DE19502399C2 - Verfahren zur Fehlerkorrektur bei einem Positionssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerkorrektur bei einem Positionssensor mit einer drehenden Welle, der sinus- und kosinusförmige Signale erzeugt, die mit einem Analog-Digital­ wandler umgewandelt werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 40 29 828 A1 bekannt, wobei dort eine Einrichtung zur Erfassung des Drehwinkels einer rotierenden Welle vorhanden ist und ein Signalgenerator zwei Signale erzeugt, deren Amplituden mit dem Drehwinkel einer rotierenden Welle variieren und die eine vorgegebene gegen­ seitige Phasendifferenz aufweisen. Gemäß der dortigen Lehre soll die Drehwinkelerfassung verbessert werden, indem Ände­ rungen der Mittenspannung oder der Phase des Drehwinkeler­ fassungssignals automatisch korrigiert werden. Dies soll sowohl hardwareseitig, andererseits aber auch durch entsprechende Software-Routinen erreicht werden.

Die zu berechnenden Drehwinkel werden aus den Sinus- und Kosinuswellen bzw. Sinus- und Kosinusschwingungen ermittelt, wobei auf Mittelwerte der Amplituden und korrigierte Phasen­ differenzen zurückgegriffen wird. Um eine entsprechende Korrektur des jeweiligen Mittelwertes des ersten und zweiten Signales zu erhalten, wird zunächst in einem anfänglichen Berechnungsschritt ein Mittelwert als Anfangswert gesetzt, und beim Erreichen des gesetzten Anfangswertes geprüft, welche Werte die Sinus- und Kosinusschwingungen besitzen. Nach dem Vorliegen einer konkreten Beziehung zwischen dem Anfangswert und den momentan gemessenen Werten wird in einer Abtast- und Halteschaltung oder in einem entsprechenden Softwareschritt der jeweilige Maximal- und Minimalwert gespeichert. Anschließend erfolgt eine Durchschnittsbildung. Auf diese Weise wird der tatsächliche Mittelwert bestimmt. Das Feststellen der Ampli­ tudenspannung erfolgt durch Differenzbildung zwischen maximaler und minimaler Amplitude dividiert durch den Wert 2.

Der berechnete Mittelspannungswert wird dann im nächstfolgenden Schritt als neuer, aktualisierter Vergleichswert eingesetzt, so daß eine laufende Korrektur erfolgt. Allerdings ist auf diese Weise nicht sichergestellt, daß insbesondere Fehler, die sich z. B. durch Änderung der Umgebungsbedingungen, wie beispiels­ weise der Temperatur, einstellen, sicher erfaßt und einer Korrektur unterzogen werden können.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer bereits vorgeschlagenen Positionsmeldevorrichtung mit Erfassung einer absoluten Position. In der Fig. 7 bezeich­ nen die Bezugszeichen 1a und 1b Analogeingangsteile für Si­ nuswellen, und 2a und 2b Analogeingangsteile für Kosinuswel­ len; mit dem Bezugszeichen 3 ist ein Abtast- und Haltekreis angegeben, der Signale aus den Analogeingangsteilen 1a, 1b, 2a, 2b auslöst; das Bezugszeichen 4a gibt einen Analogschal­ ter zur Auswahl der eingehenden Sinuswellen an, und das Zei­ chen 4b repräsentiert einen Analogschalter zur Auswahl der eingehenden Kosinuswellen; weiterhin ist ein Analog-Digital- Wandler 5a vorgesehen, der den Wert einer einlaufenden analo­ gen Sinuswelle in einen digitalen Wert umsetzt, sowie ein A/D-Wandler zur Umwandlung des analogen Werts einer einlau­ fenden Kosinuswelle; das Bezugszeichen 6 gibt einen Speicher an, in welchem Winkeldaten abgespeichert sind, die äquivalent zu den digitalen Werten sind, die von den A/D-Wandlern 5a, 5b abgegeben werden; mit dem Bezugszeichen 17 ist eine Zentral­ einheit angegeben, die die aus dem Speicher 6 abgerufenen Da­ ten zusammensetzt und die Korrekturwerte der analogen Aus­ gleichs- bzw. Korrekturschaltungen 16a, 16b verändert, die nachstehend noch erläutert werden. Das Bezugszeichen 9 reprä­ sentiert einen Festwertspeicher, in dem verschiedene Korrek­ turwerte abgespeichert werden, auf die nachstehend noch ein­ gegangen wird, und mit dem Bezugszeichen 15 ist ein Logikteil angegeben, das ein Format für den Datenaustausch mit einem externen Gerät erzeugt. Des weiteren ist ein Ein-/Ausgabeteil 10 für das Logikteil 15 vorgesehen, während das Bezugszeichen 11 ein Teil zur Datenerzeugung für mehrfache Umdrehungen an­ gibt. Mit 12 ist ein Analogspannungsgenerator bezeichnet, der ein ganzzahliges Mehrfaches der analogen Ausgangsspannung während einer einzelnen Umdrehung bzw. einer Grundlänge bei einer optischen, magnetischen oder jedem anderen Vorrichtung erzeugt (die aus Lichtsendereinheiten, Glasskalen und Licht­ empfängereinheiten besteht, wenn ein optisches System einge­ setzt wird). Das Bezugszeichen 14 gibt eine analoge Eingangs­ steuerung 14 an, die zwischen Datenabtast- und Haltekanälen und A/D-Wandlerkanälen eine Auswahl trifft. Darüber hinaus re­ präsentieren die Bezugszeichen 16a und 16b jeweils analoge Ausgleichsschaltungen, die Versatz-, Amplituden- und andere Werte auf analoger Basis ausgleichen und beispielsweise Ad­ dierschaltungen oder Verstärker umfassen. Schließlich ist mit dem Bezugszeichen 18 ein Ausgleichswandler angegeben, der ei­ ne Einrichtung umfaßt, welche Korrekturwerte aus den analogen Ausgleichsschaltungen 16a, 16b entsprechend den A/D-Wandler­ kanälen bzw. Einrichtungen ausgibt, die Daten in den analogen Ausgleichsschaltungen 16a, 16b zur A/D-Wandlung auswählt.

Nachfolgend wird nun die Funktionsweise des in vorstehend er­ läuterter Weise aufgebauten herkömmlichen Positionsmelders mit Erfassung der absoluten Position beschrieben. Die von dem Analogspannungsgenerator 12 erzeugten analogen Spannungen werden durch die analogen Eingangsteile 1a, 1b bzw. 2a, 2b verstärkt. Dann erzeugt die Zentraleinheit 17 ein Signal, das gleichzeitig die analogen Spannungen auslöst, wenn diese um­ gewandelt werden sollen, und die analogen Spannungen in allen Phasen von der Abtast- und Halteeinrichtung 3 halten läßt. Die Zentraleinheit 17 veranlaßt die analoge Eingangssteuerung 14, die Kanalauswahlsignale der Analogschalter 4a, 4b zu er­ zeugen, wobei die gehaltenen analogen Spannungen die analogen Ausgleichsschaltungen 16a, 16b durchlaufen und von den A/D-Wand­ lern 5a, 5b nacheinander in digitale Werte umgesetzt wer­ den. Die sich dabei ergebenden digitalen Werte SIN(A), COS(A) werden als Adresse in den Speicher 6 eingegeben, und der Speicher 6 gibt dann die dieser Adresse entsprechenden Daten tan-¹(A) aus. Die Zentraleinheit 17 liest diese Daten aus und erhält so die Winkelinformationen. Da in den Werten SIN(A) und COS(A) Versatzfehler, unkorrigierte zu große oder zu kleine Amplituden und eine Verschiebung zwischen zwei Phasen enthalten sind, sind die analogen Ausgleichsschaltungen 16a, 16b, die so ausgelegt sind, daß sie diese Fehler ausgleichen, den A/D-Wandlern 5a, 5b zur Beseitigung dieser Fehler vorge­ schaltet.

Nachstehend wird nun anhand von Fig. 8 ein spezielles Bei­ spiel für die analogen Ausgleichsschaltungen 16a, 16b erläu­ tert. Dabei erfolgen die Ausgleichsvorgänge in der Reihenfol­ ge Versatz-, Amplituden- und Phasenkorrektur. In Fig. 8 sind veränderbare Widerstände 101a und 101b angegeben, die jeweils eine Korrektur der Sinus- bzw. Kosinuswellen vornehmen; die Bezugszeichen 102a und 102b geben veränderbare Widerstände an, mit denen Amplitudenwerte eingestellt werden, und mit den Bezugszeichen 103a und 103b sind veränderbare Widerstände angegeben, die nach einer Phasenkorrektur Verstärkungsfakto­ ren einstellen. Nach Durchlaufen dieser Schaltungen werden die ursprünglichen Signale den A/D-Wandlern zugeführt, damit ihre Fehler ausgeglichen bzw. korrigiert werden.

Insbesondere addieren Verstärker 104a, 104b in einer ersten Stufe, die Versatzkorrekturen vornehmen, Versatzspannungen zu den einlaufenden Sinus- und Kosinuswellen. Die Verstärker 105a, 105b in einer zweiten Stufe, die Amplitudenkorrekturen vornehmen, werden durch die Rückmeldewiderstände 102a, 102b so eingestellt, daß sie die ausgegebenen Verstärkungsfaktoren verändern. Die Verstärker 106a, 106b in einer dritten Stufe, die zwischen den Sinus- und Kosinuswellen Phasenkorrekturen vornehmen, addieren und subtrahieren die einlaufenden ampli­ tudenkorrigierten Wellen und setzen sie dann in zwei senk­ recht zueinander stehende Phasen um.

Fig. 9 veranschaulicht nun ein Verfahren zum Ausgleichen der Phasen zwischen den Sinus- und Kosinuswellen. Hier wird nun davon ausgegangen, daß der Wert der Kosinuswelle nahe θ = 0 nur um e° verschoben wird, wie die Zeichnung dies zeigt. Wenn nun A = SINθ + COSθ und B = SINθ - COSθ eingesetzt werden, so stehen A und B hier immer senkrecht aufeinander, wenn die Am­ plituden und Verschiebungen korrekt ausgeglichen wurden. Da­ bei ist zu beachten, daß die Phase sich nur um (45 ± e/2)° verschiebt.

Während die aus den veränderbaren Widerständen gemäß Fig. 7 aufgebauten Ausgleichsschaltungen die Korrekturen entspre­ chend den Temperaturveränderungen usw. nicht verändern kön­ nen, ist es bei Auswahl unter mehreren unveränderlichen Wi­ derständen möglich, angemessene Korrekturen vorzunehmen. Dar­ über hinaus kann, wie Fig. 10 dies zeigt, ein D/A-Wandler 301 in einem Verstärker 300 vorgesehen sein, um während des Be­ triebs Korrekturwerte zu verändern. In diesem Fall werden Korrekturwertveränderungen usw. durch den in Fig. 20 darge­ stellten Ausgleichswandler 18 beeinflußt. Das Bezugszeichen 302 in Fig. 10 bezeichnet eine Zentraleinheit.

Bei der in vorstehend erläuterter Weise aufgebauten herkömm­ lichen Positionsmeldevorrichtung mit Erfassung absoluter Po­ sitionen wirkten sich Temperaturveränderungen und Veränderun­ gen über die Zeit auf die Vielzahl veränderbarer Widerstände in der Form aus, daß deren Genauigkeit dadurch beeinträchtigt wurde. Außerdem veränderten sich die Ausgleichsschaltungen selbst auch infolge von Temperaturveränderungen und im Laufe der Zeit.

Obgleich versatzkorrigierte Ausgangssignale (OFSO, OFCO) und amplitudenkorrigierte Ausgangssignale (AMSO, AMCO) für die in Fig. 8 dargestellten Schaltungen erforderlich sind, damit die Korrekturen genauer vorgenommen werden können, wandelt der herkömmliche Positionsmelder mit Erfassung der absoluten Position nur die phasenkorrigierten Ausgangsinformationen um und erfaßt nur diese, was zu Schwierigkeiten bei der Erfas­ sung unabhängiger Fehler führt. Wenn insbesondere zwei in ih­ rer Amplitude unterschiedliche Signale in Abläufen zum Aus­ gleich von Sinus- und Kosinuswellen zusammengeführt werden, so können zwei senkrecht zueinander stehende Signale nicht erzeugt werden.

Mittlerweile wurde zum Stand der Technik ein Verfahren bekannt, wie es beispielsweise in der japanischen Offenle­ gungsschrift Nr. SHO59-183327 beschrieben ist. Bei dieser Vorgehensweise, bei der höchste und niedrigste Werte am Scheitelwert festgehalten werden, wird eine Versatzspannung aus der Summe der gehaltenen Spannungen ermittelt, während eine Amplitude aus der Differenz zwischen diesen ermittelt wird, so daß für die Zuführung einer einzigen Wellenform eine große Anzahl analoger Schaltungen erforderlich ist - bei­ spielsweise sind vier scheitelwert-Haltekreise und Additi­ ons-/Subtraktionsschaltungen nötig - was zu Fehlern führt, die von den Schaltungen selbst herrühren. Darüber hinaus muß in den Scheitel­ wert-Haltekreisen ein gegebenenfalls vorhandenes Rauschen ausgeschaltet werden.

Bei den herkömmlichen Arbeitstechniken werden außerdem erfaß­ te Winkeldaten nicht in Form geeigneter Dateneinheiten ausge­ geben, die mit einem externen Gerät kompatibel sind, oder sie liegen ansonsten in Form der geforderten Daten vor und das externe Gerät selbst muß dann die ausgegebenen Daten umwan­ deln. Dementsprechend kann ein externes Gerät mit nicht sehr umfangreichen Möglichkeiten nicht alle Daten verarbeiten oder es bedarf einer erheblichen Rechenzeit.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes Verfahren zur Fehlerkorrektur bei der Erfassung einer absoluten Position einer drehenden Welle oder dergleichen so weiterzubilden, daß eine Echtzeitkorrektur mit wenigen Operationsschritten und einer hohen Zuverlässigkeit bei der Bereitstellung der korrigierten Daten möglich wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß Definition nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen oder Weiterbildungen darstellen.

Nachfolgend wird nun die Erfindung anhand verschiedener Aus­ führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit der Darstel­ lung der allgemeinen Auslegung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Positionsmelde­ vorrichtung mit Erfassung der absoluten Position;

Fig. 2A bis 2C ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines zwei­ ten und dritten Ausführungsbeispiels der vorliegen­ den Erfindung, mit der Darstellung der Algorithmen zur Ermittlung des Korrekturwerts;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung mit Darstellung einer Beziehung zwischen einer Drehzahl und einem Amplitudendämpfungsfaktor;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung mit der Darstellung von Dämpfungsfaktoren ent­ sprechend acht Drehzahlbereichen, in die der Dreh­ zahlbereich gemäß Fig. 3 in gleichen Abständen un­ terteilt wurde;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm der Software zur Erläuterung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm der Software zur Beschreibung ei­ nes fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild mit der Darstel­ lung der Auslegung einer herkömmlichen Positionsmel­ devorrichtung mit Erfassung der absoluten Position;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines speziellen Bei­ spiels für analoge Ausgleichsschaltungen bei der herkömmlichen Positionsmeldevorrichtung mit Erfas­ sung der absoluten Position;

Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Phasenkorrektur zwischen Sinus- und Kosinuswellen bei der herkömmlichen Positionsmelde­ vorrichtung mit Erfassung der absoluten Position; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines anderen Bei­ spiels für die herkömmliche Positionsmeldevorrich­ tung mit Erfassung der absoluten Position.

Ausführungsbeispiel 1

Nachfolgend wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt dabei in schematischer Blockform eine erfin­ dungsgemäße Positionsmeldevorrichtung mit Erfassung der abso­ luten Position. Dabei versteht sich von selbst, daß Teile, die mit den in Fig. 7 dargestellten Ele­ menten identisch sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 7 bezeichnet sind.

In Fig. 1 gibt das Bezugszeichen 100 einen Speicher an, in dem Winkeldaten abgespeichert sind, die digitalen Werten ent­ sprechen, die von den A/D-Wandlern 5a, 5b umgewandelt wurden, während mit dem Bezugszeichen 101 eine Zentraleinheit angege­ ben ist, die verschiedene Korrekturen vornimmt, z. B. Ver­ satz-, Amplituden- und Phasenkorrekturen, und zwar unter Her­ anziehung der sich dabei ergebenden digitalen Werte, und die die Ausgangsdaten aus dem Speicher 100 zusammenführt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Positi­ onsmeldevorrichtung mit Erfassung der absoluten Position, die in der vorstehend genannten Weise ausgelegt ist, werden Si­ nus- und Kosinuswellen N-fach in die Analogeingangsteile 1a, 2a während einer Umdrehung aus dem Analogspannungsgenerator 12 eingegeben, der ein ganzzahliges Mehrfaches analoger Aus­ gangsspannungen während einer einzigen Umdrehung auf opti­ sche, magnetische oder jede andere Art erzeugt, und dabei wird ein Zyklus aus Sinus- und Kosinuswellen während einer einzelnen Umdrehung den Analogeingangsteilen 1b, 2b zuge­ führt. Diese Wellen werden gleichzeitig von der Abtast- und Halteeinrichtung 3 ausgelöst, die Analogschalter 4a, 4b wer­ den angesteuert, und die Wellen werden sequentiell von den A/D-Wandlern 5a, 5b in digitale Werte umgesetzt. Bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel sind zwei A/D-Wandler 5a, 5b angeordnet, doch können auch nur einer oder drei oder mehr vorgesehen werden.

Auf der Grundlage der sich dabei ergebenden digitalen Werte werden nun verschiedene Korrekturen wie beispielsweise Ver­ satz-, Amplituden- und Phasenkorrekturen vorgenommen, die im folgenden noch beschrieben werden, um so korrekte Sinus- und Kosinuswellen zu bilden, während der korrekte Wert tan^-1(A) für die Phase innerhalb eines Zyklus anhand dieser Daten be­ reitgestellt wird. Wenn eine Vielzahl von Spuren vorgesehen ist (bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel sind es zwei), werden die Daten unter Bildung eines Winkels innerhalb einer Umdrehung zusammengeführt, der dann aus dem Ein-/Ausga­ beteil 10 ausgegeben wird.

Ausführungsbeispiel 2

Unter den verschiedenen Korrekturverfahren wird nun als zwei­ tes Ausführungsbeispiel der Versatzausgleich beschrieben. Zu­ nächst werden anhand des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 2A die Algorithmen zur Ermittlung des Korrekturwerts bei den Ver­ satz- und Amplitudenkorrekturen erläutert. Es wird hier davon ausgegangen, daß der bei der aktuellen Winkeloperation erhal­ tene Datenwinkel θ 95° beträgt, wenn bestimmte Drehzahl und Winkelbereiche definiert wurden (bei dem Beispiel in diesem Ablaufdiagramm wurde ein Winkelbereich von ± 10° definiert; bei 10° ergibt sich ein Fehler von 2,5% und bei 5° ein Fehler von 0,4%), um die höchsten und niedrigsten Werte der Sinus- und Kosinuswellen im Betrieb zu ermitteln (Schritt 200), und damit ist der maximale Abtastbereich der Sinuswerte eingehal­ ten (Schritt 201). Damit wird der aktuelle Sinuswellen-Ein­ gangswert SIN θ mit dem zuvor im Speicher abgelegten höchsten Wert MAX(SIN(A)) verglichen (Schritt 202). Sind die aktuellen Wertedaten größer, wird dieser Wert aktualisiert (Schritt 203).

Dabei ist zu beachten, daß in den Schritten 204 bis 207 der niedrigste Wert aktualisiert wird, wenn die aktuellen Werte­ daten kleiner sind.

Diese Rechenoperation kann so lange wiederholt ausgeführt werden, bis die Abtastzählerstände N(SINMAX) und N(SINMIN), jeweils für den höchsten und den niedrigsten Wert, den ent­ sprechenden vorgegebenen Abtastzählerwert N(SP) erreichen (Schritt 208); zu diesem Zeitpunkt werden der höchste Wert MAX(SIN(A)) und der niedrigste Wert MIN(SIN(A)), die im Spei­ cher 100 abgelegt sind, herangezogen, um die Versatzwerte ΔVOSS(A), nach folgender arithmetischer Beziehung zu ermitteln (Schritt 209):

ΔVOSS(A) = {MAX(SIN(A)) + MIN(SIN(A))}/2.

Werden die Werte in vorstehend erläuterter Weise auf ihrem scheitelwert gehalten, wirken sich Erscheinungen wie Rauschen und dgl. auf sie aus. Um Rauscheinwirkungen und ähnliches zu beseitigen, werden die gehaltenen scheitelwerte MAX(SIN(A)) und MIN(SIN(A), die den Bedingungen für die Abtastzählerwerte entsprechen, M(AVE)-mal summiert (Schritt 210), während der Versatzkorrekturwert ΔVOSS(A) zur Ermittlung der Durch­ schnittswerte SINMAX(AVE) und SINMIN(AVE) dieser Werte nach folgender arithmetischer Beziehung ermittelt wird (Schritt 211):

ΔVOSS(A) = {SINMAX(AVE) + SINMIN(AVE)}/2.

Dabei ist zu beachten, daß dann, wenn der Datenwinkel θ im Schritt 200 nicht die Bedingung 80 θ 100 erfüllt, in Schritt 204 beurteilt wird, ob der Winkel nahe an den niedrigsten Si­ nuswellenwert herankommt. Ist dies der Fall, läuft die Verar­ beitung in vorstehend erläuterter Weise ab. Wenn nicht, wird eine Kosinusbearbeitung (COS-Bearbeitung) im Schritt 212 vor­ genommen.

Das Ablaufdiagramm zur Kosinusbearbeitung ist in Fig. 2B dar­ gestellt. Zunächst wird im Schritt S300 festgestellt, ob der Datenwinkel θ gleich oder größer als 350° oder gleich oder kleiner als 10° ist. Liegt θ innerhalb des genannten Be­ reichs, ist der Abtastbereich für den höchsten Kosinuswellen­ wert erfüllt (Schritt 301), woraufhin der aktuelle Eingangs­ wert der Kosinuswelle (vgl. COSθ) mit dem im Speicher MAX(COS(A)) abgespeicherten vorhergehenden höchsten Wert ver­ glichen wird (Schritt 302). Ist der aktuelle Wert größer, wird dieser Wert aktualisiert (Schritt 303). In ähnlicher Weise wie bei dem Ablauf nach Fig. 2A wird in den Schritten S304-S307 der niedrigste Wert aktualisiert, wenn der aktu­ elle Wert kleiner ist.

Dieser Bearbeitungsablauf wird solange wiederholt, bis die Abtastzählerstände N(COSMAX) und N(COSMIN), jeweils für den höchsten und niedrigsten Wert, den entsprechenden vorgegebe­ nen Abtastzählerwert N(SP) erreichen (Schritt 308); zu die­ sem Zeitpunkt werden der höchste Wert MAX(COS(A)) und der niedrigste Wert MIN(COS(A)), die im Speicher 100 abgelegt sind, herangezogen, um die Versatzwerte, ΔVOSC (A) nach folgender arithmetischer Beziehung zu ermitteln (Schritt 309):

ΔVOSC (A) = [MAX(COS(A)) + MIN(COS(A))]/2.

Werden die Werte in vorstehend erläuterter Weise auf ihrem scheitelwert gehalten, um Rauscherscheinungen zu beseitigen, werden die gehaltenen scheitelwerte MAX(COS(A)) und MIN(COS(A), die den Bedingungen für die Abtastzählerwerte ent­ sprechen, M(AVE)-mal summiert (Schritt 310), während der Ver­ satzkorrekturwert ΔVOSS (A) zur Ermittlung der Durch­ schnittswerte COSMAX(AVE) und COSMIN(AVE) dieser Werte nach folgender arithmetischer Beziehung ermittelt wird (Schritt 311):

ΔVOSC (A) = [COSMAX(AVE) + COSMIN(AVE)]/2.

Dabei ist zu beachten, daß dann, wenn der Datenwinkel θ im Schritt 300 nicht die Bedingung 350 θ 10 erfüllt, in Schritt 304 beurteilt wird, ob der Winkel nahe an den klein­ sten Kosinuswellenwert herankommt. Ist dies der Fall, läuft die Verarbeitung in vorstehend erläuterter Weise ab. Wenn nicht, schaltet das Verarbeitungsprogramm zum Programmanfang zurück.

Außerdem ist ein einfaches Verfahren zur Mittelwertbildung ohne Halten des Scheitelwerts vorgesehen. Wenn beispielsweise der Bereich ± 5° beträgt, ergeben sich beim Scheitelwert-Hal­ teverfahren nahezu keine Fehler. Subtrahiert man diesen Wert pro Datenabtastung, so erhält man immer eine sinuswelle SIN(AOS) und eine Kosinuswelle COS(AOS), bei denen der Ver­ satz beseitigt wurde:

SIN(AOS) = SIN(A) - ΔVOSS(A)
COS(AOS) = COS(A) - ΔVOSC(A)

Ausführungsbeispiel 3

Als Ausführungsbeispiel 3 wird nun die Heranziehung eines Am­ plitudenausgleichs beschrieben. Dabei besteht bei den Sinus­ wellen- und Kosinuswellen-Daten, bei denen der Versatz besei­ tigt wurde, eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß ihre Ampli­ tudenwerte unsymmetrisch sind. Da auch die Amplitudenwerte zu klein sein können, werden die Sinus- und Kosinuswellen einem Amplitudenabgleich mit den Bezugs-Amplitudenwert VIAM unter­ zogen, wodurch der Wert der Unsymmetrie beseitigt wird. Dabei werden wie bei der Versatzkorrektur die Daten SINMAX und SINMIN zur Ermittlung des Amplitudenwerts VAMS herangezogen:

VAMS(A) = SINMAX - SINMIN (für die Sinuswelle).

Danach werden die Amplituden-Korrekturwerte KAMS(A) = VIAM/VAMS(A) und KAMC(A) = VIAM/VAMC(A) ermittelt und immer je­ weils mit SIN(AOS) und COS(AOS) multipliziert, so daß auf diese Weise die Sinuswelle und die Kosinuswelle hinsichtlich ihres Amplitudenwerts VIAM gleich gemacht werden:

SIN(AAM) = KAMS(A) _* SIN(AOS)
COS(AAM) = KAMS(A) _* COS(AOS).

Ausführungsbeispiel 4

Je höher die Drehzahl ansteigt, desto stärker werden die Am­ plituden analoger Wellen gedämpft. Somit müssen die Amplitu­ den-Korrekturwerte entsprechend der Drehzahl verändert wer­ den. Es wir nun angenommen, daß VAMS(A)(ω) = f(ω)VAMS(A) sei, wobei der Amplitudenwert bei jeder Drehzahl gemessen und die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Amplitudendämpfungs­ faktor gemäß Fig. 3 im Festwertspeicher 9 abgespeichert sind. Der Speicherinhalt kann ein arithmetischer Ausdruck f(ω) sein, der durch Messung ermittelt wurde, oder Drehzahldaten, die in gewissem Umfang unterteilt sind. Beispielsweise zeigt Fig. 4 Amplitudendämpfungsfaktoren, die acht Drehzahlberei­ chen entsprechen, in die der Drehzahlbereich nach Fig. 3 un­ terteilt wurde.

Die Drehzahl wird entsprechend der abschließend festgestell­ ten Veränderung eines Phasenzählers zur Zählung der Phasen innerhalb einer Umdrehung ermittelt. Nun ist unter der Annah­ me, daß die Drehzahl ω0 sei, der nachfolgende Wert als Ampli­ tuden-Korrekturwert für die unter Berücksichtigung der Dreh­ zahl vorgenommene Amplitudenkorrektur definiert:

KAMS(A) = VIAM/(VAMS(A)f(ω0)).

(Dieser Ausdruck gilt auch für COS).

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Software, wobei die Drehzahl unterteilt wurde. Die Gruppe N, zu der der aktuelle Drehzahlwert ω0 gehört, wird berechnet (Schritt 500).

Der Drehzahl-Dämpfungsfaktor f(N), der im Festwertspeicher 9 abgelegt ist, wird danach ausgelesen (Schritt 501). Dieser Wert wird als f(ω0) definiert. Danach wird die gleiche Re­ chenoperation unter Heranziehung des obigen Ausdrucks ausge­ führt, um den Amplituden-Korrekturwert KAMS(A) zu ermitteln (Schritt 502). Nach der Berechnung schaltet die Bearbeitungs­ routine zum Schritt 500 zurück.

Ausführungsbeispiel 5

Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrie­ ben. Wird bei den Algorithmen zur Abtastung der höchsten und niedrigsten Werte der analogen Wellen die Beurteilung der Drehzahl weggelassen, läßt sich eine drehzahlabhängige Ampli­ tuden-Dämpfungsfunktion in Form von Daten abtasten. Nun kann f(ω) anhand dieser Daten ermittelt werden, um so eine automa­ tische Drehzahl-Amplituden-Korrektur vorzunehmen.

Fig. 6 zeigt hierzu ein Ablaufdiagramm der Software zur auto­ matischen Ermittlung des Drehzahl-Dämpfungsfaktors f(ω0). Zu­ nächst wird der aktuelle Drehzahlbereich N ermittelt (Schritt 601). Danach werden wie beim Programm zur Amplitudenkorrektur Daten in diesem Drehzahlbereich sooft abgetastet, wie dies vorgegeben ist (Schritt 602). Die Daten im Drehzahlbereich, die den Höchst- und den Mindestwert so oft wie vorgegeben er­ reicht haben (Schritt 603), werden im Festwertspeicher 9 ab­ gespeichert (schritt 605).

Genauer gesagt, wird zur Ermittlung des Durchschnittswert VMAX der kumulative Wert der höchsten Amplitudenwerte SMAX durch den Abtastzählerstand C dividiert, und der Mindestwert wird in ähnlicher Weise ermittelt, woraufhin deren Differenz VMAX(N) ermittelt wird. Dann wird das Verhältnis der Diffe­ renz zur Bezugsamplitudenbreite bei der Drehzahl ohne Ampli­ tudendämpfung VIAM gebildet; dieses wird als f(N) defi­ niert (Schritt 604) und im Festwertspeicher 9 abgespeichert (Schritt 605). Da f(N) während des Betriebs aktualisiert wird, findet die Drehzahl-Amplituden-Korrektur automatisch statt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Fehlerkorrektur bei einem Positionssensor mit einer drehenden Welle, der sinus- und cosinusförmige Signale erzeugt, die mit einem Analog-Digital-Wandler umgewandelt werden, wobei die durchschnittlichen Maximal- und Minimalwerte der Signale aus einer vorgegebenen Anzahl von ermittelten Minimal- und Maximalwerten der Signale berechnet werden und mit diesen Durchschnittswerten der Offset und/oder die Amplitude der Signale korrigiert wird, wobei die Drehzahl innerhalb einer Umdrehung der Welle ermittelt wird und wobei die Korrektur des Offsets und der Amplitude der Signale drehzahlabhängig erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Drehzahl in mehrere Drehzahlbereiche unterteilt wird und Korrekturwerte für die Korrektur des Offsets und/oder der Amplitude der Signale für die verschiedenen Drehzahlbereiche ermittelt werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte für die Korrektur des Offsets und/oder der Amplitude als Funktion der Drehzahl ermittelt und in einer Korrekturtabelle abgelegt werden.