DE102021113633A1 - Method for determining the angle of rotation and speed of one or more rotors - Google Patents

Method for determining the angle of rotation and speed of one or more rotors Download PDF

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Alexander Heßling
Nina Stüter
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Abstract

Verfahren zum Bestimmen von Drehwinkel (cp) und Drehzahl (ω) eines oder mehrerer Rotoren (2, 3), die jeweils durch einen Antrieb (15) um eine Rotorachse (6) relativ zu einem Stator (10) gedreht werden, wobei eine Referenzdrehlage (φref) jedes Rotors (2, 3) durch wenigstens einen Sensor (9) erkannt und der Zeitpunkt dieses Erkennens als Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors (2, 3) erfasst wird, ein auf einem systemtheoretischen Modell (Σd) eines jeden Antrieb (15) und jeden Rotor (2, 3) umfassenden Systems (13) basierender Schätzer (14) bereitgestellt wird, dem der Erkennungszeitpunkt jedes Rotor (2, 3) oder eine davon abgeleitete Größe als Messgröße (y) des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt wird, der Schätzer (14) ein- oder mehrmals ausgeführt wird und bei jeder Ausführung des Schätzers (14) Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) jedes Rotors (2, 3) prädiziert werden.Method for determining the angle of rotation (cp) and speed (ω) of one or more rotors (2, 3), each of which is rotated by a drive (15) about a rotor axis (6) relative to a stator (10), with a reference rotational position (φref) of each rotor (2, 3) is detected by at least one sensor (9) and the time of this detection is recorded as the detection time of the respective rotor (2, 3), a system-theoretical model (Σd) of each drive (15) and each rotor (2, 3) comprehensive system (13) based estimator (14) is provided, to which the detection time of each rotor (2, 3) or a variable derived therefrom is made available as a measured variable (y) of the respective rotor Estimator (14) is executed one or more times and with each execution of the estimator (14) estimated values for the angle of rotation (φ) and the speed (ω) of each rotor (2, 3) are predicted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Drehwinkel und Drehzahl eines oder mehrerer Rotoren, die jeweils durch einen Antrieb um eine Rotorachse relativ zu einem Stator gedreht werden, wobei eine Referenzdrehlage jedes Rotors durch wenigstens einen Sensor erkannt und der Zeitpunkt dieses Erkennens als Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors erfasst wird.The invention relates to a method for determining the angle of rotation and speed of one or more rotors, which are each rotated by a drive about a rotor axis relative to a stator, with a reference rotational position of each rotor being detected by at least one sensor and the time of this detection as the detection time of the respective Rotor is detected.

In Maschinen werden Unwuchterreger eingesetzt, um Vibrationen zu erzeugen und/oder um störende Vibrationen, beispielsweise mittels destruktiver Interferenz, zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Zum Steuern oder Regeln eines Unwuchterregers ist es in der Regel erforderlich, den Drehwinkel und die Drehzahl der rotierenden Unwucht zu kennen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Drehwinkel und Drehzahl von rotierenden Teilen mittels Resolver, Absolutwertgeber oder Inkrementalgeber zu messen, welche z.B. Geberräder umfassen. Die bekannten Möglichkeiten sind jedoch kostenintensiv, was eine Verwendung in der Automobilindustrie erschwert.Imbalance exciters are used in machines in order to generate vibrations and/or to eliminate or at least reduce disturbing vibrations, for example by means of destructive interference. In order to control or regulate an imbalance exciter, it is usually necessary to know the angle of rotation and the speed of the rotating imbalance. It is known from the prior art to measure the angle of rotation and speed of rotating parts by means of resolvers, absolute encoders or incremental encoders, which include encoder wheels, for example. However, the known options are expensive, which makes their use in the automotive industry difficult.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Möglichkeit zur Bestimmung von aktuellen Werten für die Drehzahl und den Drehwinkel eines Rotors zu schaffen.Proceeding from this, the object of the invention is in particular to create a cost-effective possibility for determining current values for the speed and the angle of rotation of a rotor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1 . Preferred developments of the invention are given in the dependent claims in the following description.

Ein Verfahren zum Bestimmen von Drehwinkel und Drehzahl eines oder mehrerer Rotoren, die jeweils durch einen Antrieb um eine Rotorachse relativ zu einem Stator gedreht werden, wobei

  • - eine Referenzdrehlage jedes Rotors durch wenigstens einen Sensor erkannt und der Zeitpunkt dieses Erkennens als Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors erfasst wird,
wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch weitergebildet, dass
  • - ein auf einem systemtheoretischen Modell eines jeden Antrieb und jeden Rotor umfassenden Systems basierender Schätzer bereitgestellt wird, dem der Erkennungszeitpunkt jedes Rotors und/oder eine davon abgeleitete Größe als Messgröße des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt wird,
  • - der Schätzer ein- oder mehrmals ausgeführt wird,
  • - bei jeder Ausführung des Schätzers Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors prädiziert werden.
A method for determining the angle of rotation and speed of one or more rotors, which are each rotated by a drive about a rotor axis relative to a stator, wherein
  • - a reference rotational position of each rotor is detected by at least one sensor and the time of this detection is recorded as the detection time of the respective rotor,
is developed according to the invention in particular in that
  • - an estimator based on a system-theoretical model of each drive and each rotor-encompassing system is provided, to which the detection time of each rotor and/or a variable derived therefrom is made available as a measured variable of the respective rotor,
  • - the estimator is executed one or more times,
  • - With each execution of the estimator, estimated values for the angle of rotation and the speed of each rotor are predicted.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ausreichend, lediglich einen Messwert je Umdrehung jedes Rotors zu erfassen. Somit kann ein einfacher und daher kostengünstiger Sensor zur Erfassung der Rotordrehbewegung eingesetzt werden.With the method according to the invention, it is sufficient to record only one measured value per revolution of each rotor. A simple and therefore cost-effective sensor can thus be used to detect the rotational movement of the rotor.

Bevorzugt werden bei jeder Ausführung des Schätzers die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors durch den Schätzer prädiziert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Schätzwerten für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors um Schätzwerte für den aktuellen Drehwinkel und die aktuelle Drehzahl des jeweiligen oder jedes Rotors. Der Ausdruck „wenigstens ein“ umfasst insbesondere auch die Bedeutung von „ein“ oder „genau ein“.In each execution of the estimator, the estimated values for the angle of rotation and the rotational speed of each rotor are preferably predicted by the estimator. Preferably, the estimated values for the angle of rotation and the speed of each rotor are estimates for the current angle of rotation and the current speed of the respective or each rotor. The expression "at least one" includes in particular the meaning of "one" or "exactly one".

Bevorzugt werden die Rotoren um dieselbe Rotorachse gedreht. Die Rotorachse bildet insbesondere eine gemeinsame Rotorachse. Vorzugsweise werden die Rotoren relativ zu dem demselben Stator gedreht. Der Stator bildet insbesondere einen gemeinsamen Stator. Die Referenzdrehlage jedes Rotors wird z.B. durch wenigstens einen Sensor je Rotor erkannt. Bevorzugt wird die Referenzdrehlage jedes Rotors aber durch maximal einen Sensor je Rotor erkannt. Vorzugsweise werden die Referenzdrehlagen der Rotoren durch den oder denselben wenigstens einen Sensor erkannt. Der wenigstens eine Sensor bildet insbesondere einen Sensor und/oder einen gemeinsamen Sensor. Bevorzugt ist der wenigstens eine Sensor relativ zu dem Stator ortsfest. Insbesondere ist der wenigstens eine Sensor fest und/oder starr mit dem Stator verbunden. Vorzugsweise ist jeder Rotor, insbesondere um die Rotorachse, drehbar an dem Stator gelagert.The rotors are preferably rotated about the same rotor axis. In particular, the rotor axis forms a common rotor axis. Preferably the rotors are rotated relative to the same stator. In particular, the stator forms a common stator. The reference rotational position of each rotor is detected, for example, by at least one sensor per rotor. However, the reference rotational position of each rotor is preferably detected by a maximum of one sensor per rotor. Preferably, the reference rotational positions of the rotors are detected by the same at least one sensor. The at least one sensor forms in particular a sensor and/or a common sensor. The at least one sensor is preferably stationary relative to the stator. In particular, the at least one sensor is firmly and/or rigidly connected to the stator. Each rotor is preferably mounted on the stator so that it can rotate, in particular about the rotor axis.

Bevorzugt ist der Stator, insbesondere durch ein oder mehrere Koppelelemente, die z.B. wenigstens ein Befestigungsmittel und/oder wenigstens eine Feder und/oder wenigstens einen Dämpfer umfassen, mit einem Träger gekoppelt. Die wenigstens eine Feder und/oder der wenigstens eine Dämpfer müssen dabei aber nicht explizit als Bauelemente vorliegen, sondern können sich z.B. auch durch die Art und Weise der Kopplung des Stators mit dem Träger und/oder durch die Art des einen oder der mehreren Koppelelemente ergeben. Beispielsweise umfasst das wenigstens eine Befestigungsmittel die wenigstens eine Feder und/oder den wenigstens einen Dämpfer. Der Stator und/oder der Träger und/oder das eine oder die mehreren Koppelelemente wird oder werden insbesondere als Tragsystem bezeichnet.The stator is preferably coupled to a carrier, in particular by one or more coupling elements which, for example, comprise at least one fastening means and/or at least one spring and/or at least one damper. The at least one spring and/or the at least one damper must be but are not explicitly present as components, but can also result, for example, from the manner in which the stator is coupled to the carrier and/or from the nature of the one or more coupling elements. For example, the at least one fastener includes the at least one spring and/or the at least one damper. The stator and/or the support and/or the one or more coupling elements is or are referred to in particular as a support system.

Bevorzugt umfasst das System, insbesondere zusätzlich, den Stator und/oder den wenigstens einen Sensor. Vorzugsweise umfasst das System, insbesondere zusätzlich, den Träger und/oder das eine oder die mehreren Koppelelemente und/oder das Tragsystem. Vorteilhaft wird das systemtheoretische Modell des Antriebs, insbesondere vor seiner Bereitstellung, erstellt.The system preferably includes, in particular additionally, the stator and/or the at least one sensor. The system preferably comprises, in particular additionally, the carrier and/or the one or more coupling elements and/or the carrying system. The system-theoretical model of the drive is advantageously created, in particular before it is made available.

Bevorzugt ist oder wird jedem Rotor die oder eine Referenzdrehlage zugeordnet. Vorzugsweise ist oder wird jedem Rotor, insbesondere dabei, lediglich eine einzige Referenzdrehlage zugeordnet. Vorteilhaft erfolgt das Erkennen der Referenzdrehlage jedes Rotors durch den wenigstens einen Sensor nach diesem Zuordnen. Durch das Erkennen der Referenzdrehlage jedes Rotors wird bevorzugt eine Umdrehung des jeweiligen Rotors erkannt. Das Erkennen der Referenzdrehlage jedes Rotors entspricht somit insbesondere dem oder einem Erkennen einer Umdrehung des jeweiligen Rotors. Eine Umdrehung jedes Rotors wird bevorzugt dadurch erkannt, dass die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wird.Preferably, each rotor is or will be assigned the or a reference rotational position. Each rotor is or will preferably be assigned only a single reference rotational position, in particular in this case. Advantageously, the reference rotational position of each rotor is recognized by the at least one sensor after this assignment. By detecting the reference rotational position of each rotor, one revolution of the respective rotor is preferably detected. The detection of the reference rotational position of each rotor thus corresponds in particular to the detection or detection of a revolution of the respective rotor. A revolution of each rotor is preferably detected by detecting the reference rotational position of the respective rotor.

Die Referenzdrehlage jedes Rotors wird insbesondere erkannt, wenn ein Referenzort des jeweiligen Rotors zu einem, vorzugsweise gemeinsamen, Referenzort des Stators eine Referenzlage einnimmt, die z.B. dadurch gegeben ist, dass der Referenzort des jeweiligen Rotors zu dem Referenzort des Stators einen größten oder einen kleinsten Abstand aufweist. Der Referenzort des Stators ist bevorzugt durch den Ort des wenigstens einen Sensors definiert. Insbesondere entspricht der Referenzort des Stators dem Ort des wenigstens einen Sensors.The reference rotational position of each rotor is detected in particular when a reference location of the respective rotor assumes a reference position in relation to a, preferably common, reference location of the stator, which is given, for example, by the fact that the reference location of the respective rotor is at a maximum or a minimum distance from the reference location of the stator having. The reference location of the stator is preferably defined by the location of the at least one sensor. In particular, the reference location of the stator corresponds to the location of the at least one sensor.

Bevorzugt ist der Drehwinkel jedes Rotors, insbesondere definitionsgemäß, größer oder gleich 0 und kleiner als 360°. Somit lässt sich z.B. jede mögliche Drehlage jedes Rotors beschreiben. Bevorzugt ist der Drehwinkel jedes Rotors in der Referenzdrehlage gleich Null. Der Drehwinkel oder der Schätzwert für den Drehwinkel jedes Rotors wird z.B. durch, insbesondere numerische, Integration, vorzugsweise aus der Drehzahl oder dem Schätzwert für die Drehzahl des jeweiligen Rotors, bestimmt.The angle of rotation of each rotor is preferably greater than or equal to 0 and less than 360°, in particular by definition. Thus, e.g. every possible rotational position of each rotor can be described. The angle of rotation of each rotor in the reference rotational position is preferably equal to zero. The angle of rotation or the estimated value for the angle of rotation of each rotor is determined, for example, by integration, in particular numerical, preferably from the speed or the estimated value for the speed of the respective rotor.

Bevorzugt ist oder wird jedem Rotor ein Flag zugeordnet. Vorzugsweise wird das Flag jedes Rotors gesetzt, wenn die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors, insbesondere durch den wenigstens einen Sensor, erkannt wurde. Vorzugsweise ist jedes Flag zu Beginn des Verfahrens nicht gesetzt.A flag is preferably assigned to each rotor. The flag of each rotor is preferably set when the reference rotational position of the respective rotor has been detected, in particular by the at least one sensor. Each flag is preferably not set at the beginning of the method.

Der Schätzer wird bevorzugt periodisch ausgeführt. Vorzugsweise wird der Schätzer mit einer, insbesondere vorgegebenen, Ausführungsrate ausgeführt. Die Ausführungsrate des Schätzers beträgt z.B. 100 Hz. Die maximale Drehzahl jedes Rotors ist vorteilhaft kleiner oder gleich der Ausführungsrate. Bevorzugt wird der Schätzer je oder während einer oder jeder Umdrehung jedes Rotors und/oder zwischen zwei aufeinander folgenden Erkennungszeitpunkten jedes Rotors mehrmals ausgeführt. Somit ist es insbesondere möglich, während der oder einer oder jeder Umdrehung jedes Rotors mehrere Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes oder des jeweiligen Rotors zu prädizieren. Bevorzugt wird während einer oder jeder Umdrehung jedes Rotors die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors, insbesondere durch den wenigstens einen Sensor, einmal oder genau einmal erkannt.The estimator is preferably executed periodically. The estimator is preferably executed with an execution rate, in particular a predetermined one. For example, the execution rate of the estimator is 100 Hz. The maximum speed of each rotor is advantageously less than or equal to the execution rate. The estimator is preferably executed several times for each or during one or each revolution of each rotor and/or between two consecutive detection times of each rotor. It is thus possible, in particular, to predict a plurality of estimated values for the angle of rotation and the rotational speed of each or the respective rotor during the or one or each revolution of each rotor. The reference rotational position of the respective rotor is preferably detected once or exactly once during one or each revolution of each rotor, in particular by the at least one sensor.

Bevorzugt wird vor oder bei oder zu jeder Ausführung des Schätzers der oder ein, insbesondere aktueller, Ausführungszeitpunkt des Schätzers erfasst. Vorteilhaft bildet oder umfasst die von dem Erkennungszeitpunkt jedes Rotors abgeleitete Größe einen, vorzugsweise linear, extrapolierten Wert für den Drehwinkel dieses oder des jeweiligen oder jedes Rotors. Der Ausdruck „eine davon abgeleitete Größe“ kann beispielsweise durch den Ausdruck „einen davon abgeleiteten extrapolierten Wert für den Drehwinkel“ ersetzt werden.Preferably, before or during or at each execution of the estimator, the or an, in particular current, execution time of the estimator is recorded. Advantageously, the variable derived from the detection time of each rotor forms or includes a value, preferably linear, extrapolated for the angle of rotation of this or the respective rotor or each rotor. For example, the expression "a quantity derived therefrom" can be replaced by the expression "an extrapolated value for the angle of rotation derived therefrom".

Bevorzugt wird vor oder bei oder zu jeder Ausführung des Schätzers für jeden Rotor geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde.Before or during or for each execution of the estimator, it is preferably checked for each rotor whether the reference rotational position of the respective rotor has been recognized since the estimator was last executed.

Vorzugsweise wird, insbesondere wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, auf Basis des zuletzt prädizierten Schätzwerts für die Drehzahl des jeweiligen Rotors und einer Zeitdifferenz zwischen dem, insbesondere aktuellen, Ausführungszeitpunkt des Schätzers und dem Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors der oder ein, vorzugsweise linear, extrapolierter Wert für den Drehwinkel des jeweiligen Rotors bestimmt und bevorzugt dem Schätzer als, insbesondere die, Messgröße des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt. Vorteilhaft bildet der extrapolierte Wert für den Drehwinkel des jeweiligen oder jedes Rotors die von dem Erkennungszeitpunkt des jeweiligen oder jedes Rotors abgeleitete Größe. Der extrapolierte Wert für den Drehwinkel des jeweiligen oder jedes Rotors ergibt sich insbesondere aus dem Produkt aus dem zuletzt prädizierten Schätzwert für die Drehzahl des jeweiligen Rotors und der Zeitdifferenz zwischen dem, insbesondere aktuellen, Ausführungszeitpunkt des Schätzers und dem Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors.Preferably, especially if the reference rotational position of the respective rotor has been detected since the estimator was last executed, based on the last predicted estimated value for the speed of the respective rotor and a time difference between the, in particular current, execution time of the estimator and the detection time of the respective rotor or a, preferably linear, extrapo calculated value for the angle of rotation of the respective rotor is determined and preferably made available to the estimator as, in particular, the measured variable of the respective rotor. The extrapolated value for the angle of rotation of the respective or each rotor advantageously forms the variable derived from the time of detection of the respective or each rotor. The extrapolated value for the angle of rotation of the respective rotor or each rotor results in particular from the product of the last predicted estimated value for the rotational speed of the respective rotor and the time difference between the, in particular current, execution time of the estimator and the detection time of the respective rotor.

Gemäß einer Ausgestaltung ist oder wird der Schätzer im Zustandsraum modelliert. Bevorzugt bilden der Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors Zustandsgrößen des Schätzers. Vorzugsweise werden bei jeder Ausführung des Schätzers Werte für die Zustandsgrößen, vorzugsweise durch den Schätzer, prädiziert. Vorteilhaft umfassen oder bilden die Werte der oder für die Zustandsgrößen die, insbesondere prädizierten, Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors. Beispielsweise bildet, insbesondere zusätzlich oder auch, eine Winkelbeschleunigung jedes Rotors eine Zustandsgröße des Schätzers.According to one embodiment, the estimator is or will be modeled in the state space. The angle of rotation and the rotational speed of each rotor preferably form state variables of the estimator. With each execution of the estimator, values for the state variables are preferably predicted, preferably by the estimator. Advantageously, the values of or for the state variables include or form the, in particular predicted, estimated values for the angle of rotation and the speed of each rotor. For example, an angular acceleration of each rotor forms, in particular additionally or also, a state variable of the estimator.

Wird, insbesondere zumindest näherungsweise, davon ausgegangen, dass mit dem systemtheoretischen Modell das dynamische Verhalten des Systems exakt beschrieben wird und der Sensor fehlerfrei misst, kann der Schätzer z.B. durch einen Beobachter gebildet sein. Beispielsweise umfasst oder bildet der Schätzer einen Beobachter. In diesem Fall wird anstelle von „prädizieren“ insbesondere auch von „rekonstruieren“ gesprochen. Bevorzugt umfasst die Bedeutung des Worts prädizieren auch diese Bedeutung von rekonstruieren. Der Beobachter ist z.B. einen Luenberger-Beobachter.If it is assumed, in particular at least approximately, that the dynamic behavior of the system is described exactly with the system-theoretical model and the sensor measures correctly, the estimator can be formed by an observer, for example. For example, the estimator includes or forms an observer. In this case, instead of "predicate", the term "reconstruct" is used in particular. The meaning of the word predict preferably also includes this meaning of reconstruct. The observer is e.g. a Luenberger observer.

In der Realität treten jedoch regelmäßig nicht deterministisch beschreibbare, regellose Störungen des Systems auf. Beispielsweise berücksichtigt der Schätzer als Zustandsgrößen und/oder als Eingangsgrößen und/oder als Messgrößen, insbesondere lediglich, den Drehwinkel und/oder die Drehzahl und/oder die Erkennungszeitpunkte. In der Praxis können aber z.B. auch Beschleunigungen jedes Rotors auftreten. Ferner erfolgt das Erkennen der Referenzdrehlage jedes Rotors mittels des wenigstens einen Sensors in der Regel nicht fehlerfrei.In reality, however, random system disturbances that cannot be described deterministically occur regularly. For example, the estimator takes into account, in particular only, the angle of rotation and/or the speed and/or the detection times as state variables and/or as input variables and/or as measured variables. In practice, however, acceleration of each rotor can also occur, for example. Furthermore, the detection of the reference rotational position of each rotor by means of the at least one sensor is usually not error-free.

Bevorzugt berücksichtigt der Schätzer nicht deterministisch beschreibbare, regellose Störungen des Systems in Form eines Systemrauschens. Vorzugsweise berücksichtigt der Schätzer Beschleunigungen des Rotors als, insbesondere additive, Störung in Form des oder eines Systemrauschens. Bei dem Systemrauschen handelt es sich vorteilhaft um ein mittelwertfreies und/oder additives und/oder weißes und/oder gaußsches Rauschen.The estimator preferably takes into account random system disturbances that cannot be described deterministically in the form of system noise. The estimator preferably takes into account accelerations of the rotor as, in particular additive, disturbances in the form of the system noise or noise. The system noise is advantageously zero-mean and/or additive and/or white and/or Gaussian noise.

Bevorzugt berücksichtigt der Schätzer eine Messungenauigkeit des Sensors als, insbesondere additive, Störung in Form eines Messrauschens. Bei dem Messrauschen handelt es sich vorzugsweise um ein mittelwertfreies und/oder additives und/oder weißes und/oder gaußsches Rauschen. Die Varianz des Messrauschens wird vorteilhaft auf Basis einer, insbesondere gegebenen und/oder ermittelten, Winkel-Messungenauigkeit des Sensors ermittelt und/oder abgeschätzt und/oder bestimmt, beispielsweise unter Zuhilfenahme der Drei-Sigma-Regel. Der Betrag der Winkelmessungenauigkeit des Sensors wird z.B. mit dem dreifachen Wert der Standardabweichung des Messrauschens gleichgesetzt.The estimator preferably takes into account a measurement inaccuracy of the sensor as, in particular additive, interference in the form of measurement noise. The measurement noise is preferably a mean value-free and/or additive and/or white and/or Gaussian noise. The variance of the measurement noise is advantageously determined and/or estimated and/or determined on the basis of an in particular given and/or determined angle measurement inaccuracy of the sensor, for example with the aid of the three sigma rule. For example, the amount of angular measurement uncertainty of the sensor is set equal to three times the standard deviation of the measurement noise.

Die Rauschprozesse, d.h. insbesondere das Systemrauschen und das Messrauschen, sind vorzugsweise unkorreliert.The noise processes, i.e. in particular the system noise and the measurement noise, are preferably uncorrelated.

Bevorzugt werden das Systemrauschen und/oder das Messrauschen als Zufallsprozesse modelliert. Damit werden in der Regel aber auch die Zustandsgrößen und/oder Ausgangsgrößen des Schätzers zu Zufallsprozessen. Ein Schätzer, mit dem solche Zufallsprozesse handhabbar sind, ist z.B. das Kalman-Filter. Vorzugsweise umfasst oder bildet der Schätzer ein Kalman-Filter. Mit einem Kalman-Filter als Schätzer wurden in Versuchen gute Ergebnisse erzielt.The system noise and/or the measurement noise are preferably modeled as random processes. As a rule, however, the state variables and/or output variables of the estimator also become random processes. An estimator with which such random processes can be handled is e.g. the Kalman filter. The estimator preferably comprises or forms a Kalman filter. Good results have been obtained in experiments using a Kalman filter as an estimator.

Gemäß einer Weiterbildung führt der Schätzer bei jeder Ausführung für jeden Rotor einen Prädiktionsschritt aus, in dem insbesondere die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes oder des jeweiligen Rotors prädiziert werden.According to a development, the estimator carries out a prediction step for each rotor in each execution, in which in particular the estimated values for the angle of rotation and the rotational speed of each or the respective rotor are predicted.

Bevorzugt werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, vorzugsweise wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors nicht erkannt wurde, insbesondere in dem oder einem Prädiktionsschritt, die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, insbesondere auf Basis zuletzt prädizierter oder der zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, vorzugsweise durch den Schätzer, prädiziert.For example, whenever the estimator is executed, preferably if the reference rotational position of the respective rotor has not been detected since the estimator was last executed, in particular in the or a prediction step, the estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor, in particular on the basis of the last predicted or the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor, preferably by the estimator.

Vorteilhaft werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, insbesondere wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, vorzugsweise vor dem oder einem Prädiktionsschritt, insbesondere in einem Korrekturschritt, zuletzt prädizierte oder die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, insbesondere auf Basis des Erkennungszeitpunkts des jeweiligen Rotors oder der davon abgeleiteten Größe und/oder auf Basis der Messgröße des jeweiligen Rotors, vorzugsweise durch den Schätzer, korrigiert, wonach, insbesondere in dem oder einem Prädiktionsschritt, die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, vorzugsweise durch den Schätzer, prädiziert werden. Vorzugsweise wird, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, insbesondere zusätzlich, das Flag des jeweiligen Rotors gelöscht oder zurückgesetzt. Vorteilhaft wird, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, das Flag jedes Rotors gelöscht oder zurückgesetzt, wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers für den jeweiligen Rotor die Referenzdrehlage erkannt und/oder ein Korrekturschritt durchgeführt wurde.Advantageously, for example each time the estimator is executed, particularly if the reference rotational position of the respective rotor has been recognized since the estimator was last executed, preferably before the prediction step or a prediction step, particularly in a correction step, the last predicted or the last predicted estimated values for the angle of rotation and the The rotational speed of the respective rotor is corrected, in particular on the basis of the detection time of the respective rotor or the variable derived therefrom and/or on the basis of the measured variable of the respective rotor, preferably by the estimator, after which, in particular in the or a prediction step, the estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor is predicted based on the corrected estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor, preferably by the estimator. Preferably, for example each time the estimator is executed, if the reference rotational position of the respective rotor has been detected since the estimator was last executed, the flag of the respective rotor is preferably additionally deleted or reset. Advantageously, for example each time the estimator is executed, the flag of each rotor is deleted or reset if the reference rotational position has been recognized and/or a correction step has been carried out for the respective rotor since the estimator was last executed.

Bevorzugt erfolgt, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, die Prüfung, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, dadurch, dass das Flag des jeweiligen Rotors geprüft wird. Ist das Flag gesetzt, wurde z.B. seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt. Ist das Flag nicht gesetzt, wurde z.B. seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors nicht erkannt.Preferably, for example each time the estimator is executed, the check is carried out as to whether the reference rotational position of the respective rotor has been recognized since the estimator was last executed, by checking the flag of the respective rotor. If the flag is set, e.g. the reference rotational position of the respective rotor has been recognized since the estimator was last executed. If the flag is not set, the reference rotational position of the respective rotor has not been recognized since the estimator was last run.

Bevorzugt werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, vorzugsweise wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors nicht erkannt wurde, insbesondere vor dem oder einem Prädiktionsschritt, die den jeweiligen Rotor betreffenden Elemente der oder einer Kalman-Verstärkung und/oder Rückführungsmatrix, vorzugsweise vor oder in dem oder einem Korrekturschritt, gleich Null gesetzt. Dies gilt insbesondere, wenn der Schätzer ein Kalman-Filter umfasst oder bildet. Somit kann z.B. sichergestellt werden, dass die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, auf Basis der zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors prädiziert werden.Preferably, for example with each execution of the estimator, preferably if the reference rotational position of the respective rotor has not been recognized since the last execution of the estimator, in particular before the or a prediction step, the elements of the Kalman amplification and/or feedback matrix relevant to the respective rotor , preferably set to zero before or in the or a correction step. This applies in particular if the estimator comprises or forms a Kalman filter. It can thus be ensured, for example, that the estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor are predicted on the basis of the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor.

Bevorzugt werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, vorteilhaft im Prädiktionsschritt, die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes oder des jeweiligen Rotors, insbesondere zusätzlich oder auch, auf Basis und/oder unter Berücksichtigung des oder eines Systemrauschens prädiziert.Preferably, for example in each execution of the estimator, advantageously in the prediction step, the estimated values for the angle of rotation and the speed of each or the respective rotor are predicted, in particular additionally or also, on the basis and/or taking into account the or a system noise.

Vorzugsweise werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, insbesondere wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, vorteilhaft im Korrekturschritt, die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, insbesondere zusätzlich oder auch, auf Basis und/oder unter Berücksichtigung des oder eines Messrauschens korrigiert.Preferably, for example each time the estimator is executed, in particular if the reference rotational position of the respective rotor has been detected since the last execution of the estimator, advantageously in the correction step, the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor are, in particular additionally or also, on Corrected on the basis and/or taking into account the or a measurement noise.

Gemäß einer Ausgestaltung ist der Antrieb jedes Rotors ein drehzahlgeregelter Antrieb, mittels welchem insbesondere die Drehzahl des jeweiligen Rotors, vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Sollwert für die Drehzahl des jeweiligen Rotors, geregelt wird. Der drehzahlgeregelte Antrieb jedes Rotors umfasst bevorzugt einen Drehzahlregler und einen Motor. Der Motor des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors umfasst vorzugsweise eine, beispielsweise als Hohlwelle ausgebildete, Motorwelle. Vorteilhaft ist die Motorwelle des Motors des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors, insbesondere drehstarr, mit dem jeweiligen Rotor verbunden. Ergänzend oder alternativ ist die Motorwelle des Motors des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors z.B. durch den jeweiligen Rotor gebildet und/oder integral mit diesem ausgebildet. Bevorzugt wird mittels des Drehzahlreglers des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors der Schätzwert für die Drehzahl des jeweiligen Rotors in Abhängigkeit von dem oder einem Sollwert für die Drehzahl des jeweiligen Rotors geregelt. Der Drehzahlregler des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors ist vorzugsweise ein PI-Regler. Vorteilhaft wird der Sollwert für die Drehzahl jedes Rotors dem Schätzer als Eingangsgröße, insbesondere für den jeweiligen Rotor, zur Verfügung gestellt.According to one embodiment, the drive of each rotor is a speed-controlled drive, by means of which in particular the speed of the respective rotor is controlled, preferably as a function of a target value for the speed of the respective rotor. The speed-controlled drive of each rotor preferably comprises a speed controller and a motor. The motor of the speed-controlled drive of each rotor preferably comprises a motor shaft, for example designed as a hollow shaft. The motor shaft of the motor of the speed-controlled drive of each rotor is advantageously connected to the respective rotor, in particular in a torsionally rigid manner. Additionally or alternatively, the motor shaft of the motor of the speed-controlled drive of each rotor is formed, for example, by the respective rotor and/or is formed integrally with it. The estimated value for the speed of the respective rotor is preferably controlled by means of the speed controller of the speed-controlled drive of each rotor as a function of the or a desired value for the speed of the respective rotor. The speed controller of the speed-controlled drive of each rotor is preferably a PI controller. The desired value for the rotational speed of each rotor is advantageously made available to the estimator as an input variable, in particular for the respective rotor.

Bevorzugt werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, vorteilhaft im Prädiktionsschritt, die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes oder des jeweiligen Rotors, insbesondere zusätzlich oder auch, auf Basis und/oder unter Berücksichtigung der, insbesondere jeweiligen, Eingangsgröße und/oder des Sollwerts für die Drehzahl des jeweiligen Rotors prädiziert. Vorzugsweise werden, beispielsweise bei jeder Ausführung des Schätzers, insbesondere wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde, vorteilhaft im Korrekturschritt, die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors, insbesondere zusätzlich oder auch, auf Basis und/oder unter Berücksichtigung der, insbesondere jeweiligen, Eingangsgröße und/oder des Sollwerts für die Drehzahl des jeweiligen Rotors korrigiert.For example, in each execution of the estimator, advantageously in the prediction step, the estimated values for the angle of rotation and the speed of each or the respective rotor are preferred, in particular additionally or also, on the basis and/or taking into account the, in particular respective, input size and/or the target value for the speed of the respective rotor. Preferably, for example each time the estimator is executed, in particular if the reference rotational position of the respective rotor has been detected since the last execution of the estimator, advantageously in the correction step, the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the respective rotor are, in particular additionally or also, on Corrected on the basis and/or taking into account the, in particular respective, input variable and/or the target value for the rotational speed of the respective rotor.

Bevorzugt wird der Sollwert für die Drehzahl jedes Rotors, insbesondere mittels einer Steuereinheit, vorgegeben und/oder bereitgestellt. Insbesondere werden die, vorzugsweise prädizierten und/oder korrigierten, Schätzwerte für den Drehwinkel und/oder die Drehzahl jedes oder des jeweiligen Rotors der Steuereinheit und/oder dem drehzahlgeregelten Antrieb des jeweiligen Rotors und/oder dem Drehzahlregler des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt.The target value for the rotational speed of each rotor is preferably specified and/or provided, in particular by means of a control unit. In particular, the preferably predicted and/or corrected estimated values for the angle of rotation and/or the speed of each or the respective rotor are made available to the control unit and/or the speed-controlled drive of the respective rotor and/or the speed controller of the speed-controlled drive of the respective rotor .

Der Motor des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors ist bevorzugt ein Elektromotor, beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Vorzugsweise umfasst der drehzahlgeregelte Antrieb jedes Rotors einen Stromregler. Vorteilhaft wird mittels des Stromreglers des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors wenigstens ein dem Elektromotor des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors zugeführter elektrischer Motorstrom, vorzugsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem Sollwert für den Motorstrom des Elektromotors des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors, geregelt. Bevorzugt wird der wenigstens eine Sollwert für den wenigstens einen Motorstrom des Elektromotors des drehzahlgeregelten Antriebs jedes oder des jeweiligen Rotors, insbesondere von dem Drehzahlregler des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors, bereitgestellt oder zur Verfügung gestellt.The motor of the speed-controlled drive of each rotor is preferably an electric motor, for example a brushless DC motor. The speed-controlled drive of each rotor preferably includes a current controller. Advantageously, at least one electric motor current fed to the electric motor of the speed-controlled drive of the respective rotor is regulated by means of the current controller of the speed-controlled drive of each rotor, preferably as a function of at least one setpoint value for the motor current of the electric motor of the speed-controlled drive of the respective rotor. Preferably, the at least one setpoint for the at least one motor current of the electric motor of the speed-controlled drive of each or the respective rotor is provided or made available, in particular by the speed controller of the speed-controlled drive of the respective rotor.

Der Stromregler des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors ist bevorzugt dem Drehzahlregler des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors unterlagert und/oder zwischen den Drehzahlregler und den Elektromotor des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors geschaltet. Vorteilhaft handelt es sich bei der Drehzahlregelung des Elektromotors des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors und um eine Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung. Der Stromregler des drehzahlgeregelten Antriebs jedes Rotors ist vorzugsweise ein PI-Regler.The current controller of the speed-controlled drive of each rotor is preferably subordinate to the speed controller of the speed-controlled drive of the respective rotor and/or connected between the speed controller and the electric motor of the speed-controlled drive of the respective rotor. The speed control of the electric motor of the speed-controlled drive of each rotor and a speed control with subordinate current control are advantageously involved. The current controller of the speed-controlled drive of each rotor is preferably a PI controller.

Bevorzugt ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche insbesondere den Schätzer und/oder den Beobachter und/oder das Kalman-Filter und/oder den Drehzahlregler des Antriebs jedes Rotors und/oder den Stromregler des Antriebs jedes Rotors und/oder die Steuereinheit umfasst. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung den wenigstens einen Sensor und/oder ist mit diesem verbunden. Vorteilhaft umfasst die Steuervorrichtung wenigstens einen Digitalrechner. Beispielsweise umfasst die Steuervorrichtung wenigstens einen digitalen Signalprozessor und/oder Mikrocontroller. Der Schätzer liegt bevorzugt in Form eines Programms vor, welches von der Steuervorrichtung und/oder von dem Digitalrechner und/oder von dem digitalen Signalprozessor und/oder von dem Mikrocontroller ausgeführt wird.A control device is preferably provided, which in particular includes the estimator and/or the observer and/or the Kalman filter and/or the speed controller of the drive of each rotor and/or the current controller of the drive of each rotor and/or the control unit. The control device preferably comprises the at least one sensor and/or is connected to it. The control device advantageously includes at least one digital computer. For example, the control device includes at least one digital signal processor and/or microcontroller. The estimator is preferably in the form of a program which is executed by the control device and/or by the digital computer and/or by the digital signal processor and/or by the microcontroller.

Bevorzugt wird der Sollwert für die Drehzahl jedes Rotors, insbesondere mittels der Steuervorrichtung, vorgegeben und/oder bereitgestellt. Insbesondere werden die, vorzugsweise prädizierten und/oder korrigierten, Schätzwerte für den Drehwinkel und/oder die Drehzahl jedes Rotors der Steuervorrichtung und/oder dem drehzahlgeregelten Antrieb des jeweiligen Rotors und/oder dem Drehzahlregler des drehzahlgeregelten Antriebs des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt.The target value for the rotational speed of each rotor is preferably specified and/or provided, in particular by means of the control device. In particular, the preferably predicted and/or corrected estimated values for the angle of rotation and/or the speed of each rotor are made available to the control device and/or the speed-controlled drive of the respective rotor and/or the speed controller of the speed-controlled drive of the respective rotor.

Bevorzugt ist eine Zeiterfassungsvorrichtung vorgesehen. Die Erkennungszeitpunkte und/oder jeder Erkennungszeitpunkt wird vorzugsweise durch die oder eine Zeiterfassungsvorrichtung erfasst. Vorteilhaft umfasst die Steuervorrichtung die Zeiterfassungsvorrichtung.A time recording device is preferably provided. The recognition times and/or each recognition time is preferably recorded by the or a time recording device. The control device advantageously includes the time recording device.

Gemäß einer Weiterbildung weist jeder Rotor eine gegenüber der Rotorachse versetzt angeordnete Hauptträgheitsachse auf. Insbesondere ergibt sich somit durch Drehen jedes Rotors eine Unwucht. Bevorzugt bildet oder bilden das System und/oder jeder Antrieb und/oder jeder Rotor und/oder der Stator und/oder der wenigstens eine Sensor einen Unwuchterreger. Vorzugsweise überlagern sich die Unwuchten, insbesondere zu einer resultieren Unwucht. Bevorzugt weist jeder Rotor eine, insbesondere bezüglich der Rotorachse exzentrische, Unwuchtmasse auf, die vorzugsweise im, insbesondere radialen, Abstand zur Rotorachse angeordnet ist. Beispielsweise ist oder wird jede Unwuchtmasse an dem jeweiligen Rotor montiert. Vorzugsweise bildet jede Unwuchtmasse einen, insbesondere radialen, Vorsprung des jeweiligen Rotors. Bevorzugt erstrecken sich die Unwuchtmassen, insbesondere jeweils, in Richtung der Rotorachse. Vorteilhaft wird der Unwuchterreger zur Kompensation und/oder zur Reduzierung von, insbesondere störenden, Schwingungen eingesetzt. Beispielsweise wird der Unwuchterreger in einem Fahrzeug eingesetzt, welches insbesondere ein Kraftfahrzeug ist.According to a development, each rotor has a main axis of inertia that is offset relative to the rotor axis. In particular, the rotation of each rotor results in an imbalance. The system and/or each drive and/or each rotor and/or the stator and/or the at least one sensor preferably forms an imbalance exciter. The imbalances are preferably superimposed, in particular resulting in an imbalance. Each rotor preferably has an unbalanced mass, in particular eccentric with respect to the rotor axis, which is preferably arranged at a distance, in particular radial, from the rotor axis. For example, each imbalance mass is or will be mounted on the respective rotor. Each unbalanced mass preferably forms a projection, in particular a radial projection, of the respective rotor. The unbalanced masses preferably extend, in particular in each case, in the direction of the rotor axis. The imbalance exciter is advantageous for compensating for and/or reducing vibrations, in particular those that are disruptive deployed. For example, the imbalance exciter is used in a vehicle, which is in particular a motor vehicle.

Gemäß einer Ausgestaltung werden, vorzugsweise für jeden Rotor, mittels des wenigstens einen Sensors, insbesondere exzentrizitätsbedingte, Abstandsänderungen zwischen dem jeweiligen oder jedem Rotor und dem wenigstens einen Sensor erfasst. Bevorzugt wird, insbesondere dadurch, die Referenzdrehlage des jeweiligen oder jedes Rotors erkannt. Vorteilhaft wird, vorzugsweise für jeden Rotor, die Referenzdrehlage des jeweiligen oder jedes Rotors durch den wenigstens einen Sensor dadurch erkannt, dass, insbesondere exzentrizitätsbedingte, Abstandsänderungen zwischen dem wenigstens einen Sensor und dem jeweiligen oder jedem Rotor mittels des wenigstens einen Sensors erfasst werden. Vorzugsweise ist der wenigsten eine Sensor ein Näherungssensor. Beispielsweise ist oder wird, vorzugsweise für jeden oder den jeweiligen Rotor, die Referenzlage und/oder Referenzdrehlage durch einen minimalen oder durch einen maximalen Abstand zwischen dem jeweiligen oder jedem Rotor und dem wenigstens einen Sensor definiert. Die Referenzlage entspricht z.B. der Referenzdrehlage. Die Referenzdrehlage jedes Rotors wird insbesondere erkannt, wenn der Abstand zwischen dem Referenzort des jeweiligen Rotors und dem Referenzort des Stators ein Minimum oder ein Maximum annimmt.According to one embodiment, the at least one sensor is used, preferably for each rotor, to detect changes in distance between the respective rotor or each rotor and the at least one sensor, in particular changes caused by eccentricity. The reference rotational position of the respective or each rotor is preferably recognized, in particular as a result. Advantageously, preferably for each rotor, the reference rotational position of the respective or each rotor is recognized by the at least one sensor in that changes in distance, in particular those caused by eccentricity, between the at least one sensor and the respective or each rotor are detected by means of the at least one sensor. Preferably, the at least one sensor is a proximity sensor. For example, the reference position and/or reference rotational position is or will be defined, preferably for each or the respective rotor, by a minimum or by a maximum distance between the respective or each rotor and the at least one sensor. The reference position corresponds, for example, to the reference rotation position. The reference rotational position of each rotor is recognized in particular when the distance between the reference location of the respective rotor and the reference location of the stator assumes a minimum or a maximum.

Bevorzugt wird von dem wenigstens einen Sensor ein Sensorsignal zur Verfügung gestellt, welches insbesondere den oder einen Abstand zwischen dem Referenzort jedes Rotors und dem Referenzort des Stators charakterisiert. Beispielsweise charakterisiert das Sensorsignal den Abstand zwischen der Unwuchtmasse des jeweiligen oder jedes Rotors und dem Sensor. Vorzugsweise ist oder wird der Sensor mit einem Schwellenwertschalter kombiniert. Vorteilhaft wird, insbesondere somit, die Referenzdrehlage jedes Rotors dadurch erkannt, dass das oder ein von dem Sensor zur Verfügung gestelltes Sensorsignal einen, insbesondere vorgegebenen, Schwellenwert erreicht oder überschreitet oder unterschreitet.A sensor signal is preferably made available by the at least one sensor, which in particular characterizes the or a distance between the reference location of each rotor and the reference location of the stator. For example, the sensor signal characterizes the distance between the imbalance mass of the respective rotor or each rotor and the sensor. Preferably, the sensor is or will be combined with a threshold switch. The reference rotational position of each rotor is thus advantageously detected, in particular, in that the or a sensor signal made available by the sensor reaches or exceeds or falls below a threshold value, in particular a predetermined one.

Bevorzugt besteht jeder Rotor und/oder die Unwuchtmasse jedes Rotors, insbesondere zumindest teilweise, aus einem magnetischen Werkstoff, vorteilhaft aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Vorzugsweise bildet oder umfasst der wenigstens eine Sensor einen oder wenigstens einen Magnetfeldsensor. Beispielsweise bildet oder umfasst der wenigstens eine Sensor einen oder wenigstens ein Hall-Sensor. Vorteilhaft ist zusammen mit dem wenigstens einen Sensor wenigstens ein Magnet vorgesehen, der vorzugsweise ein Mess-Magnetfeld erzeugt, dem der wenigstens eine Sensor ausgesetzt ist. Bevorzugt ist das Mess-Magnetfeld durch den Rotor und/oder durch die Unwuchtmasse beeinflussbar und/oder veränderbar, was insbesondere mittels des wenigstens einen Sensors erfassbar ist. Der wenigstens eine Magnet ist vorzugsweise ein Permanentmagnet.Each rotor and/or the unbalanced mass of each rotor preferably consists, in particular at least partially, of a magnetic material, advantageously of a ferromagnetic material. The at least one sensor preferably forms or comprises one or at least one magnetic field sensor. For example, the at least one sensor forms or includes one or at least one Hall sensor. At least one magnet is advantageously provided together with the at least one sensor, which magnet preferably generates a measuring magnetic field to which the at least one sensor is exposed. The measuring magnetic field can preferably be influenced and/or changed by the rotor and/or by the imbalance mass, which can be detected in particular by means of the at least one sensor. The at least one magnet is preferably a permanent magnet.

Bevorzugt drehen sich die Rotoren in dieselbe Richtung und/oder die Rotoren weisen insbesondere denselben Drehsinn auf. Beispielsweise sind die Rotoren mechanisch voneinander entkoppelt. In diesem Fall können die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl der Rotoren z.B. unabhängig voneinander prädiziert werden. Insbesondere sind die Rotoren aber, beispielsweise über den Stator und/oder das Tragsystem, mechanisch miteinander gekoppelt.The rotors preferably rotate in the same direction and/or the rotors have in particular the same direction of rotation. For example, the rotors are mechanically decoupled from one another. In this case, the estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotors can, for example, be predicted independently of one another. In particular, however, the rotors are mechanically coupled to one another, for example via the stator and/or the support system.

Gemäß einer Weiterbildung beträgt die Anzahl der Rotoren zwei. Beispielsweise bildet einer der Rotoren einen ersten Rotor und ein anderer der Rotoren einen zweiten Rotor. Die Rotoren sind bevorzugt identisch aufgebaut. Vorzugsweise steht die Unwuchtmasse des ersten Rotors in Richtung auf den zweiten Rotor vor und/oder die Unwuchtmasse des zweiten Rotors steht vorzugsweise in Richtung auf den ersten Rotor vor. Vorteilhaft schneidet eine mittig zwischen den Rotoren angeordnete und senkrecht zur Rotorachse verlaufende Ebene beide Unwuchtmassen.According to a development, the number of rotors is two. For example, one of the rotors forms a first rotor and another of the rotors forms a second rotor. The rotors are preferably constructed identically. The unbalanced mass of the first rotor preferably projects in the direction of the second rotor and/or the unbalanced mass of the second rotor preferably projects in the direction of the first rotor. Advantageously, a plane arranged centrally between the rotors and running perpendicularly to the rotor axis intersects both unbalanced masses.

Gemäß einer Weiterbildung wird je Rotor maximal ein Sensor verwendet, der die am Rotor montierte Unwuchtmasse erkennt. Mithilfe des einen Sensors ist es normalerweise nur möglich, die Drehzahl gemittelt über vollständige Rotationen zu bestimmen. Durch die Verwendung des systemtheoretischen Modells (Systemmodell), das insbesondere auf einem Steuermikrocontroller gerechnet wird, eröffnen sich jedoch neue Möglichkeiten zur Schätzung von Drehwinkel und Drehzahl. Somit können teurere Drehwinkelsensoren zur Bestimmung von Drehzahl und Drehwinkel der Rotoren eingespart werden. Ein üblicher Sensor zur Drehwinkelermittlung ist z.B. ein inkrementeller Winkelgeber, der beispielsweise ein Geberrad umfasst. Solche Geberräder verursachen durch die hohen Genauigkeitsanforderungen allerdings hohe Fertigungskosten und benötigen zudem eine hochfrequente Auswertung der Zahnflanken. Das Systemmodell wird insbesondere zur Verwendung mit drehzahlgeregelten Motoren vereinfacht. Ferner werden nur relevante Größen betrachtet. Somit werden als Eingangsgrößen bevorzugt die Sollwerte für die Drehzahlen der Rotoren und/oder Motoren verwendet. Als Ausgangsgrößen werden vorzugsweise die Schätzwerte für die Drehzahlen und Drehwinkel, insbesondere in einem halboffenen Intervall [0°,360°), ausgegeben. Vorteilhaft wird für das Subsystem eines Motors die Übertragungsfunktion der Regelstrecke mit der gewünschten Drehzahl als Eingangsgröße und der sich ergebenden Drehzahl als Ausgangsgröße gebildet. Eine daraus folgende Übertragungsfunktion zehnter Ordnung wird bevorzugt zu einem Verzögerungsglied erster Ordnung approximiert. Der Drehwinkel des Systems lässt sich insbesondere numerisch stabil mittels Integration bestimmen. Hierzu wird z.B. eine bekannte Startposition vorausgesetzt, die im Anwendungsfall nicht vorliegt. Zur Lösung dieses Problems wird das Modell im Betrieb vorzugsweise laufend korrigiert, wodurch sich der absolute Drehwinkel des Rotors und/oder Motors bestimmen lässt. Die fortlaufende Korrektur des Systemmodells erfolgt insbesondere mithilfe eines geeigneten Schätzers oder Filters (hier vorzugsweise Kalman-Filter). Dieses Filter ist in der Lage, Zustände des Systems zu schätzen, solange die erforderlichen Bedingungen für den Einsatz erfüllt sind. Vorteilhaft ist die gute Widerstandsfähigkeit des Filters bei schwankenden Messgrößen, die beispielsweise durch überlagertes Rauschen auftreten. Das Filter besitzt bevorzugt zwei, insbesondere wesentliche, Schritte, die bei Ausführung durchlaufen werden, nämlich die Korrektur und die Prädiktion. Im Korrekturschritt wird die Vorhersage (Prädiktion) des letzten Zyklus insbesondere mit der aktuellen Messung kombiniert, um den geschätzten Zustandsvektor des aktuellen Zyklus zu bestimmen. Hierzu wird insbesondere die prädizierte Ausgangsgröße des vorherigen Zyklus bestimmt und mit der aktuellen Messgröße verglichen. Bei guter Übereinstimmung wird sich eine lediglich geringe Differenz einstellen. Anhand der Kovarianz der Schätzfehler und der Kovarianz der Messgrößen wird insbesondere die Kalman-Verstärkung zur Korrektur bestimmt. Bevorzugt werden durch die Korrektur nicht nur die Zustände des Systems angepasst, sondern auch die Kovarianz der Schätzfehler reduziert. Im Prädiktionsschritt wird insbesondere mit dem erzeugten Systemmodell auf Basis der aktuellen Zustände und den bekannten Eingangsgrößen der Zustand für den nächsten Zyklus prädiziert. Da durch die Prädiktion die Unsicherheit des Zustandsvektors zunimmt, wird bevorzugt die Kovarianz der Schätzfehler erhöht.According to a development, a maximum of one sensor is used per rotor, which detects the imbalance mass mounted on the rotor. With the help of one sensor it is normally only possible to determine the speed averaged over complete rotations. However, the use of the system-theoretical model (system model), which is calculated on a control microcontroller in particular, opens up new possibilities for estimating the angle of rotation and speed. Thus, more expensive rotation angle sensors for determining the speed and rotation angle of the rotors can be saved. A typical sensor for determining the angle of rotation is, for example, an incremental angle sensor, which includes a sensor wheel, for example. However, due to the high accuracy requirements, such sensor wheels cause high production costs and also require a high-frequency evaluation of the tooth flanks. The system model is simplified especially for use with variable speed motors. Furthermore, only relevant variables are considered. The setpoint values for the speeds of the rotors and/or motors are therefore preferably used as input variables. The estimated values for the speeds and Angle of rotation, in particular in a half-open interval [0 °, 360 °) output. For the subsystem of a motor, the transfer function of the controlled system is advantageously formed with the desired speed as the input variable and the resulting speed as the output variable. A tenth-order transfer function resulting therefrom is preferably approximated to form a first-order delay element. In particular, the angle of rotation of the system can be determined numerically in a stable manner by means of integration. For this purpose, a known start position is assumed, which is not available in the application. To solve this problem, the model is preferably continuously corrected during operation, as a result of which the absolute angle of rotation of the rotor and/or motor can be determined. The continuous correction of the system model takes place in particular with the aid of a suitable estimator or filter (here preferably a Kalman filter). This filter is able to estimate states of the system as long as the necessary conditions for use are met. The good resilience of the filter in the case of fluctuating measured variables, which occur, for example, due to superimposed noise, is advantageous. The filter preferably has two, particularly essential, steps that are run through during execution, namely correction and prediction. In the correction step, the prediction of the last cycle is in particular combined with the current measurement in order to determine the estimated state vector of the current cycle. For this purpose, in particular the predicted output variable of the previous cycle is determined and compared with the current measured variable. If there is good agreement, there will only be a small difference. In particular, the Kalman gain for correction is determined on the basis of the covariance of the estimation errors and the covariance of the measured variables. The correction not only adjusts the states of the system, but also reduces the covariance of the estimation errors. In the prediction step, the state for the next cycle is predicted in particular with the generated system model on the basis of the current states and the known input variables. Since the uncertainty of the state vector increases as a result of the prediction, the covariance of the estimation errors is preferably increased.

Insbesondere ist es mit dem Zielsystem aber nicht möglich, zu jedem Iterationsschritt des Filters neue Messwerte aufzunehmen. Bevorzugt ändert sich somit der Ablauf des Filters, sodass immer nur dann eine Korrektur erfolgt, nachdem neue Messwerte vorliegen und nur diejenigen Zustände korrigiert werden, zu denen zusammenhängende Messwerte vorliegen. Ein veränderter Ablaufplan berücksichtigt somit vorzugsweise die Gegebenheit, dass nicht für jeden Filteraufruf neue Informationen zur Korrektur vorliegen. Da bedingt durch die bevorzugt feste Ausführungszeit des Filters die Messwerte für die Rotoren und/oder Motoren nicht zur gleichen Zeit wie die Ausführung auftreten, kann hierbei nur erkannt werden, ob zwischen zwei Aufrufen die Referenzdrehlagen für die Rotoren und/oder Motoren erfasst wurden. Es wird insbesondere zwischen den folgenden vier Möglichkeiten unterschieden.

  • 1) Für keinen Rotor wurde die Referenzdrehlage erkannt: Es kann für keinen Rotor eine Korrektur ausgeführt werden. Das Filter führt lediglich einen zusätzlichen Prädiktionsschritt aus.
  • 2) Es wird nur für den ersten Rotor die Referenzdrehlage erkannt: Anhand der vorliegenden Informationen lässt sich der Zustandsvektor des Modells nur für den ersten Rotor betreffende Größen korrigieren.
  • 3) Es wird nur für den zweiten Rotor die Referenzdrehlage erkannt: Anhand der vorliegenden Informationen lässt sich der Zustandsvektor des Modells nur für den zweiten Rotor betreffende Größen korrigieren.
  • 4) Es werden für beide Rotoren die Referenzdrehlagen erkannt: Es liegen alle benötigten Informationen vor, um den vollständigen Zustandsvektor zu korrigieren.
In particular, it is not possible with the target system to record new measured values for each iteration step of the filter. The sequence of the filter thus preferably changes, so that a correction only takes place after new measured values are available and only those states are corrected for which there are related measured values. A modified flow plan thus preferably takes into account the fact that new information for correction is not available for each filter call. Since the measured values for the rotors and/or motors do not occur at the same time as the execution due to the preferably fixed execution time of the filter, it can only be recognized whether the reference rotational positions for the rotors and/or motors were recorded between two calls. In particular, a distinction is made between the following four options.
  • 1) The reference rotational position was not recognized for any rotor: A correction cannot be carried out for any rotor. The filter only performs an additional prediction step.
  • 2) The reference rotational position is only recognized for the first rotor: Based on the information available, the state vector of the model can only be corrected for variables relating to the first rotor.
  • 3) The reference rotational position is only recognized for the second rotor: Based on the information available, the state vector of the model can only be corrected for variables relating to the second rotor.
  • 4) The reference rotational positions are recognized for both rotors: all the information required to correct the complete state vector is available.

Zur sinnvollen Korrektur der Zustände ist es vorteilhaft, dass die Drehwinkel als Messgrößen zum Abgleich von Modell und Realität dienen. Mit dem wenigstens einen Sensor lassen sich die Drehwinkel aber insbesondere nicht messen, es können allerdings Zeiten erfasst werden.For meaningful correction of the states, it is advantageous that the angles of rotation serve as measured variables for comparing the model and reality. With the at least one sensor, however, the angles of rotation cannot in particular be measured, but times can be recorded.

Mit dem bekannten Ort des Sensors und/oder mit der bekannten Referenzdrehlage, den zuletzt prädizierten Drehzahlen und der vergangenen Zeit vom Erkennen der Referenzdrehlage bis zum Filteraufruf lassen sich die Werte für die Drehwinkel extrapolieren. Hierbei liegen gute Werte für die Drehwinkel vor, wenn die Drehzahlen mit guter Genauigkeit prädiziert werden. Die gemessene Zeit kann insbesondere nie größer sein als die Ausführungsrate des Filters. Mit den Ausgangsgrößen lässt sich das Systemmodell für das Kalman-Filter aufstellen. Da es sich hierbei bevorzugt um ein nicht sprungfähiges System handelt, entfällt insbesondere ein direkter Pfad mit Durchgangsmatrix.The values for the angles of rotation can be extrapolated with the known location of the sensor and/or with the known reference rotational position, the last predicted rotational speeds and the elapsed time from the detection of the reference rotational position to the filter call. There are good values for the angle of rotation if the speeds are predicted with good accuracy. In particular, the measured time can never be greater than the execution rate of the filter. The system model for the Kalman filter can be set up with the output variables. Since this is preferably a non-jumpable system, a direct path with a throughput matrix is not required.

Das Verfahren wurde an einem Unwuchterreger-Prototypen umgesetzt und zeigte gute Übereinstimmungen mit Referenzmessungen, die mit Geberrädern erfolgten. Die Abweichungen der prädizierten Drehwinkel waren dabei durchgehend kleiner als 2,5°. Ferner waren die Abweichungen der Drehzahl kleiner als 1 %, weitgehend sogar kleiner als 0,5%.The method was implemented on an imbalance exciter prototype and showed good agreement with reference measurements that were made with sensor wheels. The deviations of the predicted angles of rotation were consistently less than 2.5°. Furthermore, the deviations in the speed were less than 1%, largely even less than 0.5%.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Unwuchterregers mit zwei Rotoren,
  • 2 eine Schnittansicht des Unwuchterregers entlang der in 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A,
  • 3 eine schematische Darstellung eines durch den Unwuchterreger gebildeten Systems und eines Schätzers,
  • 4 eine schematische Darstellung eines drehzahlgeregelten Antriebs des Unwuchterregers,
  • 5 ein Ersatzschaltbild für den Ankerkreis eines Elektromotors des drehzahlgeregelten Antriebs,
  • 6 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Korrektur und Prädiktion von Drehwinkel und Drehzahl für einen der Rotoren des Unwuchterregers und
  • 7 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Korrektur und Prädiktion von Drehwinkel und Drehzahl für beide Rotoren des Unwuchterregers.
The invention is described below using a preferred embodiment with reference to the drawing. Show in the drawing:
  • 1 a schematic view of an unbalance exciter with two rotors,
  • 2 a sectional view of the unbalance exciter along the in 1 apparent cutting line AA,
  • 3 a schematic representation of a system formed by the imbalance exciter and an estimator,
  • 4 a schematic representation of a speed-controlled drive of the imbalance exciter,
  • 5 an equivalent circuit diagram for the armature circuit of an electric motor of the speed-controlled drive,
  • 6 a flowchart to illustrate the correction and prediction of the angle of rotation and speed for one of the rotors of the imbalance exciter and
  • 7 a flowchart to illustrate the correction and prediction of the angle of rotation and speed for both rotors of the unbalance exciter.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Unwuchterregers 1, der zwei Rotoren 2 und 3 aufweist, die jeweils durch einen Elektromotor 4 bzw. 5 um eine Rotorachse 6 gedreht werden. Dabei wird der Rotor 2, der auch als erster Rotor bezeichnet wird, durch den Elektromotor 4 und der Rotor 3, der auch als zweiter Rotor bezeichnet wird, durch den Elektromotor 5 gedreht. Die Rotoren 2 und 3 sind vorzugsweise identisch aufgebaut und drehen insbesondere in dieselbe Richtung. Bevorzugt sind die Elektromotoren 4 und 5 jeweils durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor gebildet. Der Motor 4 wird insbesondere als erster Motor und der Motor 5 insbesondere als zweiter Motor bezeichnet. 1 1 shows a schematic view of an imbalance exciter 1, which has two rotors 2 and 3, which are each rotated about a rotor axis 6 by an electric motor 4 and 5, respectively. The rotor 2 , which is also referred to as the first rotor, is rotated by the electric motor 4 and the rotor 3 , which is also referred to as the second rotor, is rotated by the electric motor 5 . The rotors 2 and 3 are preferably constructed identically and, in particular, rotate in the same direction. The electric motors 4 and 5 are preferably each formed by a brushless DC motor. The motor 4 is referred to in particular as the first motor and the motor 5 in particular as the second motor.

Jeder Rotor weist eine Unwuchtmasse auf, die im radialen Abstand zur Rotorachse 6 angeordnet ist. Dabei weist der Rotor 2 die Unwuchtmasse 7 und der Rotor 3 die Unwuchtmasse 8 auf. Aufgrund der Unwuchtmassen 7 und 8 sind die Hauptträgheitsachsen der Rotoren 2 und 3 gegenüber der Rotorachse 6 versetzt, sodass sich durch das Drehen der Rotoren 2 und 3 um die Rotorachse 6 jeweils eine Unwucht ergibt. Dies ist in 2 für den Rotor 2 gezeigt, wo ein Versatz a zwischen der Rotorachse 6 und der Hauptträgheitsachse 23 des Rotors 2 illustriert ist. Die Unwuchten überlagern sich zu einer resultieren Unwucht, deren Frequenz und Phase insbesondere durch den Drehwinkel und die Drehzahl der Rotoren 2 und 3 einstellbar ist. Durch einen Sensor 9 werden die Umdrehungen der Rotoren 2 und 3 erkannt.Each rotor has an unbalanced mass which is arranged at a radial distance from the rotor axis 6 . The rotor 2 has the unbalanced mass 7 and the rotor 3 has the unbalanced mass 8 . Due to the imbalance masses 7 and 8, the main axes of inertia of the rotors 2 and 3 are offset relative to the rotor axis 6, so that the rotation of the rotors 2 and 3 about the rotor axis 6 results in an imbalance. this is in 2 for the rotor 2, where an offset a between the rotor axis 6 and the main axis of inertia 23 of the rotor 2 is illustrated. The imbalances are superimposed to form an imbalance, the frequency and phase of which can be adjusted in particular by the angle of rotation and the speed of the rotors 2 and 3 . The revolutions of the rotors 2 and 3 are detected by a sensor 9 .

Der Unwuchterreger 1 weist einen Stator 10 auf, mit welchem die Elektromotoren 4 und 5 sowie der Sensor 9 fest verbunden sind. Der Stator 10 ist lediglich schematisch dargestellt und beispielsweise durch wenigstens eine Halterung und/oder durch wenigstens ein Gehäuse gebildet. Die Elektromotoren 4 und 5 umfassen jeweils eine als Hohlwelle ausgebildete Motorwelle 11, mit welcher der jeweilige Rotor starr oder drehstarr verbunden ist. Ferner ist eine starr mit dem Stator 10 verbundene Achse 12 vorgesehen, auf welcher die Rotoren 2 und 4 um die Rotorachse 6 drehbar gelagert sind. Die Rotoren 2 und 3 sind somit zumindest mittelbar um die Rotorachse 6 drehbar an dem Stator 10 gelagert. Der Stator 10 ist z.B. durch ein oder mehrere Koppelelemente 21 mit einem Träger 22 gekoppelt, wobei der Träger 22 und die Koppelelemente 21 insbesondere ein Tragsystem bilden.The imbalance exciter 1 has a stator 10 to which the electric motors 4 and 5 and the sensor 9 are firmly connected. The stator 10 is shown only schematically and is formed, for example, by at least one holder and/or by at least one housing. The electric motors 4 and 5 each comprise a motor shaft 11 designed as a hollow shaft, to which the respective rotor is rigidly or torsionally rigidly connected. Also provided is an axis 12 which is rigidly connected to the stator 10 and on which the rotors 2 and 4 are mounted so as to be rotatable about the rotor axis 6 . The rotors 2 and 3 are thus mounted on the stator 10 such that they can rotate at least indirectly about the rotor axis 6 . The stator 10 is coupled to a carrier 22, for example by one or more coupling elements 21, with the carrier 22 and the coupling elements 21 forming in particular a carrying system.

Aus 2 ist eine Schnittansicht des Unwuchterregers 1 entlang der in 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A ersichtlich. Ferner ist schematisch der Sensor 9 dargestellt, um seine Lage relativ zu dem Rotor 2 zu veranschaulichen. Der Ort des Sensors 9 definiert einen Referenzort des Stators 10. Ferner definiert jede Unwuchtmasse einen Referenzort des jeweiligen Rotors. Dabei definiert die Unwuchtmasse 7 einen Referenzort des Rotors 2 und die Unwuchtmasse 8 einen Referenzort des Rotors 3. Somit lässt sich für jeden mit einer Drehzahl ω rotierenden Rotor ein Drehwinkel φ definieren, der eine Drehlage des Referenzorts des jeweiligen Rotors zu dem Referenzort des Stators 10 charakterisiert, was für den ersten Rotor 2 aus 2 ersichtlich ist. Dabei bildet die Drehlage des Referenzorts jedes Rotors bevorzugt eine Drehlage des jeweiligen Rotors. Eine Umdrehung jedes Rotors wird insbesondere erkannt, wenn dieser eine Referenzdrehlage φref annimmt oder durchläuft, die bevorzugt dadurch definiert ist, dass der Abstand d zwischen dem Referenzort des jeweiligen Rotors und dem Referenzort des Stators 10 ein Minimum annimmt. Der Sensor 9 ist bevorzugt ein Hall-Sensor, und die Unwuchtmassen 7 und 8 bestehen bevorzugt aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Ferner ist insbesondere ein Magnet 37 zur Erzeugung eines Mess-Magnetfelds vorgesehen (siehe 1). Eine Umdrehung des Rotors 2 wird z.B. jedes Mal dann erkannt, wenn dieser die Referenzdrehlage φref annimmt oder durchläuft, in der seine Unwuchtmasse 7 zu dem Sensor 9 einen geringsten Abstand d aufweist. Entsprechendes gilt für den zweiten Rotor 3.Out of 2 is a sectional view of the imbalance exciter 1 along the in 1 visible section line AA. Furthermore, the sensor 9 is shown schematically in order to illustrate its position relative to the rotor 2 . The location of the sensor 9 defines a reference location of the stator 10. Furthermore, each unbalanced mass defines a reference location of the respective rotor. The unbalanced mass 7 defines a reference location of the rotor 2 and the unbalanced mass 8 a reference location of the rotor 3. Thus, a rotation angle φ can be defined for each rotor rotating at a speed ω, which defines a rotational position of the reference location of the respective rotor in relation to the reference location of the stator 10 characterizes what is made for the first rotor 2 2 is evident. The rotational position of the reference location of each rotor preferably forms a rotational position of the respective rotor. A revolution of each rotor is detected in particular when it assumes or passes through a reference rotational position φ ref , which is preferably defined in that the distance d between the reference location of the respective rotor and the reference location of the stator 10 assumes a minimum. The sensor 9 is preferably a Hall sensor, and the imbalance masses 7 and 8 are preferably made of a ferromagnetic material. Furthermore, in particular a magnet 37 is provided for generating a measuring magnetic field (see FIG 1 ). A rotation of the rotor 2 is detected, for example, each time it assumes or passes through the reference rotational position φ ref in which its unbalanced mass 7 is at the smallest distance d from the sensor 9 . The same applies to the second rotor 3.

Zum Regeln des Drehwinkels und der Drehzahl der Rotoren ist es wünschenswert, Werte für den Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors möglichst kontinuierlich oder quasikontinuierlich messen zu können. Mit dem Sensor 9 ist für jeden Rotor aber nur ein einziger Drehwinkel pro Umdrehung messbar. Ferner ist mit dem Sensor 9 für jeden Rotor die Drehzahl nur über eine Umdrehung gemittelt messbar. Um die Auflösung für die Werte von Drehwinkel und die Drehzahl jedes Rotors zu erhöhen, wird ein Schätzer mit Kalman-Filter eingesetzt.In order to control the angle of rotation and the speed of the rotors, it is desirable to be able to measure values for the angle of rotation and the speed of each rotor as continuously or quasi-continuously as possible. With the sensor 9, however, only a single angle of rotation per revolution can be measured for each rotor. Furthermore, the speed can only be measured averaged over one revolution with the sensor 9 for each rotor. In order to increase the resolution for the values of the angle of rotation and the speed of each rotor, a Kalman filter estimator is used.

Aus 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems 13 mit einem Schätzer 14 ersichtlich, der hier insbesondere durch ein Kalman-Filter gebildet ist. Das physikalische System 13 entspricht dem Unwuchterreger 1, der dazu als systemtheoretisches, zeitkontinuierliches Modell Σ im Zustandsraum wie folgt dargestellt wird: Σ : { x ˙ _ ( t ) = A _ x _ ( t ) + B _ u _ ( t ) , x ( 0 ) = x _ 0 y ( t ) = C _ x _ ( t ) + D _ u _ ( t )

Figure DE102021113633A1_0001
Out of 3 a schematic representation of a system 13 with an estimator 14 can be seen, which is formed here in particular by a Kalman filter. The physical system 13 corresponds to the imbalance exciter 1, which is represented as a system-theoretical, time-continuous model Σ in the state space as follows: Σ : { x ˙ _ ( t ) = A _ x _ ( t ) + B _ and _ ( t ) , x ( 0 ) = x _ 0 y ( t ) = C _ x _ ( t ) + D _ and _ ( t )
Figure DE102021113633A1_0001

Die Größe x(t) ist der Zustandsvektor, die Größe ẋ(t) die zeitliche Ableitung des Zustandsvektors, die Größe u(t) der Eingangsvektor, die Größe y(t) der Ausgangsvektor, die Größe t die Zeit, die Größe A die Systemmatrix, die Größe B die Steuermatrix, die Größe C die Beobachtungsmatrix und die Größe D die Durchgangsmatrix. Da der Schätzer 14 bevorzugt in Form eines Programms vorliegt, welches auf einem Digitalrechner ausgeführt wird, ergibt sich für das systemtheoretische, zeitdiskrete Modell Σd im Zustandsraum: Σ d : { x _ ( k + 1 ) = A _ d x _ ( k ) + B _ d u _ ( t ) , x ( 0 ) = x _ 0 y _ ( k ) = C _ x _ ( k ) + D _ u _ ( t )

Figure DE102021113633A1_0002
The quantity x (t) is the state vector, the quantity ẋ(t) the time derivative of the state vector, the quantity u(t) the input vector, the quantity y(t) the output vector, the quantity t the time, the quantity A the system matrix, size B the control matrix, size C the observation matrix and size D the transit matrix. Since the estimator 14 is preferably in the form of a program which is executed on a digital computer, the following results for the system-theoretical, time-discrete model Σ d in the state space: Σ i.e : { x _ ( k + 1 ) = A _ i.e x _ ( k ) + B _ i.e and _ ( t ) , x ( 0 ) = x _ 0 y _ ( k ) = C _ x _ ( k ) + D _ and _ ( t )
Figure DE102021113633A1_0002

Die diskrete Systemmatrix Ad und die diskrete Beobachtermatrix Bd ergeben sich mit der Abtastzeit Ts zu: A _ d = e A _ T S

Figure DE102021113633A1_0003
B _ d = 0 T S e A _ τ d τ
Figure DE102021113633A1_0004
The discrete system matrix A d and the discrete observer matrix B d result with the sampling time T s as follows: A _ i.e = e A _ T S
Figure DE102021113633A1_0003
B _ i.e = 0 T S e A _ τ i.e τ
Figure DE102021113633A1_0004

Mit Hilfe des systemtheoretischen, zeitdiskreten Modells Σd im Zustandsraum und der Kalman-Verstärkung K(k) ergibt sich das Kalman-Filter 14. Dabei repräsentiert der, insbesondere zeitdiskrete, Ausgangsvektor y(k) des Systems bevorzugt eine Messgröße für den Schätzer 14. Der Block z-1 beschreibt insbesondere ein Verzögerungsglied und/oder einen Speicher.The Kalman filter 14 results with the aid of the system-theoretical, time-discrete model Σ d in the state space and the Kalman gain K(k). The output vector y(k), in particular time-discrete, of the system preferably represents a measured variable for the estimator 14. The block z -1 describes in particular a delay element and/or a memory.

Um das systemtheoretische, zeitkontinuierliche Modell Σ im Zustandsraum zu ermitteln, gelten folgende Voraussetzungen. Jeder Elektromotor ist Teil eines drehzahlgeregelten Antriebs 15, der zusätzlich zu dem jeweiligen Elektromotor einen Drehzahlregler 16 und einen Stromregler 17 umfasst. Der den Elektromotor 4 umfassende Antrieb 15 ist schematisch in 4 gezeigt. Dabei ist der Elektromotor 4 logisch in einen elektrischen Block 18 und in einen mechanischen Block 19 unterteilt. Ferner ist dem Elektromotor 4 der Rotor 2 als mechanische Last zugeschlagen. Der Drehzahlregler 16 weist die Übertragungsfunktionen GR,ω auf und ist als Pl-Regler ausgebildet. Wie aus 4 ersichtlich, wird ein Sollwert für die Drehzahl zur Verfügung gestellt und mit ωsoll bezeichnet. Der Istwert für die Drehzahl wird hier hingegen mit ω bezeichnet. Der Stromregler 17 weist die Übertragungsfunktionen GR,i auf und ist als Pl-Regler ausgebildet. Wie aus 4 ersichtlich, wird vom Drehzahlregler 16 ein Sollwert für den Motorstrom zur Verfügung gestellt, der mit Isoll bezeichnet wird. Der Istwert für den Motorstrom wird hingegen mit / bezeichnet.In order to determine the system-theoretical, time-continuous model Σ in the state space, the following prerequisites apply. Each electric motor is part of a speed-controlled drive 15, which includes a speed controller 16 and a current controller 17 in addition to the respective electric motor. The drive 15 comprising the electric motor 4 is shown schematically in 4 shown. The electric motor 4 is logically divided into an electrical block 18 and a mechanical block 19 . Furthermore, the rotor 2 is added to the electric motor 4 as a mechanical load. The speed controller 16 has the transfer functions G R,ω and is designed as a PI controller. How out 4 As can be seen, a target value for the speed is made available and is denoted by ω target . The actual value for the speed, on the other hand, is denoted by ω here. The current controller 17 has the transfer functions G R,i and is designed as a PI controller. How out 4 As can be seen, the speed controller 16 provides a desired value for the motor current, which is denoted by I desired . The actual value for the motor current, on the other hand, is denoted by /.

Gemäß einem Ersatzschaltbild, welches aus 5 ersichtlich ist, lässt sich der Ankerkreis des Elektromotors 4 folgendermaßen darstellen: U A ( t ) = R I A ( t ) + L i A ( t ) + e A ( t )

Figure DE102021113633A1_0005
mit e A ( t ) = c E ω ( t )
Figure DE102021113633A1_0006
M ( t ) = c M I A ( t )
Figure DE102021113633A1_0007
M ( t ) = J ω ˙ ( t )
Figure DE102021113633A1_0008
According to an equivalent circuit diagram, which consists of 5 can be seen, the armature circuit of the electric motor 4 can be represented as follows: u A ( t ) = R I A ( t ) + L i A ( t ) + e A ( t )
Figure DE102021113633A1_0005
With e A ( t ) = c E ω ( t )
Figure DE102021113633A1_0006
M ( t ) = c M I A ( t )
Figure DE102021113633A1_0007
M ( t ) = J ω ˙ ( t )
Figure DE102021113633A1_0008

Die Größe UA ist die an den Ankerkreis anliegende elektrische Spannung, die Größe IA ist der durch den Ankerkreis fließende elektrische Strom, der insbesondere den Motorstrom bildet, die Größe L ist die Anker-Induktivität, die Größe R ist der Anker-Widerstand, die Größe eA ist die induzierte Spannung, die Größe M ist das wirkende Drehmoment, die Größe J ist das Massenträgheitsmoment des Ankers, die Größe ω ist die Winkelgeschwindigkeit des Ankers und die Größen cE und cM sind Maschinenkonstanten des Elektromotors 4.Variable U A is the electrical voltage applied to the armature circuit, variable I A is the electrical current flowing through the armature circuit, which in particular forms the motor current, variable L is the armature inductance, variable R is the armature resistance, variable e A is the induced voltage, variable M is the effective torque, variable J is the moment of inertia of the armature, variable ω is the angular velocity of the armature and variables c E and c M are machine constants of the electric motor 4.

Somit ergibt sich für den Block 18 die Lapalce-Transformierte der Übertragungsfunktion GI zu: G I = J g e s s L J g e s s 2 + R J g e s s + c M c E

Figure DE102021113633A1_0009
Thus, for block 18, the Lapalce transform of the transfer function G I results in: G I = J G e s s L J G e s s 2 + R J G e s s + c M c E
Figure DE102021113633A1_0009

Ferner ergibt sich für den Block 19 die Laplace-Transformierte der Übertragungsfunktion Gω zu: G ω = c M J g e s s

Figure DE102021113633A1_0010
Furthermore, for block 19, the Laplace transform of the transfer function G ω results in: G ω = c M J G e s s
Figure DE102021113633A1_0010

Die Größe Jges ergibt sich dabei als resultierendes Massenträgheitsmoment von Anker und Rotor 2.The variable J tot results from the resulting mass moment of inertia of the armature and rotor 2.

Der den Elektromotor 5 umfassende Antrieb ist entsprechend ausgebildet, wobei dem Elektromotor 5 allerdings der Rotor 3 als mechanische Last zugeschlagen ist.The drive comprising the electric motor 5 is designed accordingly, although the rotor 3 is added to the electric motor 5 as a mechanical load.

Wie aus 1 ersichtlich, umfasst der Unwuchterreger 1 eine Steuervorrichtung 20, welche die Drehzahlregler und die Stromregler für beide Elektromotoren 4 und 5 umfasst und mit diesen durch elektrische Leitungen 38 verbunden ist, die gestrichelt dargestellt sind. Ferner ist der Sensor 9 elektrisch mit der Steuervorrichtung 20 verbunden, was durch die gestrichelte Leitung 39 mit Pfeilspitze angedeutet ist. Die Steuervorrichtung 20 gibt insbesondere auch die Sollwerte für die Drehzahl vor, wobei der Sollwert für die Drehzahl des ersten Rotors 2 auch mit ω1,soll und der Sollwert für die Drehzahl des zweiten Rotors 3 mit ω2,soll bezeichnet wird.How out 1 As can be seen, the imbalance exciter 1 includes a control device 20, which includes the speed controller and the current controller for both electric motors 4 and 5 and is connected to these by electrical lines 38, which are shown in dashed lines. Furthermore, the sensor 9 is electrically connected to the control device 20, which is indicated by the dashed line 39 with an arrowhead. In particular, the control device 20 also specifies the setpoint values for the speed, the setpoint value for the speed of the first rotor 2 also being designated ω 1,soll and the setpoint value for the speed of the second rotor 3 with ω 2,soll .

Für das Gesamtsystem ergibt sich eine Übertragungsfunktion höherer Ordnung, insbesondere zehnter Ordnung. Diese Übertragungsfunktion wird zur Vereinfachung durch ein System erster Ordnung approximiert, sodass sich die folgende Differentialgleichung ergibt: y ˙ = 1 T I y + 1 T I u

Figure DE102021113633A1_0011
A transfer function of a higher order, in particular of the tenth order, results for the overall system. For simplification, this transfer function is approximated by a first-order system, resulting in the following differential equation: y ˙ = 1 T I y + 1 T I and
Figure DE102021113633A1_0011

Zur Steigerung der Genauigkeit kann die Übertragungsfunktion für das Gesamtsystem auch durch ein System zweiter oder höherer Ordnung approximiert werden. Nachfolgend wird aber von dem System erster Ordnung ausgegangen, da mit diesem bereits gute Ergebnisse erzielt wurden.To increase the accuracy, the transfer function for the overall system can also be approximated by a system of the second or higher order. In the following, however, the first-order system is assumed, since good results have already been achieved with this.

Somit folgt das systemtheoretische, zeitkontinuierliche Modell Σ im Zustandsraum zu: Σ : { ( φ ˙ 1 φ ˙ 2 ω ˙ 1 ω 2 ) = ( 0 0 6 0 0 0 0 6 0 0 d q 0 0 q d ) ( φ 1 φ 2 ω 1 ω 2 ) + ( 0 0 0 0 v 0 0 v ) ( u 1 u 2 ) + ( 0 0 0 0 1 0 0 1 ) ( z 1 z 2 ) ( y 1 y 1 ) = ( 1 0 0 0 0 1 0 0 ) ( φ 1 φ 2 ω 1 ω 2 )

Figure DE102021113633A1_0012
Thus the systems-theoretical, time-continuous model Σ in the state space follows: Σ : { ( φ ˙ 1 φ ˙ 2 ω ˙ 1 ω 2 ) = ( 0 0 6 0 0 0 0 6 0 0 i.e q 0 0 q i.e ) ( φ 1 φ 2 ω 1 ω 2 ) + ( 0 0 0 0 v 0 0 v ) ( and 1 and 2 ) + ( 0 0 0 0 1 0 0 1 ) ( e.g 1 e.g 2 ) ( y 1 y 1 ) = ( 1 0 0 0 0 1 0 0 ) ( φ 1 φ 2 ω 1 ω 2 )
Figure DE102021113633A1_0012

Die Größe φ1 ist der Drehwinkel des ersten Rotors 2, die Größe ω1 ist die Drehzahl des ersten Rotors 2, die Größe φ2 ist der Drehwinkel des zweiten Rotors 3, die Größe ω2 ist der Drehzahl des zweiten Rotors 3, die Größe u1 ist die erste Komponente des Eingangsvektors u(t), die Größe u2 ist die zweite Komponente des Eingangsvektors u(t), die Größe y1 ist die erste Komponente des Ausgangsvektors y(t), die Größe y2 ist die zweite Komponente des Ausgangsvektors y(t), die Größe z1 ist die erste Komponente eines Störungsvektors z(t) und die Größe z2 ist die zweite Komponente des Störungsvektors z(t). Durch den Störungsvektor z(t) wird insbesondere eine Beschleunigung der Massen des Unwuchterregers berücksichtigt. Eine solche Beschleunigung kann z.B. durch zusätzliche Vibrationen des Tragsystems auftreten. In einem System zweiter Ordnung können im Zustandsvektor z.B. noch die Winkelbeschleunigungen jedes Rotors berücksichtigt werden.The size φ 1 is the rotation angle of the first rotor 2, the size ω 1 is the speed of the first rotor 2, the size φ 2 is the rotation angle of the second rotor 3, the size ω 2 is the speed of the second rotor 3, the size u 1 is the first component of the input vector u(t), the quantity u 2 is the second component of the input vector u(t), quantity y 1 is the first component of the output vector y(t), quantity y 2 is the second component of the output vector y(t), quantity z 1 is the first component of a disturbance vector z(t) and the quantity z 2 is the second component of the disturbance vector z(t). Acceleration of the masses of the imbalance exciter is taken into account in particular by the disturbance vector z(t). Such an acceleration can occur, for example, due to additional vibrations of the support system. In a second-order system, for example, the angular acceleration of each rotor can also be taken into account in the state vector.

Die Drehzahlen ω1 und ω2 werden insbesondere in Umdrehungen pro Minute (1/min) angegeben. Ferner werden die Komponenten des die Eingangsgröße repräsentierenden Eingangsvektors u(t) bevorzugt durch die Sollwerte für die Drehzahlen gebildet, mit u1 = ω1,soll und u2 = ω2,soll.The speeds ω 1 and ω 2 are specified in particular in revolutions per minute (rpm). Furthermore, the components of the input vector u(t) representing the input variable are preferably formed by the desired values for the speeds, with u 11,soll and u 22,soll .

Die drei Größen d, q und v charakterisieren insbesondere die Reaktion des Systems. Beispielsweise bestimmt die Größe v die Systemdynamik. Im Speziellen wird z.B. die Reaktionsgeschwindigkeit auf Veränderungen der Eingangsgröße beschrieben. Vorzugsweise gilt: v = 1/TI. Die Größen d und q geben insbesondere an, inwieweit sich die Rotoren während des Betriebs gegenseitig beeinflussen. Je größer q im Vergleich zu d ist, desto größer ist z.B. der gegenseitige Einfluss. Dieser nimmt insbesondere mit zunehmender Masse des Tragsystems ab. Bevorzugt gilt, insbesondere für den Fall, dass keine stationäre Regelabweichung vorliegt, der Zusammenhang: d + q + v = 0. Damit sind zur vollständigen Beschreibung vorzugsweise nur zwei Größen erforderlich, da sich die Dritte aus dem vorgenannten Zusammenhang ergibt. Die drei Größen d, q und v sind insbesondere geeignet zu wählen.The three variables d, q and v particularly characterize the reaction of the system. For example, the variable v determines the system dynamics. In particular, for example, the reaction speed to changes in the input variable is described. Preferably: v=1/T I . In particular, the variables d and q indicate the extent to which the rotors influence each other during operation. The greater q is compared to d, the greater the mutual influence, for example. This decreases in particular with increasing mass of the support system. The relationship: d+q+v=0 preferably applies, particularly in the event that there is no steady-state control deviation. This means that only two variables are preferably required for a complete description, since the third one results from the aforementioned relationship. The three variables d, q and v are particularly suitable to choose.

Um das Kalman-Filter realisieren zu können, sind noch ein Messrauschen und ein Systemrauschen zu bestimmen. Die Varianz σ s e n s 2

Figure DE102021113633A1_0013
des Messrauschens lässt sich insbesondere aus der Winkelmessungenauigkeit ±Δφ des Sensors 9 bestimmen, indem z.B. der Betrag der Winkelmessungenauigkeit Δφ mit 3σsens gleichgesetzt wird. Die Kovarianzen des Messrauschens werden insbesondere zu Null angenommen, da der Sensor 9 für beide Rotoren verwendet wird. Somit lässt sich die Kovarianzmatrix des Messrauschens R aufstellen zu: R _ = ( σ s e n s 2 0 0 σ s e n s 2 )
Figure DE102021113633A1_0014
In order to be able to implement the Kalman filter, a measurement noise and a system noise still have to be determined. The variance σ s e n s 2
Figure DE102021113633A1_0013
of the measurement noise can be determined in particular from the angle measurement inaccuracy ±Δφ of the sensor 9, for example by equating the magnitude of the angle measurement inaccuracy Δφ to 3σ sens . In particular, the covariances of the measurement noise are assumed to be zero since the sensor 9 is used for both rotors. The covariance matrix of the measurement noise R can thus be set up as follows: R _ = ( σ s e n s 2 0 0 σ s e n s 2 )
Figure DE102021113633A1_0014

Die Störung z(t) oder zeitdiskret z(k) wird bevorzugt als Systemrauschen berücksichtigt. Zur Bestimmung der Kovarianzmatrix des Systemrauschens Q ist insbesondere das zugehörige Leistungsdichtespektrum q(k) zu ermitteln, welches hier bevorzugt als konstant angenommen wird. Anhand mehrerer Kriterien lassen sich nun das Leistungsdichtespektrum ermitteln und die Kovarianzmatrix des Systemrauschens Q bestimmen. Eines dieser Kriterien besagt beispielsweise, dass die Varianz des Systemrauschens, insbesondere um einen bestimmten Faktor, größer als die Varianz des Messrauschens zu wählen sei. Ein anderes dieser Kriterien besagt z.B., dass ein Skalar als Leistungsdichtspektrum zu verwenden sei. Der Fachmann ist nun in der Lage, geeignete Werte für die Kovarianzmatrix des Systemrauschens Q zu bestimmen. Schließlich sind noch geeignete Startwerte für den Zustandsvektor und die Kovarianz des Schätzfehlers zu bestimmen.The disturbance z(t) or time-discrete z(k) is preferably taken into account as system noise. In order to determine the covariance matrix of the system noise Q, the associated power density spectrum q(k) is to be determined in particular, which is preferably assumed to be constant here. Using several criteria, the power density spectrum can now be determined and the covariance matrix of the system noise Q can be determined. One of these criteria states, for example, that the variance of the system noise should be selected to be greater than the variance of the measurement noise, in particular by a certain factor. Another of these criteria says, for example, that a scalar should be used as the power density spectrum. Those skilled in the art are now able to determine appropriate values for the system noise Q covariance matrix. Finally, suitable starting values for the state vector and the covariance of the estimation error still have to be determined.

Im Betrieb führt das Kalman-Filter insbesondere zwei Schritte aus, und zwar einen Prädiktionsschritt (Prädiktion) und einen Korrekturschritt (Korrektur).In operation, the Kalman filter specifically performs two steps, namely a prediction step (prediction) and a correction step (correction).

Prädiktion: x _ ^ ( k + 1 ) = A _ d x _ ˜ ( k ) + B _ d u _ ( k )

Figure DE102021113633A1_0015
P _ ^ ( k + 1 ) = A _ d P ¯ _ ( k ) A _ d T + G _ d Q _ ( k ) G _ d T , m i t   Q _ ( k ) = V a r t ( z _ ( k ) )
Figure DE102021113633A1_0016
prediction: x _ ^ ( k + 1 ) = A _ i.e x _ ˜ ( k ) + B _ i.e and _ ( k )
Figure DE102021113633A1_0015
P _ ^ ( k + 1 ) = A _ i.e P ¯ _ ( k ) A _ i.e T + G _ i.e Q _ ( k ) G _ i.e T , m i t Q _ ( k ) = V a right t ( e.g _ ( k ) )
Figure DE102021113633A1_0016

Korrektur: K ( k ) = P ^ _ ( k ) C _ T ( C _ P _ ^ ( k ) C _ T + R _ ( k ) ) 1

Figure DE102021113633A1_0017
x ˜ _ = x ^ _ ( k ) + K _ ( k ) ( y _ ( k ) C _ ( k ) x _ ^ ( k ) D _ u _ ( k )
Figure DE102021113633A1_0018
P _ ˜ ( k ) = ( I _ K _ ( k ) C _ ) P _ ^ ( k )
Figure DE102021113633A1_0019
Correction: K ( k ) = P ^ _ ( k ) C _ T ( C _ P _ ^ ( k ) C _ T + R _ ( k ) ) 1
Figure DE102021113633A1_0017
x ˜ _ = x ^ _ ( k ) + K _ ( k ) ( y _ ( k ) C _ ( k ) x _ ^ ( k ) D _ and _ ( k )
Figure DE102021113633A1_0018
P _ ˜ ( k ) = ( I _ K _ ( k ) C _ ) P _ ^ ( k )
Figure DE102021113633A1_0019

Die Größe x̂(k) ist der prädizierte Zustandsvektor, die Größe x̃(k) ist der korrigierte Zustandsvektor, die Größe P(k) ist die prädizierte Kovarianzmatrix des Schätzfehlers, die Größe P̃(k) ist die korrigierte Kovarianzmatrix des Schätzfehlers, die Größe Gd ist eine Matrix für das Systemrauschen, die Größe Q(k) ist die Varianz des Systemrauschens z(k), die Größe R(k) ist die Varianz des Messrauschens und die Größe I ist die Einheitsmatrix. Der hochgestellte Buchstabe T bedeutet, dass es sich um die Transponierte der betreffenden Matrix handelt. Beispielsweise bezeichnet CT die Transponierte der Matrix C.The quantity x̂(k) is the predicted state vector, the quantity x̃(k) is the corrected state vector, the quantity P(k) is the predicted covariance matrix of the estimation error, the quantity P̃(k) is the corrected covariance matrix of the estimation error, the quantity G d is a matrix for the system noise, the quantity Q(k) is the variance of the system noise z(k), the quantity R(k) is the variance of the measurement noise and the quantity I is the identity matrix. The superscript T means it is the transpose of that matrix. For example, CT denotes the transpose of the matrix C.

Im Korrekturschritt wird der zuletzt prädizierte Zustandsvektor x̂(k) auf Basis einer Abweichung Δy(k) zwischen gemessenen Ausgangswerten y(k) und prädizierten Ausgangswerten ỹ(k) korrigiert, sodass sich ein korrigierter Zustandsvektor x̃(k) ergibt. Beispielsweise gilt: Δy(k) = y(k) - ỹ(k) oder Δy(k) = ŷ(k) - y(k). Ferner ergibt sich die korrigierte Kovarianzmatrix des Schätzfehlers P̂(k), die insbesondere gegenüber P̂(k) reduziert ist. Im Prädiktionsschritt wird auf Basis des korrigierten Zustandsvektors x̃(k) ein neuer Zustandsvektor x̂(k + 1) prädiziert. Ferner ergibt sich eine neu prädizierte Kovarianzmatrix des Schätzfehlers P(k + 1), die insbesondere gegenüber P(k) erhöht ist.In the correction step, the last predicted state vector x̂(k) is corrected on the basis of a deviation Δy(k) between measured output values y(k) and predicted output values ỹ(k), resulting in a corrected state vector x̃(k). For example: Δy(k) = y(k) - ỹ(k) or Δy(k) = ŷ(k) - y(k). Furthermore, the corrected covariance matrix of the estimation error P̂(k) results, which is reduced in particular compared to P̂(k). In the prediction step, a new state vector x-(k+1) is predicted on the basis of the corrected state vector x-(k). Furthermore, a newly predicted covariance matrix of the estimation error P(k+1) results, which is increased compared to P(k), in particular.

Bevorzugt umfasst der Zustandsvektor x̂(k) die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl. Vorzugsweise umfasst der Zustandsvektor x̃(k) die korrigierten, zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl. Vorteilhaft umfasst der Zustandsvektor x̂(k + 1) die neu prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl.The state vector x̂(k) preferably includes the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed. The state vector x̃(k) preferably includes the corrected, last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed. The state vector x̂(k+1) advantageously includes the newly predicted estimated values for the angle of rotation and the speed.

Bei dem Unwuchterreger 1 wird jede Umdrehung jedes Rotors durch den Sensor 9 zu einem Erkennungszeitpunkt tM erkannt. Die Erkennungszeitpunkte werden erfasst und bilden Messwerte, die dem Korrekturschritt zugrunde zu legen sind. Ferner wird der Ausführungszeitpunkt tA des Schätzers 14 erfasst. Nun wird durch Multiplikation des zuletzt prädizierten Schätzwerts für die Drehzahl ω jedes Rotors mit der Zeitdifferenz Δt = tA - tM zwischen dem Ausführungszeitpunkt des Schätzers 14 und dem zuletzt erfassten Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors ein extrapolierter Wert für den Drehwinkel φe = Δt · ω des jeweiligen Rotors berechnet. Die extrapolierten Werte für den Drehwinkel jedes oder des jeweiligen Rotors werden dem Schätzer 14 insbesondere als Messwert y(k) des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt. Wird für den ersten Rotor 2 eine Umdrehung zu einem Erkennungszeitpunkt t1,M und für den zweiten Rotor 3 eine Umdrehung zu einem Erkennungszeitpunkt t2,M erkannt, so ergeben sich die extrapolierten Werte für die Drehwinkel der Rotoren 2 und 3 insbesondere zu: φ 1 e = ( t A t 1, m ) ω 1

Figure DE102021113633A1_0020
φ 2 e = ( t A t 2, m ) ω 2
Figure DE102021113633A1_0021
In the case of the imbalance exciter 1, each revolution of each rotor is detected by the sensor 9 at a detection time t M . The recognition times are recorded and form measured values on which the correction step is to be based. Furthermore, the execution time t A of the estimator 14 is recorded. Now, by multiplying the last predicted estimated value for the rotational speed ω of each rotor by the time difference Δt = t A - t M between the execution time of the estimator 14 and the last recorded detection time of the respective rotor, an extrapolated value for the rotation angle φ e = Δt ω of the respective rotor is calculated. The extrapolated values for the angle of rotation of each or the respective rotor are made available to the estimator 14 in particular as a measured value y(k) of the respective rotor. If a rotation is detected for the first rotor 2 at a detection time t 1,M and a rotation for the second rotor 3 at a detection time t 2,M , the extrapolated values for the angles of rotation of the rotors 2 and 3 result in particular as follows: φ 1 e = ( t A t 1, m ) ω 1
Figure DE102021113633A1_0020
φ 2 e = ( t A t 2, m ) ω 2
Figure DE102021113633A1_0021

Dabei bezeichnet φ1e den extrapolierten Wert für den Drehwinkel des ersten Rotors 2 und φ2e den extrapolierten Wert für den Drehwinkel des zweiten Rotors 3.Here, φ 1e designates the extrapolated value for the angle of rotation of the first rotor 2 and φ 2e the extrapolated value for the angle of rotation of the second rotor 3.

Üblicherweise erfolgt jede Prädiktion auf Basis korrigierter Größen. In diesem Fall könnte der Schätzer 14 pro Umdrehung jedes Rotors allerdings nur einmal ausgeführt werden. Bevorzugt wird der Schätzer 14 aber häufiger ausgeführt, sodass nicht bei jeder Ausführung des Schätzers 14 ein neuer Erkennungszeitpunkt tM und/oder ein neuer extrapolierter Wert für den Drehwinkel φe als Messwert zur Verfügung steht.Each prediction is usually made on the basis of corrected variables. In this case, however, the estimator 14 could only be executed once per revolution of each rotor. However, the estimator 14 is preferably executed more frequently, so that a new detection time t M and/or a new extrapolated value for the angle of rotation φ e is not available as a measured value each time the estimator 14 is executed.

Daher wird vor oder bei jeder Ausführung des Schätzers 14 für jeden Rotor geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 die Referenzdrehlage des jeweiligen Rotors erkannt wurde. Für jeden Rotor, für den beim Ausführen des Schätzers 14 seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 die Referenzdrehlage nicht erkannt wurde, d.h. kein Messwert zur Verfügung steht, erfolgt keine Korrektur. Vielmehr erfolgt für jeden Rotor, für den beim Ausführen des Schätzers kein Messwert zur Verfügung steht, eine Prädiktion der Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl auf Basis der zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl. Dies kann im Programm für den Schätzer 14 z.B. dadurch berücksichtigt werden, dass bei dem korrigierten Zustandsvektor den den jeweiligen Rotor betreffenden Schätzwerten für den Drehwinkel und die Drehzahl die zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl zugewiesen werden und/oder dass die den jeweiligen Rotor betreffenden Elemente der Rückführungsmatrix oder Kalman-Verstärkung im Korrekturschritt gleich Null gesetzt werden. Somit kann im Prädiktionsschritt formell der korrigierte Zustandsvektor (k) verwendet werden, allerdings umfasst dieser für den jeweiligen Rotor keine korrigierten, sondern die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl. Für jeden Rotor, für den beim Ausführen des Schätzers 14 seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 die Referenzdrehlage erkannt wurde, d.h. ein Messwert zur Verfügung steht, wird der extrapolierte Wert für den Drehwinkel φe bestimmt und dem Schätzer 14 als Messwert des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt.Therefore, before or during each execution of the estimator 14, a check is made for each rotor as to whether the reference rotational position of the respective rotor has been recognized since the estimator 14 was last executed. No correction is made for each rotor for which the reference rotational position was not recognized when the estimator 14 was executed since the estimator 14 was last executed, ie no measured value is available. Instead, for each rotor for which no measured value is available when the estimator is executed, the estimated values for the angle of rotation and the speed are predicted on the basis of the previously predicted estimated values for the angle of rotation and the speed. This can be taken into account in the program for the estimator 14, for example, by assigning the previously predicted estimated values for the angle of rotation and the speed to the estimated values for the angle of rotation and the speed for the respective rotor in the corrected state vector and/or by assigning the respective rotor relevant elements of the feedback matrix or Kalman gain are set to zero in the correction step. Thus, the corrected state vector (k) can be used formally in the prediction step, although this does not include corrected values for the respective rotor, but rather the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed. For each rotor for which the reference rotational position was recognized when estimator 14 was executed since the last execution of estimator 14, i.e. a measured value is available, the extrapolated value for the angle of rotation φ e is determined and sent to estimator 14 as a measured value for the respective rotor provided.

6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Korrektur und Prädiktion für den Rotor 2. Entsprechendes gilt insbesondere aber auch für den Rotor 3. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass eine Umdrehung des Rotors 2 als erkannt gilt, wenn die Referenzdrehlage φref für den Rotor 2 erkannt wurde und/oder eine Umdrehung als nicht erkannt gilt, wenn die Referenzdrehlage φref für den Rotor 2 nicht erkannt wurde. In einem Prüfschritt 24 wird geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 für den Rotor 2 eine Umdrehung erkannt wurde. Ist dies der Fall, wird in einem nachfolgenden Extrapolationsschritt 25 aus dem Erkennungszeitpunkt tm, dem Ausführungszeitpunkt tA des Schätzers 14 und dem zuletzt prädizierten Schätzwert für die Drehzahl ω der extrapolierte Wert für den Drehwinkel φe bestimmt, der dem Schätzer 14 als Messgröße zur Verfügung gestellt wird, mit φe = (tA - tm) · ω. In einem nachfolgenden Korrekturschritt 26 werden die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 korrigiert, wonach in einem Prädiktionsschritt 28 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 neu prädiziert werden. Zwischen dem Korrekturschritt 26 und dem Prädiktionsschritt 28 ist ein optionaler Schritt 27 vorgesehen, in dem mit den aktuell vorliegenden Schätzwerten für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 eine Aufgabe erledigt werden kann, wie z.B. eine Drehzahlregelung des Rotors 2. Wird im Prüfschritt 24 keine Umdrehung erkannt, so werden in einem Übernahmeschritt 29 die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 als aktuelle oder korrigierte Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 übernommen, wonach im Prädiktionsschritt 28 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 auf Basis der zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des Rotors 2 neu prädiziert werden. Auch hier kann zwischen dem Korrekturschritt 26 und dem Prädiktionsschritt 28 der optionale Schritt 27 ausgeführt werden. 6 shows a flowchart to illustrate correction and prediction for the rotor 2. The same applies in particular to the rotor 3. In the following it is assumed that a rotation of the rotor 2 is considered to be recognized when the reference rotational position φ ref for the rotor 2 is recognized was and / or a revolution is considered not recognized if the reference rotational position φ ref for the rotor 2 was not recognized. In a test step 24, it is checked whether a revolution has been recognized for the rotor 2 since the estimator 14 was last executed. If this is the case, in a subsequent extrapolation step 25, the extrapolated value for the angle of rotation φ e is determined from the detection time t m , the execution time t A of the estimator 14 and the last predicted estimated value for the speed ω, which the estimator 14 uses as a measured variable is provided, with φ e = (t A - t m ) · ω. In a subsequent correction step 26, the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 are corrected, after which in a prediction step 28 the estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 are based on the corrected estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 are repredicated. An optional step 27 is provided between the correction step 26 and the prediction step 28, in which a task can be completed with the currently available estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2, such as a speed control of the rotor 2. If no revolution is detected, the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 are accepted as current or corrected estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 in a transfer step 29, after which in the prediction step 28 the estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2 can be re-predicted on the basis of the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotor 2. Here, too, the optional step 27 can be carried out between the correction step 26 and the prediction step 28 .

Aus 7 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Korrektur und Prädiktion von Drehwinkel und Drehzahl für beide Rotoren 2 und 3 des Unwuchterregers 1 ersichtlich. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass für jeden Rotor eine Umdrehung als erkannt gilt, wenn die Referenzdrehlage für den jeweiligen Rotor erkannt wurde und/oder eine Umdrehung als nicht erkannt gilt, wenn die Referenzdrehlage für den jeweiligen Rotor nicht erkannt wurde.Out of 7 a flow chart to illustrate the correction and prediction of the angle of rotation and speed for both rotors 2 and 3 of the imbalance exciter 1 can be seen. In the following it is assumed that a revolution is considered to be recognized for each rotor if the reference rotational position for the respective rotor was recognized and/or a revolution is considered not recognized if the reference rotational position for the respective rotor was not recognized.

In einem Prüfschritt 30 wird geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 für den ersten Rotor 2 eine Umdrehung erkannt wurde. Ist dies der Fall wird in einem Prüfschritt 31 geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 für den zweiten Rotor 3 eine Umdrehung erkannt wurde. Ist dies der Fall werden in einem Korrekturschritt 32 die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl der Rotoren auf Basis der extrapolierten Werte für die Drehwinkel der Rotoren korrigiert, wonach in einem Prädiktionsschritt 33 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl der Rotoren auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl der Rotoren prädiziert werden. In 7 steht der Ausdruck „Umdr.“ insbesondere für das Wort „Umdrehung“. Ferner steht der Ausdruck „R1“ insbesondere für den ersten Rotor und der Ausdruck „R2“ steht insbesondere für den zweiten Rotor.A check step 30 checks whether a revolution has been detected for the first rotor 2 since the estimator 14 was last executed. If this is the case, a test step 31 checks whether a revolution has been detected for the second rotor 3 since the estimator 14 was last executed. If this is the case, in a correction step 32 the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotors are corrected on the basis of the extrapolated values for the angles of rotation of the rotors, after which in a prediction step 33 the estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotors are based on of the corrected estimated values for the angle of rotation and the speed of the rotors. In 7 the expression "rev." stands for the word "revolution". Furthermore, the term "R1" stands for the first rotor in particular, and the term "R2" stands for the second rotor in particular.

Wird im Prüfschritt 31 für den zweiten Rotor 3 keine Umdrehung seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 erkannt, werden in einem Korrekturschritt 34 nur die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 korrigiert, wonach im Prädiktionsschritt 33 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 prädiziert werden und die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 auf Basis der zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 prädiziert werden.If no revolution is detected for the second rotor 3 in test step 31 since estimator 14 was last executed, only the most recently predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of first rotor 2 are corrected in correction step 34, after which in prediction step 33 the estimated values for the The angle of rotation and the speed of the first rotor 2 are predicted on the basis of the corrected estimated values for the angle of rotation and the speed of the first rotor 2, and the estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 are predicted on the basis of the previously predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 can be predicted.

Wird im Prüfschritt 30 für den ersten Rotor 2 keine Umdrehung seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 erkannt, wird in einem Prüfschritt 35 geprüft, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 für den zweiten Rotor 3 eine Umdrehung erkannt wurde. Ist dies der Fall werden in einem Korrekturschritt 36 nur die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 korrigiert, wonach im Prädiktionsschritt 33 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 2 prädiziert werden und die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 auf Basis der zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 prädiziert werden.If no revolution has been recognized for the first rotor 2 in test step 30 since estimator 14 was last executed, a check step 35 checks whether a revolution has been recognized for second rotor 3 since estimator 14 was last executed. If this is the case, only the last predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 are corrected in a correction step 36, after which in the prediction step 33 the estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 are based on the corrected estimated values for the angle of rotation and the rotational speed of the second rotor 2 is predicted and the estimated values for the rotational angle and the rotational speed of the first rotor 2 are predicted on the basis of the estimated values for the rotational angle and the rotational speed of the first rotor 2 .

Wird im Prüfschritt 35 für den zweiten Rotor 3 keine Umdrehung seit der letzten Ausführung des Schätzers 14 erkannt, werden im nachfolgenden Prädiktionsschritt 33 die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 auf Basis der zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des ersten Rotors 2 prädiziert und die Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 auf Basis der zuvor prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des zweiten Rotors 3 prädiziert.If, in test step 35, no revolution has been detected for the second rotor 3 since the estimator 14 was last executed, in the subsequent prediction step 33 the estimated values for the angle of rotation and the speed of the first rotor 2 are calculated on the basis of the previously predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the first rotor 2 is predicted and the estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 on the basis of the previously predicted estimated values for the angle of rotation and the speed of the second rotor 3 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Unwuchterregerimbalance exciter
22
erster Rotorfirst rotor
33
zweiter Rotorsecond rotor
44
erster Elektromotorfirst electric motor
55
zweiter Elektromotorsecond electric motor
66
Rotorachserotor axis
77
Unwuchtmasse des ersten RotorsUnbalanced mass of the first rotor
88th
Unwuchtmasse des zweiten RotorsUnbalanced mass of the second rotor
99
Sensorsensor
1010
Statorstator
1111
Motorwellemotor shaft
1212
Achseaxis
1313
Systemsystem
1414
Schätzer / Kalman-FilterEstimator / Kalman filter
1515
Antriebdrive
1616
Drehzahlreglerspeed controller
1717
Stromreglercurrent regulator
1818
elektrischer Block des Elektromotorselectric block of the electric motor
1919
mechanischer Block des Elektromotorsmechanical block of the electric motor
2020
Steuervorrichtungcontrol device
2121
Koppelelementcoupling element
2222
Trägercarrier
2323
Hauptträgheitsachsemain axis of inertia
2424
Prüfschritttest step
2525
Extrapolationsschrittextrapolation step
2626
Korrekturschrittcorrection step
2727
optionaler Schrittoptional step
2828
Prädiktionsschrittprediction step
2929
Übernahmeschritttransfer step
3030
Prüfschritttest step
3131
Prüfschritttest step
3232
Korrekturschrittcorrection step
3333
Prädiktionsschrittprediction step
3434
Korrekturschrittcorrection step
3535
Prüfschritttest step
3636
Korrekturschrittcorrection step
3737
Magnetmagnet
3838
elektrische Leitungelectrical line
3939
elektrische Leitungelectrical line
aa
Versatzoffset
di.e
AbstandDistance
φφ
Drehwinkelangle of rotation
ωω
Drehzahlrotational speed
φeφe
extrapolierter Drehwinkelextrapolated angle of rotation
φrefφref
Referenzdrehlagereference rotation position

Claims (13)

Verfahren zum Bestimmen von Drehwinkel (φ) und Drehzahl (ω) eines oder mehrerer Rotoren (2, 3), die jeweils durch einen Antrieb (15) um eine Rotorachse (6) relativ zu einem Stator (10) gedreht werden, wobei - eine Referenzdrehlage (φref) jedes Rotors (2, 3) durch wenigstens einen Sensor (9) erkannt und der Zeitpunkt dieses Erkennens als Erkennungszeitpunkt des jeweiligen Rotors (2, 3) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein auf einem systemtheoretischen Modell (Σd) eines jeden Antrieb (15) und jeden Rotor (2, 3) umfassenden Systems (13) basierender Schätzer (14) bereitgestellt wird, dem der Erkennungszeitpunkt jedes Rotors (2, 3) oder eine davon abgeleitete Größe als Messgröße (y) des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt wird, - der Schätzer (14) ein- oder mehrmals ausgeführt wird, - bei jeder Ausführung des Schätzers (14) Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) jedes Rotors (2, 3) prädiziert werden.Method for determining the angle of rotation (φ) and speed (ω) of one or more rotors (2, 3), which are each rotated by a drive (15) about a rotor axis (6) relative to a stator (10), wherein - a Reference rotational position (φ ref ) of each rotor (2, 3) is detected by at least one sensor (9) and the time of this detection is recorded as the detection time of the respective rotor (2, 3), characterized in that - a system-theoretical model (Σ d ) of each drive (15) and each rotor (2, 3) system (13) based estimator (14) is provided, which the detection time of each rotor (2, 3) or a variable derived therefrom as a measured variable (y) of the respective rotor is made available, - the estimator (14) is executed one or more times, - with each execution of the estimator (14), estimated values for the angle of rotation (φ) and the speed (ω) of each rotor (2, 3) are predicted will. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzer (14) zwischen zwei aufeinander folgenden Erkennungszeitpunkten jedes Rotors (2, 3) mehrmals ausgeführt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the estimator (14) is executed several times between two consecutive detection times of each rotor (2, 3). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzer (14) im Zustandsraum modelliert ist und der Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) jedes Rotors Zustandsgrößen des Schätzers (14) bilden, deren Werte die prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) jedes Rotors (1, 2) umfassen.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the estimator (14) is modeled in the state space and the angle of rotation (φ) and the speed (ω) of each rotor form state variables of the estimator (14), the values of which are the predicted estimated values for the angle of rotation (φ) and the speed (ω) of each rotor (1, 2). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzer (14) ein Kalman-Filter umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the estimator (14) comprises a Kalman filter. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder bei jeder Ausführung des Schätzers (14) für jeden Rotor (2, 3) geprüft wird, ob seit der letzten Ausführung des Schätzers (14) die Referenzdrehlage (φref) des jeweiligen Rotors (2, 3) erkannt wurde.Method according to one of the preceding claims, characterized in that before or during each execution of the estimator (14) for each rotor (2, 3) it is checked whether since the last execution of the estimator (14) the reference rotational position (φ ref ) of the respective Rotors (2, 3) has been detected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage (φref) des jeweiligen Rotors erkannt wurde, auf Basis des zuletzt prädizierten Schätzwerts für die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors und einer Zeitdifferenz zwischen dem aktuellen Ausführungszeitpunkt (tA) des Schätzers (14) und dem Erkennungszeitpunkt (tm) des jeweiligen Rotors ein extrapolierter Wert für den Drehwinkel (φe) des jeweiligen Rotors bestimmt und dem Schätzer (14) als Messgröße (y) des jeweiligen Rotors zur Verfügung gestellt wird.procedure after claim 5 , characterized in that if the reference rotational position (φ ref ) of the respective rotor has been detected since the estimator was last executed, on the basis of the last predicted estimated value for the speed (ω) of the respective rotor and a time difference between the current execution time (t A ) of the estimator (14) and the detection time (t m ) of the respective rotor, an extrapolated value for the angle of rotation (φ e ) of the respective rotor is determined and made available to the estimator (14) as a measured variable (y) of the respective rotor. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage (φref) des jeweiligen Rotors nicht erkannt wurde, die Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors auf Basis der zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel und die Drehzahl des jeweiligen Rotors prädiziert werden.procedure after claim 5 or 6 , characterized in that if the reference rotational position (φ ref ) of the respective rotor has not been recognized since the estimator was last executed, the estimated values for the rotational angle (φ) and the speed (ω) of the respective rotor are based on the last predicted estimated values for the Angle of rotation and the speed of the respective rotor are predicted. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn seit der letzten Ausführung des Schätzers die Referenzdrehlage (φref) des jeweiligen Rotors erkannt wurde, die zuletzt prädizierten Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors auf Basis der Messgröße (y) des jeweiligen Rotors korrigiert werden, wonach die Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors auf Basis der korrigierten Schätzwerte für den Drehwinkel (φ) und die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors prädiziert werden.Procedure according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that if the reference rotational position (φ ref ) of the respective rotor has been detected since the estimator was last executed, the last predicted estimated values for the angle of rotation (φ) and the speed (ω) of the respective rotor based on the measured variable (y) of the respective rotor are corrected, after which the estimated values for the angle of rotation (φ) and the rotational speed (ω) of the respective rotor is predicted based on the corrected estimated values for the rotational angle (φ) and the rotational speed (ω) of the respective rotor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (15) jedes Rotors ein drehzahlgeregelter Antrieb ist, mittels welchem die Drehzahl (ω) des jeweiligen Rotors in Abhängigkeit von einem Sollwert für die Drehzahl (ωsoll) des jeweiligen Rotors geregelt wird, wobei der Sollwert für die Drehzahl (ωsoll) jedes Rotors dem Schätzer als Eingangsgröße (u) zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive (15) of each rotor is a speed-controlled drive, by means of which the speed (ω) of the respective rotor is controlled as a function of a target value for the speed (ω set ) of the respective rotor , whereby the set value for the speed (ω set ) of each rotor is made available to the estimator as an input variable (u). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor eine gegenüber der Rotorachse (6) versetzt angeordnete Hauptträgheitsachse (23) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that each rotor has a main axis of inertia (23) which is offset relative to the rotor axis (6). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des wenigstens einen Sensors (9) Abstandsänderungen zwischen jedem Rotor und dem wenigstens einen Sensor (9) erfasst werden, wobei die Referenzdrehlage (φref) jedes Rotors durch einen minimalen oder durch einen maximalen Abstand (d) zwischen dem jeweiligen Rotor und dem wenigstens einen Sensor (9) definiert ist.procedure after claim 10 , characterized in that the at least one sensor (9) is used to detect changes in distance between each rotor and the at least one sensor (9), the reference rotational position (φ ref ) of each rotor being determined by a minimum or maximum distance (d) between the respective rotor and the at least one sensor (9) is defined. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor zumindest teilweise aus einem magnetischen Werkstoff besteht und der Sensor (9) ein Magnetfeldsensor ist.procedure after claim 10 or 11 , characterized in that each rotor consists at least partially of a magnetic material and the sensor (9) is a magnetic field sensor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdrehlagen (φref) der Rotoren durch denselben wenigstens einen Sensor (9) erkannt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference rotational positions (φ ref ) of the rotors are detected by the same at least one sensor (9).
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