EP3642952A1 - Verfahren und vorrichtung zum bewegen eines aktors einer aktorvorrichtung in eine sollposition und aktorvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bewegen eines aktors einer aktorvorrichtung in eine sollposition und aktorvorrichtung

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EP3642952A1
EP3642952A1 EP18728056.5A EP18728056A EP3642952A1 EP 3642952 A1 EP3642952 A1 EP 3642952A1 EP 18728056 A EP18728056 A EP 18728056A EP 3642952 A1 EP3642952 A1 EP 3642952A1
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EP
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actuator
motor
speed
transmission
determined
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18728056.5A
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Felix Böckmann
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Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Publication of EP3642952A1 publication Critical patent/EP3642952A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive

Definitions

  • the present approach relates to a method and apparatus for moving an actuator of an actuator device to a desired position and an actuator device having a corresponding device.
  • a rotational movement of the permanently excited DC motor is converted by the transmission in a translatory actuating movement of the actuator.
  • discrete signals are used to detect the position of the actuator. This merely senses whether the actuator is at the target position or start position.
  • a method presented here advantageously makes it possible to reconstruct a current position of an actuator coupled to the motor using easily sensible motor variables in the form of a motor voltage, a motor current and an engine temperature, thereby enabling the actuator to be moved to a desired position.
  • a method for moving an actuator of an actuator device into a desired position wherein the actuator device comprises at least one engine, a transmission and the actuator coupled to the engine via the transmission, comprises the following steps:
  • the motor voltage may represent a voltage signal read in via an interface to a voltage sensor.
  • the motor current may represent a current signal read via an interface to a current sensor.
  • the engine temperature may represent a temperature signal read via an interface to a temperature sensor.
  • the engine temperature may be an outside temperature or an inside temperature of the engine according to different embodiments.
  • the speed of the motor may refer to a rotational movement of a shaft of the motor.
  • the speed of the actuator may result from the rotational movement of the shaft of the motor transmitted via the gear to the actuator.
  • the reconstructed position can be understood as a current position of the actuator.
  • a starting position of the actuator can be assumed to be known.
  • the travel time can represent a travel time from the start position.
  • a control signal is generated, which is designed to effect the movement of the actuator into the desired position using the reconstructed position.
  • the control signal may be, for example, a control voltage, a control current or a drive signal for driving a controller controlling the operation of the motor.
  • the method presented here makes it possible to check, where the actuator is, using the described motor sizes. Based on this, the actuator can subsequently be moved to the desired position. For this purpose, a simple control loop can be used.
  • the method may comprise a step of comparing, which is executable, for example, before the step of generating, wherein in the step of comparing, a comparison between the target position and the reconstructed position is performed becomes.
  • the control signal for controlling the motor may then be advantageously determined using a comparison result of the comparison.
  • a subtraction between the reconstructed position and the target position may be performed to determine the control signal that is advantageously configured to move the actuator using the comparison result that is the difference between the reconstructed position and the desired position displays.
  • step of recognizing the reconstructed position can be detected, for example by integrating the speed of the actuator over the travel time.
  • the step of determining the speed can be determined using a map.
  • the speed can be determined by means of a map, which may be in the form of a stored digital table. So the speed can be quickly and easily assigned by means of curves. Since an engine temperature is not always exactly measurable, this may be sufficient depending on the required temperature range, to distinguish between high and low temperatures and to reduce the map accordingly.
  • the engine temperature may have a value range comprising only two values.
  • an intermediate speed may also be first determined using the motor current, the motor temperature, and another map, wherein the speed may be determined using the intermediate speed, the motor voltage, and a correction factor.
  • the intermediate speed can be understood a provisionally determined speed.
  • the correction factor can represent a quotient of a measured voltage and a rated voltage. This correction factor is used to reduce complexity, so that the additional map, for example, only needs to be measured or stimulated at a voltage.
  • the control signal may be generated, which is designed to provide a voltage for translating the actuator into the desired position to the motor, which is coupled to the actuator via the transmission.
  • a device is designed to control and / or execute steps of the method in one of the variants described in corresponding units.
  • This device may be an electrical device that processes electrical signals, such as sensor signals, and outputs control signals in response thereto.
  • the device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented.
  • the interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • An actuator device has at least one engine, a transmission and an actuator, wherein the engine is coupled to the actuator via the transmission.
  • the actuator device has the device just presented, which is designed to generate the control signal for the motor.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an actuator device according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device for moving an actuator of an actuator device into a desired position according to an embodiment
  • FIG. 4 is a schematic representation of a device according to an embodiment.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method for moving an actuator of an actuator device into a desired position according to an exemplary embodiment.
  • the actuator device 100 has at least one motor 105, a transmission 110, an actuator 15 and a device 120.
  • the motor 105 is coupled via the gear 1 10 with the actuator 1 15.
  • the gear 1 10 is formed to translate a rotational movement 125 of the motor 105 in a linear movement 130 of the actuator 1 15.
  • the transmission 1 10 is coupled to a shaft 132 of the motor 105.
  • the device 120 is configured to generate a control signal 135 for the motor 105.
  • the control signal 135 is configured to control an operation of the motor 105 so that the actuator 1 15 is moved from the current position to a target position.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an actuator device 100 according to one exemplary embodiment.
  • This can be the actuator device 100 described in FIG. 1.
  • the device 120 is configured to determine a rotational speed 202 of the motor 105 using a motor voltage 205, a motor current 210, and an engine temperature 215.
  • the device 120 according to this exemplary embodiment has a position reconstruction device 220 which is designed to read in corresponding signals which, according to one embodiment, are sensed and provided by a motor voltage sensor, a motor current sensor and a temperature sensor.
  • the device 120 in turn, the position reconstruction device 220 of the device 120, designed to use the speed 202 and a ratio factor of the transmission 1 10, a speed 225 of the actuator 1 15, for example, the speed 225 of a linear movement of the actuator 1 15, to be determined.
  • the device 120 is configured to detect a reconstructed position 235 of the actuator 15.
  • the position reconstruction device 220 reads in a signal representing the travel time 230.
  • the device 120 is configured to generate the control signal 135 that is configured to cause the actuator 15 to move to the desired position 200.
  • the device 120 has a regulator device 245 for this purpose, which is designed to output the control signal 135 to the motor 105.
  • the device 120 also has a comparison device 250, which is designed to previously perform a comparison between the desired position 200 and the reconstructed position 235.
  • the comparator 250 reads in corresponding signals and determines the control signal 135 using a comparison result of the comparison.
  • a signal representing the target position 200 may be read from a memory device.
  • a reconstructed position 235 representative signal may be provided by the position reconstructor 220.
  • the controller means 245 generates the control signal 135, which provides a voltage for translating the actuator 1 15 in the target position 200 to the motor 105, which is coupled via the gear 1 10 with the actuator 1 15.
  • the steps performed by device 120 may be performed continuously so that a current reconstructed position 235 may be continuously determined and used to track the actuator to target position 200. For example, an updated reconstructed position 235 may be determined until the last determined reconstructed position 235 matches the target position 200.
  • the device 120 presented here is designed to control or to carry out a method for the reconstruction of a translatory actuator position from measured motor variables.
  • the device 120 presented here determines the speed 202 from a combination of motor current 210 and motor voltage 205, and in addition from the Motor temperature 215. This speed 202 is offset with the ratio of the transmission 1 10.
  • the system is extended with a time measurement in the form of the travel time 230, by means of which it is possible to determine from the speed 225 the reconstructed position 235 by integration over time.
  • the device 120 thus takes into account a temperature dependence of the engine characteristic (characteristic curves). It is therefore not just a speed pro- detected proportional signal, but there is also a clear detection of an engine operating point. In addition, there is a time measurement, which is the basis for the determination of the reconstructed position 235. Also considered is the translation of the transmission 110 and implementation in a translational movement.
  • the product is the actuator 115, which converts the rotational movement of a permanently excited DC motor 105 into a translatory actuating movement via the gear 110.
  • discrete signals are often used for position detection. Thus, it is merely sensed whether the actuator 115 is at a target position or start position.
  • the position and / or speed 225 is determined continuously.
  • a control provides advantages in terms of accuracy and acoustics. Since a load is not known and also not constant, a control of the known systems is often not optimal. From the quantities of motor current 210, motor voltage 205 and motor temperature 215 which can be determined more easily, the instantaneous speed 202 can be determined by the device 120 presented here via characteristic curves. From this in turn, the current position in the form of the reconstructed position 235 can be determined via translation and integration over time.
  • the approach presented here accordingly describes a method enabled by the device 120 for the reconstruction of the speed 225 and / or position of the actuator 115 from variables to be measured in the form of motor current 210, motor voltage 205 and motor temperature 215.
  • the ratio of the gear 110 which can also be referred to as actuator gear, according to this embodiment, in a special case, a ratio of a spur and pitch of a spindle, the speed 225 of the translational part of the actuator 115 determined.
  • the system includes the time measurement, starting from the starting point, while voltage is applied.
  • the speed 225 can now be integrated over time, since the start position in the actuator 115 is known, it can be concluded that the current position in the form of the reconstructed position 235.
  • This variable is now used for position control, as in the control loop shown in this figure.
  • the reconstructed signal may also become inaccurate due to inaccurate measurements / inaccurate characteristics. For a higher-level control, however, it offers sufficient accuracy.
  • the target position can be approached exactly by correction. Since the speed 225 is also determined, this can also be used as a controlled variable.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device 120 for moving an actuator of an actuator device into a desired position according to an exemplary embodiment. This may be the device 120 described in FIG. 2.
  • the device 120 determines the rotational speed 220 using the map 300 already discussed in FIG. 2.
  • the map 300 is predetermined according to one embodiment and stored, for example, in a memory device.
  • the apparatus 120 recognizes the reconstructed position 235 by integrating the speed 225 over the travel time 230 in an integrator 310.
  • the ratio factor 315 is used, which refers to a ratio of the transmission.
  • the determination of the rotational speed 202 from the three substitute variables motor voltage 205, motor current 210 and motor temperature 215 can be implemented differently, they See this figure and Figure 4.
  • the engine temperature 215 is often not accurate to measure. Depending on the required temperature range, it is sufficient to distinguish between high and low temperature, for example, and to reduce the map 300 accordingly.
  • the speed-torque characteristic is proportional to the motor voltage 205.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a device 120 for moving an actuator of an actuator device into a desired position according to an exemplary embodiment. This may be the device 120 described in FIG. 2.
  • the device 120 determines an intermediate speed using the motor current 210, the motor temperature 215, and another map 400, where the speed 202 is determined using the intermediate speed, the motor voltage 205, and a correction factor 405.
  • the map 400 is predetermined according to an embodiment and stored, for example, in a memory device.
  • the correction factor 405 may be formed to reduce complexity and represents a measured voltage divided by a rated voltage.
  • the correction factor 405 is predetermined according to an embodiment. So that the additional map 400 only needs to be measured or simulated at a voltage.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method 500 for moving an actuator of an actuator device into a desired position according to an exemplary embodiment. This can be one of the actuator devices described in one of FIGS. 1 to 2. The method 500 can be executed and / or controlled by one of the devices described in one of FIGS. 1 to 4.
  • the method 500 comprises at least one step 505 of the determination, a step 510 of the determination, a step 515 of the recognition and a step 520 of the generation.
  • a rotational speed of the engine is determined using a motor voltage, a motor current and an engine temperature certainly.
  • a speed of the actuator is determined using the speed and a gear ratio of the transmission.
  • a reconstructed position of the actuator is detected using the speed and a travel time.
  • the control signal is generated which is configured to cause the actuator to move to the desired position using the reconstructed position.
  • step 505 of determining the rotational speed is determined using a map.
  • an intermediate speed is determined using the motor current, the motor temperature, and another map, the speed being determined using the intermediate speed, the motor voltage, and a correction factor.
  • step 515 of the recognition the reconstructed position is detected by integrating the speed over the travel time.
  • step 520 of generating the control signal is generated which is adapted to provide a voltage for translating the actuator to the desired position to the engine coupled to the actuator via the transmission.
  • the method 500 includes the step 525 of comparing, in which a comparison between the target position and the reconstructed position is performed, wherein the control signal for controlling the motor is determined using a comparison result of the comparison. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft ein Verfahren zum Bewegen eines Aktors (115) einer Aktorvorrichtung (100) in eine Sollposition (200), wobei die Aktorvorrichtung (100) zumindest einen Motor (105), ein Getriebe (110) und den Aktor (115) umfasst. Das Verfahren umfasst zumindest einen Schritt des Bestimmens, einen Schritt des Ermitteins, einen Schritt des Erkennens und einen Schritt des Erzeugens. Im Schritt des Bestimmens wird eine Drehzahl (202) des Motors (105) unter Verwendung einer Motorspannung (205), eines Motorstroms (210) und einer Motortemperatur (215) bestimmt. Im Schritt des Ermitteins wird eine Geschwindigkeit (225) des Aktors (115) unter Verwendung der Drehzahl (202) und eines Übersetzungsfaktors des Getriebes (110) ermittelt. Im Schritt des Erkennens wird eine rekonstruierte Position (235) des Aktors (115) unter Verwendung der Geschwindigkeit (225) und einer Verfahrzeit (230) erkannt. Im Schritt des Erzeugens wird das Steuersignal (135) erzeugt, das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der rekonstruierten Position (235) das Bewegen des Aktors (115) in die Sollposition (200) zu bewirken.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine
Sollposition und Aktorvorrichtung
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition und eine Aktorvorrichtung mit einer entsprechenden Vorrichtung.
Bei einem Aktor, der über ein Getriebe mit einem Gleichstrommotor gekoppelt ist, wird eine Drehbewegung des permanent erregten Gleichstrommotors durch das Getriebe in eine translatorische Stellbewegung des Aktors gewandelt. Um einen Aufwand der Sensorik gering zu halten, werden zur Positionserfassung des Aktors diskrete Signale verwendet. Hierbei wird lediglich sensiert, ob sich der Aktor an der Zielposition oder Startposition befindet.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition und eine Aktorvorrichtung mit einer verbesserten Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein hier vorgestelltes Verfahren ermöglicht es vorteilhafterweise unter Verwendung von einfach sensierbaren Motorgrößen in Form von einer Motorspannung, einem Motorstrom und einer Motortemperatur eine aktuelle Position eines mit dem Motor gekoppelten Aktors zu rekonstruieren, wodurch ein Bewegen des Aktors in eine Sollposition ermöglicht wird.
Ein Verfahren zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition, wobei die Aktorvorrichtung zumindest einen Motor, ein Getriebe und den über das Getriebe mit dem Motor gekoppelten Aktor umfasst, umfasst die folgenden Schritte:
Bestimmen einer Drehzahl des Motors unter Verwendung einer Motorspannung, eines Motorstroms und einer Motortemperatur; Ermitteln einer Geschwindigkeit des Aktors unter Verwendung der Drehzahl und eines Übersetzungsfaktors des Getriebes;
Erkennen einer rekonstruierten Position des Aktors unter Verwendung der Geschwindigkeit und einer Verfahrzeit; und
Erzeugen eines Steuersignals, das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der rekonstruierten Position das Bewegen des Aktors in die Sollposition zu bewirken.
Die Motorspannung kann ein über eine Schnittstelle zu einem Spannungssensor eingelesenes Spannungssignal repräsentieren. Der Motorstrom kann ein über eine Schnittstelle zu einem Stromsensor eingelesenes Stromsignal repräsentieren. Die Motortemperatur kann ein über eine Schnittstelle zu einem Temperatursensor eingelesenes Temperatursignal repräsentieren. Die Motortemperatur kann gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen einen Außentemperatur oder eine Innentemperatur des Motors darstellen. Die Drehzahl des Motors kann sich auf eine Drehbewegung einer Welle des Motors beziehen. Die Geschwindigkeit des Aktors kann aus der über das Getriebe auf den Aktor übertragenen Drehbewegung der Welle des Motors resultieren. Die rekonstruierte Position kann als eine aktuelle Position des Aktors verstanden werden. Eine Startposition des Aktors kann dabei als bekannt vorausgesetzt werden. Die Verfahrzeit kann eine Verfahrzeit ab der Startposition repräsentieren. Im Schritt des Erzeugens wird ein Steuersignal erzeugt, das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der rekonstruierten Position das Bewegen des Aktors in die Sollposition zu bewirken. Das Steuersignal kann beispielsweise eine Steuerspannung, ein Steuerstrom oder ein Ansteuersignal zum Ansteuern eines den Betrieb des Motors regelnden Reglers sein. Durch das hier vorgestellte Verfahren kann unter Verwendung der beschriebenen Motorgrößen überprüft werden, wo sich der Aktor befindet. Ausgehend davon kann der Aktor im Folgenden an die Sollposition bewegt werden. Dazu kann eine einfache Regelschleife eingesetzt werden.
So kann das Verfahren einen Schritt des Vergleichens aufweisen, der beispielsweise vor dem Schritt des Erzeugens ausführbar ist, wobei im Schritt des Vergleichens ein Vergleich zwischen der Sollposition und der rekonstruierten Position durchgeführt wird. Das Steuersignal zum Steuern des Motors kann dann vorteilhafterweise unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs bestimmt werden. Im Schritt des Vergleichens kann beispielsweise eine Subtraktion zwischen der rekonstruierten Position und der Sollposition durchgeführt werden, um das Steuersignal zu bestimmen, das vorteilhafterweise dazu ausgebildet ist, um den Aktor unter Verwendung des Vergleichsergebnisses zu bewegen, das die Differenz aus der rekonstruierten Position und der Sollposition anzeigt.
Im Schritt des Erkennens kann die rekonstruierte Position beispielsweise durch eine Integration der Geschwindigkeit des Aktors über der Verfahrzeit erkannt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Verfahrens kann im Schritt des Bestimmens die Drehzahl unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt werden. Beispielsweise kann die Drehzahl mittels eines Kennfelds bestimmt werden, das in Form einer gespeicherten digitalen Tabelle vorliegen kann. So kann die Drehzahl schnell und einfach mittels Kennlinien zugeordnet werden. Da eine Motortemperatur nicht immer exakt messbar ist, kann hierbei je nach gefordertem Temperaturbereich ausreichend sein, zwischen Hoch- und Niedrigtemperaturen zu unterscheiden und das Kennfeld dementsprechend zu verkleinern. Somit kann die Motortemperatur gemäß einer Ausführungsform einen ausschließlich zwei Werte umfassenden Wertebereich aufweisen.
Im Schritt des Bestimmens kann beispielsweise auch zuerst eine Zwischendrehzahl unter Verwendung des Motorstroms, der Motortemperatur und eines weiteren Kennfelds bestimmt werden, wobei die Drehzahl unter Verwendung der Zwischendrehzahl, der Motorspannung und eines Korrekturfaktors bestimmt werden kann. Als die Zwischendrehzahl kann eine vorläufig bestimmte Drehzahl verstanden werden. Der Korrekturfaktor kann hierbei einen Quotienten aus einer gemessenen Spannung und einer Bemessungsspannung repräsentieren. Dieser Korrekturfaktor dient dazu, eine Komplexität zu verringern, sodass das weitere Kennfeld beispielsweise lediglich bei einer Spannung gemessen oder stimuliert werden muss. Im Schritt des Erzeugens kann das Steuersignal erzeugt werden, das dazu ausgebildet ist, um eine Spannung zum Übersetzen des Aktors in die Sollposition an den Motor bereitzustellen, der über das Getriebe mit dem Aktor gekoppelt ist.
Eine Vorrichtung ist dazu ausgebildet, um Schritte des Verfahrens in einer der beschriebenen Varianten in entsprechenden Einheiten anzusteuern und/oder auszuführen.
Diese Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem MikroController neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Eine Aktorvorrichtung weist zumindest einen Motor, ein Getriebe und einen Aktor auf, wobei der Motor über das Getriebe mit dem Aktor gekoppelt ist. Außerdem weist die Aktorvorrichtung die eben vorgestellte Vorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um das Steuersignal für den Motor zu erzeugen.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aktorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aktorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aktorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Aktorvorrichtung 100 weist zumindest einen Motor 105, ein Getriebe 1 10, einen Aktor 1 15 und eine Vorrichtung 120 auf. Der Motor 105 ist über das Getriebe 1 10 mit dem Aktor 1 15 gekoppelt. Das Getriebe 1 10 ist dazu ausgeformt, um eine Drehbewegung 125 des Motors 105 in eine Linearbewegung 130 des Aktors 1 15 zu übersetzen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 1 10 mit einer Welle 132 des Motors 105 gekoppelt.
Die Vorrichtung 120 ist dazu ausgebildet, um ein Steuersignal 135 für den Motor 105 zu erzeugen. Das Steuersignal 135 ist dazu ausgebildet, um einen Betrieb des Motors 105 so zu steuern, das der Aktor 1 15 aus der aktuellen Position heraus in eine Sollposition bewegt wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Aktorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 1 beschriebene Aktorvorrichtung 100 handeln. Um den Aktor 1 15 in die Sollposition 200 zu bewegen, ist die Vorrichtung 120 dazu ausgebildet, um eine Drehzahl 202 des Motors 105 unter Verwendung einer Motorspannung 205, eines Motorstroms 210 und einer Motortemperatur 215 zu bestimmen. Hierzu weist die Vorrichtung 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Posi- tionsrekonstruktionseinrichtung 220 auf, die dazu ausgebildet ist, um entsprechende Signale einzulesen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel von einem Motorspannungssensor, einem Motorstromsensor und einem Temperatursensor sensiert und bereitgestellt werden oder wurden.
Des Weiteren ist die Vorrichtung 120, gemäß diesem Ausführungsbeispiel wiederum die Positionsrekonstruktionseinrichtung 220 der Vorrichtung 120, dazu ausgebildet, um unter Verwendung der Drehzahl 202 und eines Übersetzungsfaktors des Getriebes 1 10 eine Geschwindigkeit 225 des Aktors 1 15, beispielsweise die Geschwindigkeit 225 einer Linearbewegung des Aktors 1 15, zu ermitteln. Unter Verwendung der Geschwindigkeit 225 und einer Verfahrzeit 230 ist die Vorrichtung 120 dazu ausgebildet, um eine rekonstruierte Position 235 des Aktors 1 15 zu erkennen. Hierzu liest die Positionsrekonstruktionseinrichtung 220 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein die Verfahrzeit 230 repräsentierendes Signal ein. Unter Verwendung der rekonstruierten Position 235 ist die Vorrichtung 120 dazu ausgebildet, um das Steuersignal 135 zu erzeugen, das dazu ausgebildet ist, um das Bewegen des Aktors 1 15 in die Sollposition 200 zu bewirken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 120 hierfür eine Reglereinrichtung 245 auf, die dazu ausgebildet ist, um das Steuersignal 135 an den Motor 105 auszugeben.
Optional weist die Vorrichtung 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Vergleichseinrichtung 250 auf, die dazu ausgebildet ist, um zuvor einen Vergleich zwischen der Sollposition 200 und der rekonstruierten Position 235 durchzuführen. Hierzu liest die Vergleichseinrichtung 250 entsprechende Signale ein und bestimmt das Steuersignal 135 unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs. Beispielsweise kann ein die Sollposition 200 repräsentierendes Signal aus einer Speichereinrichtung ausgelesen werden. Ein die rekonstruierte Position 235 repräsentierendes Signal kann von der Positionsrekonstruktionseinrichtung 220 bereitgestellt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die Reglereinrichtung 245 das Steuersignal 135, das eine Spannung zum Übersetzen des Aktors 1 15 in die Sollposition 200 an den Motor 105 bereitstellt, welcher über das Getriebe 1 10 mit dem Aktor 1 15 gekoppelt ist.
Die von der Vorrichtung 120 ausgeführten Schritte können fortlaufend ausgeführt werden, sodass fortlaufend eine aktuelle rekonstruierte Position 235 bestimmt und zum Nachführen des Aktors in die Sollposition 200 verwendet werden kann. Beispielsweise kann solange eine aktualisierte rekonstruierte Position 235 bestimmt werden, bis die zuletzt bestimmte rekonstruierte Position 235 mit der Sollposition 200 übereinstimmt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Aktorvorrichtung 100 und Vorrichtung 120 noch einmal mit anderen Worten beschrieben:
Die hier vorgestellte Vorrichtung 120 ist dazu ausgebildet, um ein Verfahren zur Rekonstruktion einer translatorischen Aktorposition aus gemessenen Motorgrößen anzusteuern oder durchzuführen.
Anders als Vorrichtungen, die jeweils aus Kennlinien eine Drehzahl eines Motors aus einer Spannung und/oder ein Moment des Motors aus einem Strom ermitteln, ermittelt die hier vorgestellte Vorrichtung 120 die Drehzahl 202 aus einer Kombination aus Motorstrom 210 und Motorspannung 205, sowie zusätzlich aus der Motortemperatur 215. Diese Drehzahl 202 wird mit der Übersetzung des Getriebes 1 10 verrechnet. Erweitert wird das System mit einer Zeitmessung in Form der Verfahrzeit 230, durch welche es möglich ist, aus der Geschwindigkeit 225 die rekonstruierte Position 235 durch Integration über der Zeit zu ermitteln.
Vorteilhafterweise berücksichtigt die Vorrichtung 120 so eine Temperaturabhängigkeit der Motorcharakteristik (Kennlinien). Es wird demnach nicht nur ein drehzahlpro- portionales Signal erfasst, sondern es erfolgt auch eine eindeutige Erfassung eines Motorbetriebspunktes. Zudem erfolgt eine Zeitmessung, welches die Grundlage für die Ermittlung der rekonstruierten Position 235 ist. Berücksichtigt wird zudem die Übersetzung des Getriebes 110 und Umsetzung in eine translatorische Bewegung.
Beim Produkt handelt es sich um den Aktor 115, der über das Getriebe 110 die Drehbewegung eines permanent erregten Gleichstrommotors 105 in eine translatorische Stellbewegung wandelt. Um einen Aufwand der Sensorik gering zu halten, werden zur Positionserfassung oft diskrete Signale verwendet. Es ist also lediglich sen- siert, ob sich der Aktor 115 an einer Zielposition oder Startposition befindet.
Um die hier gezeigte Aktorvorrichtung 100 regelbar zu machen, wird die Position und/oder Geschwindigkeit 225 kontinuierlich ermittelt. Eine Regelung bietet Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit sowie der Akustik. Da eine Last nicht bekannt und auch nicht konstant ist, ist eine Steuerung des bei bekannten Systemen oft nicht optimal. Aus den einfacher zu ermittelnden Größen Motorstrom 210, Motorspannung 205 und Motortemperatur 215 kann die momentane Drehzahl 202 durch die hier vorgestellte Vorrichtung 120 über Kennlinien ermittelt werden. Aus dieser wiederum kann über Übersetzung und Integration über Zeit die derzeitige Position in Form der rekonstruierten Position 235 ermittelt werden.
Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt demnach ein durch die Vorrichtung 120 ermöglichtes Verfahren zur Rekonstruktion der Geschwindigkeit 225 und/oder Position des Aktors 115 aus einfacher zu messenden Größen in Form von Motorstrom 210, Motorspannung 205 und Motortemperatur 215.
Ein grundlegender Sachverhalt kann folgendermaßen beschrieben werden: Durch Spannung und Temperatur ergibt sich eine eindeutige Drehzahl-Drehmoment Kennlinie. Der Motorstrom 210 ist proportional zum Drehmoment. Dies lässt nun eine eindeutige Bestimmung des derzeitigen Betriebspunktes auf der Drehzahl-Drehmoment Kennlinie zu, die Drehzahl 202 ist eindeutig zugeordnet. Vereinfacht lässt sich für jede Kombination aus Spannung, Strom und Temperatur eindeutig die Motordrehzahl zuordnen. Dies wird mittels eines Kennfeldes mit den drei genannten Eingangsgrößen genutzt. Siehe hierzu auch Fig. 3.
Zusätzlich wird über die Übersetzung des Getriebes 110, das auch als Aktorgetriebe bezeichnet werden kann, gemäß diesem Ausführungsbeispiel im speziellen Fall eine Übersetzung einer Stirnradstufe sowie Steigung einer Spindel, die Geschwindigkeit 225 des translatorischen Teils des Aktors 115 ermittelt. Außerdem beinhaltet das System die Zeitmessung, ab Startpunkt, während Spannung anliegt. Die Geschwindigkeit 225 kann nun über die Zeit integriert werden, da die Startposition im Aktor 115 bekannt ist, kann hieraus auf die derzeitige Position in Form der rekonstruierten Position 235 geschlossen werden. Diese Größe wird nun, wie in dem in dieser Figur gezeigten Regelkreis, für eine Positionsregelung genutzt. Das rekonstruierte Signal kann durch ungenaue Messungen/ungenaue Kennlinien ebenfalls ungenau werden. Für eine überlagerte Regelung bietet es aber eine ausreichende Genauigkeit. In Kombination mit einer binären Ziel- und Startpositionserfassung kann die Zielposition durch Korrektur genau angefahren werden. Da auch die Geschwindigkeit 225 ermittelt wird, lässt sich diese ebenfalls als Regelgröße nutzen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 120 zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 2 beschriebene Vorrichtung 120 handeln.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die Vorrichtung 120 die Drehzahl 220 unter Verwendung des bereits in Fig. 2 angesprochenen Kennfelds 300. Das Kennfeld 300 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorbestimmt und beispielsweise in einer Speichereinrichtung gespeichert. Außerdem erkennt die Vorrichtung 120 die rekonstruierte Position 235 durch eine Integration der Geschwindigkeit 225 über der Verfahrzeit 230 in einer Integrierereinrichtung 310. Zum Bestimmen der Geschwindigkeit 225 aus der Drehzahl 202 wird der Übersetzungsfaktor 315 verwendet, der sich auf eine Übersetzung des Getriebes bezieht.
Die Ermittlung der Drehzahl 202 aus den drei Ersatzgrößen Motorspannung 205, Motorstrom 210 und Motortemperatur 215 kann unterschiedlich umgesetzt werden, sie- he hierzu diese Figur und Figur 4. Die Motortemperatur 215 ist oftmals nicht genau zu messen. Es ist je nach gefordertem Temperaturbereich ausreichend, beispielsweise zwischen Hoch- und Niedrigtemperatur zu unterscheiden und das Kennfeld 300 dementsprechend zu verkleinern. Die Drehzahl-Drehmoment Kennlinie ist proportional zur Motorspannung 205.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 120 zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 2 beschriebene Vorrichtung 120 handeln.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die Vorrichtung 120 eine Zwischendrehzahl unter Verwendung des Motorstroms 210, der Motortemperatur 215 und eines weiteren Kennfelds 400, wobei die Drehzahl 202 unter Verwendung der Zwischendrehzahl, der Motorspannung 205 und eines Korrekturfaktors 405 bestimmt wird. Das Kennfeld 400 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorbestimmt und beispielsweise in einer Speichereinrichtung gespeichert.
Der Korrekturfaktor 405 kann zur Verringerung der Komplexität gebildet werden und repräsentiert eine gemessene Spannung dividiert durch eine Bemessungsspannung. Der Korrekturfaktor 405 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorbestimmt. Sodass das weitere Kennfeld 400 lediglich bei einer Spannung gemessen oder simuliert werden muss.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der Aktorvorrichtungen handeln, die in einer der Figuren 1 bis 2 beschrieben ist. Das Verfahren 500 ist von einer der Vorrichtungen ausführbar und/oder ansteuerbar, die in einer der Figuren 1 bis 4 beschrieben ist.
Das Verfahren 500 umfasst zumindest einen Schritt 505 des Bestimmens, einen Schritt 510 des Ermitteins, einen Schritt 515 des Erkennens und einen Schritt 520 des Erzeugens. Im Schritt 505 des Bestimmens wird eine Drehzahl des Motors unter Verwendung einer Motorspannung, eines Motorstroms und einer Motortemperatur bestimmt. Im Schritt 510 des Ermitteins wird eine Geschwindigkeit des Aktors unter Verwendung der Drehzahl und eines Übersetzungsfaktors des Getriebes ermittelt. Im Schritt 515 des Erkennens wird eine rekonstruierte Position des Aktors unter Verwendung der Geschwindigkeit und einer Verfahrzeit erkannt. Im Schritt 520 des Er- zeugens wird das Steuersignal erzeugt, das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der rekonstruierten Position das Bewegen des Aktors in die Sollposition zu bewirken.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie ein zusätzlicher Schritt 525 des Vergleichens sind optional.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 505 des Bestimmens die Drehzahl unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird hierzu im Schritt 505 des Bestimmens eine Zwischendrehzahl unter Verwendung des Motorstroms, der Motortemperatur und eines weiteren Kennfelds bestimmt, wobei die Drehzahl unter Verwendung der Zwischendrehzahl, der Motorspannung und eines Korrekturfaktors bestimmt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 515 des Erkennens die rekonstruierte Position durch eine Integration der Geschwindigkeit über der Verfahrzeit erkannt.
Im Schritt 520 des Erzeugens wird das Steuersignal erzeugt, das dazu ausgebildet ist, um eine Spannung zum Übersetzen des Aktors in die Sollposition an den Motor bereitzustellen, der über das Getriebe mit dem Aktor gekoppelt ist.
Außerdem weist das Verfahren 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Schritt 525 des Vergleichens auf, in dem ein Vergleich zwischen der Sollposition und der rekonstruierten Position durchgeführt wird, wobei das Steuersignal zum Steuern des Motors unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs bestimmt wird. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuqszeichen
100 Aktorvorrichtung
105 Motor
1 10 Getriebe
1 15 Aktor
120 Vorrichtung
125 Drehbewegung
130 Linearbewegung
135 Steuersignal
200 Sollposition
205 Motorspannung
210 Motorstrom
215 Motortemperatur
220 Positionsrekonstruktionseinrichtung
225 Geschwindigkeit
230 Verfahrzeit
235 rekonstruierte Position
245 Reglereinrichtung
250 Vergleichseinrichtung
300 Kennfeld
310 Integrierereinrichtung
315 Übersetzungsfaktor
400 weiteres Kennfeld
410 Korrekturfaktor
500 Verfahren zum Bewegen eines Aktors einer Aktorvorrichtung in eine Sollpo- sition
505 Schritt des Bestimmens
510 Schritt des Ermitteins
515 Schritt des Erkennens
520 Schritt des Erzeugens
525 Schritt des Vergleichens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (500) zum Bewegen eines Aktors (115) einer Aktorvorrichtung (100) in eine Sollposition (200), wobei die Aktorvorrichtung (100) zumindest einen Motor (105), ein Getriebe (110) und den über das Getriebe (110) mit dem Motor (105) gekoppelten Aktor (115) umfasst, und wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte umfasst:
Bestimmen (505) einer Drehzahl (202) des Motors (105) unter Verwendung einer Motorspannung (205), eines Motorstroms (210) und einer Motortemperatur (215);
Ermitteln (510) einer Geschwindigkeit (225) des Aktors (115) unter Verwendung der Drehzahl (202) und eines Übersetzungsfaktors (315) des Getriebes (110);
Erkennen (515) einer rekonstruierten Position (235) des Aktors (115) unter Verwendung der Geschwindigkeit (225) und einer Verfahrzeit (230); und
Erzeugen (520) eines Steuersignals (135), das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung der rekonstruierten Position (235) das Bewegen des Aktors (115) in die Sollposition (200) zu bewirken.
2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1 , mit einem Schritt (525) des Vergleichens, in dem ein Vergleich zwischen der Sollposition (200) und der rekonstruierten Position (235) durchgeführt wird, wobei das Steuersignal (135) zum Steuern des Motors (105) unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses des Vergleichs bestimmt wird.
3. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (515) des Erkennens die rekonstruierte Position (235) durch eine Integration der Geschwindigkeit (225) über der Verfahrzeit (230) erkannt wird.
4. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (505) des Bestimmens die Drehzahl (202) unter Verwendung eines Kennfelds (300) bestimmt wird.
5. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (505) des Bestimmens eine Zwischendrehzahl unter Verwendung des Motorstroms (210), der Motortemperatur (215) und eines weiteren Kennfelds (400) bestimmt wird, wobei die Drehzahl (202) unter Verwendung der Zwischendrehzahl, der Motorspannung (205) und eines Korrekturfaktors (410) bestimmt wird.
6. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (520) des Erzeugens das Steuersignal (135) erzeugt wird, das dazu ausgebildet ist, um eine Spannung zum Übersetzen des Aktors (1 15) in die Sollposition (200) an den Motor (105) bereitzustellen, der über das Getriebe (1 10) mit dem Aktor (1 15) gekoppelt ist.
7. Vorrichtung (120), die dazu ausgebildet ist, um Schritte des Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (220, 245, 250) anzusteuern und/oder auszuführen.
8. Aktorvorrichtung (100) mit zumindest einem Motor (105), einem Getriebe (1 10) und einem Aktor (1 15), wobei der Motor (105) über das Getriebe (1 10) mit dem Aktor (1 15) gekoppelt ist, und mit einer Vorrichtung (120) gemäß Anspruch 7 zum Erzeugen des Steuersignals (135) für den Motor (105).
9. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen und/oder anzusteuern.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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