DE10247321B3 - Sensing rotary motion and torque from phase measurements and computerized linear transformation, adopts iterative approximation technique - Google Patents

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Abstract

Phase offset is determined using iterative approximation, for at least one phase indicator trace, as follows. Commencing with a given offset (ao), this is added to the measured phase value (ak), followed by transformation in the time domain (Tk). The discontinuous portion of the transformed values (tk) is determined. A mean (tmean) is formed from the prior discontinuous portions (tk). Back calculation produces the offset value (DELTAa0). The offset value (ao,neu) is matched. Approximation is continued, adding the offset value (ao), until a given number of iterations is reached or a criterion for stopping is met.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Bewegung oder eines Drehwinkels mit einer Sensoranordnung, insbesondere zur Erfassung einer Bewegung oder eines Drehwinkels oder eines Drehmoments an Achsen oder Wellen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for detecting a movement or an angle of rotation with a sensor arrangement, in particular for detecting a movement or an angle of rotation or a torque on axes or shafts, according to the generic term of the main claim.

Beispielsweise müssen zur Erfassung des auf eine Lenkradachse eines Kraftfahrzeuges wirkenden Drehmomentes während der Drehung des Lenkrades sehr kleine Winkeländerungen in beiden Drehrichtungen des Lenkrades gemessen werden. Hierbei sind Inkrementalwinkelgeber anwendbar, die eine Winkelstellung aufgrund der Auswertung von optisch, magnetisch oder sonst wie durch die Drehung erzeugten und mit geeigneten Mitteln detektierten Impulsen auswerten. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit und insbesondere zur Messung des Drehmomentes aufgrund einer Torsion an der drehenden Welle werden eine Mehrzahl solcher inkrementa len, in der Regel periodisch auftretenden Messwerte ausgewertet, sodass hier mehrere Phasenmesswerte auftreten, aus denen die zu messende Größe, wie z.B. der Drehwinkel, eine Winkeldifferenz oder der Abstand zu einem Ziel, zu bestimmen ist .For example, to record the a steering wheel axis of a motor vehicle acting torque during the Rotation of the steering wheel very small changes in angle in both directions of rotation Steering wheel can be measured. Incremental angle encoders can be used here, an angular position based on the evaluation of optical, magnetic or otherwise as generated by the rotation and by suitable means evaluate detected impulses. To increase the measuring accuracy and especially for measuring the torque due to torsion on the rotating shaft a plurality of such incremental len measured values that occur periodically are evaluated so that Here several phase measured values occur, from which the one to be measured Size how e.g. the angle of rotation, an angle difference or the distance to one The goal is to determine.

Das Verfahren findet Anwendung z.B. bei einem optischen Winkelsensor, bei dem N parallele Spuren auf einem Zylinder aufgebracht sind. Auf jeder der N Spuren (i = 1...N) befinden sich ni Perioden einer Phaseninformation, die z.B. im optischen Fall durch ni Perioden von Hell-Dunkelübergängen repräsentiert wird. Andere Sensorprinzipien, z.B. magnetisch oder kapazitiv, sind hier auch möglich. Auch können die Spuren des Sensors statt auf einem Zylinder auf einer Ebene aufgebracht sein, beispielsweise bei einem Wegsensor.The method is used, for example, in an optical angle sensor in which N parallel tracks are applied to a cylinder. Each of the N tracks (i = 1 ... N) contains n i periods of phase information, which is represented, for example, in the optical case by n i periods of light-dark transitions. Other sensor principles, for example magnetic or capacitive, are also possible here. The traces of the sensor can also be applied on one level instead of on a cylinder, for example in the case of a displacement sensor.

Zur Auswertung solcher Phasenmesswerte wird im Fall von mehr als zwei Phasensignalen beispielsweise ein in der DE 101 42 449 A1 beschriebenes Verfahren vorgeschlagen. Hier werden die gemessenen Phasenwerte mittels einem linearen Transformationsverfahren rechnerisch umgeformt und mit einer vorgegebenen Gewichtung ausgewertet. Bekannt ist außerdem aus der DE 195 06 938 A1 , dass die Phasensignale durch die einfache oder auch mehrfache Anwendung eines klassischen oder modifizierten Noniusverfahrens ausgewertet werden können.In the case of more than two phase signals, for example, one is used to evaluate such phase measurement values DE 101 42 449 A1 described method proposed. Here the measured phase values are mathematically transformed using a linear transformation method and evaluated with a predetermined weighting. It is also known from the DE 195 06 938 A1 that the phase signals can be evaluated by the simple or multiple use of a classic or modified vernier method.

Weiterhin ist zur Ermittlung einer Winkeldifferenz aus der DE 101 42 448 A1 ebenfalls bekannt, dass die Phasenmesswerte gewichtet aufsummiert und daraus dann der ganzzahlige und nichtganzzahlige Anteil ermittelt wird. Der nichtganzzahlige Anteil ist proportional der Winkeldifferenz zwischen zwei Spurengruppen eines Inkrementalwertge bers an einer Welle, so dass sich durch Multiplikation mit der Federrate eines zwischen die Spurengruppen geschalteten Torsionsstabes das Drehmoment an der Welle bestimmen lässt.Furthermore, to determine an angle difference from the DE 101 42 448 A1 It is also known that the phase measurement values are weighted and the integer and non-integer part is then determined. The non-integer part is proportional to the angular difference between two track groups of an incremental value sensor on a shaft, so that the torque on the shaft can be determined by multiplication with the spring rate of a torsion bar connected between the track groups.

Aus der DE 100 34 733 A1 ist darüber hinaus für sich gesehen bekannt, dass in einer Initialisierungsphase ein vorgegebener Offsetwert zum Phasenmesswert addiert wird und daraus wiederum eine Anpassung des Offsetwertes erfolgt. Ein iteratives Näherungsverfahren zum Offsetabgleich zweier orthogonaler Sensorsignale ist für sich gesehen noch aus der DE 199 15 968 A1 bekannt.From the DE 100 34 733 A1 it is also known per se that in an initialization phase a predetermined offset value is added to the phase measurement value and this in turn results in an adaptation of the offset value. An iterative approximation method for the offset adjustment of two orthogonal sensor signals is seen in itself from the DE 199 15 968 A1 known.

Das gattungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit einer entsprechenden Sensoranordnung, wie in der zuvor erwähnten DE 101 42 448 A1 beschrieben, an der Lenkwelle eines Fahrzeugs als sogenannter Torque-Angle-Sensor (TAS) eingesetzt werden, bei dem gleichzeitig der Lenkwinkel und das Lenkmoment ausgeben werden soll. Zu diesem Zweck sind auf beiden Seiten eines Torsionselements mehrere optische oder magnetische Spuren mit verschiedenen Phaseninformationen angebracht. Diese Phaseninformationen werden optisch oder magnetisch erfasst und in entsprechende, hier elektrische Phasensignale umgewandelt. Sind auf jeder Seite des Torsionselements mehrere Spuren angebracht, so werden jeweils die Phasensignale auf einer Seite, z.B. mit Hilfe einer zuvor erwähnten mehrdimensionalen Noniusauswertung zu einem mehrdeutigen Phasensignal zusammengefasst. Aus zwei so entstehenden Phasensignalen wird mit Hilfe des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens direkt der Lenkwinkel und der dem Drehmoment proportionale Differenzwinkel bestimmt.The generic method can, for example, with a corresponding sensor arrangement, as in the aforementioned DE 101 42 448 A1 described, are used on the steering shaft of a vehicle as a so-called torque angle sensor (TAS), in which the steering angle and the steering torque are to be output simultaneously. For this purpose, several optical or magnetic tracks with different phase information are attached on both sides of a torsion element. This phase information is recorded optically or magnetically and converted into corresponding, here electrical phase signals. If there are several tracks on each side of the torsion element, the phase signals are combined on one side, for example with the aid of a previously mentioned multidimensional vernier evaluation to form an ambiguous phase signal. The steering angle and the differential angle, which is proportional to the torque, are determined directly from two phase signals thus generated with the aid of the method known from the prior art.

In der Praxis weisen die Phasensignale jedoch Phasenoffsets auf, die beispielsweise durch mechanische Einbau-Toleranzen, Verschiebungen der einzelnen Phasenspuren gegeneinander oder durch ein nicht ideales Torsionselement verursacht sind. Diese Phasenoffsets können sehr groß werden und somit die Robustheit und Genauigkeit der Auswertung reduzieren oder eine vernünftige Auswertung sogar unmöglich machen.In practice, the phase signals point however phase offsets due to, for example, mechanical installation tolerances, displacements of the individual phase tracks against each other or through a non-ideal Torsion element are caused. These phase offsets can be very grow up and thus reduce the robustness and accuracy of the evaluation or a reasonable one Evaluation even impossible do.

Mit dem eingangs erwähnten gattungsgemäßen Verfahren zur Erfassung beispielsweise des Drehwinkels- und/oder des Drehmoments an rotierenden mechanischen Bauteilen, können Phasenmesswerte durch Abtasten von mindestens einem Phasengeber am rotierenden Bauteil mittels eines jeweils zugeordneten Sensors ausgewertet werden. Erfindungemäß wird in vorteilhafter Weise eine Bestimmung des Phasenoffsets mindestens eines Phasengebers durch ein iteratives Näherungsverfahren vorgenommen.With the generic method mentioned at the beginning for detecting, for example, the angle of rotation and / or the torque on rotating mechanical components, phase measurements can be made by scanning by means of at least one phase generator on the rotating component of an assigned sensor can be evaluated. According to the invention in at least advantageously determining the phase offset of a phase generator by an iterative approximation method.

Hierbei werden als Berechnungsschritte eine Initialisierung mit einem vorgegebenen Offsetwert, eine Addition eines Offsetwertes zum bisherigen Offsetwert, eine Transformation in einen T-Bereich, eine Bestimmung des gebrochenen Anteils der transformierten Werte, eine Mittelwertbildung aus den bisherigen ermittelten gebrochenen Anteilen, eine Rückrechnung der Offsetwerte, eine Anpassung der Offsetwerte und eine Fortführung bei der Addition der Offsetwerte bis eine vorgegeben Anzahl von Iterationen oder ein vorgegebenes Abbruchkriterium erreicht ist.Here are called calculation steps an initialization with a predetermined offset value, an addition an offset value to the previous offset value, a transformation into a T range, a determination of the fractional part of the transformed values, averaging from the previous ones determined broken shares, a back calculation of the offset values, an adjustment of the offset values and a continuation in the addition of the Offset values up to a specified number of iterations or one predefined termination criterion has been reached.

In vorteilhafter Weise kann die Iteration so lange durchgeführt werden, bis sich eine Verteilung der gebrochenen Anteils der Transformation um den Nullpunkt der Transformationsbereichs herum ergibt. Für den Fall, dass der ermittelte Mittelwert in der ersten Iteration kleiner als ein vorgegebener Wert (z.B. 1/16) ist, kann auch ein fester Wert (z.B. 0,25) zum Mittelwert hinzuaddiert werden. Zur Bestimmung eines absoluten Offsetwertes braucht dann nur noch eine Lageinformation des mechanischen Bauteils zur Berechnung eines bekannten Winkels oder Phasenwertes herangezogen werden.Advantageously, the iteration performed for so long be until there is a distribution of the fractional part of the transformation around the zero point of the transformation range. In the case, that the average determined in the first iteration is less than is a predetermined value (e.g. 1/16), can also be a fixed value (e.g. 0.25) are added to the mean. To determine a absolute offset values then only need location information of the mechanical component for calculating a known angle or phase value can be used.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine anhand des weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiels erläuterte Bestimmung der zunächst unbekannten Phasenoffsets mit dem Ziel durchgeführt wird, dass eine Sensoranordnung, beispielsweise zur Drehwinkel- oder Drehmomentmessung an einer Welle, nach Addition der Offsetwerte zu den Eingangssignalen die richtigen Werte für den Winkel und die Winkeldifferenz liefert. Somit kann eine größtmögliche Robustheit der Sensoranordnung gegenüber Phasenfehlern erreicht werden. Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, die Offsetwerte der Phasensignale eines optischen Torque-Angle-Sensor (TAS) in optimaler Weise zu bestimmen.With the method according to the invention is thus advantageously achieved that one based on the next embodiment described below explained Determination of the first unknown phase offset is carried out with the aim that a sensor arrangement, for example for measuring the angle of rotation or torque on a shaft, the correct ones after adding the offset values to the input signals Values for provides the angle and the angle difference. Thus, the greatest possible robustness opposite the sensor arrangement Phase errors can be achieved. The invention is particularly related to this suitable for the offset values of the phase signals of an optical torque angle sensor (TAS) to determine in an optimal way.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of a sensor arrangement to carry out of the method according to the invention is explained using the drawing. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels oder einer Winkeldifferenz einer Achse oder Welle, 1 1 shows a schematic view of a sensor arrangement for detecting the angle of rotation or an angle difference of an axis or shaft,

2 einen Signalflussgraphen für eine N-dimensionale Phasenauswertung, 2 a signal flow graph for an N-dimensional phase evaluation,

3 eine Darstellung der Verteilung der Ergebnisse einer Transformation von Phasenwesswerten und 3 a representation of the distribution of the results of a transformation of phase values and

4 und 5 jeweils eine Möglichkeit der Berücksichtigung der ermittelten Offsetwerte. 4 and 5 one way of taking into account the offset values determined.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

In 1 ist in einer schematischen Ansicht eine Achse 1 als rotierendes Bauelement gezeigt, deren Drehwinkel Φ und deren Winkeldifferenz Φ – δ mit einer Sensoranordnung ermittelbar ist, die prinzipiell aus der in der Beschreibungseinleitung als Stand der Technik erwähnten DE 101 42 448 A1 bekannt ist.In 1 is an axis in a schematic view 1 Shown as a rotating component, whose angle of rotation Φ and whose angle difference Φ - δ can be determined with a sensor arrangement, which in principle from the state of the art mentioned in the introduction to the description DE 101 42 448 A1 is known.

Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt hier anhand einer vierdimensionalen Phasenauswertung (N = 4) der Signale von optischen Signalgebern 2 bis 5 und 6 bis 9, mit den in Sensorbausteinen 10 und 11, hier z.B. optische Phasendetektoren (optical sampling and phase determination), die Phasensignalen α1 bis α4 und α5 bis α8, ermittelt werden. Aus diesen Signalen kann dann unter Berücksichtigung eines jeweiligen Phasenoffsets α0 in Rechenbausteinen 12 und 13, hier z.B. 4-dimensionale 3Noni us-Rechenbausteine (4-dimensional nonius processing), jeweils ein neues Phasensignal β1 und β2 errechnet werden. Hieraus kann dann mittels eines weiteren Rechenbausteins 14, z.B. ein modifizierter Nonius-Rechenbaustein (modif. nonius processing), die Winkelstellung Φm und das Drehmoment δm der Welle oder Achse 1 ermittelt werden.The method according to the invention is described here using a four-dimensional phase evaluation (N = 4) of the signals from optical signal transmitters 2 to 5 and 6 to 9 , with those in sensor modules 10 and 11 Here, for example, optical phase detectors (optical sampling and phase determination), the phase signals α 1 to α 4 and α 5 to α 8 , are determined. From these signals, taking into account a respective phase offset, α 0 can then be used in computing modules 12 and 13 Here, for example, 4-dimensional 3Noni us computing blocks (4-dimensional vernier processing), a new phase signal β 1 and β 2 can be calculated. This can then be done using a further computing module 14 , for example a modified vernier calculation module (modif. nonius processing), the angular position Φ m and the torque δ m of the shaft or axis 1 be determined.

Das Verfahren ist in einfacher Weise jedoch auf mehr oder auf weniger Dimensionen N übertragbar, wobei in 2 der Signalflussgraph allgemein für eine N-dimensionale Phasenauswertung des Phasensignals α zur Ermittlung des Werts für das neue Phasensignal β dargestellt ist. Die hierzu durchgeführten mathematischen Operationen werden im Folgenden mit Bezug auch auf 3 bis 5 dargestellt.However, the method can be transferred in a simple manner to more or to fewer dimensions N, wherein in 2 the signal flow graph is generally shown for an N-dimensional phase evaluation of the phase signal α to determine the value for the new phase signal β. The mathematical operations performed for this are also referred to below 3 to 5 shown.

In der Praxis werden in der Regel normierte Winkel und Phasensignale betrachtet, d.h. die Signale haben einen Wertebereich von 0 bis 1, entsprechend einem Winkel- oder Phasenwert von 0 bis 2π. Durch eine Quantisierungseinheit 20 nach der 2 wird mit an sich bekannten mathematischen Methoden den reellwertigen Phasensignalen nach einer Transformation im T-Raum ein ganzzahliger Gitterpunkt zugeordnet, wobei ein beispielhafter Gitterpunkt anhand der Ziffer 30 in der 3 prinzipiell gezeigt ist. Die größtmögliche Robustheit der Sensoranordnung wird hier erreicht, wenn der Mittelwert der Messpunkte 31 im T-Raum vor der Quantisierung auf einem Gitterpunkt liegt.In practice, normalized angles and phase signals are generally considered, ie the signals have a value range from 0 to 1, corresponding to an angle or phase value from 0 to 2π. By a quantization unit 20 after 2 Using mathematical methods known per se, an integer grid point is assigned to the real-value phase signals after a transformation in T-space, an exemplary grid point using the number 30 in the 3 is shown in principle. The greatest possible robustness of the sensor arrangement is achieved here when the average of the measuring points 31 lies on a grid point in T-space before quantization.

Ausgangspunkt für eine rechnerische Betrachtung soll hier ein Satz von P Vektoren α k mit hier jeweils vier Phasenmesswerten sein. Diese Messwerte werden mit Hilfe der Transformation M 1 als 3 × 4 Matrix in den zuvor erwähnten T-Bereich transformiert.The starting point for a computational consideration here is to be a set of P vectors α k , each with four phase measurements. These measured values are transformed into a 3 × 4 matrix using the transformation M 1 previously mentioned T region transformed.

T = M 1*α (1) T  = M 1 * α  (1)

Nun wird der gebrochene Anteil t mit t = T – round (T 1) (2) betrachtet, von dem in jeder Dimension der Mittelwert gebildet wird:

Figure 00080001
Now the fractional part t becomes t = T - round ( T 1 ) (2) considered, from which the average is formed in each dimension:
Figure 00080001

Nun werden ausgehend von diesen Mittelwerten die Offsetwerte so bestimmt, dass sich bei erneuter Berechnung des gebrochenen Anteils t mean unter Berücksichtigung der Offsets der Mittelwert 0 ergibt.Now the offset values are determined on the basis of these mean values so that when the fractional fraction t mean is recalculated , taking the offsets into account, the mean value is 0.

Da die Transformation mit der Matrix M 1 eine Projektion darstellt, können bei der Rückrechnung von den Werten t mean zu den Offsetwerten nicht alle Offsetwerte, sondern hier nur drei Werte bestimmt werden. Mathematisch wird dies durch die Eigenschaft Rang(M 1) = 3 (4) ausgedrückt. Es werden also beispielsweise die Offsetwerte α01, α02, α03 mit Hilfe der Beziehung

Figure 00090001
berechnet. Die dabei, verwendete Matrix M ~ 1 besteht aus den ersten drei Spalten der Matrix M 1. Der vierte Offsetwert wird als 0 angenommen. In gleicher Weise könnten auch drei andere Offsetwerte berechnet werden, die dann zu verwendende Matrix M ~ 1 enthält dann genau die zu den Offsetwerten gehörenden Spalten.Since the transformation with the matrix M 1 represents a projection, when calculating back from the values t mean to the offset values, not all offset values, but only three values can be determined here. Mathematically, this is due to the property Rank( M 1 ) = 3 (4) expressed. Thus, for example, the offset values α 01 , α 02 , α 03 are generated using the relationship
Figure 00090001
calculated. The matrix M ~ 1 used here consists of the first three columns of the matrix M 1 . The fourth offset value is assumed to be 0. Three other offset values could also be calculated in the same way, the matrix M ~ 1 then to be used then contains exactly the columns belonging to the offset values.

Aufgrund der Nichtlinearität in der Beziehung (2) muss die Offsetberechnung iterativ erfolgen. Ausgangspunkt ist dabei der Satz von P Vektoren α k mit entsprechenden Messwerten. P bezeichnet dabei die Anzahl der durchgeführten Messungen. Der Ablauf der Iteration erfolgt in folgenden Schritten:

  • 1. Initialisierung der Offsets α 0 mit 0 α 0 = 0 (6)
  • 2. Addition der Offsets α' k = α k + α 0, k = 1, ..., P (7)
  • 3. Transformation in den T-Bereich und Bestimmung des gebrochenen Anteils und Mittelwertbildung
    Figure 00100001
  • 4. Rückrechnung auf die Offsetwerte
    Figure 00100002
  • 5. Anpassung der Offsetwerte α 0,neu = α 0,alt + Δα 0 (10)
  • 6. Fortführung der Iteration durch Sprung auf den Schritt 2. bis die gewünschte Anzahl an Iterationen bzw. ein Abbruchkriterium erreicht ist.
Because of the nonlinearity in the relationship ( 2 ) the offset calculation must be done iteratively. The starting point is the set of P vectors α k with corresponding measured values. P denotes the number of measurements carried out. The iteration proceeds in the following steps:
  • 1. Initialization of the offsets α 0 with 0 α 0 = 0 (6)
  • 2. Addition of the offsets α ' k = α k + α 0 , k = 1, ..., P (7)
  • 3. Transformation into the T-range and determination of the fractional part and averaging
    Figure 00100001
  • 4. Back calculation on the offset values
    Figure 00100002
  • 5. Adjustment of the offset values α 0, new = α 0, old + Δ α 0 (10)
  • 6. Continue the iteration by jumping to step 2. until the desired number of iterations or an abort criterion is reached.

Werden die so bestimmten Offsetwerte verwendet, so sind die t-Werte, als gebrochene Anteile von T, um den Nullpunkt nach der 3 angeordnet. Die 3 zeigt eine beispielhafte Verteilung der t-Werte vor dem Offsetabgleich. Durch die vorgeschlagene Offsetbestimmung und die vorher beschriebene Addition der Offsetwerte wandert die in der 3 gezeigte Wolke 31 in den Ursprung um den Gitterpunkt 30. Die so bestimmten Offsetwerte garantieren eine größtmögliche Robustheit der Sensoranordnung gegenüber Phasenfehlern.If the offset values determined in this way are used, the t values, as fractional parts of T, are around the zero point after the 3 arranged. The 3 shows an example distribution of the t-values before the offset adjustment. Due to the proposed offset determination and the previously described addition of the offset values, the in the 3 shown cloud 31 in the origin around the grid point 30 , The offset values determined in this way guarantee the greatest possible robustness of the sensor arrangement against phase errors.

Zur vollständigen Bestimmung des Offsets der Sensoranordnung ist noch eine Lageinformation, z.B. die Einbaulage der Sensoranordnung, erforderlich. Mit den bisher bestimmten Offsetwerten α01, α02 und α03 kann der Winkel oder die Phase βm für einen bekannten Winkel- oder Phasenwert β berechnet werden. Die Differenz β0 = β – βm (11) ist der Winkel- oder Phasenoffset, welcher am Ende der Auswertung zu addieren ist. Um die Genauigkeit bei der Bestimmung von β0 zu erhöhen, ist es jedoch vorteilhaft, wenn dieser Wert über mehrere Messungen ermittelt wird.To completely determine the offset of the sensor arrangement, position information, for example the installation position of the sensor arrangement, is also required. With the previously determined offset values α 01 , α 02 and α 03 , the angle or phase β m can be calculated for a known angle or phase value β. The difference β 0 = β - β m (11) is the angular or phase offset, which must be added at the end of the evaluation. In order to increase the accuracy when determining β 0 , however, it is advantageous if this value is determined over several measurements.

Mit den ermittelten Offsetwerten α01, α02 und α03 sowie βo ist die gesamte Anordnung abgeglichen, wie es im Blockschaltbild nach der 4 gezeigt ist. Es ist hieraus möglich, mit Hilfe der Beziehung

Figure 00110001
den Offset βo auf den Eingang der Anordnung zurückzurechnen. Die Werte für ni sind dabei die bei der mehrdimensionalen Auswertung verwendeten Periodenzahlen, so dass sich eine Anordnung nach der 5 ergibt.With the determined offset values α 01 , α 02 and α 03 as well as βo, the entire arrangement is compared, as shown in the block diagram after 4 is shown. It is possible from here with the help of the relationship
Figure 00110001
to calculate the offset β o back to the input of the arrangement. The values for n i are the period numbers used in the multi-dimensional evaluation, so that an arrangement according to the 5 results.

Bei einer mehrstufigen Anordnung, wie sie prinzipiell in der 1 gezeigt ist, kann das Verfahren auch mehrfach eingesetzt werden. Es ist dann für den Abgleich des Absolutwinkels insgesamt nur eine einzige Winkelinformation, z.B. die Nullpunktlage, erforderlich, wobei auch in diesem Anwendungsfall es sinnvoll ist, alle Offsetwerte analog zur Beziehung (12) auf den Eingang zurückzurechnen.In the case of a multi-stage arrangement, as in principle in the 1 is shown, the method can also be used several times. Only a single angle information, for example the zero point position, is then required for the adjustment of the absolute angle, although in this application it also makes sense to use all offset values analogously to the relationship ( 12 ) to count back to the entrance.

Um eine Stagnation bei der Iteration nach den beschriebenen Schritten 1. bis 6. in einem instabilen Punkt zu verhindern, kann man die Iteration beispielsweise dadurch erweitern, dass für den Fall, dass der ermittelte Mittelwert in der ersten Iteration kleiner als ein vorgegebener Wert (z.B. 1/16) ist, auch ein fester Wert (z.B. 0,25) zum Mittelwert hinzuaddiert werden kann. Alternativen hierzu sind über die Bestimmung der Varianz gegeben.Stagnation in the iteration following the steps 1 to 6 described in an unstable point to prevent it, you can extend the iteration, for example, that for the case that the determined mean value in the first iteration is less than a specified value (e.g. 1/16), also a fixed one Value (e.g. 0.25) can be added to the mean. alternatives this is about given the determination of the variance.

Claims (4)

Verfahren zur Erfassung der Bewegung, des Drehwinkels- und/oder des Drehmoments an bewegten mechanischen Bauteilen, bei dem – Phasenmesswerte ausgewertet werden, die durch Abtasten von mindestens einer Phasengeberspur am linear oder rotatorisch bewegten Bauteil mittels eines jeweils zugeordneten Sensors erzeugt werden und bei dem – die Phasenmesswerte mittels einer linearen Transformation rechnerisch in einen neuen Bereich transformiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Bestimmung des Phasenoffsets mindestens einer Phasengeberspur durch ein iteratives Näherungsverfahren vorgenommen wird, bei dem folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: – eine Initialisierung mit einem vorgegebenen Offsetwert (α 0), – Addition des Offsetwertes (α o) zum Phasenmesswert (α k), – Transformation in einen T-Bereich (T k), – Bestimmung des gebrochenen Anteils der transformierten Werte (t k), – Mittelwertbildung (t mean) aus den bisherigen ermittelten gebrochenen Anteilen (t k), – Rückrechnung auf den Offsetwert (Δα 0), – Anpassung des Offsetwerts (α 0,neu) und – eine Fortführung des Näherungsverfahrens bei der Addition des Offsetwerts (α 0) bis eine vorgegebene Anzahl von Iterationen oder ein vorgegebenes Abbruchkriterium erreicht ist.Method for detecting the movement, the angle of rotation and / or the torque on moving mechanical components, in which - phase measurement values are evaluated which are generated by scanning at least one phase encoder track on the linearly or rotationally moving component by means of a respectively assigned sensor and in which - the phase measured values are mathematically transformed into a new area by means of a linear transformation, characterized in that - the phase offset of at least one phase encoder track is determined by an iterative approximation method in which the following method steps are carried out: - an initialization with a predetermined offset value ( α 0 ), - addition of the offset value ( α o ) to the phase measurement ( α k ), - transformation into a T range ( T k ), - determination of the fractional part of the transformed values ( t k ), - averaging ( t mean ) from the previously determined broken en shares ( t k ), - Recalculation to the offset value (Δ α 0 ), - adjustment of the offset value ( α 0 , new ) and - a continuation of the approximation process in the addition of the offset value ( α 0 ) until a predetermined number of iterations or a predetermined termination criterion has been reached. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Iteration so lange durchgeführt wird, bis sich eine Verteilung der gebrochenen Anteile der transformierten Werte (t k) um den Nullpunkt herum ergibt.Procedure according to. Claim 1, characterized in that - the iteration is carried out until there is a distribution of the fractional portions of the transformed values ( t k ) around the zero point. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – für den Fall, dass der ermittelte Mittelwert (t mean) in der ersten Iteration kleiner als ein vorgegebener Wert ist, ein fester Wert zum Mittelwert (t mean) hinzuaddiert wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that - in the event that the determined mean ( t mean ) in the first iteration is less than a predetermined value, a fixed value is added to the mean ( t mean ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Bestimmung eines absoluten Offsetwertes eine Lageinformation des mechanischen Bauteils zur Berechnung eines bekannten Winkels oder Phasenwertes herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that - to Determination of an absolute offset value a position information of the mechanical component for calculating a known angle or Phase value is used.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006097373A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Robert Bosch Gmbh Method and circuit arrangement for recording and compensating a tilt angle when detecting a rotation movement or angle
WO2007009842A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-25 Robert Bosch Gmbh Highly fault-tolerant method for evaluating phase signals
DE102007028642A1 (en) * 2007-06-21 2008-12-24 Siemens Ag Solid state actuator drive
EP2621078A1 (en) * 2012-01-26 2013-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for operating a brushless direct-current motor when adjusting a positioning element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118310463A (en) * 2024-04-17 2024-07-09 哈工科讯(沈阳)工业技术研究院有限公司 Rotary transformer-based rotation runout monitoring system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19506938A1 (en) * 1995-02-28 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Method and device for measuring the angle of a rotatable body
DE19915968A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-12 Philips Corp Intellectual Pty Arrangement for offset adjustment of two orthogonal sensor signals
DE10034733A1 (en) * 1999-08-02 2001-02-15 Siemens Ag Procedure and device for determination of a position signal for a rotating measuring body that generates periodic sinusoidal signals that are sampled by two incremental encoders and has improved signal correction method
DE10142449A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Determining rotation angle/distance from phase values involves linear transformation, quantization, linear conversion, adding weighted phase values, correcting and summing
DE10142448A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Determining rotation angle and/or angle difference from phase signals involves determining torque on shaft by multiplying angle difference by spring rate of intermediate torsion rod

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19506938A1 (en) * 1995-02-28 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Method and device for measuring the angle of a rotatable body
DE19915968A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-12 Philips Corp Intellectual Pty Arrangement for offset adjustment of two orthogonal sensor signals
DE10034733A1 (en) * 1999-08-02 2001-02-15 Siemens Ag Procedure and device for determination of a position signal for a rotating measuring body that generates periodic sinusoidal signals that are sampled by two incremental encoders and has improved signal correction method
DE10142449A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Determining rotation angle/distance from phase values involves linear transformation, quantization, linear conversion, adding weighted phase values, correcting and summing
DE10142448A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Determining rotation angle and/or angle difference from phase signals involves determining torque on shaft by multiplying angle difference by spring rate of intermediate torsion rod

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006097373A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Robert Bosch Gmbh Method and circuit arrangement for recording and compensating a tilt angle when detecting a rotation movement or angle
KR101006338B1 (en) * 2005-03-14 2011-01-10 로베르트 보쉬 게엠베하 Method and circuit arrangement for recording and compensating a tilt angle when detecting a rotation movement or angle
AU2006224701B2 (en) * 2005-03-14 2011-09-08 Robert Bosch Gmbh Method and circuit arrangement for recording and compensating a tilt angle when detecting a rotation movement or angle
WO2007009842A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-25 Robert Bosch Gmbh Highly fault-tolerant method for evaluating phase signals
US7751997B2 (en) 2005-07-18 2010-07-06 Robert Bosch Gmbh Highly fault-tolerant method for evaluating phase signals
DE102007028642A1 (en) * 2007-06-21 2008-12-24 Siemens Ag Solid state actuator drive
EP2621078A1 (en) * 2012-01-26 2013-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for operating a brushless direct-current motor when adjusting a positioning element
US8994303B2 (en) 2012-01-26 2015-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for driving brushless direct-current motor during displacement of actuating element

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