DE102017217869A1 - Steuerung eines Aktuators - Google Patents

Steuerung eines Aktuators Download PDF

Info

Publication number
DE102017217869A1
DE102017217869A1 DE102017217869.8A DE102017217869A DE102017217869A1 DE 102017217869 A1 DE102017217869 A1 DE 102017217869A1 DE 102017217869 A DE102017217869 A DE 102017217869A DE 102017217869 A1 DE102017217869 A1 DE 102017217869A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
position signal
changes
encoder
positions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017217869.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Igor Jantzen
Roman Frei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102017217869.8A priority Critical patent/DE102017217869A1/de
Publication of DE102017217869A1 publication Critical patent/DE102017217869A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0246Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using a video camera in combination with image processing means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451Incremental encoders

Abstract

Ein Aktuator (105) ist mit einem Encoder verbunden, der dazu eingerichtet ist, ein digitales Positionssignal (210) bereitzustellen, das über einen Aktuatorweg (105) zyklisch ist. Ein Verfahren (300) zum Steuern des Aktuators (105) umfasst Schritte des Ansteuerns (305) des Aktuators (105) zu einer Bewegung; des Erfassens (310) von Zeitpunkten, zu denen sich das Positionssignal (210) ändert; des Bestimmens (320), dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators (105) konstant ist, auf der Basis der Zeitpunkte; und des Bestimmens (325) relativer Positionen (210) des Aktuators (105), an denen sich das Positionssignal (210) ändert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Aktuators. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung eines Aktuators, der mit einem zyklischen, digitalen Encoder zur Positionsbestimmung verbunden ist.
  • Ein Aktuator ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Ansteuerung einen vorbestimmten Weg zurückzulegen, beispielsweise um eine Vorrichtung zu betätigen. Zur Steuerung des Aktuators ist dieser mit einem digitalen Encoder verbunden, der zyklisch arbeitet. Beispielsweise kann der Aktuator eine Drehbewegung bereitstellen und der Encoder kann ein digitales Positionssignal pro Umdrehung mehrmals ändern. Der Encoder kann beispielsweise gebildet sein, indem ein Magnetring am Aktuator und ein Magnetsensor in der Umgebung des Aktuators angebracht ist. Der Magnetring umfasst mehrere Einzelmagneten, deren magnetische Nord- und Südpole auf dem Umfang des Magnetrings alternierend ausgerichtet sind. Passiert ein Übergang zwischen Nord- und Südpol den Magnetsensor, so ändert dieser sein Ausgangssignal.
  • Die Genauigkeit einer Positionsbestimmung des Aktuators mit einer derartigen Vorrichtung ist jedoch begrenzt, da eine Fertigungsqualität des Magnetrings und des Magnetsensors, eine Positionierung des Magnetsensors gegenüber dem Magnetring, eine Abtastung und Umsetzung eines Signals des Magnetsensors jeweils begrenzt sind. Weitere Fehlerquellen sind auch möglich und entsprechende Fehlerquellen können auch auf Positionssensoren wirken, die anders als magnetisch aufgebaut sind. Zwar können Ungenauigkeiten auch nachträglich beispielsweise mittels einer Signalverarbeitung geglättet werden, die Genauigkeit einer einzelnen Positionsbestimmung kann dadurch jedoch nicht erhöht werden. Eine Steuerung des Aktuators in Abhängigkeit des Positionssignals des Aktuators kann dadurch unzuverlässig oder ungenau sein.
  • Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Steuerung des Aktuators bereitzustellen. Die Erfindung löst dieses Problem mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
  • Ein Aktuator ist mit einem Encoder verbunden, der dazu eingerichtet ist, ein digitales Positionssignal bereitzustellen, das über einen Aktuatorweg des Aktuators zyklisch ist. Ein Verfahren zum Steuern des Aktuators umfasst Schritte des Ansteuerns des Aktuators zu einer Bewegung; des Erfassens von Zeitpunkten, zu denen sich das Positionssignal ändert; des Bestimmens, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators konstant ist, auf der Basis der Zeitpunkte; und des Bestimmens relativer Positionen des Aktuators, an denen sich das Positionssignal ändert.
  • Auf der Basis einer bestimmten Änderung des Positionssignals kann verbessert auf eine genaue Position des Aktuators geschlossen werden. Abweichungen zwischen einer erwarteten und einer tatsächlichen Position des Aktuators, an der eine Änderung des Positionssignals erfolgt, können so bestimmt werden. Fertigungstoleranzen, Verschleiß oder andere Störeinflüsse, welche die Position beeinflussen können, können berücksichtigt werden. Der Aktuator kann auf der Basis des Positionssignals in Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit verbessert gesteuert werden. Weitere Bestimmungen, die beispielsweise auf Abständen zwischen den Positionen basieren, können verbessert durchgeführt werden.
  • Eine Filterung, eine Mittelwertbildung oder einer andere Verarbeitung von Messwerten, insbesondere über mehrere Messungen hinweg, kann für eine Bestimmung einer Position oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators nicht erforderlich sein, sodass weniger Verarbeitungskapazität erforderlich sein kann oder ein Bestimmungsergebnis schneller vorliegen kann. Eine Dynamik bei der Ansteuerung des Aktuators kann dadurch vergrößert sein. Der Aktuator kann verbessert zur Ansteuerung einer Vorrichtung mit hoher Präzision eingesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform wird eine Position des Aktuators auf der Basis der bestimmten Positionen und dem Zeitpunkt einer Änderung des Positionssignals bestimmt. So kann eine absolute Positionsbestimmung des Aktuators mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Der Aktuator kann verbessert als Stellantrieb, beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs für eine Sitzverstellung, einen elektrischen Fensterheber, oder einen Klappenantrieb in einer Heizungssteuerung verwendet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators auf der Basis der bestimmten Positionen und einer Dauer zwischen Änderungen des Positionssignals bestimmt. Bereits auf der Basis von drei Änderungen des Positionssignals können zwei Bewegungsgeschwindigkeiten, und daraus eine Beschleunigung bestimmt werden. Insbesondere ein Aktuator mit einem großen Dynamikbereich, also einer weiten Spanne von Geschwindigkeiten, kann dadurch verbessert gesteuert werden. Optional kann auch eine Bewegungsbeschleunigung des Aktuators bestimmt werden. Dazu können bestimmte Bewegungsgeschwindigkeiten nach der Zeit differenziert werden.
  • Der Aktuator kann auf der Basis der Zeitpunkte so gesteuert werden, dass seine Bewegungsgeschwindigkeit konstant ist. Beispielsweise kann der Aktuator eine phasengesteuerte elektrische Maschine umfassen. Mittels der Erfindung können eine Drehgeschwindigkeit oder eine Drehzahl bestimmt werden. Die Bewegung des Aktuators kann dann beispielsweise mittels einer feldorientierten Steuerung (FOS) oder einer feldorientierten Regelung (FOR) durchgeführt werden. Nach dem Bestimmen der Positionen, an denen sich das Positionssignal ändert, kann die Steuerung des Aktuators auf der Basis der Positionen und des Positionssignals fortgeführt werden.
  • Ein Zyklus kann n Änderungen des Positionssignals umfassen, wobei beginnend von n aufeinander folgenden Änderungen des Positionssignals jeweils die Dauer für n weitere Änderungen des Positionssignals bestimmt wird. Es kann bestimmt werden, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators konstant ist, falls die Dauern um weniger als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.
  • Gilt beispielsweise n=4, so ändert sich das Positionssignal 4 mal innerhalb eines Zyklus und es können Dauern für 4 Durchläufe jeweils eines Zyklus bestimmt werden. Dabei sind die Durchläufe um 1/n eines Zyklus phasenversetzt. Für eine vollständige Bestimmung durchläuft der Encoder also zwei Zyklen, wobei sich das Positionssignal 2n mal ändert. Die Dauern werden jeweils zwischen den Änderungen i und i+n bestimmt, wobei i=1,...,n. Im vorliegenden Beispiel gilt n=4.
  • Ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators konstant, so wird der Encoder mit konstanter Geschwindigkeit betätigt und die Dauern zum Durchlaufen eines Zyklus sind gleich, unabhängig davon, welche Position als Anfangsposition für eine Bestimmung verwendet wird. Das bedeutet insbesondere, dass ein Fehler zwischen einer Aktorposition, an der eine Änderung des Positionssignals erfolgt, und einer Aktorposition, an der die Änderung erwartet wird, nicht in die Bestimmung eingeht. Auch voneinander abweichende Abstände zwischen Positionen, an denen eine Änderung des Positionssignals erfolgt, beeinträchtigen die Bestimmung der konstanten Geschwindigkeit nicht. Das vorbestimmte Maß kann als absolute oder relative Abweichung angegeben sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Anzahl n von Änderungen des Positionssignals innerhalb eines Zyklus bestimmt werden, um beispielsweise einen mechanischen Defekt oder Verschleiß im Bereich des Encoders zu bestimmen. Umfasst der Encoder beispielsweise ein zahnradförmiges Element, das beispielsweise zur Leitung eines magnetischen Feldes eingerichtet ist, so kann ein Bruch eines der Zähne zur Verringerung der Anzahl n führen. Die Zahl n kann bestimmt werden, indem die Positionen des Aktuators bestimmt werden, an denen sich jeweils das Positionssignal ändert. Anschließend können die Positionen, die innerhalb einer Umdrehung des Encoders liegen, gezählt werden. Alternativ kann der Aktuator zu einer möglichst gleichbleibenden Geschwindigkeit angesteuert werden und Zeiten, die zwischen einer Änderung i und einer Änderung i+n liegen, können für unterschiedliche n miteinander verglichen werden. Die Anzahl n ist gefunden, wenn die Zeiten für mehrere aufeinander folgende Zyklen gleich oder annähernd gleich sind. Ein Suchraum für n kann um eine ursprüngliche Anzahl herum oder unter der ursprünglichen Anzahl gewählt sein.
  • Eine Steuervorrichtung für einen Aktuator umfasst eine Ansteuereinrichtung zur Steuerung eines Aktuatorwegs; einen Encoder, der dazu eingerichtet ist, ein digitales Positionssignal bereitzustellen, das über den Aktuatorweg zyklisch ist, und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, Zeitpunkte zu erfassen, zu denen sich das Positionssignal ändert; auf der Basis der Zeitpunkte zu bestimmen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators konstant ist; und relative Positionen des Aktuators zu bestimmen, an denen sich das Positionssignal ändert.
  • Die Steuervorrichtung kann zusammen mit dem Aktuator ein System bilden. Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein hierin beschriebenes Verfahren durchzuführen. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens, der Steuervorrichtung oder des Systems können zwischen den verschiedenen Gegenständen übertragen werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen. Das Verfahren kann ganz oder teilweise als Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines hierin beschriebenen Verfahrens vorliegen. Ein computerlesbarer Speicher kann eine Repräsentation des Computerprogrammprodukts enthalten.
  • Die Steuervorrichtung kann eine verbesserte Steuerung des Aktuators, insbesondere hinsichtlich einer Positioniergenauigkeit oder einer Bewegungsgeschwindigkeit, ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung mit der Ansteuereinrichtung integriert ausgeführt, sodass nach außen ein gekapseltes System mit hoher Steuergenauigkeit bereitgestellt werden kann.
  • Der Encoder kann einen Drehencoder umfassen. Dabei kann der Encoder beispielsweise magnetisch, optisch, kapazitiv, induktiv oder mechanisch arbeiten.
  • Der Aktuator ist bevorzugt als Drehaktuator ausgebildet. Eine Drehbewegung des Aktuators ist bevorzugt unmittelbar auf den Encoder gekoppelt. Umfasst der Aktuator ein Untersetzungsgetriebe, so ist bevorzugt, den Encoder in einer Untersetzungskette möglichst nahe am Aktuator anzuordnen.
  • Der Aktuator kann insbesondere eine phasengesteuerte Elektromaschine umfassen. Der Aktuator kann insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise als Traktionsantrieb, als Stellantrieb oder Leistungsantrieb bereitgestellt sein.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
    • 1 ein beispielhaftes Aktuatorsystem;
    • 2 eine Darstellung von Positionen an einem Encoder eines Aktuators; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Aktuators darstellt.
  • 1 zeigt ein Aktuatorsystem 100, das einen Aktuator 105 und eine Steuervorrichtung 110 umfasst. Die Steuervorrichtung 110 umfasst einen Encoder 115, eine Verarbeitungseinrichtung 120 und eine Ansteuervorrichtung 125. Das Aktuatorsystem 100 kann insbesondere zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs eingerichtet sein, beispielsweise zur Betätigung oder Positionierung einer Vorrichtung oder zum Antrieb einer anderen Vorrichtung.
  • Der Aktuator 105 kann zur Bereitstellung einer Drehbewegung, einer linearen Bewegung oder einer praktisch beliebigen anderen Bewegung, beispielsweise an einem Betätigungselement 130 eingerichtet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktuator 105 eine phasengesteuerte elektrische Maschine, beispielsweise eine Permanenterregte Synchronmaschine (PSM), insbesondere als bürstenlose Gleichstrommaschine (BLDC), oder eine Asynchronmaschine (ASM). Die Ansteuervorrichtung 125 ist zur Steuerung einer Bewegung des Aktuators 105 eingerichtet und kann beispielsweise eine elektrische Phasensteuerung umfassen, insbesondere eine feldorientierte Steuerung. Eine Drehbewegung des Aktuators kann in eine Linearbewegung umgesetzt werden, beispielsweise mittels eines Spindeltriebs oder eines Zahnstangengetriebes.
  • Der Encoder 115 ist dazu eingerichtet, ein digitales Positionssignal bereitzustellen, dessen Änderung zwischen zwei Zuständen auf das Erreichen einer vorbestimmten Position des Aktuators 105 (bzw. des Betätigungselements 130) hinweist. Dabei ist das bereitgestellte Positionssignal zyklisch, indem sich über eine Bewegung des Aktuators Änderungen des Positionssignals wiederholen. Das Positionssignal kann insbesondere binär (zweiwertig) sein und ein Zyklus umfasst allgemein n Übergänge, wobei bevorzugt gilt: n>=2. Der Encoder 115 kann beispielsweise magnetisch, optisch, kapazitiv, induktiv oder mechanisch arbeiten.
  • In einer beispielhaft in 1 angedeuteten Variante umfasst der Encoder 115 einen Magnetring 135 mit Magneten 140 und einen Magnetsensor 145. Die Magneten 140 sind bezüglich ihrer Nord- und Südpole gegenüber dem Magnetsensor 145 abwechselnd orientiert, sodass der Magnetsensor 145 bei einer Drehung des Magnetrings 140 in ihren Richtungen wechselnden Magnetfeldern ausgesetzt ist. Im Beispiel sind 8 Magneten 140 vorgesehen, sodass n=8. Bewegt sich der Aktuator 105, so dreht sich das Magnetrad 135. Der Magnetsensor 145 registriert Übergänge zwischen den Magnetfeldern und stellt ein Positionssignal bereit, das sich an jedem Übergang ändert, beispielsweise von HIGH auf LOW beim Übergang von einem dem Magnetsensor zugewandten Nordpol zu einem Südpol, oder umgekehrt. Positionen des Aktuators 105, an denen jeweils eine Änderung des Positionssignals erfolgt, sind theoretisch gleich über den Zyklus des Encoders 115 verteilt. Praktisch existieren jedoch Abweichungen zwischen einer erwarteten und einer tatsächlichen Position, an der sich das Positionssignal ändert.
  • Die Verarbeitungseinrichtung 120 ist dazu eingerichtet, auf der Basis von Änderungen des Positionssignals eine Position oder eine Bewegungsgröße des Aktuators zu bestimmen. Eine bestimmte Größe kann über eine Schnittstelle 150 nach außen bereitgestellt werden. Die Größe kann auch der Steuerung des Aktuators 105 mittels der Ansteuerung 125 zu Grunde gelegt werden.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung 110 dazu eingerichtet ist, tatsächliche Positionen des Aktuators 105 oder des Encoders 115, an denen jeweils eine Änderung des Positionssignals des Encoders 115 erfolgt, zu bestimmen, sodass eine gesuchte Positions- oder Bewegungsgröße des Aktuators 105 auf der Basis der bestimmten Positionen bestimmt werden kann.
  • 2 zeigt eine Darstellung von Positionen an einem Encoder 115 eines Aktuators 105. In einem oberen Bereich ist eine Darstellung von Drehpositionen, in einem unteren Bereich ein Zeitdiagramm gezeigt. Beispielhaft wird von einem Drehencoder 115 ausgegangen, der dazu eingerichtet ist, ein binäres Positionssignal bereitzustellen, das pro Umdrehung 8 Änderungen aufweist, wobei jeder Änderung eine Position 205 zugewiesen ist. Der Encoder 115 ist zyklisch, sodass bei fortgeführter Drehung die gleichen 8 Positionen eingenommen werden und die gleichen 8 Änderungen des Positionssignals erfolgen. Die Anzahl der Positionen 205 pro Zyklus ist allgemein n und kann in anderen Ausführungsformen von 8 abweichen.
  • Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass die Positionen 205 gleichmäßig auf den Zyklus (hier: auf dem Umfang eines Kreises) verteilt sind, sodass Wege zwischen benachbarten Positionen 205 gleich lang sind. Tatsächliche Positionen 210, an denen sich das Positionssignal ändert, weichen jedoch üblicherweise von den idealisierten Positionen 205 ab, sodass Längen von Wegen zwischen benachbarten Positionen 205 üblicherweise voneinander abweichen. In der Darstellung von 2 ist ein erster Weg s zwischen zwei idealisierten Positionen 205 beispielsweise kürzer als ein zweiter Weg s zwischen tatsächlichen Positionen 210.
  • Soll ein Aktuator 105, der mit dem Encoder 115 verbunden ist, auf der Basis dessen Ausgangssignals dazu angesteuert werden, eine gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit einzunehmen, so müssen die tatsächlich zwischen den Positionen 210 liegenden Wege berücksichtigt werden. Soll eine Position des Aktuators 105 bestimmt werden, so müssen die tatsächliche Positionen 210, an denen sich das Positionssignal ändert, bestimmt werden. Es wird daher vorgeschlagen, die tatsächlichen Positionen 210 zu bestimmen, indem Abstände zwischen benachbarten Positionen 210 bestimmt werden.
  • Dazu soll zunächst der Aktuator 105 dazu angesteuert werden, sich mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit zu bewegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann bestimmt werden, indem die Dauer bestimmt wird, die zwischen einem ersten und einem zweiten Erreichen derselben Position 210 verstreicht. Der Kehrwert der Dauer entspricht dann der Drehzahl des Encoders 115. Diese Bestimmung wird bevorzugt bezüglich aller Positionen 210 durchgeführt. Beispielsweise kann zwischen dem ersten und dem zweiten Einnehmen einer ersten tatsächlichen (realen) Position 210 eine erste Dauer T1 liegen, zwischen dem ersten und dem zweiten Einnehmen einer zweiten tatsächlichen Position 210 eine Dauer T2 und so weiter. Insgesamt lassen sich so n Dauern bestimmen. Dabei sind die bestimmten Dauern jeweils unabhängig davon, wo genau die zugeordneten tatsächlichen Positionen 210 innerhalb des Zyklus liegen. Stimmen die bestimmten Dauern überein bzw. weichen sie nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander ab, so ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators 105 ausreichend konstant. Andernfalls kann der Aktuator dazu angesteuert werden, sich zwischen zwei Positionen 210 schneller oder langsamer zu bewegen, um die bestimmten Dauern aneinander anzunähern.
  • Die bestimmten Dauern entsprechen dann im Wesentlichen einer Dauer T und die Bewegungsgeschwindigkeit kann als 1/T bestimmt werden. Aufgrund von zeitlichen Abständen Δt zwischen aufeinander folgenden Änderungen des Positionssignals kann jeweils ein Weg s bestimmt werden, der zwischen den Positionen 210 liegt. Beispielsweise liegt zwischen den dargestellten tatsächlichen Positionen 210 ein Weg von 360° * Δt / T. Dabei wurde der Weg eines Zyklus mit 360° angenommen; in anderen Fällen kann auch beispielsweise ein lineares Maß anzusetzen sein. Wege zwischen den tatsächlichen Positionen 210 können so jeweils bezüglich Zeitpunkten, zu denen die Positionen 210 jeweils eingenommen werden, bestimmt werden. n Wege zwischen jeweils benachbarten Positionen ergänzen sich zu einem Zyklus. Die bestimmten Positionen 210 sind dabei allgemein auf eine erste Position 210 bezogen, die beispielsweise dadurch ausgezeichnet sein kann, dass eine Bewegung in einer vorbestimmten Richtung über diese Position 210 mechanisch verhindert ist oder mittels eines weiteren Sensors bestimmt wird. Häufig kann auch eine beliebige Position 210 als erste Position angenommen werden und die anderen Positionen 210 eines Zyklus können bezüglich dieser Position 210 bestimmt werden.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Steuern eines Aktuators 105. Das Verfahren 300 kann insbesondere mittels der Steuervorrichtung 110 am Aktuatorsystem 100 von 1 durchgeführt werden, beispielsweise mittels der Verarbeitungseinrichtung 120.
  • In einem ersten Schritt 305 wird der Aktuator 105 zu einer Bewegung angesteuert, die eine möglichst gleichbleibende Geschwindigkeit haben soll, und zwar möglichst über mehrere Zyklen hinweg. In einem Schritt 310 werden Zeitpunkte t0,... bestimmt, zu denen jeweils eine Änderung des Positionssignals des Encoders 115 erfolgt. Auf der Basis der Zeitpunkte wird dann in einem Schritt 315 eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators 105 bestimmt. Handelt es sich beim Zyklus um eine Drehbewegung, so ist kann Bewegungsgeschwindigkeit als Winkelgeschwindigkeit ausgedrückt sein. Bevorzugt werden, wie oben mit Bezug auf 2 genauer erläutert wurde mehrere Bewegungsgeschwindigkeiten bezüglich unterschiedlicher Positionen 201 eines Zyklus bestimmt. Jede Bewegungsgeschwindigkeit wird bevorzugt über ein Durchlaufen des vollständigen Zyklus bestimmt.
  • In einem Schritt 320 wird bestimmt, ob die bestimmten Bewegungsgeschwindigkeiten um weniger als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Ist dies nicht der Fall, so kann die Ansteuerung des Aktuators 105 im Schritt 305 angepasst werden, um die relativen Abweichungen zu verringern. Andernfalls können in einem Schritt 325 auf der Basis von Zeitpunkten aus dem Schritt 310 und der bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit die Positionen 310 eines Zyklus bestimmt werden. Mit der Bestimmung der Positionen 310 kann eine Kalibrierung der Steuervorrichtung 110 abgeschlossen sein. Die Kalibrierung kann einmalig oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. Dabei kann auf externe Ansteuerungs- oder Messgeräte verzichtet werden.
  • Im Anschluss an die Kalibrierung kann in einem Schritt 330 eine Position des Aktuators 105 auf der Basis der Messungen von Schritt 305 bestimmt werden. Die Position kann als Anzahl vollständig durchlaufener Zyklen, multipliziert mit der innerhalb eines Zyklus zurückgelegten Wegs, zuzüglich eines Abstands zwischen einem Zyklusbeginn und der zeitlich letzten erreichten Position 210 bestimmt werden. Varianten zu einer solchen Bestimmung, beispielsweise um eine zwischenzeitliche Änderung einer Bewegungsrichtung zu berücksichtigen, sind einem Fachmann bekannt. Optional können noch weitere Bewegungsparameter des Aktuators 105 bestimmt werden, beispielsweise eine tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Beschleunigung.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Aktuatorsystem
    105
    Aktuator
    110
    Steuervorrichtung
    115
    Encoder
    120
    Verarbeitungsvorrichtung
    125
    Ansteuerung
    130
    Betätigungselement
    135
    Magnetring
    140
    Magnet
    145
    Magnetsensor
    150
    Schnittstelle
    205
    ideale Position
    210
    tatsächliche (reale) Position
    300
    Verfahren
    305
    Ansteuern Aktuator
    310
    Bestimmen Zeitpunkte von Änderungen des Positionssignals
    315
    ω bestimmen
    320
    ω = const.?
    325
    relative Positionen der Änderungen bestimmen
    330
    Bestimmen Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung
    s
    Weg

Claims (10)

  1. Verfahren (300) zum Steuern eines Aktuators (105), der mit einem Encoder verbunden ist, der dazu eingerichtet ist, ein digitales Positionssignal (210) bereitzustellen, das über einen Aktuatorweg (105) zyklisch ist, wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst: • Ansteuern (305) des Aktuators (105) zu einer Bewegung; • Erfassen (310) von Zeitpunkten, zu denen sich das Positionssignal (210) ändert; • Bestimmen (320), dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators (105) konstant ist, auf der Basis der Zeitpunkte; und • Bestimmen (325) relativer Positionen (210) des Aktuators (105), an denen sich das Positionssignal (210) ändert.
  2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bestimmen (330) einer Position (210) des Aktuators (105) auf der Basis der bestimmten Positionen (210) und dem Zeitpunkt einer Änderung des Positionssignals (210).
  3. Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Bestimmen (335) der Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators (105) auf der Basis der bestimmten Positionen (210) und einer Dauer zwischen Änderungen des Positionssignals (210).
  4. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (105) auf der Basis der Zeitpunkte so gesteuert (305) wird, dass seine Bewegungsgeschwindigkeit konstant ist.
  5. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Zyklus n Änderungen des Positionssignal (210) umfasst, wobei beginnend von n aufeinander folgenden Änderungen des Positionssignals (210) jeweils die Dauer für n weitere Änderungen des Positionssignals (210) bestimmt wird, und wobei bestimmt wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators (105) konstant ist, falls die Dauern um weniger als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.
  6. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen einer Anzahl n von Änderungen des Positionssignals (210) innerhalb eines Zyklus.
  7. Steuervorrichtung (110) für einen Aktuator (105), wobei die Steuervorrichtung (110) folgendes umfasst: eine Ansteuereinrichtung zur Steuerung eines Aktuatorwegs (105); einen Encoder (115), der dazu eingerichtet ist, ein digitales Positionssignal (210) bereitzustellen, das über den Aktuatorweg (105) zyklisch ist, eine Verarbeitungseinrichtung (120), die dazu eingerichtet ist: • Zeitpunkte zu erfassen, zu denen sich das Positionssignal (210) ändert; • auf der Basis der Zeitpunkte zu bestimmen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators (105) konstant ist; und • relative Positionen (210) des Aktuators (105) zu bestimmen, an denen sich das Positionssignal (210) ändert.
  8. Steuervorrichtung (110) nach Anspruch 7, wobei der Encoder (115) einen Drehencoder umfasst.
  9. Steuervorrichtung (110) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Aktuator (105) einen Drehaktuator umfasst.
  10. Steuervorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Aktuator (105) eine phasengesteuerte Elektromaschine umfasst.
DE102017217869.8A 2017-10-09 2017-10-09 Steuerung eines Aktuators Withdrawn DE102017217869A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017217869.8A DE102017217869A1 (de) 2017-10-09 2017-10-09 Steuerung eines Aktuators

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017217869.8A DE102017217869A1 (de) 2017-10-09 2017-10-09 Steuerung eines Aktuators

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017217869A1 true DE102017217869A1 (de) 2019-04-11

Family

ID=65816831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017217869.8A Withdrawn DE102017217869A1 (de) 2017-10-09 2017-10-09 Steuerung eines Aktuators

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017217869A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19544207A1 (de) * 1995-11-28 1997-06-05 Univ Dresden Tech Verfahren zur modellbasierten Messung und Regelung von Bewegungen an elektromagnetischen Aktoren
DE60103118T2 (de) * 2000-11-21 2005-04-28 Magneti Marelli Powertrain S.P.A. Regelverfahren eines elektromagnetischen Aktuators zur Steuerung eines Motorventils
DE60201327T2 (de) * 2001-12-14 2005-10-06 Magneti Marelli Powertrain S.P.A. Verfahren zum Abschätzen der Position und Geschwindigkeit eines Ankers in einem elektromagnetischen Aktor zur Steuerung eines Motorventils
DE112005002642T5 (de) * 2004-10-25 2007-09-06 Litens Automotive Partnership, Woodbridge Motorsteuersystem auf der Basis eines Drehpositionssensors
DE102009024020A1 (de) * 2008-06-26 2010-01-07 Infineon Technologies Ag Dreherfassungsverfahren und -system
DE102017202696A1 (de) * 2016-02-24 2017-08-31 Infineon Technologies Ag Verwenden einer variablen Schaltschwelle zum Bereitstellen einer Ausgabe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19544207A1 (de) * 1995-11-28 1997-06-05 Univ Dresden Tech Verfahren zur modellbasierten Messung und Regelung von Bewegungen an elektromagnetischen Aktoren
DE60103118T2 (de) * 2000-11-21 2005-04-28 Magneti Marelli Powertrain S.P.A. Regelverfahren eines elektromagnetischen Aktuators zur Steuerung eines Motorventils
DE60201327T2 (de) * 2001-12-14 2005-10-06 Magneti Marelli Powertrain S.P.A. Verfahren zum Abschätzen der Position und Geschwindigkeit eines Ankers in einem elektromagnetischen Aktor zur Steuerung eines Motorventils
DE112005002642T5 (de) * 2004-10-25 2007-09-06 Litens Automotive Partnership, Woodbridge Motorsteuersystem auf der Basis eines Drehpositionssensors
DE102009024020A1 (de) * 2008-06-26 2010-01-07 Infineon Technologies Ag Dreherfassungsverfahren und -system
DE102017202696A1 (de) * 2016-02-24 2017-08-31 Infineon Technologies Ag Verwenden einer variablen Schaltschwelle zum Bereitstellen einer Ausgabe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2225142B1 (de) Absolut messende lenkwinkelsensoranordnung
DE60011684T2 (de) Verbesserung in Verbindung mit elektrischen Servolenkungen
AT510377B1 (de) Verfahren und ausführungsformen zur absoluten positionsbestimmung mittels zweier hallsensoren
EP2929297B1 (de) Sensorvorrichtung zur bestimmung mindestens einer rotationseigenschaft eines rotierenden elements
DE112008002827T5 (de) Magnetischer Absolut-Positionskodierer mit Binär- und Dezimal-Ausgabe
EP1826533A1 (de) Magnetischer Sensor
EP3029427B1 (de) Vorrichtung und algorythmik zur radialen mechanisch absoluten winkelbestimmung einer welle
WO2013186001A1 (de) Magnetgeberring einer rotorlagesensorik eines elektrisch kommutierten elektromotors
DE102016225517A1 (de) Sensorvorrichtung, Sensorsystem und Lenksystem
EP1802942B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur berührungslosen drehwinkelerfassung
DE102011055717B4 (de) Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des dynamischen Zustands eines Elektromotors
EP3235768A1 (de) Statorsegment für ein linearmotorbasiertes transportsystem und transportsystem
DE102012111799A1 (de) Elektrisch kommutierter Motor und Verfahren zum Kalibieren eines elektrisch kommutierten Motors
EP2960737A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Triggersignals in einer Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung hierzu
DE102010017411A1 (de) Synchronmotor und Verfahren zum Kalibrieren eines Synchronmotors
DE102017217869A1 (de) Steuerung eines Aktuators
EP2474090B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer rotorlage einer synchronmaschine
EP2869035B1 (de) Positionsmesssystem und Regelungsverfahren für verkettete Linearmotoren
DE19928557A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung
DE102005023010A1 (de) Segmentzähler, Lineargeber, Verfahren und Linearantrieb
EP1627207B1 (de) Sensor zur messung einer länge oder eines winkels
DE3832457A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur absoluten positionsbestimmung an einer drehachse
EP3361220B1 (de) Positionsbestimmung eines beweglichen elements
DE102007044645B4 (de) Vorrichtung zur Erfassung einer Rotationsgröße sowie Verfahren zur Auswertung eines Sensorausgangssignals
EP3557188A1 (de) Magnetisierte kolbenstange zur wegmessung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee