DE102016122105A1

DE102016122105A1 - Verfahren zur Verringerung von Gleichlaufschwankungen eines Permanentmagneterregten Elektromotors

Info

Publication number: DE102016122105A1
Application number: DE102016122105.8A
Authority: DE
Inventors: Christof Scherg
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108075703B; CN108075703A

Abstract

Ein Verfahren zur Verringerung von Gleichlaufschwankungen eines in einer Maschine eingebauten Permanentmagnet-erregten, elektrischen Motors, wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden:Verwenden einer Lerneinrichtung (10), die selbstständig Testläufe des Motors (21) im Betrieb der Maschine ausführt und dabei Messdaten erfasst, die zur Verringerung einer Gleichlaufschwankung verwendet werden, undEinstellen einer Steuereinheit (18) auf Basis der Messdaten derart, dass sie die Gleichlaufschwankung kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung von Gleichlaufschwankungen eines in einer Maschine eingebauten Permanentmagnet-erregten Elektromotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In vielen technischen Bereichen kommen in Maschinen Elektromotoren zur Anwendung, die im Prinzip als Drehstromsynchronmaschinen mit Erregung durch Permanentmagnete ausgeführt sind. Beispiele für solche Maschinen mit Elektromotor sind beispielsweise Roboter, insbesondere angetriebene Robotergelenke, oder Elektrofahrzeuge.
In einer Permanentmagnet-erregten Drehstromsynchronmaschine führt das drehende magnetische Feld der Drehstromwicklung zu einer Bewegung des permanenterregten Rotors. Durch Verwendung geeigneter Regler zeigt ein solcher Motor das Verhalten eines Gleichstrommotors. Derartige Motoren kommen insbesondere in kleinen Antrieben zum Einsatz. Bei Verwendung geeigneter Getriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis können auch bei kleinen Motoren hohe Drehmomente erreicht werden, wie es insbesondere im Roboterbau relevant ist.
In der Regel ist die Drehstromwicklung eines solchen Motors dreisträngig ausgeführt. Durch Magnetisierungsvorgänge der eisenhaltigen Statorstruktur in den Spulen, aber auch durch mechanische Ungenauigkeiten wie variable Stärken der Magnete, unterschiedlich ausgeprägte Wicklungen oder ungenau platzierte Magnete, können Drehmomentschwankungen entstehen, welche sich als Gleichlaufschwankungen bemerkbar machen.
Auch Störungen oder Fehler, insbesondere systematische Fehler in den Winkel- oder Stromsensoren sowie in der Rotorlagerung oder durch ein angebundenes Getriebe, können periodische Gleichlaufschwankungen auslösen, die solchen ähnlich sind, wie sie von den oben beschriebenen Drehmomentschwankungen herrühren..
Solche Gleichlaufschwankungen sind bei Verwendung in hochpräzisen Anwendungen und bei kleinen Drehzahlen, wie sie im Falle von Robotergelenken auftreten, störend und ungeeignet, wenn eine hohe Präzision erforderlich ist.
Zur Verringerung von Drehmomentschwankungen können zwar auch Motoren mit höheren Phasenzahlen verwendet werden, jedoch erfordert dies höheren Aufwand und verursacht auch signifikant höhere Kosten.
Die DE 10 2014 105 730 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem die Drehmomentwelligkeit eines Motors elektronisch ausgeregelt wird, indem dem Steuerstrom des Motors während seiner Drehung Korrekturdaten aufgeprägt werden.
Die Korrekturdaten sind aus mechanischen Daten des Motors ermittelt und in einem Speicher abgelegt, so dass sie positionsabhängig dem jeweiligen Motorstrom überlagert werden können.
In einem Funktionsspeicher sind mehrere verschiedene Datensätze in Form von Tabellen gespeichert. Die Datensätze sind unter Berücksichtigung von Einflüssen ermittelt, die sich aus dem Kraft- und Drehmomentverlauf des Motors und ggf. einer angeschlossenen Last ergeben.
Die Datensätze können positionsabhängig oder zeitabhängig abgerufen und mit einer Eingangsgröße verknüpft werden, um zu positions- und zeitabhängigen Augenblickswerten zusammengesetzt zu werden.
Die den Kraft- bzw. Drehmomentverlauf des Motors berücksichtigenden Datensätze werden durch Messläufe zur Optimierung bzw. Erreichung des vorgegebenen Kraft- bzw. Drehmomentverlaufs eines Motors auf einem Mess- und Prüfstand ermittelt.
Alternativ können die Datensätze aus einem Muster von gemessenen Parametern und / oder Kennlinien berechnet werden.
Bei dem in der DE 10 2014 105 730 A1 gezeigten Verfahren, welches durch das Schaltbild gemäß 1 repräsentiert wird, ist nachteilig, dass die zur Durchführung einer Kompensation einer Welligkeit notwendigen Daten und / oder Parameter erst in einer Versuchsmessung an einem passenden Prüfstand ermittelt werden müssen. Im Anschluss daran werden diese in einem Speicher abgelegt.
Da die Ergebnisse einer Versuchsmessung an einem Motor selbst bei Baugleichheit nicht auf einen anderen Motor übertragen werden können, ist für jeden einzelnen Motor eine separate Versuchsmessung durchzuführen.
Weiter ist nachteilig, dass mit den im Versuch ermittelten Daten nur solange eine bestmögliche Verringerung der Drehmomentwelligkeit durchgeführt werden kann, solange sich die magnetischen Eigenschaften des Motors, der durch einen Permanentmagneten erregt ist (PM-Motor), nicht ändern.
Sobald sich beispielsweise ein Permanentmagnet des Motors, wenn auch nur geringfügig, demagnetisiert, können die im Speicher abgelegten Daten nicht mehr für eine bestmögliche Verringerung der Drehmomentwelligkeit genutzt werden.
Dann müssten die im Speicher abgelegten Daten an die veränderten magnetischen Eigenschaften des Motors mithilfe einer neuen Versuchsmessung angepasst bzw. aktualisiert werden.
Diese Vorgehensweise ist äußerst aufwendig, da zu diesem Zweck der in einer Maschine verbaute Motor zuvor ausgebaut und dann an einen Versuchsstand adaptiert werden müsste. Des Weiteren würde die Maschine mangels Motors für die Zeit des Versuchslaufs ausfallen.
Bei dem Verfahren des Stands der Technik ist weiter nachteilig, dass nur die von Asymmetrien im elektromagnetischen Aufbau des PM-Motors herrührenden und daher periodisch wiederkehrenden Drehmomentschwankungen ausgeglichen werden, nicht aber die oben beschriebenen und durch systematische Fehler in den Winkel- oder Stromsensoren sowie in der Rotorlagerung oder durch ein angebundenes Getriebe ausgelösten Gleichlaufschwankungen.
Eine alleinige Verringerung der im elektromagnetischen Aufbau des PM-Motors begründeten periodisch wiederkehrenden Drehmomentschwankungen reicht nämlich nicht aus, um beispielsweise eine ruckfreie Bewegung eines Roboterarms realisieren zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches möglichst alle bei einem in einer Maschine eingebauten Permanentmagnet-erregten Elektromotor auftretenden Gleichlaufschwankungen verringert, und welches die Nachteile des Stands der Technik überwindet und insbesondere im Falle veränderter magnetischer Eigenschaften eines PM-Motors zuverlässig die Drehmomentwelligkeit des Motors bestmöglichst verringert.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden:

- Verwenden einer Lerneinrichtung (10), die selbstständig Testläufe des Motors (21) im Betrieb der Maschine ausführt und dabei Messdaten erfasst, die zur Verringerung einer Gleichlaufschwankung verwendet werden, und
- Einstellen einer Steuereinheit (18) auf Basis der Messdaten derart, dass sie die Gleichlaufschwankung kompensiert.

Im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung wird im Folgenden anstelle des Begriffes der Gleichlaufschwankung synonym auch der Begriff der Welligkeit verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass alle relevanten Störungen mit einem auf die jeweilige Ursache gerichteten Lösungsansatz kompensiert werden können. Die Lerneinrichtung erlernt daher zunächst die individuellen Einflüsse der Störungen, bevor diese durch die Steuereinheit individuell kompensiert werden.
Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, dass es in der Serienfertigung verwendbar ist. Auch kann ein solches Verfahren in übliche Prüfschritte bei der Produktion integriert werden und beansprucht nur wenig Zeit.
Das Verfahren benötigt nur wenige Testläufe von jeweils kurzer Dauer, um die für die Kompensation einer Welligkeit erforderlichen Parameter zu bestimmen.
Die Testläufe können sowohl im lastfreien Betrieb nach der Fertigung einer Einzelkomponente, beispielsweise nach dem Zusammenbau eines Einzelgelenks, durchgeführt werden, als auch an der komplett montierten Maschine, z. B. ein Roboter, in einem Bereich mit wenig Laständerung.
Durch das Verfahren werden die Verfügbarkeit und Lebensdauer von sämtlichen mit PM-Motoren angetriebenen Maschinen verlängert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass Schäden, die insbesondere durch Welligkeiten des Drehmoments des PM-Motors verursacht werden, beispielsweise Lagerschäden, besser vorgebeugt wird. Zugleich können unnötige Ausfallzeiten und Reparaturkosten gesenkt werden.
Vorteilhaft werden die Testläufe des Motors in zwei Drehrichtungen des Motors durchgeführt. Hierdurch ist es möglich, einen zeitlichen Versatz zwischen einer Störung und einer Korrektur zu ermitteln und zu eliminieren.
Weiter vorteilhaft werden während mindestens eines Testlaufs des Motors mehrere Messsignale erfasst und als Messdaten aufgezeichnet. Hierdurch können zeitsparend eine Vielzahl von physikalischen Größen simultan erfasst werden, die sich gegebenenfalls überlagern und/ oder beeinflussen.
Vorteilhaft wird aus den Messdaten mindestens eine Frequenz einer Welligkeit ermittelt. Hierdurch kann eine periodisch wiederkehrende Störung erfasst bzw. erkannt werden.
Weiter vorteilhaft wird aus den Messdaten ermittelt, welche Komponente der Anordnung welche Welligkeit mit welcher Frequenz verursacht. Hierdurch können einzelne Störquellen ermittelt bzw. erkannt und einzeln kompensiert werden.
Vor diesem Hintergrund werden von einem Sensor kommende Messsignale und/ oder Messdaten zunächst kompensiert, bevor vom Motor kommende Messsignale und/ oder Messdaten verwendet werden, um eine motorbedingte Welligkeit zu ermitteln und/ oder zu kompensieren. So kann eine Störung, die von einem Sensor herrührt, bei der Kompensation von Störungen des Motors ausgeblendet werden. Sensorbedingte Störungen können von motorbedingten entkoppelt werden.
Vorteilhaft wird eine Steuereinheit verwendet, welche Algorithmen ausführt, um Welligkeiten zu kompensieren. Hierdurch ist es möglich, im Rahmen von Voruntersuchungen iterative Vorverfahren durchzuführen und das Verfahren an unterschiedliche Störungen gezielt anzupassen. Die Algorithmen werden durch die Lerneinrichtung erlernt.
Weiter vorteilhaft werden die Testläufe während eines Produktionsverfahrens oder an einer Produktionsstätte durchgeführt. Hierdurch ist es möglich, eine Anordnung oder eine Maschine, insbesondere einen Roboter, oder Einzelkomponenten bereits während der Fertigung von Fehlern zu befreien.
Vorteilhaft wird als Anordnung ein Roboter verwendet. Das hier beschriebene Verfahren ist in der Serienfertigung von Robotorgelenken verwendbar. Testläufe sind sowohl im lastfreien Betrieb bei einem üblichen Produktionstest nach dem Zusammenbau eines Einzelgelenks durchführbar. Testläufe sind auch an einem komplett montierten Roboter durchführbar.
Das hier beschriebene Verfahren bezieht sich auf Permanentmagnet (PM)-erregte Elektromotoren und betrifft Maßnahmen zur Kompensation derer Welligkeiten. Die Maßnahmen reduzieren die Welligkeiten von Drehmomenten und periodisch wiederkehrenden Gleichlaufschwankungen.
Das Verfahren ist auch bei Elektrofahrzeugen verwendbar, wenn geeignete Testbedingungen erreicht werden können. Solche Testbedingungen könnten entweder durch Aufbocken des Elektrofahrzeugs oder in einem gesicherten Straßenbereich ohne Unebenheiten geschaffen werden.
In der Zeichnung zeigen

1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schaltbild betreffend eine Kompensation einer Welligkeit eines Motors,
2 ein Schaltbild, welches eine erste, vereinfachte Ausführungsform der Erfindung betrifft,
3 ein Schaltbild betreffend eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Motorregelungsblock eine Vektorregelung des Schaltblocks gemäß 2 übernimmt,
4 ein Schaltbild betreffend eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die wesentlichen Bestandteile einer Lerneinrichtung gemäß 3 aufgezeigt sind,
5 ein Ablaufdiagramm für eine Voruntersuchung zur Durchführung der Kompensation einer Welligkeit, wobei dieses Verfahren angewandt wird, um eine parametrierbare Steuereinheit und eine Lerneinrichtung optimal an Aufgaben anzupassen, und
6 einen Roboter mit einem motorisch angetriebenen Gelenk, bei welchem das hier beschriebene Verfahren zum Einsatz kommt.

1 zeigt ein Schaltbild betreffend eine Kompensation einer Welligkeit gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Schaltbild betreffend ein Verfahren zur Kompensation mindestens einer Welligkeit eines Drehmoments oder einer Gleichlaufschwankung, die bei einer Anordnung auftritt, die einen Motor 21 umfasst, der mindestens einen Permanentmagneten aufweist.
Bei diesem Verfahren werden die folgenden Schritte ausgeführt:
Verwenden einer Lerneinrichtung 10, die selbstständig Testläufe des Motors 21 ausführt und dabei Messdaten erfasst, die zur Kompensation mindestens einer zu kompensierenden Welligkeit verwendet werden.
Einstellen einer Steuereinheit 18 auf Basis der Messdaten derart, dass sie die mindestens eine Welligkeit kompensiert.
2 zeigt, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren eine parametrierbare Steuereinheit 18 anstelle eines Memory-Bausteins 1 gemäß 1 und eine Lerneinrichtung 10 benutzt werden, mit der die zur Kompensation der Welligkeit erforderlichen Parameter gelernt werden können.
Die Lerneinrichtung 10 ist in der Lage, während üblicher Prüfschritte einer Produktion selbstständig Testläufe durchzuführen und die für eine erfolgreiche Kompensation einer Welligkeit erforderlichen Parameter zu lernen.
Hierzu steht während eines Lernvorgangs die Schalteinheit S1 in der in 2 angedeuteten ersten Stellung, so dass sämtliche Vorgaben für eine Vektorregelung des Motors 21 von der Lerneinrichtung 10 ausgehen. Bei der Vektorregelung werden die gemessenen Motorströme mittels Clarke-Transformation 6 und Park-Transformation 7 auf die Rotorkoordinaten q,d abgebildet, die dann Gleichstromgrößen werden und somit ohne periodische Wechselanteile geregelt werden können. Das Drehmoment wird über den PI-Regler 2 geregelt, eine eventuell benötigte Feldschwächung über den PI-Regler 3. Die Reglerausgaben werden über eine inverse Park-Transformation 4 und die Pulsweitenmodulationseinheit 5 auf die Motorspulen des Motors 21 ausgegeben.
Die parametrierbare Steuereinheit 18 ermittelt an Hand weniger Parameter einen Kompensationsstrom zur Unterdrückung der Welligkeit in der Drehzahl oder im Drehmoment bzw. im Nutzdrehmoment.
Außerdem verfügt die parametrierbare Steuereinheit 18 über verschiedene Algorithmen zur Unterdrückung von Störungen, die von den Drehwinkel- oder Stromsensoren, vom Getriebe, der Lagerung des Rotors oder der Antriebswelle des Motors 21 herrühren.
Insoweit wird eine Steuereinheit 18 verwendet, welche Algorithmen ausführt, um Welligkeiten zu kompensieren.
Durch die Lerneinrichtung 10 werden die Parameter gefunden, mit denen die parametrierbare Steuereinheit 18 die Welligkeit im Nutzdrehmoment sowie Gleichlaufstörungen ausreichend gut unterdrücken kann.
Wenn die Steuereinheit 18 erfolgreich angelernt und entsprechend parametrisiert ist, wird die Schalteinheit S1 in eine untere Stellung verbracht, so dass zur Regelung des Motors 21 eine beliebige Sollvorgabe 9 auf den Motor 21 einwirken kann. Die Sollvorgabe 9 ist ein Referenzstrom i_q,ref, der ein Drehmoment erzeugt.
In 3 ist die Vektorregelung des Schaltblocks 15 aus 2 zu einem Motorregelungsblock 20 zusammengefasst und auf die wesentlichen Teile konzentriert.
Eine Welligkeit kann im Motor 21 durch Asymmetrien in Spulen bzw. Permanentmagneten des Motors 21 entstehen. Eine Welligkeit kann auch von systematischen Fehlern in einem Sensor, beispielsweise einem Winkelgeber, herrühren. Eine Welligkeit kann auch durch eine Signalaufbereitung verursacht werden. Damit eine Kompensation einer Welligkeit erfolgreich durchführbar ist, muss für die jeweilige Ursache bzw. Störung ein passender Lösungsansatz gefunden und angewendet werden.
4 zeigt die wesentlichen Blöcke der Lerneinrichtung 10.
Die Lerneinrichtung 10 umfasst oder enthält eine Messeinrichtung 11, einen Messdatenspeicher 12, eine Auswerteeinrichtung 13, ein Parameteroptimierungsmodul 14 und einen gut eingestellten Drehzahlregler 16.
Der Drehzahlregler 16 kompensiert bei konstanter Drehzahlvorgabe durch ausgleichende Drehmomentänderungen jene Drehzahländerungen, die durch eine Welligkeit des Drehmoments verursacht sind.
Da der Drehzahlregler 16 aber erst regeln kann, wenn eine Störung bereits erfolgt ist, hat der vom Drehzahlregler 16 erzeugte Kompensationsstrom einen zeitlichen Versatz zu der Welligkeit des Drehmoments bzw. zur Störung, welche die Welligkeit auslöst.
Deshalb werden Testläufe des Motors 21 bei geringer konstanter Drehzahlvorgabe in zwei Drehrichtungen durchgeführt, um den zeitlichen Versatz klein zu halten sowie um durch Vergleich der beiden Drehrichtungen den zeitlichen Versatz eliminieren zu können.
Zu hohe Testgeschwindigkeiten können dazu führen, dass der Drehzahlregler 16 nicht mehr folgen kann oder gar Resonanzeffekte zeigt, welche die Messdaten verfälschen.
Deshalb sollte die Übertragungsfunktion des Drehzahlreglers 16 bekannt sein, um eine geeignete Testdrehzahl auf die zu messende Frequenz einer Welligkeit abstimmen zu können und die für den Testlauf benötigte Zeit kurz zu halten.
Während mindestens eines Testlaufs des Motors 21 werden mehrere Messsignale erfasst und als Messdaten aufgezeichnet.
Auswirkungen von Störungen sind in mehreren Messsignalen mit unterschiedlicher Ausprägung sichtbar. Deshalb werden bei dem hier beschriebenen Verfahren mehrere Messsignale während eines ersten Testlaufs für wenige Sekunden bzw. Motorumdrehungen aufgezeichnet, sobald der Drehzahlregler 16 die konstant vorgegebene Drehzahl eingestellt hat.
Wenn genügend Messdaten oder Datenpunkte für eine anschließende Auswertung aufgezeichnet sind, wird die Aufzeichnung des ersten Testlaufs beendet und der zweite Testlauf wird durch Invertieren der Drehrichtung vorbereitet.
Sobald eine vorgegebene Drehzahl oder Solldrehzahl in umgekehrter Drehrichtung erreicht ist, wird eine zweite Datenaufzeichnung gestartet. Nach einer gleichen Messzeit wird die zweite Datenaufzeichnung beendet und der Motor 21 wieder angehalten.
Die bei beiden Testläufen aufgezeichneten Messdaten oder Datenpunkte werden in dem Messdatenspeicher 12 getrennt nach Testlauf zwischengespeichert und anschließend in der Auswerteeinrichtung 13 ausgewertet.
Die Auswertung der aufgezeichneten Messdaten erfolgt in Form einer mehrkanaligen Fourier-Transformationsanalyse.
Das Auswerteverfahren wird robuster, wenn die Fourier-Transformation über einen kumulierten Motorwinkel θ für eine feste Anzahl an Umdrehungen und nicht über die Zeit durchgeführt wird.
Vor allem bei größeren Drehzahlschwankungen würden bei einer zeitbasierten Fourier-Transformation die Analyseergebnisse verwaschen und ungenau. Die Fourier-Analyse soll für jede relevante Störung eine Amplitude und einen Phasenwinkel liefern.
Analysiert man auf diese Weise den vom Drehzahlregler 16 vorgegebenen Referenzstrom i_q,ref, so führt die vom Drehzahlregler 16 verursachte Verzögerung zu einer Verschiebung des Phasenwinkels in Drehrichtung.
Durch Mitteln der Phasenwinkel aus beiden Testläufen in unterschiedlicher Drehrichtung bei gleicher Drehzahl kann daher die vom Drehzahlregler 16 verursachte Phasenverschiebung kompensiert werden.
Auf diese Weise können vor allem folgende Messsignale analysiert werden:

- Der vom Drehzahlregler 16 vorgegebene Referenzstrom i_q,ref
- Der gemessene Strom i_q
- Der Korrekturstrom i_q,corr
- Die Drehzahl ω
- sin θ_s und cos θ_s vom Drehwinkelsensor 17
- Die Quadratsumme (sin² θ_s + cos² θ_s) bzw. die Wurzel davon
- Der Summenstrom i_a + i_b + i_c

Es gelten nachstehende Zusammenhänge:
Die Fourier-Koeffizienten für eine Frequenz n werden gemäß den nachfolgenden Formeln (1) und (2) ermittelt: $a_{n} = \frac{1}{k} \sum_{θ_{i = 0}}^{m \cdot 2 π} f (θ_{i}) \cdot cos (n \cdot θ_{i})$
$b_{n} = \frac{1}{k} \sum_{θ_{i = 0}}^{m \cdot 2 π} f (θ_{i}) \cdot sin (n \cdot θ_{i})$
Wobei Folgendes gilt:

n=Frequenz=Perioden/ Umdrehung
θi=Motorwinkel bei i-ter Messung
m=Anzahl der Motorumdrehungen
f(θi)=Funktionswert der analysierten Größe bei der i-ten Messung

Für eine Amplitude A bei einer Frequenz n gilt: $A_{n} = \sqrt{a_{n}^{2} + b_{n}^{2}}$
Für den Phasenwinkel φ bei einer Frequenz n gilt: $tan (ϕ_{n}) = \frac{a_{n}}{b_{n}}$
Für den Mittelwert des Phasenwinkels ϕ_n aus den beiden Drehrichtungen vorwärts („vor“) und rückwärts („rück“) gilt Folgendes. ${\bar{ϕ}}_{n} = \frac{ϕ_{n, v o r} + ϕ_{n, r ü c k}}{2}$
Die Formeln (1) bis (5) erläutern die Fourier-Analyse.
Für jede Frequenz, nämlich jede Störfrequenz, sind die Amplitudenwerte gemäß Formel (3) sowie der Mittelwert der Phasenwinkel über beide Drehrichtungen aus Formel (5) relevant. Welche Funktionswerte f(θi) eingesetzt werden, hängt von der Herkunft der Störung ab. Bei Störungen des Motors 21 sind es der gemessene Strom f(θi)=i_q und der Korrekturstrom f(θi)=i_q,corr. Beim Drehwinkelsensor 17 werden die Sinus- bzw. Cosinus-Funktion sowie die Quadratsumme auf diese Weise analysiert.
Die Wahl des geeigneten Analysekanals hängt davon ab, welche Einflussgröße kompensiert werden soll.
Während im Messsignal der Drehzahl und folglich auch in den Strömen alle Störungen vermischt sind, zeigen die trigonometrischen Signale und ihre Quadratsumme bzw. die Wurzel daraus im Wesentlichen die Fehler des Drehwinkelsensors 17.
Bei korrekt arbeitenden Stromsensoren ist der Summenstrom gemäß der Kichhoffschen Regel konstant gleich Null. Wenn aber eine Stromverstärkung der Stromsensoren unterschiedlich ist, zeigt der Summenstrom eine fehlerbedingte Welligkeit mit einer Polwechselfrequenz.
Damit die Lerneinrichtung 10 auf den Typ des Motors 21, den verwendeten Typ des Drehwinkelsensors 17 und ein eventuell verwendetes Getriebe optimal angepasst werden kann, wird eine Voruntersuchung mit geeigneten Testläufen gemäß 5 durchgeführt.
Durch die Voruntersuchung kann herausgefunden werden, welche Frequenzen die beobachteten Drehzahlschwankungen zeigen und ob diese vom Drehwinkelsensor 17, vom Motor 21 oder vom Getriebe 24 stammen.
Aus den Messdaten wird insoweit mindestens eine Frequenz einer Welligkeit ermittelt. Aus den Messdaten wird insbesondere ermittelt, welche Komponente der Anordnung welche Welligkeit mit welcher Frequenz verursacht.
Es besteht nämlich ein grundlegender Unterschied zwischen der Kompensation von Welligkeiten aufgrund von Störungen des Motors 21 und aufgrund von denen des Drehwinkelsensors 17.
Während die vom Motor 21 herrührenden Drehzahlschwankungen in der Regel vom Motorstrom oder von einem Lastmoment abhängen, besteht diese Abhängigkeit nicht bei Störungen, die vom Drehwinkelsensor 17 herrühren.
Die Unterscheidung zwischen der Herkunft der Drehzahlschwankungen vom Motor 21 oder vom Drehwinkelsensor 17 ist vor allem dann entscheidend, wenn die Welligkeiten aufgrund dieser Störungen die gleiche Frequenz zeigen.
Wenn dies der Fall ist, muss unbedingt zuerst die Störung des Drehwinkelsensors 17 beseitigt werden, bevor die Kompensation der Welligkeit durchgeführt wird, die von einer Störung des Motors 21 erzeugt wird.
Insoweit werden von einem Sensor kommende Messsignale und/ oder Messdaten zunächst kompensiert, bevor vom Motor 21 kommende Messsignale und/ oder Messdaten verwendet werden, um eine motorbedingte Welligkeit zu ermitteln und/ oder zu kompensieren.
Die Voruntersuchung gemäß 5 läuft in einem iterativen Prozess ab. Zunächst werden ein Testlauf mit konstanter Geschwindigkeitsvorgabe in einer Richtung durchgeführt und Messdaten für die spätere Auswertung aufgezeichnet.
Danach erfolgt ein zweiter Testlauf in umgekehrter Drehrichtung bei gleicher Geschwindigkeitsvorgabe und es wird ein zweiter Satz Messdaten aufgezeichnet.
Die Durchführung der beiden Testläufe ist in 5 als Testlaufpaar TP durch Schritt 31 gekennzeichnet, welcher nach einem Startschritt 30 erfolgt.
Die jeweilige Aufzeichnung der Messdaten ist als Schritt 32 gekennzeichnet.
Sobald die beiden Testläufe und die Aufzeichnung der Messdaten abgeschlossen sind, erfolgt eine mehrkanalige Fourier-Transformationsanalyse, welche als Schritt 33 gekennzeichnet ist.
Danach folgt der Schritt 34, um die Frequenzen der Welligkeiten und deren
Herkunft zu bestimmen.
Schritt 34 wird im Folgenden näher erläutert.
Um unterscheiden zu können, ob die beobachteten Störungen vom Motor 21 oder vom Drehwinkelsensor 17 herrühren, werden das ausgewählte Messsignal und die festgestellte Frequenz einer Welligkeit aufgrund einer Störung berücksichtigt.
Zu jedem Störungstyp existieren eine charakteristische Grundfrequenz und zugehörige Oberwellen.
Asymmetrien in Rotormagneten zeigen die Polwechselfrequenz als Grundfrequenz.
Asymmetrien in den magnetischen Feldern eines Stators zeigen eine Grundfrequenz, die nach der Formel f_s = 1/Anzahl der Zähne ermittelt wird.
Für die Durchführung der Voruntersuchung können der in 4 gezeigte Messdatenspeicher 12 sowie die Auswerteeinrichtung 13 verwendet werden.
Die Aufzeichnung der Messdaten bzw. die nachfolgende Auswertung können bei geeigneter Datenübertragung auch extern vorgenommen werden.
Für eine externe Vornahme sprechen in der Regel eine größere Flexibilität, der meist größere verfügbare Speicher sowie die bessere graphische Darstellbarkeit der Fourier -Transformationsanalyse.
Wenn eine auftretende Frequenz einer Welligkeit und die Herkunft der zugrundeliegenden Störung gefunden sind, lässt sich die Auswerteeinheit 13 gezielt auf die zu bekämpfende Frequenz ausrichten und damit vereinfachen.
Insbesondere müssen in der Auswerteeinrichtung 13 dann nur für wenige Frequenzen die beiden Fourier-Koeffizienten, beispielsweise um Amplitude und Winkel zu erhalten, bestimmt werden.
In der Voruntersuchung wird zunächst bestimmt, welche Gleichlaufschwankungen durch Störungen des Drehwinkelsensors 17 erzeugt werden.
Eine Übersicht über sensorbedingte Störungen sind bereits bei zwei Testläufen beispielsweise im lastarmen Fall, insbesondere durch Durchführung der Schritte 31 und 32, erhältlich.
Da Störungen des Drehwinkelsensors 17 auch Einfluss auf den Motorwinkel θ nehmen, wirken sich diese Störungen auch in Form von vorgetäuschten kleinen Änderungen der Geschwindigkeit aus.
Der Drehzahlregler 16 reagiert auch auf vorgetäuschte Drehzahländerungen durch kompensierende Sollstromvorgaben.
Diese überlagern sich jedoch mit den Korrekturen, die der Drehzahlregler 16 infolge von detektierten Drehmomentschwankungen vornimmt.
Daher eignet sich die Vorgabe eines Referenzstroms i_q,ref in erster Linie zur Beurteilung der noch vorhandenen Störungen und gibt Aufschluss, welche Frequenzen überhaupt zu Gleichlaufschwankungen geführt haben.
Um die vom Drehwinkelsensor 17 herrührenden Störungen erkennen zu können, dient vor allem die Fourier-Transformation der Messsignale sin θ_s und cos θ_s vom Drehwinkelsensor 17 sowie die Fourier-Transformation der Quadratsumme (sin² θ_s + cos²θ_s) bzw. der Wurzel davon. Dies kann in Schritt 33 vorgenommen werden.
Zunächst ist mit Fehlern in der Signalaufbereitung zu rechnen. Solche Fehler können Offset-Fehler oder Skalierungsfehler sein.
Diese Fehler können leicht aus den Fourier-Koeffizienten der Messdaten bzw. Messsignale sin θ_s und cos θ_s vom Drehwinkelsensor 17 gewonnen werden, wenn die Fourier-Koeffizienten exakt über ein ganzzahliges Vielfaches an Umdrehungen bestimmt werden.
Eine nullte Ordnung, nämlich ein Fourier-Koeffizient a₀ für eine Frequenz von 0, liefert den Offset.
Eine erste Ordnung, nämlich ein Fourier-Koeffizient a_p, b_p für eine Polwechselfrequenz p des Drehwinkelsensors 17, liefert jeweils die Amplitude bzw. ein eventuell vorhandenes Übersprechen aus dem anderen Signal.
Offset-Fehler führen zu einer Schwankung der Quadratsumme mit der Grundfrequenz, nämlich der Polwechselfrequenz, des Drehwinkelsensors 17.
Fehler im Amplitudenverhältnis oder Übersprechfehler führen zu Schwankungen der Quadratsumme mit der doppelten Grundfrequenz, nämlich der Polwechselfrequenz, des Drehwinkelsensors 17.
Die Quadratsumme dient mehr zur Kontrolle als zur Extrahierung der Fehler, weil sie ein Kombinationssignal aus zwei Quellen darstellt.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem ein 10-poliger Resolver als Drehwinkelsensor 17 verwendet wird, kann auf diese Weise noch ein weiterer Fehler entdeckt werden, der sich in der Quadratsumme mit der vierfachen Polwechselfrequenz und in den Einzelsignalen mit der dreifachen Polwechselfrequenz, nämlich der dritten Oberwelle, zeigt.
Daher ist in der parametrierbaren Steuereinheit 18 ein Algorithmus zur Kompensation installiert, der mit zwei Parametern die Messsignale sin θ_s und cos θ_s vom Drehwinkelsensor 17 so korrigieren kann, dass die Quadratsumme der korrigierten Messsignale (sin² θ*_s + cos² θ*_s) die Schwankung in der vierfachen Polwechselfrequenz nicht mehr zeigen.
Die Parameter zur Korrektur eines Offsets, einer Skalierung, einem Übersprechen und ggf. einer dritten Oberwelle sind in 5 in Schritt 35 zusammengefasst. Schritt 35 stellt auf die Parameter ab, welche sensorbedingte Welligkeiten betreffen.
Die Voruntersuchung wird mit den korrigierten Messsignalen sin θ*_s und cos θ*_s vom Drehwinkelsensor 17 fortgesetzt, sobald die Quadratsumme (sin² θ*_s + cos² θ*_s) einen glatten Verlauf ohne signifikante Störfrequenzen aufzeigt.
In 5 ist die Entscheidung über den Erfolg der Sensorsignalkorrektur durch einen Entscheidungsknoten in Schritt 38 dargestellt.
Sobald die sensorbedingten Störungen bzw. Fehler ausreichend gut kompensiert sind, um die weiteren Untersuchungen nicht zu stören, werden die aus den Testlaufpaaren gemäß Schritt 31 gewonnenen Messdaten verarbeitet.
Diese Messdaten werden nach Durchführung der mehrkanaligen Fourier-Transformationsanalyse gemäß Schritt 33 verwendet, um in Schritt 36 die Parameter zu bestimmen, die eine motorbedingte Welligkeit betreffen.
Dies erfolgt an Hand des gemessenen Stroms i_q bzw. anhand des dem vorgegebenen Referenzstroms i_q,ref des Drehzahlreglers 16 hinzugefügten Korrekturstroms i_q,corr der parametrierbaren Steuereinheit 18.
Es wird ein iteratives Verfahren für jede im Schritt 34 festgestellte Frequenz angewendet. Schritt 34 stellt darauf ab, Frequenzen der Welligkeit und deren Herkunft zu bestimmen.
Bei jedem Iterationsschritt werden für jede zu prüfende Frequenz bzw. Störfrequenz die Amplituden und Phasenwinkel aus der Fourier-Transformation der beiden Messsignale gemessener Strom i_q und Korrekturstrom i_q,corr für jede Drehrichtung bestimmt und deren Mittelwerte anhand beider Drehrichtungen gebildet und miteinander verglichen.
Es soll möglichst eine Übereinstimmung bei Amplitude und Phasenwinkel erreicht werden, weil dies bedeutet, dass der Drehzahlregler 16 keine Abweichung bei dieser Frequenz detektieren kann und somit keinen kompensierenden Referenzstrom iq,ref für diese Störfrequenz liefern muss.
Es ist zweckmäßig, den ersten Iterationsschritt mit sehr kleiner Amplitude zu beginnen, damit die von der wahren Störung verursachte Phasenverschiebung und Amplitudenerhöhung sichtbar wird.
Sobald der Phasenwinkel mittels einer Differenzbildung stabil gefunden ist, kann auch die Amplitude für diese Störfrequenz durch Multiplikation mit dem reziproken Amplitudenverhältnis angeglichen werden.
Über den in der folgenden Formel (6) eingeführten Gewichtsfaktor X wird diese Funktionalität realisiert.
Er wird zumindest für den ersten Iterationsschritt klein gehalten und erst auf Werte von 0,9 bis 0,95 angehoben, wenn der Phasenwinkel gefunden wurde und sicher gestellt ist, dass die detektierte Amplitude A_n,l-1(i_q) im Messsignal des gemessenen Stroms i_q auch größer ist als die Amplitude A_n,l-1(i_q,corr) im aufgeprägten Kompensierungssignal i_q,corr.
Für den Amplitudenparameter pA_n,l, im I-ten Iterationsschritt gilt: $p A_{n, l} = p A_{n, l - 1} \cdot \frac{A_{n, l - 1} (i_{q})}{A_{n, l - 1} (i_{q, c o r r})} \cdot X$
mit:

X = Gewichtsfaktor < 1

Für den Phasenparameter pϕ_n,l im I-ten Iterationsschritt gilt: $p ϕ_{n, l} = p ϕ_{n, l - 1} + {\bar{ϕ}}_{n} (i_{q}) - {\bar{ϕ}}_{n} (i_{q, c o r r})$
Die Formeln (6) und (7) gelten für die Optimierung der Parameter betreffend den Motor im Iterationsschritt I.
Der Gewichtsfaktor X ist anfangs klein, bis der Phasenwinkel nahe dem Zielwert liegt und sicher ist, dass die gemessene Amplitude des gemessenen Stroms i_q größer ist als die von i_q,corr.
Nur so kann sichergestellt werden, dass auch eine Störung vorhanden ist und nicht nur vom bisherigen Korrekturwert vorgetäuscht wird.
Prinzipiell ist das später im Selbstlernvorgang angewandte iterative Verfahren eine Vereinfachung des bei der Voruntersuchung angewandten Verfahrens gemäß 5.
Da die Frequenzen der Welligkeiten und ihre Herkunft bereits in Schritt 34 bei der Voruntersuchung bestimmt worden sind, entfällt dieser Schritt beim Selbstlernvorgang.
Auch die Auswerteeinrichtung 13 muss nur für jede bekannte Frequenz bzw. Störfrequenz die Fourier-Koeffizienten Amplitude und Phase gemäß den Formeln (1) bis (5) für die zur Detektion der Störung geeigneten Messsignale berechnen.
Es existiert dann auch ein geeigneter Algorithmus zur Kompensation in der parametrierbaren Steuereinheit 18, um die detektierte Störung effizient mit den aus der Messung ermittelten Parametern unterdrücken zu können.
Das soeben beschriebene Verfahren zur Optimierung der Parameter betreffend den Motor 21 wird als Algorithmus des Parameteroptimierungsmoduls 14 in die Lerneinrichtung 10 integriert.
Für die Kompensation der motorbedingten Welligkeit des Drehmoments mit der Frequenz n wird von der parametrierbaren Steuereinheit 18 der Korrekturstrom i_q,corr = pA_n* cos (n*θ - pΦ_n) erzeugt und dem Referenzstrom i_q,ref hinzugefügt.
Ergänzt wird der Algorithmus des Parameteroptimierungsmoduls 14 auch noch durch die vorher beschriebenen Methoden zur Optimierung der sensorbedingten Parameter (vgl. 4).
Daher lässt sich bereits während der Voruntersuchung testen, ob die Lerneinrichtung 10 sowie die parametrierbare Steuereinheit 18 richtig funktionieren. Bevorzugt ist die Lerneinrichtung 10 in einem Microcontroller installiert oder als solcher ausgeführt.
Es kann auch überprüft werden, ob nach wenigen Iterationsschritten durch die Lerneinrichtung 10 notwendige Parameter zur Korrektur gefunden werden können.
Ein weiteres Ziel der Voruntersuchung ist es, für die stromabhängigen Drehzahlschwankungen eine einfache parametrierbare Formel zu finden, um dann bei späteren Prüfungen während der Serienfertigung aus den wenigen Testläufen im lastarmen Fall auf das Verhalten bei höherer Last schließen zu können.
Grundsätzlich sucht man für alle stromabhängigen Frequenzen oder Störfrequenzen eine passende einfache Amplitudenfunktion.
Meist reicht es jedoch aus, nur für die Grundfrequenzen von Rotor und Stator des Motors 21 die Amplitudenfunktionen zu installieren, weil die Oberwellen deutlich schwächer sind und nicht so stark stören.
Es ist allerdings auch nötig, eine Phasenfunktion zu ermitteln, weil die dem Referenzwert aufgeprägten Korrekturströme i_q,correrst verzögert vom Motorregelungsblock 20 eingestellt werden und daher zu einer geschwindigkeitsabhängigen Verschiebung führen.
Deshalb muss diese Verzögerung durch einen adäquaten Vorlauf kompensiert werden. Die Phasenfunktion hat jedoch nur eine geringe Stromabhängigkeit, die meist vernachlässigt werden kann.
Die hier beschriebenen Testläufe werden während eines Produktionsverfahrens oder an einer Produktionsstätte durchgeführt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als Anordnung ein Roboter verwendet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Voruntersuchung an einem zusammengebauten Roboter 22 durchgeführt. Dies ist in 6 schematisch dargestellt.
Der Roboter 22 umfasst eine Basis 28, an die ein Arm 25 über ein Gelenk 23 drehbar angebunden ist. In dem Gelenk 23 sind der Motor 21 und ein Getriebe 24 verbaut, um die Drehbewegung des Arms 25 anzutreiben.
Der Drehwinkel θ kann mittels des Drehwinkelsensors 17 erfasst werden. Am oberen Ende des Arms 25 ist ein weiteres Gelenk 26 angeordnet, welches analog zu dem Gelenk 23 aufgebaut sein kann, um einen an dem weiteren Gelenk 26 montierten Endeffektor 27 zu bewegen. Der Endeffektor 27 kann ein beliebiges Werkzeug und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Greifer ausgebildet.
Um die Messzeit bei der Voruntersuchung zu verkürzen, ist an dem Arm 25 oder am Endeffektor 27 ein Gewicht angebracht. Das Gewicht wird bei langsamer Geschwindigkeitsvorgabe über einen Halbkreis bewegt von einer waagerechten über eine senkrechte Position in eine gegenüberliegende waagerechte Position und wieder zurück.
Dabei werden extern mehrere Messdaten aufgezeichnet. Beispielsweise werden so in jeder Bewegungsrichtung zwölf Messdatensätze mit unterschiedlicher Last gesammelt, je nach Winkelstellung des Lastarms, nämlich des Arms 25.
Entsprechend der Anzahl der Zähne und Permanentmagneten des Motors ergeben sich die jeweiligen Grundwellen. Da im vorliegenden Beispiel der Stator des Motors 21 mit 18 Zähnen aufgebaut ist und der Rotor aus 20 Permanentmagneten, werden für die Grundfrequenzen, nämlich die Frequenz= 18/Umdrehung und die Frequenz=20/Umdrehung, sowie die Frequenzen der Oberwellen =36/Umdrehung, =54/Umdrehung und =40/Umdrehung, die Fourier-Koeffizienten aus dem gemessenen Strom i_q bestimmt und über dem mittleren Laststrom während der jeweiligen Messdatenaufzeichnung aufgetragen.
Dabei zeigt sich, dass nur für die Grundwellen eine Amplitudenfunktion mit einer leichten Verschiebung beim Nulldurchgang der Frequenz=20/Umdrehung bzw. bei der Frequenz=18/Umdrehung installiert werden muss.
Die Stromabhängigkeit ist bei den Oberwellen deutlich geringer und insgesamt verursachen diese weniger Störeffekte.
Die für einen Motor 21 gefundene Amplitudenfunktion kann auch bei anderen Motorgrößen bei sonst gleichem Aufbau, nämlich bei einem Stator mit 18 Zähnen und einem Rotor mit 20 Permanentmagneten, verwendet werden.
Die Phasen ändern sich kaum mit dem Strom, aber deutlich bei der Richtungsumkehr. Die Phasenfunktionen werden daher an einem frei drehbaren Einzelgelenk im lastarmem Fall bestimmt.
Die in der Voruntersuchung gefundenen Amplitudenfunktionen sowie die Phasenfunktionen werden zusätzlich zu den für die Korrektur der Sensorfehler erforderlichen Algorithmen in die parametrierbare Steuereinheit 18 integriert.
Die Auswerteeinheit 13 ist auf die Detektion der Frequenzen= 18/Umdrehung, =20/Umdrehung, =36/Umdrehung, =54/Umdrehung und =40/Umdrehung, welche auf eine Störung des Motors 21 zurückgehen, sowie auf die vom Drehwinkelsensor 17 zu erwartenden Frequenzen ausgerichtet.
Der Algorithmus des Parameteroptimierungsmoduls 14 wird darauf abgestimmt, zuerst die sensorbedingten Störungen bzw. Fehler zu kompensieren und danach in weiteren Iterationsschritten die motorbedingten Störungen.
So können in einem Lernprozess, beispielsweise während der ersten Inbetriebnahme eines zusammengebauten Motors 21 aus Messungen im lastarmen Fall die erforderlichen Parameter für die Unterdrückung von Drehzahlschwankungen infolge von sensorbedingten Störungen und von motorbedingten Drehmomentschwankungen bestimmt werden.
Die Bestimmung der Parameter kann auch an einem zusammengebauten Roboter 22 bei Bedarf wiederholt werden, indem die für den Lernprozess nötigen Messungen im lastarmen Fall wiederholt werden.
Auch für eine einfache lineare Amplitudenfunktion passende Parameter können aus den bei den Bewegungsrichtungen „vorwärts“ und „rückwärts“ gemessenen Amplituden und mittleren Strömen bestimmt werden.
Falls auch getriebebedingte Störungen, beispielsweise vom Getriebe 24, oder Störungen aus der Lagerung kompensiert werden sollen, ist ein weiterer Optimierungsschritt für die charakteristischen Frequenzen dieser Störungen erforderlich.
In der Regel sind diese Frequenzen wesentlich niedriger und liegen im Bereich =1/Umdrehung oder =2/Umdrehung.
Es können mit dem beschriebenen Verfahren jedoch nur periodisch wiederkehrende Störungen und somit vorhersehbare Störungen kompensiert werden.
Bei zufällig auftretenden Störungen in der Lagerung oder für Effekte aufgrund eines Getriebespiels ist die Vorhersehbarkeit in der Regel nicht gegeben und somit auch keine Korrektur planbar.
Alternativ zu dem beschriebenen Verfahren mit den Amplituden gemäß Formel (3) und den Phasenmittelwerten gemäß Formel (5) kann auch direkt mit den Fourier-Koeffizienten gemäß Formel (1) und Formel (2) ein Verfahren zur Optimierung aufgebaut werden.
Bei den Grundfrequenzen zu den vom Rotor bzw. Stator herrührenden Größen hat sich jedoch das beschriebene Verfahren bewährt, weil geschwindigkeitsabhängige Verzögerungen so leichter auf die Phasenverschiebung abgebildet werden können.
Es ist auch denkbar, für die Oberwellen ein Kombinationsverfahren
aus beiden Verfahren zu verwenden, indem die für die Grundwelle anzuwendende Phasenverschiebung als Verschiebewinkel bei der Berechnung der Fourier-Koeffizienten nach den Formeln (1) und (2) eingesetzt wird und somit der geschwindigkeitsabhängige Anteil in gleicher Weise kompensiert wird wie bei der Grundwelle.
Bezugszeichenliste

1: Memory-Baustein
2: PI-Regler
3: PI-Regler
4: Inverse Parktransformation (von drehendem Rotorsystem auf stehendes Statorsystem)
5: Pulsweitenmodulationseinheit
6: Clarke-Transformation (von 3 Phasen System auf kartesisches Koordinatensystem)
7: Park-Transformation (von stehendem Statorsystem auf drehendes Rotorsystem)
9: Sollvorgabe
10: Lerneinrichtung
11: Messeinrichtung
12: Messdatenspeicher
13: Auswerteeinrichtung
14: Parameteroptimierungs-modul
15: Schaltblock
16: Drehzahlregler
17: Drehwinkelsensor
18: Steuereinheit (parametrierbare µC-Einheit)
20: Motorregelungsblock
22: Roboter
21: Motor
23: Gelenk
24: Getriebe
25: Arm
26: weiteres Gelenk
27: Endeffektor
28: Basis
S1: Schalteinheit

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 102014105730 A1 [0008, 0014]

Claims

Verfahren zur Verringerung von Gleichlaufschwankungen eines in einer Maschine eingebauten Permanentmagnet-erregten, elektrischen Motors (21), dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte ausgeführt werden: - Verwenden einer Lerneinrichtung (10), die selbstständig Testläufe des Motors (21) im Betrieb der Maschine ausführt und dabei Messdaten erfasst, die zur Verringerung einer Gleichlaufschwankung verwendet werden, und - Einstellen einer Steuereinheit (18) auf Basis der Messdaten derart, dass sie die Gleichlaufschwankung kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testläufe des Motors (21) in zwei Drehrichtungen des Motors (21) durchgeführt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Testläufe bei konstanter Motordrehzahl des Motors (21) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens eines Testlaufs des Motors (21) mehrere Messsignale erfasst und als Messdaten aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messdaten mindestens eine Frequenz einer Gleichlaufschwankung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messdaten ermittelt wird, welche Komponente der Anordnung welche Gleichlaufschwankung mit welcher Frequenz verursacht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Motor (21) bedingte Gleichlaufschwankung von einer von einem Sensor bedingten Gleichlaufschwankung entkoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sensor bedingte Gleichlaufschwankung zuerst kompensiert wird, bevor eine vom Motor (21) bedingte Gleichlaufschwankung kompensiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten einen gemessenen Strom (i_q) oder einen Korrekturstrom (i_q, _corr) und einen Motorwinkel (θ) des Motors (21) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Motor (21) bedingte Gleichlaufschwankung anhand des gemessenen Stroms (i_q) oder des Korrekturstroms (i_q, _corr) ermittelt wird und / oder eine vom Sensor bedingte Gleichlaufschwankung anhand des Sinus und Cosinus des Motorwinkels (sin(θ), cos(θ)) des Motors (21) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Drehwinkelsensor (17) ist und einen Motorwinkel (θ) des Motors (21) bestimmt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (18) verwendet wird, welche Algorithmen ausführt, um Gleichlaufschwankungen zu kompensieren.