DE2732024A1 - Winkelstellungssensor mit digitalem ausgang - Google Patents

Winkelstellungssensor mit digitalem ausgang

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DE2732024A1 DE19772732024 DE2732024A DE2732024A1 DE 2732024 A1 DE2732024 A1 DE 2732024A1 DE 19772732024 DE19772732024 DE 19772732024 DE 2732024 A DE2732024 A DE 2732024A DE 2732024 A1 DE2732024 A1 DE 2732024A1
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Klaus-Dieter Holle
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    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243Mechanical 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
    • HELECTRICITY
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    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

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
5000 Köln 90
Winkelstel lungssensoi» mit digitalem Ausgang
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.
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
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)

Ansprüche
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
DE2732024A 1977-07-15 1977-07-15 Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der Winkelstellung des Rotors eines Resolvers Expired DE2732024C3 (de)

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FR7820788A FR2397622A1 (fr) 1977-07-15 1978-07-12 Detecteur de position angulaire a sortie numerique
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
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DE2732024B2 DE2732024B2 (de) 1980-01-10
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