DE102012102172A1

DE102012102172A1 - Generatordrehzahlschätzung mit Spektralanalyse

Info

Publication number: DE102012102172A1
Application number: DE102012102172A
Authority: DE
Inventors: Yilu Zhang; Siwei Cheng; Mutasim Salman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: US8903668B2; DE102012102172B4; CN102735930A; US20120259570A1; DE102012102172B9; CN102735930B

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl eines Generators, beispielsweise eines Fahrzeuggenerators. Das Verfahren beinhaltet das Messen des Stroms oder der Spannung einer Fahrzeugbatterie über eine vorbestimmte Zeitdauer und das darauffolgende Notch-Filtern des gemessenen Strom- oder Spannungssignals, um bekannte Oberschwingungen zu entfernen. Eine begrenzte Datenpunkt-Fast-Fourier-Transformations(FFT)-Spektralanalyse-Operation wird ausgeführt, um die Frequenz-Ausschläge im gefilterten Signal zu identifizieren, wobei der höchste Ausschlag einen Welligkeitsstrom auf dem Gleichstrom-Generatorsignal darstellt. Der höchste Ausschlag in dem FFT-Signal wird identifiziert und ein Interpolationsverfahren wird zwischen diesem Ausschlag und einem benachbarten Ausschlag in den Daten ausgeführt, um die tatsächliche Frequenz des Welligkeitsstroms zu identifizieren. Der Welligkeitsstrom wird dann in die Drehzahl des Generators umgerechnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und ein Verfahren zum Schätzen der Drehzahl eines Generators und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Schätzen der Drehzahl eines Fahrzeuggenerators durch Identifizieren der Welligkeitsfrequenz in einem gleichgerichteten Generatorsignal, beispielsweise einem Strom oder einer Spannung, mit Hilfe der Spektralanalyse und dem Umwandeln der Welligkeitsfrequenz auf die Generatordrehzahl.
2. Diskussion des Standes der Technik
Fahrzeuge beinhalten typischerweise einen Generator, der elektrische Leistung zum Wiederaufladen einer Fahrzeugbatterie bereitstellt und die elektrischen Systeme des Fahrzeugs betreibt, sobald das Fahrzeug fährt. Der Generator beinhaltet eine Riemenscheibe, die einen flexiblen Riemen einklinkt, der von der Fahrzeugmaschine angetrieben wird, wobei der Riemen auch andere Fahrzeugkomponenten, wie zum Beispiel eine Lenkhilfepumpe, einen Luftkompressor, etc. antreibt. Sobald der Riemen die Generatorriemenscheibe dreht, dreht die Riemenscheibe einen Rotor innerhalb eines Stators des Generators, wobei der Rotor typischerweise ein Permanentmagnet und der Stator eine oder mehrere gewickelte Spulen umfasst. Ein typischer Fahrzeuggenerator umfasst drei Statorwicklungen, die voneinander um 90° außer Phase zueinander sind, die drei Wechselstromsignale erzeugen, die an einen Drei-Phasen-Diodenbrücken-Gleichrichter gesendet werden, um die Wechselstromsignale in ein Gleichstromsignal umzuwandeln, das für das Wiederaufladen der Batterie geeignet ist. Der Generator beinhaltet des weiteren einen Spannungsregler, der das Gleichstromsignal regelt. Der Diodenbrücken-Gleichrichter erzeugt ein Wechselstrom-Welligkeitssignal auf dem Gleichstromsignal als einen Wandlungsfaktor. Verschiedene Filtertechniken und andere Operationen können ausgeführt werden, um den Welligkeitsstrom, der von der Gleichrichterumwandlung erzeugt wird, zu reduzieren, aber es wird immer ein gewisses Maß an Wechselstromwelligkeit auf dem Gleichstromsignal liegen, welches detektiert werden kann.
Es ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, während eines Fahrzeugbetriebs die Drehzahl des Generators zu kennen, beispielsweise um zu bestimmen, ob der Riemen, der die Generatorriemenscheibe antreibt, durchrutscht. Wenn der Riemen nicht durchrutscht, dann ist die Generatordrehzahl die Maschinendrehzahl mal dem Verhältnis der Generatorriemenscheibe. Demzufolge kann aus der Kenntnis der Generatordrehzahl, des Riemenscheibenverhältnisses und der Maschinendrehzahl bestimmt werden, ob der Riemen durchrutscht. Darüber hinaus kann durch Kenntnis der Generatordrehzahl ein Schaden am Riemen oder auch am Generator selber bestimmt werden, falls die Drehzahl nicht gleichförmig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines Generators, beispielsweise eines Fahrzeuggenerators, offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Messen des Stroms oder der Spannung einer Fahrzeugbatterie über eine vorbestimmte Zeitdauer und das darauf folgende Notch-Filtern des gemessenen Stromsignals oder Spannungssignals, um bekannte Oberschwingungen zu entfernen. Eine begrenzte Datenpunkt-Fast-Fourier-Transformations(FFT)-Spektralanalyse-Operation wird ausgeführt, um die Frequenzspitzen im gefilterten Signal zu identifizieren, wobei der höchste Ausschlag einen Welligkeitsstrom auf dem Gleichstrom-Generatorsignal darstellt. Der höchste Ausschlag in dem FFT-Signal wird identifiziert und ein Interpolationsverfahren wird zwischen diesem Ausschlag und einem benachbarten Ausschlag in den Daten ausgeführt, um die aktuelle Frequenz des Welligkeitsstroms zu identifizieren. Der Welligkeitsstrom wird dann auf die Drehzahl des Generators umgewandelt.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Darstellung eines Fahrzeuggenerators und eines Riemensystems;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Generatordrehzahl mit Hilfe einer Spektralanalyse zeigt;
3 ist ein Graph mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und dem Betrag auf der vertikalen Achse, die ein exemplarisches Frequenzspektrum eines gemessenen Batteriestroms oder einer Batteriespannung ohne Filtern zeigt;
4 ist ein Graph mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und dem Betrag auf der vertikalen Achse aus dem Frequenzspektrum der 2 mit Notch-Filtern; und
5 ist ein Graph mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und dem Betrag auf der vertikalen Achse von einem Teil eines gefilterten FFT-Signals innerhalb eines vorbestimmten Spitzensuchbereichs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl eines Generators mit Hilfe einer Spektralanalyse gerichtet ist, ist rein beispielhafter Natur und in keinster Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu begrenzen. Beispielsweise findet die vorliegende Erfindung eine besondere Anwendung zum Bestimmen der Drehzahl eines Fahrzeuggenerators. Allerdings ist es Fachleuten klar, dass das System und das Verfahren, das hier beschrieben ist, zum Bestimmen der Drehzahl eines Generators auch für andere Generatoren als für Fahrzeuggeneratoren angewendet werden kann.
1 ist ein schematisches Diagramm für ein Fahrzeug-Front-End-Antriebssystem 10 mit einem Antriebsriemen 12. Das System 10 beinhaltet eine Maschinenkurbelwelle 14, die durch die Fahrzeugmaschine gedreht wird und eine Rotationsenergie für das Antreiben des Antriebsriemens 12 bereitstellt, wie es Fachleuten bekannt ist. Der Antriebsriemen 12 wirkt mit einer Riemenscheibe 16 eines Generators 18 zusammen und stellt die Rotationsenergie für das Drehen des Rotors (nicht gezeigt) innerhalb des Generators 18 dar, um elektrische Energie in einer Art und Weise, wie es Fachleuten bekannt ist, zu erzeugen. Der Antriebsriemen 12 wirkt darüber hinaus mit einer Riemenscheibe 20 einer Lenkhilfepumpe 22 und einer Riemenscheibe 24 eines Luftkompressors 26 zusammen, um Rotationsenergie bereitzustellen, um diese Geräte anzutreiben. Ein Riemenspanner 28 gewährleistet die korrekte Spannung des Antriebsriemens 12, so dass der Riemen 12 nicht leicht auf der Kurbelwelle 14 oder den Riemenscheiben 16, 20 und 24 durchrutschen kann. Die elektrische Energie, die von dem Generator 18 erzeugt wird, stellt die Leistung dar, um verschiedene fahrzeugelektrische Systeme anzutreiben und eine Fahrzeugbatterie 30 aufzuladen.
Das von dem Generator 18 erzeugte Wechselstromsignal wird an einen Gleichrichterschaltkreis 32 geführt, der typischerweise eine Drei-Phasen-Diodenbrücke umfasst, um das Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umzuwandeln, die dafür geeignet ist, die Batterie 30 aufzuladen. Eine Drei-Phasen-Maschine dieser Art erfordert im allgemeinen sechs Dioden und sechs Schalter, typischerweise MOSFET-Schalter, die die Dioden in Abhängigkeit davon schalten, welche Statorwicklung Strom erzeugt, so dass die Dioden den Strom in die selbe Richtung richten. Eine Schalteransteuerschaltung (nicht gezeigt) aktiviert die Schalter in Synchronisation mit dem Drei-Phasen-Stromfluss, um die Dioden in Leitung zu versetzen, und stellt die Gleichrichtung in einer Art und Weise bereit, die Fachleuten gut bekannt ist. Wie oben diskutiert, erzeugt diese Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandlung ein Welligkeitsstromsignal auf dem Gleichstromsignal, das detektiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Generators 18 vor, indem der Welligkeitsstrom mit Hilfe einer Spektralanalyse detektiert wird, was anschließend für verschiedene Zwecke verwendet werden kann, unter anderem zur Bestimmung, ob der Riemen 12 auf der Riemenscheibe 16 durchrutscht. Wie weiter unten im Detail diskutiert werden wird, beinhaltet das Verfahren das Messen des Stroms oder der Spannung der Fahrzeugbatterie 30, die das Gleichstromladesignal von dem Generator 18 empfängt, das Filtern des Stromsignals oder des Spannungssignals, das Bereitstellen einer FFT-Spektralanalyse auf das gefilterte Signal und das Identifizieren einer Spitze in dem Spektralsignal, das zu dem Welligkeitsstrom gehört. Sobald die Frequenz des Welligkeitsstroms identifiziert ist, kann dieses dazu verwendet werden, um die Drehzahl des Generators 18 mit bekannten Methoden zu bestimmen.
2 zeigt ein Flussdiagramm 40, das ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Generators 18 durch Bestimmen der Frequenz des Welligkeitsstroms auf dem Gleichstromsignal, das die Batterie 30 lädt, mit Hilfe einer Spektralanalyse bestimmt. Der Algorithmus zum Bestimmen der Generatordrehzahl wird im Kasten 42 initiiert. Der Welligkeitsstrom kann zuerst durch Kenntnis der Spannung oder des Stroms des Gleichstromsignalausgangs des Gleichrichterschaltkreises 32 erhalten werden, wobei aber Fahrzeuge typischerweise keine Sensoren auf dem Generator 18 beinhalten, die diese Messungen gewährleisten. Jedoch existieren Sensoren bei modernen Fahrzeugen, die den Batteriestrom und die Batteriespannung messen und diese Spannung und dieser Strom hat dieselbe Gestalt wie die gleich gerichtete Generatorspannung und der gleichgerichtete Generatorstrom. Demzufolge bestimmt die vorliegende Erfindung den Strom oder die Spannung der Batterie 30 mit Hilfe verfügbarer Sensoren im Kasten 44. In einer Ausführungsform werden die Batteriestrommessungen oder Batteriespannungsmessungen über eine bestimmte Zeitdauer für jede Drehzahlberechnung, beispielsweise 50 ms, verwendet.
Es ist bekannt, dass ein Stromsignal oder Spannungssignal durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) analysiert werden kann, die das Signal in die konstituierenden Frequenzen zerlegt, um ein Frequenzspektrum des Signals zu identifizieren. 3 zeigt einen Graph mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und dem Betrag auf der vertikalen Achse, die beispielhaft ein vollständiges Leistungsspektrum des gemessenen Stroms oder der gemessenen Spannung der Batterie 30 zeigt, wie es aus einem FFT-Verfahren bestimmt wurde. Ein Ausschlag 48 auf der Null-Frequenz stellt das Gleichstromsignal dar, ein harmonischer Ausschlag 50 um etwa 400 Hz ist ein Feld-Tast-Verhältnis des Ankers oder des Rotors im Generator 18 und ein zweiter harmonischer Ausschlag 52 des Feld-Tast-Verhältnisses ist um etwa 800 Hz gezeigt, was alles bekannt ist. Ein Ausschlag 54 um 1500 Hz ist die Frequenz des Welligkeitsstroms, welcher variabel ist.
Da die Frequenzen der Ausschläge 48, 50 und 52 bekannt sind, kann das gemessene Batteriestromsignal oder Batteriespannungssignal von einem Notch-Filter gefiltert werden, welcher alle Frequenzen zwischen vorbekannten oberen und unteren Grenzwerten filtert, um diese Frequenz-Ausschläge zu beseitigen, um den Ausschlag 54 zu isolieren, welcher bestimmt werden soll. Das Notch-Filtern wird im Kasten 58 auf dem gemessenen Batteriestrom oder Batteriespannungssignal für jede bekannte Frequenz ausgeführt, die entfernt werden soll. Gleichung (1) unten gibt ein Beispiel für einen für diesen Zweck geeigneten digitalen Notch-Filter.
wobei H die Z-Transformation des Filters ist, ω₀ die Frequenz ist, die abgestoßen werden soll und r die Frequenzbreite des Notch-Filters darstellt, wobei das Notch-Filter desto schärfer ist je näher r bei 1 liegt.
Das Frequenzspektrum-Signal aus dem Graphen in der 3, das vor der FFT-Operation Notch-gefiltert wurde, ist in der 4 gezeigt, wobei die Ausschläge 48, 50 und 52, die zu dem Gleichstromsignal gehören, und die bekannten Oberschwingungen entfernt wurden. In dieser Darstellung sollte dann der höchste Frequenz-Ausschlag der Welligkeitsstrom-Frequenz-Ausschlag 54 sein, der bei ungefähr 1500 Hz liegt.
Der Algorithmus bestimmt dann in der Entscheidungsraute 60, ob dies die erste Berechnung zur Bestimmung der Generatordrehzahl nach Fahrzeugstart oder nach irgend einer Aktion ist, die das Fahrzeug dazu bewegt, die Übersicht über di Generatordrehzahl zu verlieren, aus den in der unten geführten Diskussion offenbarten Gründen zu verlieren.
Das Weiterverarbeitung, welche erforderlich ist, um die FFT-Operation auszuführen, um die Leistungsspektrum-Signale zu erhalten, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, ist signifikant und komplex und im allgemeinen weit über den normalen Rechenkapazitäten einer elektronischen Kontrolleinheit (ECU) eines Fahrzeugs. Demzufolge wird anstatt einer Durchführung einer vollständigen FFT-Spektralanalyse auf dem gefilterten Batteriestromsignal oder Batteriespannungssignal nach der vorliegenden Erfindung in dem Kasten 62 eine begrenzte FFT-Operation mit Hilfe einer begrenzten Anzahl von Datenpunkten oder Bins ausgeführt, um den Stichprobenumfang und die Komplexität der Operation zu reduzieren. In diesem nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel beinhaltet die FFT-Operation eine Fensterung (Windowing), um den Leck-Effekt zu reduzieren, beispielsweise das Hanning-Windowing, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit Hilfe von 256 Datenpunkten. Durch das Reduzieren der Anzahl von spektralanalysierten Datenpunkten aus 256 liegt die Frequenzauflösung des Spektrum-Signals ungefähr 39 Hz zwischen den Daten-Bins.
Der Algorithmus definiert dann im Kasten 64 einen Suchbereich innerhalb des gefilterten und datenpunktbegrenzten Frequenzspektrum-Signals, welches durch den Algorithmus spezifisch untersucht wird, um den höchsten Ausschlag zu identifizieren, der die Welligkeitsstromfrequenz darstellt. In dieser Ausführungsform wird ein Vorfrequenz-Welligkeitsstrom identifiziert, welche die geschätzte Welligkeitsstromfrequenz aus den vorhergehenden Abtastperioden sein kann, oder eine Frequenz, für welche der Welligkeitsstrom angenommen werden kann. Der Algorithmus addiert und subtrahiert eine gewisse Frequenz, beispielsweise 250 Hz auf und von der Vorfrequenz, um einen Suchbereich von ungefähr 500 Hz zu identifizieren. Sobald der Suchbereich zum Bestimmen des Welligkeitsstrom-Ausschlags identifiziert wurde, wird im Kasten 66 ein Ausschlag-Detektionsverfahren ausgeführt, um den höchsten Ausschlag innerhalb dieses Bereichs zu identifizieren.
5 ist ein Graph mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und den Betrag auf der vertikalen Achse, der Datenpunkte 72 aus der niedrigeren FFT-Auflösungsanalyse für die Frequenzen in dem Suchbereich von 1300–1800 Hz zeigt. Die Kurvenlinie 74 stellt das Glättungs-Frequenzspektrum der FFT-Analyse dar, welche das Ergebnis einer vollen Spektralanalyse sein könnte.
Da die Frequenzauflösung des FFT-Spektrum-Signals zwischen den Datenpunkten 39 Hz beträgt, ist es wünschenswert, die Ausschlag-Lokalisation zu verfeinern, um spezifisch die tatsächliche Welligkeitsstromfrequenz zu identifizieren, da eine Auflösung von 39 Hz einen Unterschied in der Drehzahl des Generators 18 von ungefähr 65 RPMs darstellt. Mit anderen Worten ist es unwahrscheinlich, dass der Ausschlag, der durch die Ausschlag-Detektionsverfahren aus den verfügbaren Datenpunkten in der begrenzten Spektralanalyse identifiziert wurde, die tatsächliche Welligkeitsstromfrequenz ist aufgrund der Distanz zwischen den Datenpunkten innerhalb des Frequenzspektrums und da dieser möglicherweise mehr als 39 Hz weg von der tatsächlichen Welligkeitsstromfrequenz sein könnte.
In dem Graphen in der 5 wäre der identifizierte höchste Ausschlag der Datenpunkte 72 der Datenpunkt 70, aber die tatsächliche Welligkeitsstromfrequenz liegt im Punkt 68. Die vorliegende Erfindung schlägt im Kasten 76 ein Interpolationsverfahren vor, um die Ausschlag-Lokalisation zwischen dem Datenpunkt 70 und einem nächsthöheren benachbarten Datenpunkt 86 zu verfeinern, um den tatsächlichen Welligkeitsstrom im Ausschlag, der zum Punkt 68 gehört, zu identifizieren. Sei Δt das Zeitintervall zwischen Datenstichproben, N die Zahl von Datenpunkten in der FFT. Das Frequenzintervall zwischen den spektralen Bins in dem Stromspektrum ist: f₀ = 1 / NΔt (1) wobei Δt das Zeitintervall zwischen Datenstichproben und N die Zahl von Datenpunkten in der FFT ist.
Die Ausschlag-Frequenz f im Punkt 68 kann bestimmt werden durch: f = (i + δ)f₀ = λf₀, (2) wobei δ bestimmt wird durch: δ = 2α–1 / α+1, (3) wobei α bestimmt wird durch: α = |X(i+1)| / |X(i)|, (4) wobei X der Betrag der FFT-Datenpunkte, i der Ort des Datenpunkts 86 und i + 1 der Ort des Datenpunkts 70 ist.
Sobald die Welligkeitsfrequenz f durch den Interpolationsprozess identifiziert wurde, berechnet der Algorithmus die Generatordrehzahl im Kasten 78 in RPMs für einen Drei-Wicklungs-Stator, wobei die Welligkeitsfrequenz f durch die Anzahl der Polpaare in dem Generator 18 dividiert durch die Anzahl der Dioden in dem Gleichrichterschaltkreis 32 ist und mit 60 Sekunden malgenommen wird, das heißt, f/# Polpaare/# von Dioden */60. Der Algorithmus kehrt dann zum Startkasten 42 zurück, um die Generatordrehzahl für die nächste Messzeit für die Batteriespannungs- oder -Strom-messungen zu berechnen.
Falls der Algorithmus in der Entscheidungsraute 60 feststellt, dass der Fahrzeugstart nicht gerade erfolgt ist und vorhergehende Generatordrehzahlberechnungen ausgeführt wurden und verfügbar sind, führt der Algorithmus eine noch mehr in der Komplexität reduzierte FFT-Analyse durch, mit welcher sich immer noch eine genaue Welligkeitsstrom-Identifizierung basierend auf den vorhergehenden Generatordrehzahl-Berechnungen ergibt. Im Speziellen begrenzt der Algorithmus den Frequenz-Ausschlag-Suchbereich im Kasten 80 auf wenige der Frequenzdaten-Bins, beispielsweise fünf, um den zuletzt detektierten Welligkeitsstromfrequenz-Ausschlag. Mit anderen Worten, anstatt der Ausschlag-Detektion mit Hilfe verschiedener Datenpunkte 72 aus der 5 für die erste Berechnung der Generatorgeschwindigkeit, wird der Algorithmus den Ausschlag-Frequenzpunkt mit Hilfe von nur fünf der Datenpunkte um den Punkt 68 suchen. Dieser gibt einen Suchbereich von ungefähr 1450–1600 Hz. Der Algorithmus vollführt eine Einzelfrequenz-FFT-Spektrum-Funktion, die manchmal auch als Goertzel-Algorithmus bekannt ist, für jeden der fünf Daten-Bins in dem reduzierten Frequenzbereich im Kasten 82, um die neuen Frequenzen für die Daten-Bins, um die zuletzt bestimmte Welligkeitsstromfrequenz herum zu identifizieren.
Der Betrag X für jeden der Datenpunkte innerhalb der Daten-Bins für den reduzierten Frequenzbereich wird dann im Kasten 84 wie folgt bestimmt: s(n) = I(n) + 2cos(2πω)s(n – 1) – s(n – 2) (5) X(n) = s(n) – e^–2πjωs(n – 1), (6) wobei s(n) eine Zwischenvariable, I(n) die Strommessung, ω die Frequenz des jeweils selektierten Daten-Bins für die neue Berechnung, X(n) die Amplitude der Frequenz in dem Bin, n = t, t – 1, ..., t – 255 und j die Quadratwurzel von (–1) ist.
Sobald jeder neue Frequenzbetrag X(n) für jede der fünf Daten-Bins erhalten wurde, kehrt der Algorithmus zum Kasten 66 zurück, um die Ausschlag-Detektion für diese Beträge auszuführen, um den höchsten Ausschlag zu identifizieren. Der Interpolationsprozess wird dann wiederum ausgeführt, um die tatsächliche Welligkeitsstromfrequenz im Kasten 76 zu identifizieren, und die Drehzahl des Generators 18 wird im Kasten 78 berechnet.
Die obige Diskussion offenbart und beschreibt lediglich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird leicht aus dieser Diskussion und den beigefügten Zeichnungen und Patentansprüchen erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen ausgeführt werden können, ohne Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie sie von den folgenden Patentansprüchen definiert wird, zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehzahl eines Generators, wobei das Verfahren umfasst: – Bestimmen eines Ausgangsstrom- oder Ausgangsspannungssignals des Generators, wobei das Ausgangsstrom- oder Ausgangsspannungssignal eine Welligkeitsstromfrequenz beinhaltet als ein Ergebnis einer Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandlung; – Filtern des Strom- oder Spannungssignals, um bekannte Oberschwingungsfrequenzen zu beseitigen; – Ausführen einer Fast-Fourier-Transformation(FFT)-Operation, um ein Frequenzspektrum-Signal des gefilterten Strom- oder Spannungssignals zu identifizieren; – Identifizieren eines Ausschlag-Detektionssuchbereichs innerhalb des Frequenzspektrum-Signals, innerhalb welcher die Welligkeitsstromfrequenz als existierend bekannt ist; – Identifizieren einer höchsten Ausschlag-Frequenz innerhalb des Suchbereichs als die Welligkeitsstromfrequenz; und – Wandeln der höchsten Ausschlag-Frequenz zu der Generatordrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filtern des Strom- oder Spannungssignals die Verwendung eines digitalen Notch-Filters beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das digitale Notch-Filter die Gleichung verwendet:
wobei H die Z-Transformation des Filters ist, ω₀ die Frequenz ist, die zurückgesetzt werden soll und r eine Frequenzbreite des Notch-Filters vorgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Ausschlag-Detektionssuchbereiches das Identifizieren der Welligkeitsstromfrequenz aus einer vorangegangenen Welligkeitsstrom-Frequenzbestimmung und das Addieren und Subtrahieren eines vorbestimmten Frequenzwertes zu der vorangegangenen Welligkeitsstromfrequenz beinhaltet, um den Suchbereich zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen der FFT-Operation das Ausführen einer FFT-Operation mit einer begrenzten Zahl von Datenpunkten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die begrenzte Anzahl von Datenpunkten 256 Datenpunkte ist, die eine Frequenzauflösung von ungefähr 39 Hz gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Identifizieren einer höchsten Ausschlags-Frequenz innerhalb des Suchbereichs das Identifizieren einer höchsten Ausschlags-Frequenz basierend auf der begrenzten Anzahl von Datenpunkten und das darauffolgende Interpolieren zwischen dem Datenpunkt und einem benachbarten Datenpunkt beinhaltet, um eine tatsächliche höchste Ausschlags-Frequenz zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 5, des weiteren umfassend das Bestimmen, falls eine vorausgegangene Welligkeitsstrom-Frequenzbestimmung ausgeführt worden ist und, wenn dem so war, das Identifizieren eines Ausschlag-Detektionssuchbereichs das Identifizieren des Suchbereichs als eine vorbestimmte begrenzte Anzahl von Datenpunkten um diese Welligkeitsstromfrequenz beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, des weiteren umfassend das Ausführen einer Einzelfrequenz-FFT-Operation für jeden Datenpunkt anstelle der begrenzten FFT-Operation mit einer begrenzten Anzahl von Datenpunkten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ausführen der Einzelfrequenz-FFT-Operation für jeden Datenpunkt die Verwendung der folgenden Gleichungen beinhaltet: s(n) = I(n) + 2cos(2πω)s(n – 1) – s(n – 2) X(n) = s(n) – e^–2πjωs(n – 1), wobei s(n) eine Zwischenvariable ist, I(n) die Strommessung, ω die Frequenz eines jeweiligen Daten-Bins für die letzte Berechnung und X(n) eine Frequenz-FFT-Amplitude und n = t, t – 1, ..., t – 255 und j die Quadratwurzel aus (–1) ist.