zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen über der Zeit aufgetragen werden (grafische Darstellung). Durch die so entstandene Punktewolke kann eine Ausgleichsgerade gelegt werden. Die Steigung der Ausgleichsgeraden gibt hierbei die geschätzte Rotorwinkelgeschwindigkeit wieder. Die Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate gewährleistet hierbei in vorteilhafter Weise eine möglichst einfach zu implementierende Berechnung und robuste Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Bestimmung von geschätzten Rotorlagen mit einer vorbestimmten Frequenz. Hierbei werden Rotorlagen wiederholt mit einer vorbestimmten Zeitrate geschätzt. Die Zeitdauer zwischen den jeweiligen Zeitpunkten der Bestimmung von geschätzten Rotorlagen ist somit immer gleich. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Bestimmung der aktuellen Rotorwinkelgeschwindigkeit aus einer Anzahl von derart geschätzten Rotorlagen. Beträgt die Zeitdauer zwischen wiederholten Zeitpunkten der Bestimmung von geschätzten Rotorlagen τ, so ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit für zwei geschätzte Rotorlagen als $ω = (- \hat{Φ} (t - τ) + 0 * \hat{Φ} (t)) / τ$
Hierbei bezeichnet ω die Rotorwinkelgeschwindigkeit und ϕ̂ (t) die zum Zeitpunkt t geschätzte Rotorlage und ϕ̂ (t-τ) eine Rotorlage, die zu einem um die Zeitdauer τ dem Zeitpunkt t vorangehenden Zeitpunkt geschätzt wurde. Entsprechend bestimmt sich für drei geschätzte Rotorlagen die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $ω = (- \hat{Φ} (t - 2 τ) + 0 * \hat{Φ} (t - τ) + \hat{Φ} (t)) / (2τ)$
Für vier geschätzte Rotorlagen ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $ω = (- 3 \hat{Φ} (t - 3 τ) - \hat{Φ} (t - 2 τ) + \hat{Φ} (t - τ) + 3 \hat{Φ} (t)) / (10 τ)$
Für fünf geschätzte Rotorlagen ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $ω = (- 2 \hat{Φ} (t - 4 τ) - \hat{Φ} (t - 3 τ) + 0 * \hat{Φ} (t - 2 τ) + \hat{Φ} (t - τ) + 2 \hat{Φ} (t)) / (10 τ)$
Für sechs geschätzte Rotorlagen ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $ω = (- 5 \hat{Φ} (t - 5 τ) - 3 \hat{Φ} (t - 4 τ) + \hat{Φ} (t - 3 τ) + \hat{Φ} (t-2 τ) + 3 \hat{Φ} (t - τ) + 5 \hat{Φ} (t)) / (35 τ)$
Für sieben geschätzte Rotorlagen ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $ω = (- 3 \hat{Φ} (t - 6 τ) - 2 \hat{Φ} (t - 5 τ) + \hat{Φ} (t - 4 τ) + 0 * \hat{Φ} (t - 3 τ) + \hat{Φ} (t - 2 τ) + 2 \hat{Φ} (t - τ) + 3 \hat{Φ} (t)) / (28 τ)$
Für acht geschätzte Rotorlagen ergibt sich die Rotorwinkelgeschwindigkeit als $\begin{array}{l} ω = (- 7 \hat{Φ} (t - 7 τ) - 5 \hat{Φ} (t - 6 τ) - 3 \hat{Φ} (t - 5 τ) - \hat{Φ} (t - 4 τ) + \hat{Φ} (t - 3 τ) + 3 \hat{Φ} (t - 2 τ) + \\ 5 \hat{Φ} (t - τ) + 7 \hat{Φ} (t)) / (84 τ) \end{array}$
Die vorhergehend dargestellten Berechnungsbeispiele für eine steigende Anzahl von geschätzten Rotorlagen lässt sich selbstverständlich auf eine größere Anzahl von geschätzten Rotorlagen analog übertragen.
Die in den Formeln 2 bis 8 dargestellte Berechnung der Rotorwinkelgeschwindigkeit stellt hierbei die Bestimmung der Steigung der Ausgleichsgeraden aus mit vorbestimmter Frequenz geschätzten Rotorlagen mittels der Methode der kleinsten Quadrate dar. Hierbei müssen jeweils nur die jeweiligen Koeffizienten der zu den einzelnen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen gespeichert werden, wodurch keine aufwändige Implementierung zur Durchführung der Methode der kleinsten Quadrate notwendig ist. Es ergibt sich somit eine einfache, insbesondere wenig Speicherplatz benötigende, Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Parameter der parametrierbaren Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage derart bestimmt, dass ein zeitlicher Verlauf einer Differenz zwischen einer realen Rotorlage und der geschätzten Rotorlage eine vorbestimmte Signalqualität aufweist. Hierbei können die Parameter, beispielsweise die vorhergehend erläuterte Eigenfrequenz ω_n und der Dämpfungsfaktor Ψ, derart bestimmt werden, dass die geschätzte Rotorlage mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und ohne ein gewünschtes Maß übersteigende Überschwingung gegen die reale Rotorlage konvergiert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die geschätzte Rotorlage mit einer gewünschten Signalqualität gegen die reale Rotorlage konvergiert.
Selbstverständlich können auch die Parameter der weiteren, in diesem Fall parametrierbaren , Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit derart bestimmt werden, dass ein zeitlicher Verlauf einer Differenz zwischen einer realen Rotorwinkelgeschwindigkeit und der geschätzten Rotorwinkelgeschwindigkeit eine vorbestimmte Signalqualität aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens ein Parameter der Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage mittels eines Korrekturglieds eingestellt, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit mindestens eines Korrektursignals einstellt, wobei das mindestens eine Korrektursignal in Abhängigkeit des mindestens einen, die Rotorlage codierenden, Ausgangssignals bestimmt wird. Hierdurch können durch verschiedene Einflüsse, z. B. durch Temperaturschwankungen, Verschmutzung oder konstruktionsbedingte Einflüsse, bedingte Verfälschungen des die reale Rotorlage codierenden Ausgangssignals adaptiv kompensiert werden.
Insbesondere kann in einer weiteren Ausführungsform das mindestens eine Korrektursignal als Differenz einer aus dem mindestens einen, die reale Rotorlage codierenden, Ausgangssignals berechneten Rotorlage und der geschätzten Rotorlage berechnet. Hierbei wird also einerseits eine Rotorlage direkt aus dem mindestens einen Ausgangssignal berechnet und andererseits ein Rotorsignal in Abhängigkeit des mindestens einen Ausgangssignals geschätzt. Die direkte Berechnung kann beispielsweise mit einer arctan-Funktion erfolgen und beinhaltet in der Regel keine Filterung des mindestens einen Ausgangssignals. Erhöht sich die Differenz z. B. sprunghaft, so kann davon ausgegangen werden, dass ein systematischer Sensorfehler des Sensors zur Erzeugung des mindestens einen, die reale Rotorlage codierenden, Ausgangssignals aufgetreten ist. In Abhängigkeit der Differenz oder eines zeitlichen Verlaufs der Differenz kann dann ein Korrektursignal bestimmt werden, wobei die Parameter der Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage in Abhängigkeit des Korrektursignals eingestellt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Rotorlage die Rotorlage eines Rotors eines Servomotors einer elektromechanischen Lenkung.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit. Die Vorrichtung umfasst hierbei mindestens einen Sensor zur Erfassung einer realen Rotorlage eines Rotors, insbesondere einen Resolver. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Einheit zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage und eine Einheit zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise eines der vorhergehend erläuterten Verfahren ausführbar.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild der Bestimmung einer geschätzten Rotorlage und einer geschätzten Rotorwinkelgeschwindigkeit (Stand der Technik) und
2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Bestimmung einer geschätzten Rotorlage und einer Rotorwinkelgeschwindigkeit.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit und geschätzten Rotorlage nach dem Stand der Technik dargestellt. Ein nicht dargestellter Resolver erzeugt zwei Ausgangssignale. Ein erstes, als sin(Φ) bezeichnetes, Ausgangssignal repräsentiert hierbei den Sinus der realen Rotorlage Φ. Ein zweites, als cos(Φ) bezeichnetes, Ausgangssignal, repräsentiert hierbei den Kosinus der realen Rotorlage Φ. Das erste Ausgangssignal sin(Φ) wird hierbei mit dem Kosinus einer geschätzten Rotorlage Φ̂ und der das zweite Ausgangssignal mit dem Sinus der geschätzten Rotorlage Φ̂ multipliziert. Die aus der jeweiligen Multiplikation erhaltenen Werte werden hiernach subtrahiert und dann mittels eines PT2-Glieds gefiltert. Hierbei wird angenommen, dass $sin (Φ) * cos (\hat{Φ}) - cos (Φ) * sin (\hat{Φ}) = sin (Φ - \hat{Φ})$
gilt. Für kleine Winkeldifferenzen (Φ - Φ̂̂) kann der Ausdruck sin(Φ̂ - Φ̂) durch den linearen Ausdruck (Φ - Φ̂) angenähert werden. Das PT2-Glied besteht hierbei aus zwei Integratoren 1, 1-1, 1-2 und einem ersten Verstärkungsfaktor K1 und einem zweiten Verstärkungsfaktor K2. Hierbei gilt $K 1 = ω^{2}_{n}$
und $K 2 = 2 Ψ / ω_{n}$
Durch die Wahl der Verstärkungsfaktoren K1, K2 lässt sich also die Eigenfrequenz ω_n und der Dämpfungsfaktor Ψ des PT2-Glieds einstellen. Somit lässt sich auch ein dynamisches Verhalten des PT2-Glieds und eine Signalqualität der, mittels des PT2-Gliedes, geschätzten Rotorlage Φ̂ einstellen. Im Stand der Technik wird die Rotorwinkelgeschwindigkeit ω als das von dem ersten Integrator 1-1 erzeugte Signal bestimmt. Es erfolgt keine individuelle Berechnung der Rotorwinkelgeschwindigkeit ω. In 1 ist hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit keine Konvertierung zwischen dem Zeitbereich und dem mit (s) gekennzeichneten Laplace-Bereich dargestellt.
In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit ω dargestellt. Hierbei wird mittels einer Einheit 2 zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage Φ̂ eine geschätzte Rotorlage Φ̂ bestimmt. Die geschätzte Rotorlage Φ̂ kann hierbei beispielsweise mittels des in 1 dargestellten Verfahrens, insbesondere mittels des PT2-Glieds, geschätzt werden. Mittels einer Einheit 3 zur Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit ω wird hierbei aus der geschätzten Rotorlage Φ̂ die Rotorwinkelgeschwindigkeit ω bestimmt. Die Einheit 3 zur Bestimmung der Rotorwinkelgeschwindigkeit ω führt hierbei beispielsweise, je nach Anzahl der geschätzten Rotorlagen Φ̂ eine der in Formel 2 bis Formel 8 erläuterten Berechnungen der Rotorwinkelgeschwindigkeiten ω durch.
Bezugszeichenliste

Φ: reale Rotorlage
Φ̂: geschätzte Rotorlage
K1: Verstärkungsfaktor
K2: Verstärkungsfaktor
1, 1-1: Integrator
1, 1-2: Integrator
ω: Rotorwinkelgeschwindigkeit
2: Einheit zur Bestimmung einer Rotorlage
3: Einheit zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω), wobei mindestens ein, eine reale Rotorlage (Φ̂) codierendes, Ausgangssignal erfasst wird, wobei eine geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit des mindestens einen Ausgangssignals bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit mindestens einer parametrierbaren Berechnungsvorschrift bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) mindestens in Abhängigkeit der geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit mindestens einer weiteren Berechnungsvorschrift bestimmt wird, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit von einer ersten geschätzten Rotorlage (Φ̂) und mindestens einer weiteren geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmt wird, wobei die erste geschätzte Rotorlage (Φ̂) und die mindestens eine weitere geschätzte Rotorlage (Φ̂) zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) als Steigung einer Ausgleichsgeraden bestimmt wird, wobei eine Summe der Quadrate von Abweichungen zwischen der Ausgleichsgerade und einer Anzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen (Φ̂) minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung von geschätzten Rotorlagen (Φ̂) mit einer vorbestimmten Frequenz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der parametrierbaren Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage (Φ̂) derart bestimmt werden, dass ein zeitlicher Verlauf einer Differenz zwischen einer realen Rotorlage (Φ) und der geschätzten Rotorlage (Φ̂) eine vorbestimmte Signalqualität aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Berechnungsvorschrift zur Bestimmung der geschätzten Rotorlage (Φ̂) mittels eines Korrekturglieds eingestellt wird, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit mindestens eines Korrektursignals einstellt, wobei das mindestens eine Korrektursignal in Abhängigkeit des mindestens einen, die reale Rotorlage (Φ) codierenden, Ausgangssignals bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Korrektursignal als Differenz einer, aus dem mindestens einen, die reale Rotorlage (Φ̂) codierenden, Ausgangssignal, berechneten Rotorlage und der geschätzten Rotorlage (Φ̂) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Rotorlage (Φ) die Rotorlage eines Rotors eines Servomotors einer elektromechanischen Lenkung ist.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω), wobei die Vorrichtung mindestens einen Sensor zur Erfassung einer realen Rotorlage (Φ) eines Rotors, eine Einheit (2) zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage (Φ̂) und eine Einheit (3) zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) umfasst, wobei mittels des Sensors eine reale Rotorlage (Φ) des Rotors erfassbar ist, wobei mittels der Einheit (2) zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage (Φ̂) eine geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit mindestens eines Ausgangssignals des Sensors bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einheit (2) zur Bestimmung einer geschätzten Rotorlage (ϕ̂) die geschätzte Rotorlage (Φ̂) in Abhängigkeit mindestens einer parametrierbaren Berechnungsvorschrift bestimmbar ist, wobei mittels der Einheit (3) zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) mindestens in Abhängigkeit der geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmbar ist, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit mindestens einer weiteren Berechnungsvorschrift bestimmbar ist, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit von einer ersten geschätzten Rotorlage (Φ̂) und mindestens einer weiteren geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmbar ist, wobei die erste geschätzte Rotorlage (Φ̂) und die mindestens eine weitere geschätzte Rotorlage (Φ̂) zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmbar sind, wobei die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) als Steigung einer Ausgleichsgeraden bestimmbar ist, wobei eine Summe der Quadrate von Abweichungen zwischen der Ausgleichsgerade und einer Anzahl von zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzten Rotorlagen (Φ̂) minimiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einheit (3) zur Bestimmung einer Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) die Rotorwinkelgeschwindigkeit (ω) in Abhängigkeit von einer ersten geschätzten Rotorlage (Φ̂) und mindestens einer weiteren geschätzten Rotorlage (Φ̂) bestimmbar ist, wobei die erste geschätzte Rotorlage (Φ) und die mindestens eine weitere geschätzte Rotorlage (Φ) zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt werden.