DE102015211264A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine winkelbasierte Signalverarbeitung von Eingangssignalen in einem rotatorischen System. In dem rotatorischen System werden Eingangssignale zu vorbestimmten Zeitpunkten abgetastet und zu den Zeitpunkten der Abtastung jeweils ein Winkel in dem rotatorischen System berechnet. Daraufhin erfolgt eine Weiterverarbeitung der abgetasteten Eingangssignale unter Verwendung der berechneten Winkel. Auf diese Weise ist eine zuverlässige und fehlerfreie Verarbeitung der Eingangssignale selbst bei schwankender Drehfrequenz oder einer Richtungsumkehr in dem rotatorischen System möglich.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs, insbesondere eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System.
  • Stand der Technik
  • Elektro- und Hybridfahrzeuge gewinnen zunehmend an Bedeutung. Zur Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) und elektrisch erregten Synchronmaschinen (ESM), wie sie in solchen Fahrzeugen eingesetzt werden, ist die Kenntnis des Rotorlagewinkels derartiger Maschinen erforderlich. Weiterhin ist zur Regelung von Asynchronmaschinen (ASM) die Kenntnis der elektrischen Frequenz des Antriebs notwendig. Zur Ermittlung des Rotorlagewinkels bzw. der elektrischen Frequenz können verschiedene Sensorarten eingesetzt werden. Zum Beispiel sind Sensoren auf Basis des Wirbelstrom-Effekts, Resolver oder digitale Winkelgeber möglich.
  • Ein Resolver wird dabei beispielsweise mit einem vorzugsweise sinusförmigen Trägersignal angeregt. Als Empfängersignale des Resolvers erhält man dabei in der Regel gestörte, amplitudenmodulierte Spannungen, aus deren Einhüllende die Information über die Rotorlage gewonnen werden kann.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 078 583 A1 offenbart beispielsweise eine Auswertung von Resolver-Sensorsignalen in einem Fahrzeug. Ein Resolver nimmt hierzu eine Drehbewegung eines Rotors auf, und ein Prozessorelement verarbeitet die sinus- bzw. kosinusförmigen Ausgangssignale des Resolver.
  • Für die Signalverarbeitung und die Regelung von rotatorischen Systemen besteht dabei häufig der Wunsch, Filter zu implementieren, welche unabhängig von der Geschwindigkeit bzw. der Richtung der Rotation sind. Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System, das eine richtungs- bzw. geschwindigkeitsunabhängige Signalverarbeitung ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System mit einer Abtasteinrichtung, einer Winkelbestimmungseinrichtung und einer Berechnungseinrichtung. Die Abtasteinrichtung ist dazu ausgelegt, ein Eingangssignal zu vorbestimmten Zeitpunkten abzutasten und darauf abgetastete Signalwerte bereitzustellen. Insbesondere kann durch eine solche Abtasteinrichtung eine Analog-Digital-Wandlung erfolgen. Die Winkelbestimmungseinrichtung ist dazu ausgelegt, ein zu dem Eingangssignal korrespondierendes Winkelsignal zu erfassen und basierend auf dem erfassten Winkelsignal einen Winkel für die Zeitpunkte zu ermitteln, zu denen die Abtasteinrichtung das Eingangssignal abgetastet hat. Insbesondere kann das von der Winkelbestimmungseinrichtung erfasste Winkelsignal ein Ausgangssignal von einem Drehwinkelgeber sein. Die Berechnungseinrichtung ist dazu ausgelegt, die ermittelten Winkel jeweils den korrespondierenden abgetasteten Signalwerten zuzuordnen. Die abgetasteten Signalwerte können dann unter Verwendung der zugeordneten Winkel verarbeitet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 8.
  • Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System mit den Schritten des Abtastens eines Signalverlaufs zu vorbestimmten Zeitpunkten und des Bereitstellens der abgetasteten Signalwerte. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Erfassens eines Winkelsignals, das zu dem Eingangssignal korrespondiert, und des Ermittelns von Winkeln basierend auf dem erfassten Winkelsignal für die Zeitpunkte, zu denen das Eingangssignal abgetastet worden ist. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte des Zuordnens der ermittelten Winkel zu den korrespondierenden abgetasteten Signalwerten; und des Verarbeitens der abgetasteten Signalwerte unter Verwendung der zugeordneten Winkel.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, anstelle einer konventionellen zeitabhängigen Signalverarbeitung die Signale in einem rotatorischen System in Abhängigkeit von einem Winkelverlauf zu verarbeiten. Auf diese Weise kann insbesondere bei schwankenden Winkelgeschwindigkeiten sowie einem Wechsel der Drehrichtung eine zuverlässige Verarbeitung der Signalwerte erfolgen. Eine zeitabhängige Verarbeitung von Signalen in einem rotatorischen System führt in der Regel nur dann zum Erfolg, wenn das rotatorische System eine konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist und diese Winkelgeschwindigkeit bekannt ist. Selbst in diesem Fall muss die zeitabhängige Verarbeitung der Systemgrößen dann auf die jeweilige Winkelgeschwindigkeit angepasst werden. Beim Stillstand des Systems oder bei einer sich während der Verarbeitung ändernden Winkelgeschwindigkeit ist eine zeitabhängige Verarbeitung meist nicht möglich oder mit großen Unsicherheiten bzw. Fehlern behaftet.
  • Durch die Verknüpfung eines zu verarbeitenden Eingangssignals in einem rotatorischen System mit einem zum Erfassungszeitpunkt der Eingangsgröße korrespondierenden Winkel ist dagegen eine zuverlässige Signalverarbeitung möglich. Eine derartige winkelbasierte Signalverarbeitung führt selbst bei schwankenden Winkelgeschwindigkeiten oder einem Wechsel der Drehrichtung noch zu zuverlässigen Ergebnissen. Insbesondere bei einer Signalverarbeitung mittels Differenzengleichungen kann durch eine winkelabhängige Differentiation anstelle einer zeitabhängigen Differentiation die Zuverlässigkeit des Berechnungsergebnis verbessert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt, eine Änderung des abgetasteten Eingangssignals in Abhängigkeit der Änderung der korrespondierenden Winkel zu berechnen. Somit kann beispielsweise durch die Division der Differenz zweier aufeinanderfolgender abgetasteter Signalwerte durch die Differenz der korrespondierenden Winkel ein winkelabhängiger Differenzenquotient gebildet werden. Dieser winkelabhängige Differenzenquotient ermöglicht im Gegensatz zu einem zeitabhängigen Differenzenquotient auch bei schwankenden Winkelgeschwindigkeiten eine zuverlässige Signalverarbeitung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt, die abgetasteten Signalwerte mit einer Winkeldifferenz zwischen einem Winkelwert des abgetasteten Signalwerts und einem Winkelwert eines zuvor abgetasteten Signalwerts zu multiplizierten und das Produkt des Signalwerts mit der Winkeldifferenz über einen vorbestimmten Winkelbereich aufzusummieren. Eine solche Summation der Signalwerte über einen vorbestimmten Winkelbereich entspricht der Integration der Signalwerte über diesen Winkelbereich. Gerade bei schwankenden Winkelgeschwindigkeiten ist eine derartige Integration/Summation deutlich zuverlässiger als eine zeitbasierte Integration.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt, das Produkt des Signalwerts mit der Winkeldifferenz über einen Winkelbereich von 360 Grad (2π) aufzusummieren. Die Summe der Signalwerte über 360 Grad entspricht der Summe aller abgetasteten Signalwerte über eine volle Umdrehung des rotatorischen Systems. Alternativ ist auch eine Summation über ein Vielfaches von 360 Grad, also eine Mehrzahl von Umdrehungen möglich. Eine Summation über 360 Grad oder ein Vielfaches davon ermöglicht das Aufintegrieren über eine oder mehrere Umdrehungen des rotatorischen Systems ohne dabei zuvor die Periodendauer der Drehfrequenz berechnen zu müssen. Gerade bei variablen bzw. schwankenden Drehfrequenzen oder gegebenenfalls einer Richtungsumkehr kann auf diese Weise eine zuverlässige Integration über die Signalwerte einer vollständigen Umdrehung ausgeführt werden. Bei periodischen Signalen, deren Periode zu der Drehfrequenz des rotatorischen Systems korrespondiert kann durch eine Summation dieser Signalwerte beispielsweise auf einen Gleichanteil (Offset) geschlossen werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs einen Drehwinkelgeber. Insbesondere kann der Drehwinkelgeber einen Resolver, einen Sensor auf Basis eines Wirbelstrom-Effekts oder einen digitales Winkelgeber umfassen. Durch einen Winkelgeber kann auf einfache Weise kontinuierlich der aktuelle Winkel des rotatorischen Systems erfasst werden. Somit können den aktuell abgetasteten Eingangssignalen stets die richtigen Winkelstellungen des rotatorischen Systems zugeordnet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Verarbeiten der abgetasteten Signalwerte in dem Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs einen Schritt zum Summieren der abgetasteten Signalwerte für einen vorbestimmten Winkelbereich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Verarbeiten der abgetasteten Signalwerte einen Schritt zum Aufsummieren der abgetasteten Signalwerte für einen Winkelbereich von 360 Grad (2π). Ferner kann das Verfahren einen Schritt zum Bestimmen eines Gleichanteils aus den aufsummierten abgetasteten Signalwerten umfassen. Mit der Bestimmung eines Gleichanteils in dem Eingangssignal kann dieser Gleichanteil aus dem Eingangssignal eliminiert werden oder bei der weiteren Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Auf diese Weise können Störungen oder Fehler aufgrund des Gleichanteils bei der weiteren Signalverarbeitung vermieden werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, die dazu ausgelegt ist, eine Antriebsachse anzutreiben; und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs. Insbesondere kann die Antriebsachse der elektrischen Maschine dabei mit einem Drehwinkelgeber, wie zum Beispiel einem Resolver gekoppelt sein.
  • Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;
  • 2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs gemäß einer Ausführungsform;
  • 3: eine schematische Darstellung einer Berechungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
  • 4: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform. Eine elektrische Maschine 3 wird von einer elektrischen Energiequelle 5 über einen Stromrichter 4 gespeist. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Energiequelle 5 um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handeln. Bei der elektrischen Maschine 3 kann es sich beispielsweise um eine permanent erregte Synchronmaschine, eine elektrische erregte Synchronmaschine oder aber auch um eine Asynchronmaschine handeln. Grundsätzlich sind darüber hinaus auch andere elektrische Maschinen möglich. Die hier dargestellte Ausführungsform einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 stellte dabei nur eine beispielhafte Ausführungsform dar. Darüber hinaus sind auch elektrische Maschinen mit einer von drei abweichenden Anzahl von Phasen möglich. Der Stromrichter 4 konvertiert die von der elektrischen Energiequelle 5 bereitgestellte elektrische Energie und stellt die konvertierte elektrische Energie zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 bereit. Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 kann dabei basierend auf Vorgaben bzw. Steuersignalen von der Steuervorrichtung 1 erfolgen. Darüber hinaus kann beim Abbremsen der elektrischen Maschine 3 auch kinetische Energie durch die elektrische Maschine 3 in elektrische Energie umgewandelt werden und diese elektrische Energie über den Stromrichter 4 in einen elektrischen Energiespeicher der Energiequelle 5 eingespeist werden.
  • Für die Regelung einer permanent- oder elektrisch erregten Synchronmaschine ist dabei die Kenntnis der Lage des Rotors in dieser Maschine erforderlich. Ferner ist für die Regelung von Asynchronmaschinen die Kenntnis der Geschwindigkeit einer solchen Maschine notwendig. Hierzu kann die elektrische Maschine 3 mit einem Drehwinkelgeber 2 gekoppelt werden. Beispielsweise kann der Drehwinkelgeber 2 mit der Antriebsachse der elektrischen Maschine 3 gekoppelt werden. Beispielsweise sind zur Bestimmung der Rotorlage und/oder der Geschwindigkeit der Maschine 3 Sensoren auf Basis des Wirbelstrom-Effekts, digitale Winkelgebersignale oder sogenannte und Resolver möglich.
  • In einem Resolver sind in der Regel in einem Gehäuse zwei um 90° elektrisch versetzte Sensorwicklungen angeordnet, die einen in dem Gehäuse gelagerten Rotor umschließen. Grundsätzlich sind verschiedene Alternativen zur Ermittlung der Rotorlage möglich, von denen nachfolgend exemplarisch eine Möglichkeit beschrieben wird. Beispielsweise kann eine Erregerwicklung des Resolvers mit einer sinusförmigen Wechselspannung angeregt werden. Die Amplituden der in den beiden Sensorwicklungen des Resolvers induzierten Spannungen sind dabei abhängig von der Winkellage des Rotors und entsprechen dem Sinus und dem Kosinus der Winkellage des Rotors. Somit kann die Winkellage des Rotors aus dem Arkustangens (arctan) der Signale der beiden Sensorwicklungen des Resolvers berechnet werden.
  • Darüber hinaus sind auch weitere Verfahren zur Bestimmung des Rotorwinkels sowie einer Drehfrequenz des Rotors möglich. Beispielsweise kann der Rotorwinkel auch mittels eines Sensors auf Basis von Wirbelströmen oder mittels digitaler Winkelgebersignale erfasst werden.
  • Bei der Verarbeitung der Signale von dem Winkelgeber oder aber auch für die Verarbeitung weiterer Signale für die Ansteuerung des Stromrichters 4 oder für die Auswertung von Signalverläufen von Sensoren oder weiteren Komponenten des elektrischen Antriebssystem ist dabei eine winkelbasierte Signalverarbeitung möglich, wie sie nachfolgend beschrieben wird.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System, wie zum Beispiel dem zuvor beschriebenen elektrischen Antriebssystem. Ein kontinuierliches Eingangssignal u(t) wird dabei einer Abtasteinrichtung 10 zugeführt. Bei der Abtasteinrichtung 10 kann es sich beispielsweise um einen Analog-Digital-Wandler handeln. Ein solcher Analog-Digital-Wandler tastet ein analoges Eingangssignal zu vorbestimmten Zeitpunkten ab und liefert als Ausgangssignal ein digitales, abgetastetes Ausgangssignal u(tk) zu den Abtastzeitpunkten tk. Die vorbestimmten Abtastzeitpunkte tk können dabei Zeitpunkte mit äquidistanten Zeitintervallen sein. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Abtastung mit variablen Zeitintervallen möglich. Die Zeitpunkte zur Abtastung des Eingangssignal u(t) sollten dabei so gewählt werden, dass eine ausreichend präzise Abtastung des Eingangssignals u(t) erfolgen kann und dabei zumindest das Abtasttheorem erfüllt ist. Insbesondere ist es dabei beispielsweise möglich, dass sich die vorbestimmten Zeitpunkte für die Abtastung an ein Zeitraster für eine Weiterverarbeitung anlehnen. Aber auch eine Abtastung in einem Zeitraster, welches auf einer Frequenz für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 basiert, ist möglich. Ferner ist es auch möglich, dass die Abtastung des Eingangssignals bereits in der Signalquelle erfolgt, und die Signalquelle daraufhin bereits abgetastete Ausgangssignale u(tk) ausgibt.
  • Bei den zu verarbeitenden Eingangssignalen kann es sich beispielsweise um Ausgangssignale von einem Drehwinkelgeber, wie zum Beispiel einem Resolver oder ähnlichem handeln. Ein solcher Drehwinkelgeber kann die Rotorlage einer elektrischen Maschine erfassen ein zu der Rotorlage korrespondierendes Winkelsignal ausgeben. Aber auch weitere Eingangssignale, wie zum Beispiel Sensorsignale eines Sensors im Zusammenhang mit einem rotatorischen System, wie dem zuvor beschriebenen elektrischen Antriebssystem sind möglich. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Signale eines rotatorischen Systems als Eingangssignale möglich.
  • Parallel zu der Abtastung des Eingangssignals u(t) durch die Abtastvorrichtung 10 erfolgt in der Winkelbestimmungseinrichtung 20 eine Ermittlung des aktuellen Winkels des rotatorischen Systems. Die Winkelbestimmungseinrichtung 20 empfängt hierzu von dem rotatorischen System ein Winkelsignal. Dabei kann es sich um ein Winkelsignal handeln, das in dem rotatorischen System erzeugt bzw. erfasst worden ist, indem auch das Eingangssignal u(t) generiert worden ist. Das auszuwertende Eingangssignal u(t) und das Winkelsignal korrespondieren somit zueinander. Basierend auf dem erfassten Winkelsignal berechnet die Winkelbestimmungseinrichtung 20 einen Winkel φ(t). Insbesondere erfolgt die Berechnung des Winkels zu den Zeitpunkten tk, an denen das Eingangssignal u(t) durch die Abtasteinrichtung 10 abgetastet worden ist. Daraufhin gibt die Winkelbestimmungseinrichtung 20 den Winkel φ(tk) für die Zeitpunkte tk aus, an denen das Eingangssignal u(t) abgetastet worden ist. Für die Weiterverarbeitung stehen somit das abgetastete Eingangssignal u(tk) und der korrespondierende Winkel φ(tk) zur Verfügung.
  • Das abgetastete Eingangssignal u(tk) und der korrespondierende Winkel φ(tk) werden an eine Berechnungseinrichtung 30 weitergegeben. Die Berechnungseinrichtung 30 kann daraufhin den abgetasteten Signalwerten u(tk) jeweils den korrespondierenden Winkel φ(tk) zuordnen und somit die abgetasteten Signalwerte u(tk) unter Verwendung der zugeordneten Winkel φ(tk) verarbeiten. Die winkelbezogene Verarbeitung der Eingangssignale u(tk) wird nachfolgend noch näher erläutert. Als Ausgangssignal kann die Berechnungseinrichtung 30 daraufhin ein Ausgangssignal y(tk) ausgeben.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Berechnungseinrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform. Die Berechnungseinrichtung 30 empfängt, wie zuvor bereits beschrieben, die zu den Zeitpunkten t(k) abgetasteten Eingangswerte u(tk) und die korrespondierenden Winkel φ(tk). Falls für die Verarbeitung in der Berechnungseinrichtung 30 erforderlich, können die abgetasteten Eingangssignale u(tk) und/oder die Winkel φ(tk) in einem Speicher der Berechnungseinrichtung 30 zwischengespeichert werden. Beispielsweise kann in einem solchen Speicher eine vorbestimmte Anzahl von abgetasteten Eingangssignalen u(tk) bzw. Winkel φ(tk) in einem FIFO-Speicher oder einer zyklischen Speichereinrichtung abgespeichert werden. Je nach Anwendung sind darüber hinaus auch andere Speicherarten möglich. Die Berechnungseinrichtung 30 kann beispielsweise unter Verwendung des aktuellen Winkels φ(tk) und des zeitlich vorherigen Winkels φ(tk-1) eine Winkeldifferenz Δφ(tk) berechnen. Basierend auf dieser Winkeldifferenz Δφ(tk) kann daraufhin eine winkelbasierte Differentiation des aktuellen abgetasteten Eingangssignals u(tk) berechnet werden:
    Figure DE102015211264A1_0002
  • Andere winkelbezogene Berechnungen sind darüber hinaus ebenso möglich.
  • Derartige winkelbezogene Berechnungen von Signalen in einem rotatorischen System ermöglichen eine Vielzahl von möglichen Anwendungen, aus denen nachfolgend nur beispielhaft eine Anwendung beschrieben wird.
  • Beispielsweise ermöglicht die winkelbasiert Auswertung von Signalen in einem rotatorischen System eine zuverlässige Berechnung von Gleichanteilen (Offset) eines periodischen Signals. Ein Gleichanteil eines solchen periodischen Signals kann beispielsweise durch Integration des Signals über eine volle Periodendauer berechnet werden. Ist ein derartiges Signal jedoch vom Winkel des rotatorischen Systems abhängig, so kommt es bei einer zeitbasierten Integration zu Problemen, falls die Richtung und/oder die Drehfrequenz des rotatorischen Systems sich während der Integration ändert. Durch eine winkelbasierte Verarbeitung der Signale können derartige Probleme eliminiert oder zumindest deutlich verringert werden. Hierzu kann beispielsweise, wie zuvor beschrieben, das zu integrierende Eingangssignal u(tk) über einen vollen Kreisumlauf von 360 Grad bzw. 2π auch integriert werden. Hierzu wird zu jedem abgetasteten Eingangssignal u(tk) eine korrespondierende Winkeldifferenz Δφ(tk) wie zuvor beschrieben berechnet. Diese Winkeldifferenz Δφ(tk) ergibt sich damit aus der Differenz des Winkels zum Abtastzeitpunkt tk und dem Winkel zum vorherigen Abtastzeitpunkt tk-1. Für die Bestimmung des Gleichanteils in dem Eingangssignal u(t) werden daraufhin die abgetasteten Eingangssignalwerte u(tk) mit der zu den jeweiligen Eingangssignalwerten u(tk) korrespondierenden Winkeldifferenz Δφ(tk) multipliziert und solange aufsummiert bis die Summe der korrespondierenden Winkeldifferenzen Δφ(tk) einen vollen Kreisumlauf von 360 Grad bzw. 2π ergibt. Ist das Eingangssignal u(t) ein reines Wechselsignal ohne Gleichanteil, so sollte die Summe der abgetasteten Eingangssignale u(tk) Null ergeben. Ist die Summe ungleich Null, so kann diese Summe als berechneter Gleichanteil für die weitere Verarbeitung der abgetasteten Eingangssignale u(tk) berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann aus dem Eingangssignal u(t) der berechnete Gleichanteil entfernt oder alternativ in der Verarbeitung mit berücksichtigt werden.
  • Darüber hinaus sind weitere Anwendungen für die Verarbeitung von Eingangssignalen in einem rotatorischen System basierend auf den korrespondierenden Winkeln selbstverständlich ebenso möglich.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In einem Schritt S1 wird zunächst ein Eingangssignal u(t) zu vorbestimmten Zeitpunkten tk abgetastet und anschließend die abgetasteten Signalwerte u(tk) bereitgestellt. In Schritt S2 wird ein Winkelsignal erfasst, das zu dem Eingangssignal korrespondiert und daraus in Schritt S3 ein Winkel φ(tk) ermittelt. Die Ermittlung des Winkels φ(tk) basiert dabei auf dem zu den Zeitpunkten tk erfassten Winkelsignal.
  • In Schritt S4 werden daraufhin die ermittelten Winkel φ(tk) den korrespondierenden abgetasteten Signalwerten u(tk) zugeordnet, so dass in Schritt S5 eine Verarbeitung der abgetasteten Signalwerte u(tk) basierend auf dem zugeordneten Winkel φ(tk) erfolgen kann.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine winkelbasierte Signalverarbeitung von Eingangssignalen in einem rotatorischen System. In dem rotatorischen System werden Eingangssignale zu vorbestimmten Zeitpunkten abgetastet und zu den Zeitpunkten der Abtastung jeweils ein Winkel in dem rotatorischen System berechnet. Daraufhin erfolgt eine Weiterverarbeitung der abgetasteten Eingangssignale unter Verwendung der berechneten Winkel. Auf diese Weise ist eine zuverlässige und fehlerfreie Verarbeitung der Eingangssignale selbst bei schwankender Drehfrequenz oder einer Richtungsumkehr in dem rotatorischen System möglich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011078583 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System, mit: einer Abtasteinrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal zu vorbestimmten Zeitpunkten abzutasten und abgetastete Signalwerte bereitzustellen; einer Winkelbestimmungseinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, ein zu dem Eingangssignal korrespondierendes Winkelsignal zu erfassen und basierend auf dem erfassten Winkelsignal einen Winkel für die Zeitpunkte zu ermitteln, zu denen die Abtastvorrichtung das Eingangssignal abgetastet hat; einer Berechnungseinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, die ermittelten Winkel den korrespondierenden abgetasteten Signalwerten zuzuordnen und die abgetasteten Signalwerte unter Verwendung der zugeordneten Winkel zu verarbeiten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, eine Änderung des abgetasteten Eingangssignals in Abhängigkeit der Änderung der korrespondierenden Winkel berechnet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, die abgetasteten Signalwerte über einen vorbestimmten Winkelbereich mit einer Winkeldifferenz zwischen einem Winkelwert des abgetasteten Signalwerts und einem Winkelwert eines zuvor abgetasteten Signalwerts zu multiplizierten und das Produkt des Signalwerts mit der Winkeldifferenz aufzusummieren.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Berechnungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, das Produkt des Winkelwerts mit der Winkeldifferenz über einen Winkelbereich von 360 Grad aufzusummieren.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Winkelbestimmungseinrichtung einen Drehwinkelgeber (2) umfasst.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Drehwinkelgeber (2) einen Resolver umfasst.
  7. Antriebssystem, mit: einer elektrischen Maschine (3), die dazu ausgelegt ist eine Antriebsachse anzutreiben; und einer Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signalverlaufs nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6; wobei das Winkelsignal zu der Lage der Antriebsachse korrespondiert;
  8. Verfahren zur Verarbeitung eines Signalverlaufs in einem rotatorischen System, mit den Schritten: Abtasten (S1) eines Eingangssignals zu vorbestimmten Zeitpunkten und Bereitstellen der abgetasteten Signalwerte; Erfassen (S2) eines Winkelsignals, das zu dem Eingangssignal korrespondiert; Ermitteln (S3) von Winkeln basierend auf dem erfassten Winkelsignal für die Zeitpunkte, zu denen das Eingangssignal abgetastet worden ist; Zuordnen (S4) der ermittelten Winkel zu den korrespondierenden abgetasteten Signalwerten; und Verarbeiten (S5) der abgetasteten Signalwerte unter Verwendung der zugeordneten Winkel.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (S5) zum Verarbeiteten der abgetasteten Signalwerte ein Summieren der abgetasteten Signalwerte für einen vorbestimmten Winkelbereich umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, der Schritt (S5) zum Verarbeiten der abgetasteten Signalwerte die abgetasteten Signalwerte für einen Winkelbereich von 360 Grad aufsummiert und aus den aufsummierten abgetasteten Signalwerten einen Gleichanteil des Eingangssignal bestimmt.
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