DE2732024A1 - Winkelstellungssensor mit digitalem ausgang - Google Patents
Winkelstellungssensor mit digitalem ausgangInfo
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
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- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/64—Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals
- H03M1/645—Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals for position encoding, e.g. using resolvers or synchros
Description
Patentanwalt Dipl.-lng. 2732024
. 2 Harro Gralfs
Gialls Patentanwalt Am Buiyfcrpaik 8 U 3300 Braunschweig Germany
Am Bürgerpark 8
D 3300 Braunschweig, Germany
Telefon 0531-74798
Cable patmarks braunschweig
13. -Juli 1977 C/Wi - D 569
Deutsche Forschungs- und
Versuchsanstalt für Luft-
und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe
Versuchsanstalt für Luft-
und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe
5000 Köln 90
Die Lrfindung betrifft einen Winkel Stellungssensor mit
digitalem Ausgang.
Derartige Sensoren sind dort einsetzbar, wo analoge (auch mechanische) Größen in digitale Steuerungs- und Verarbeitungssysteme eingegeben werden sollen, wie z.B. Handsteuersignale,
Positionswerte (Werkzeugmaschinen), Winkelgrößen (Navigationsgeräte) u.a.m.
Bei Sensoren der erwähnten Art ist es wichtig, den Sensor
auf einen eventuellen Ausfall hin zu überwai.. an.
Bei Sensoren, die analoge Signale liefern, die für die Weiterverarbeitung
digitalisiert werden, stößt die Durchführung
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3.
einer Ausfallsüberwachung auf erhebliche Schwierigkeiten.
Entsprechendes gilt für bekannte Verfahren i'.ur unmittelbaren
Umwandlung von Synchro- bzw. Resolver-Signalen in
digitale Form.
Als Winkelstellungssensoren mit unmittelbarem digitalen Ausgang sind Bürstenencoder und optische Winkelstellungssensoren
bekannt. Bei diesen ist zwar eine Ausfall überwachung leichter möglich. Die bekannten digital arbeitenden
Systeme sind jedoch sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen überwachbaren Winkelstellungssensor
mit digitalem Ausgang zu entwickeln, der einfach realisierbar ist, und zwar mit einem sehr hohen
Auflösungsvermögen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen
Resolver mit einer Statorwicklung mit zwei um 90° versetzt angeordneten Polen, in die um 90 phasenverschobener Wechsel
strom eingespeist wird, und mit einem Rotor, in dem über die Statorfelder eine in Abhängigkeit vom Drehwinkel phasenverschobene Wechselspannung induziert wird, weiter durch einen
mit vorgegebener Frequenz laufenden Zähler, dessen innere Zustände fest und eindeutig mit der Phasenlage der Statorspannungen
verknüpft sind und in den ein von der Phasenlage der im Rotor induzierten Spannung abgeleiteter Impuls zur
Erzeugung einer Anzeige des der jeweiligen Phasenlage der Rotorspannung entsprechenden Zustandes eingespeist wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Winkelstellungssensor ergibt sich die Stellung des Rotors als ein zwischen 0 und 1 liegender
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Bruchteil der Zählerfrequenz, die wiederum von der Frequenz
der an der Statorwicklung anliegenden Wechselspannung abhängt. Auf diese Weise läßt sich ein sehr hohes Auflösungsvermögen und damit eine sehr hohe Anzeigegenauigkeit erreichen.
Zweckmäßig werden Mittel vorgesehen, mit denen aus den Signalen der beiden letzten Zählerstufen die Statorspannungen
abgeleitet werden, wobei zu dieser Ableitung Filteranordnungen vorgesehen sein können.
Zur Erzeugung der die Statorwicklungen speisenden Wechselspannung kann ein Oszillator vorgesehen sein, der in einem
ganzzahligen Verhältnis zur Zählerfrequenz synchronisiert ist. Dabei ist vorzugsweise der Reseteingang des Zähler in
Abhängigkeit von der Spannung in einer der Statorwicklungen wirksam.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen
anhand der Zeichnung beschrieben.
Der in der Zeichnung dargestellte Resolver weist zwei um 90 versetzt angeordnete Ständerwicklungen 2, 4 und einen
Rotor 6 auf, der über eine mit dem Rotor fest verbundene Welle 8 verdrehbar ist. An den beiden Statorwicklungen 2
und 4 liegen zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Wechselspannungen mit gleichen Amplituden an, durch die im
Resolver ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird. Dieses Drehfeld induziert in der Rotorwicklung des Resolvers eine
Wechselspannung, deren Phasenlage bezogen auf eine der Stator-
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spannungen ein Maß für die Winkelstellung der Resol verweile
darstellt und deren Amplitude für alle Winkelstellungen gleich ist.
Der Winkelstellungssensor ist weiter mit einem Zähler 10
ausgerüstet, der mit einer vorgegebenen Frequenz läuft, wobei
die inneren Zustände des Zählers fest und eindeutig mit der Phasenlage der Statorspannungen verknüpft sind. Vorzugsweise
N
ist die Zähler-Taktfrequenz um das 2 -fache größer als die Frequenz des Resolver-Drehfeldes, wobei K die Zahl der Binärstufen des Zählers bedeutet. Da am Ende der letzten Stufe des Zählers die Impulsfrequenz um das 2 -fache kleiner ist als die Impulsfrequenz am Takteingang, können aus diesem Signal durch Filterung die Statorwechsel spannungen für den Resolver abgeleitet werden. Damit ist die Resol νerfrequenz phasenstarr an die Zähler-Taktfrequenz gekoppelt.
ist die Zähler-Taktfrequenz um das 2 -fache größer als die Frequenz des Resolver-Drehfeldes, wobei K die Zahl der Binärstufen des Zählers bedeutet. Da am Ende der letzten Stufe des Zählers die Impulsfrequenz um das 2 -fache kleiner ist als die Impulsfrequenz am Takteingang, können aus diesem Signal durch Filterung die Statorwechsel spannungen für den Resolver abgeleitet werden. Damit ist die Resol νerfrequenz phasenstarr an die Zähler-Taktfrequenz gekoppelt.
Die in den Rotor 6 induzierte Wechselspannung liegt gegebenenfalls
nach Verstärkung an einem Amp!itudendiskriminator 12 an,
über den bei Erreichen des Spannungsmaxi mums ein Impuls in den Zähler 10 gegeben wird. In dem Zähler werden dann die
Takte gezählt, die als Restimpulse eines Zählerdurchlaufs verbleiben. Die in digitaler Form im Zähler gezählten Impulse
geben eine digital codierte Anzeige für die Winkelstellung.
Da das System durchweg dynamisch arbeitet, ist mit einfachen Mitteln eine Ausfallserkennung realisierbar, bei der Informationen
darüber geliefert werden, ob die vom Sensorsystem gelieferte digitale Winkelstellungsinformation infolge eines
Bauteileausfalls verfälscht ist. Das Überwachungsverfahren innerhalb der Ausfallserkennung kann in bekannter Weise durchgeführt
werden und braucht an dieser Stelle nicht beschrieben zu werden.
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β.
Anstelle einer Zählung der Impulse zwischen dem Irreichen
des Maximuffis der in den Rotor 6 induzierten Wechselspannung
und dem Erreichen des Maximums oder huiIdurchganges der
Wechselspannung in einer Statorwicklungen können auch die
Impulse zwischen dem Maximum oder Nulldurchgang der Wechselspannung
in einer der Statorwicklungen und dem Maximum- bzw. Nulldurchgang der im Rotor induzierten Wechselspannung gezähl
t werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Resol verspannungen
in einem Oszillator 14 erzeugt, welcher nach der
ο
Differentialgleichung y' ' + ixi y =- O arbeitet. L'er Oszillator weist zwei Integratoren und einen Operationsverstärker auf. Die von dieser Schaltung abgegebenen sinusförmigen Spannungen der Form U„ sin α» t und UQ cos out weiden verstärkt und dem Resolver zugeführt. Aus einer der beiden Spannungen wird ein Rücksetzsignal für den Zähler 10 abgeleitet. Die in den Resolverrotor induzierte Wechselspannung, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung phasenverschoben ist, wird durch Verstärkung und Begrenzung in einem Rechtecksignal übergeführt, aus welchem der Auslesepuls für den Zähler abgeleitet wird, der beispielsweise ein zehnstufiger Dualzahl er sein kann. Die Taktimpulse für den Zähler 10 werden einem bezüglich der Frequenz spannungsgesteuerten Pulsgenerator entnommen. Mit Hilfe einer Phasensynchronisieischal tung 16 nach dem phaselocked-loop-Prinzip (PLL) wird der Pulsgenerator so gesteuert, daß die Pulsfrequenz des Zählertaktsignals in einem konstanten phasenstarren Verhältnis zur Resolverfrequenz steht. Zu diesem Zweck wird mittels eines Frequenzteiler ein °:gnal uns den
Differentialgleichung y' ' + ixi y =- O arbeitet. L'er Oszillator weist zwei Integratoren und einen Operationsverstärker auf. Die von dieser Schaltung abgegebenen sinusförmigen Spannungen der Form U„ sin α» t und UQ cos out weiden verstärkt und dem Resolver zugeführt. Aus einer der beiden Spannungen wird ein Rücksetzsignal für den Zähler 10 abgeleitet. Die in den Resolverrotor induzierte Wechselspannung, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung phasenverschoben ist, wird durch Verstärkung und Begrenzung in einem Rechtecksignal übergeführt, aus welchem der Auslesepuls für den Zähler abgeleitet wird, der beispielsweise ein zehnstufiger Dualzahl er sein kann. Die Taktimpulse für den Zähler 10 werden einem bezüglich der Frequenz spannungsgesteuerten Pulsgenerator entnommen. Mit Hilfe einer Phasensynchronisieischal tung 16 nach dem phaselocked-loop-Prinzip (PLL) wird der Pulsgenerator so gesteuert, daß die Pulsfrequenz des Zählertaktsignals in einem konstanten phasenstarren Verhältnis zur Resolverfrequenz steht. Zu diesem Zweck wird mittels eines Frequenzteiler ein °:gnal uns den
10 Zählertaktimpulsen erzeugt, dessen Frequenz gleich dem 2 ten Teil-der Zählertaktfrequenz ist. Aus dem phesenmäßigen Vergleich
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dieses Signals mit der Resolver-Statorspannung wird die
Steuerspannung für den Taktpulsgenerator abgeleitet.
Das Rücksetzsignal für den Zähler ist erforderlich, um am
Ende des Einschwenkvorganges nach Anlegen der Versorgungsspannungen den Zähler in einen definierten Anfangszustand
zusetzen. Wenn der erwähnte Synchronismus erreicht ist,
wird ein Rücksetzsignal nicht mehr benötigt.
Le e rs e i f e
Claims (4)
1. Winkelstellungssensor mit digitalem Ausgang, gekennzeichnet
durch einen mit einer Statorwicklung mi t zwei um 90 versetzt
angeordneten Polen, in die um 90° phasenverschobener Wechselstrom gleicher Amplitude eingespeist wird, und mit
einem Rotor, in dem über die Statorfelder eine in Abhängigkeit vom Drehwinkel phasenverschobene Wechselspannung induziert
wird, weiter durch einen mit vorgegebener Frequenz laufenden Zähler, dessen innere Zustände fest und eindeutig
mit der Phasenlage der Statorspannungen verknüpft sind und in den ein von der Phasenlage der im Rotor induzierten
Spannung abgeleiteter Impuls zur Erzeugung; einer Anzeige des der jeweiligen Phasenlage der Rotorspannung entsprechenden
Zustandes eingespeist wird.
2. Resolver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
vorgesehen sind, mit denen aus den Signalen der beiden letzten Zählerstufen die Statorspannungen abgeleitet werden.
3. Resolver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Ableitung der Statorspannungen Filteranordnungen vorgesehen sind.
4. Resolver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen die Statorwicklungen speisenden Oszillator, der in einem ganzzahligen Verhältnis zur Zählerfrequenz
synchronisiert ist.
5· Resolver nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß der
Reseteingang des Zählers in Abhängigkeit von der Spannung in einer der Statorwicklungen wirksam ist.
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ORIGINAL INSPECTED
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2732024A DE2732024C3 (de) | 1977-07-15 | 1977-07-15 | Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers |
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| JP53084635A JPS5914164B2 (ja) | 1977-07-15 | 1978-07-13 | リゾルバのロ−タの角度位置をデイジタル指示する回路装置 |
| GB7829747A GB2001222B (en) | 1977-07-15 | 1978-07-13 | Ev sensor of angular position having a digital output |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2732024A DE2732024C3 (de) | 1977-07-15 | 1977-07-15 | Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2732024A1 true DE2732024A1 (de) | 1979-01-18 |
| DE2732024B2 DE2732024B2 (de) | 1980-01-10 |
| DE2732024C3 DE2732024C3 (de) | 1980-09-04 |
Family
ID=6014011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2732024A Expired DE2732024C3 (de) | 1977-07-15 | 1977-07-15 | Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5914164B2 (de) |
| DE (1) | DE2732024C3 (de) |
| FR (1) | FR2397622A1 (de) |
| GB (1) | GB2001222B (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009046923B4 (de) | 2009-11-20 | 2018-07-05 | Lenze Automation Gmbh | Verfahren, Vorrichtung und System zum Überwachen des Bestimmens eines Rotorwinkels einer rotierenden Welle mittels eines Resolvers |
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1977
- 1977-07-15 DE DE2732024A patent/DE2732024C3/de not_active Expired
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- 1978-07-12 FR FR7820788A patent/FR2397622A1/fr active Granted
- 1978-07-13 JP JP53084635A patent/JPS5914164B2/ja not_active Expired
- 1978-07-13 GB GB7829747A patent/GB2001222B/en not_active Expired
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|---|---|---|---|---|
| DE102009046923B4 (de) | 2009-11-20 | 2018-07-05 | Lenze Automation Gmbh | Verfahren, Vorrichtung und System zum Überwachen des Bestimmens eines Rotorwinkels einer rotierenden Welle mittels eines Resolvers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2001222B (en) | 1982-03-10 |
| FR2397622A1 (fr) | 1979-02-09 |
| JPS5914164B2 (ja) | 1984-04-03 |
| FR2397622B1 (de) | 1984-06-29 |
| DE2732024C3 (de) | 1980-09-04 |
| JPS5443055A (en) | 1979-04-05 |
| GB2001222A (en) | 1979-01-24 |
| DE2732024B2 (de) | 1980-01-10 |
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