JP2011529323A - クロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明はクロック制御されたシステム（１０１）における測定値把捉のための方法に関しており、クロック制御は、その間にシステム（１０１）が制御される制御時間間隔とその間にシステム（１０１）が制御されない非制御時間間隔とを持ち、次のステップを備えている：クロック制御に応じた第一の積分時間間隔の確定（１０２．１）及び／又はクロック制御に応じた第二の積分時間間隔の確定（１０２．２）、制御に依存しているシステム（１０１）の測定値の中の一つの測定値の把捉（１０３）、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算又／或いは積分による加算値又／或いは積分値の把捉（１０４）、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値又／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔又／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉（１０５）。
【選択図】図１

Description

本発明はクロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法に関する。本発明は特に、直流モータの回転数把捉のためのクロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法に関する。

技術水準
クロック制御されたシステムではしばしば、並行して（従って程度の差こそあれ同時的に）制御のために複数の測定値を把捉する必要がある。その際制御に依存している測定値の場合には測定値処理に対してより高い要求が生まれる。従来の方法、例えばアナログのフィルタを用いて機能する方法、は実現困難である。それに対応している設計は静的なので運転に適応させることが出来ない。サンプル及びホールド素子の使用によってこの状況を改善させることは出来るけれども、制御が連続的に変化したり及び／或いは場合によっては変化しさえする、追加の妨害信号が測定信号に重畳されているシステムでは、サンプル及びホールド素子を利用した測定環境の設計でもその限界に突き当たってしまう。

電動モータの制御と云う枠組みの中では、とりわけ直流モータの場合、発電性の余動電圧の測定の際に、従来の方法の場合には回転数依存の妨害信号成分の影響が比較的大きいと云う問題が生じる。

発明の利点
本発明は上記の問題を、クロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法を作ることによって克服するが、その際クロック制御は、システムが制御される制御時間間隔とシステムが制御されない非制御時間間隔とを持ち、次の諸ステップを備えている。

すなわち、クロック制御に応じた第一の積分時間間隔の確定（その際この第一の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中に含まれている）、及び／又は
クロック制御に応じた第二の積分時間間隔の確定（その際この第二の積分時間間隔は非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中に含まれている）、
制御に依存しているシステムの測定値の中の一つの測定値の把捉、
第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／或いは積分による加算値及び／或いは積分値の把捉、
第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値及び／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉。

本発明に基づく方法はクロック制御されたシステムの作動中に適応が可能であると云う利点を持っている。加えて本方法は複数の制御時間間隔全体にわたる測定値把捉を可能にする。それによって単に非制御時間間隔の中だけでなく、従来の方法が例えば不可避的な過渡振動時間や物理的制約の故に期待が持てなくなる制御時間間隔の中でも、正確な測定値把捉が可能となる。

更に、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定は好ましくはシステムの個別パラメータの中の少なくとも一つ個別パラメータに依存して行われる。その際この個別パラメータはシステムに内在するパラメータ、それ故システムのハードウェアの構成及び／或いはソフトウェアの構成自体によって与えられるパラメータであってもよいし、システムから出力された測定値であってもよい。それによってシステムから測定環境へのフィードバックの可能性が生まれ、そのためにシステムと測定環境との間に制御ループを実現することが可能となる。

個別パラメータに関して云えばシステム及び／或いはその測定環境の慣性が考慮されることが好ましい。それによって例えば測定信号及び／又は制御信号の最終的フランク勾配並びに誘電率や静電容量によるオン／オフ遅延等の物理的実体を、制御過程及び／又は測定過程の中で考慮することが出来る。その際、個別パラメータに関して云えば、システムが制御に対して反応する際の時間遅延を考慮すると、とりわけ有利となる。そうすれば例えば積分時間間隔の時間的遅延によって、スイッチング信号の遅延並びに通電過程の際の遅延をシステムの機能ユニットの上で補償することが出来る。

更に、個別パラメータについて云えば、本発明に基づく方法の一つ又は複数のステップの実行の際の時間的遅延を、とりわけ制御に依存しているシステムの測定値の把捉の際に、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／又は積分による加算値及び／又は積分値の把捉の際に、又は、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値及び／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉の際に、考慮すると有利となる。

本発明の一つの有利な実施態様によれば、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／又は積分による加算値及び／又は積分値の把捉のステップはデジタル加算及び／或いはアナログ積分の利用を含んでいる。その様な混合的手法によって両方のバリアントの長所をそれぞれ最適に利用することが出来る。

その場合、電圧変換器／周波数変換器による少なくとも一つのアナログの積分ステップと複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合がとりわけ有利となる。デルタ・シグマ・モジュレータによる少なくとも一つのアナログの積分ステップと複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合も考えることが出来る。

本発明に基づく方法のとりわけ好ましい実施態様によれば、測定値把捉の中に直流モータの発電電圧の把捉が含まれている。このクロック制御されたシステムは直流モータとすることが好ましい。制御に依存しているシステムの測定値としては発電電圧、とりわけ直流モータの発電性の余動電圧、が適している。この余動電圧は非制御状態の下での、従って駆動無しの余動時の、発電電圧に対応している。

その際加算値及び／或いは積分値は非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の第二の積分時間間隔の間でのみ求めることが有利である。そうすることによって、制御時間間隔の間にモータによって引き起こされる妨害信号成分の影響を減らすことが出来る。これによって最終的に、求められた余動電圧値の品質の改善が可能となる。かくして、とりわけ直流モータの低い回転数の下での、精確なモータ制御が可能となる。

更に、第二の積分時間間隔の時間データをモータ負荷及び／又はモータ回転数に応じて確定すると有利となる。その際とりわけ第二の積分時間間隔の長さは好ましくは、その中に第二の積分時間間隔が含まれている非制御時間間隔の長さに合わせて定められる。その際には又、測定プロセスのために少なくとも一時的に、非制御時間間隔の長さが、望ましい、前もって定められた測定の品質を獲得するために、モータ負荷及び／又はモータ回転数に応じて調整される。それ故とりわけ、少なくとも比較的低い回転数の時にはより高い回転数の時よりもより長い非制御時間間隔が選ばれる。これによって低い回転数領域では妨害成分のより良いフィルタリング（ろ波）が又より高い回転数領域ではより高いダイナミクス（動的特性）が可能となる。

発電性の余動電圧に関して求められた測定値に基づいてモータ回転数を求めることができる。その際には余動電圧はモータ回転数に比例していると云う事情が考慮されることがある。余動電圧値の確定の際に本発明に基づく方法によって最適化された精度に基づいて、同じくモータ回転数の確定の際にも上記の比例関係によって高い精度を達成することが可能となる。

本発明の諸実施態様のその他のメルクマール及び利点は付属の図面に関連した以下の説明から明らかとなる。

図１は本発明に基づく方法の一つの可能な流れを示す。 図２は本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図３は本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化を示す。 図４は第一の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図５は第二の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図６は一つのとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の簡略な説明図を示す。 図７は上記のとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化を示す。 図８は上記のとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの上記の有利な協働作用の詳しい説明図を示す。

実施例の説明
まず図１に基づいて、本発明に基づく方法がどの様に行われるか、幾つかの可能性を説明する。本発明はクロック制御されたシステム１０１において測定値把捉のために用いられ、その際クロック制御は、システム１０１が制御される制御時間間隔を持ち、又システム１０１が制御されない非制御時間間隔を持っている。

一つの好ましい方法の流れによると、まず第一の積分時間間隔がクロック制御に依存して確定されるが、その際第一の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある(ステップ１０２．１)。それに対する追加或いは代わりとして第二の積分時間間隔がクロック制御に依存して確定されるが、その際第二の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある(ステップ１０２．２)。それ故このやり方によって積分過程の分割、即ち一方では制御段階の間の積分過程へ又他方では非制御段階の間の積分過程への分離、が達成される。その際積分過程は互いに分離された複数の制御段階或いは非制御段階にわたって延びることが出来るが、それは又唯一つの制御段階或いは非制御段階の一部を占めるだけに過ぎないと云うことも十分有り得る。

次いで制御に依存しているシステム(１０１)の測定値が把捉される（ステップ１０３）。これは例えば、システム１０１の特定の構成要素を通して降下する電圧とすることができる。しかしながら他のあらゆる測定値とすることも考えることが出来る。

今や第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間の測定値の加算及び／或いは積分によって加算値及び／或いは積分値が求められる(ステップ１０４)。その際ステップ１０４の実施はデジタルの加算及び／又はアナログの積分の利用を含むことが出来、それ故ステップ１０４の実施はデジタルの加算或いはアナログの積分だけに基づいて、或いは両方のバリアントから成る混合に基づいて行われることが出来る。一般に本発明の全ての態様に対しては、必ずしも積分される必要はなく、全てのプロセスステップの実際の実現の中では、例えばディスクリートな（別々の）デジタル或いはアナログの加算等の、あらゆる近似方法を用いることが出来ると云うことが当てはまる。本発明に基づく方法の基本的な特性は利用される積分方法の選択によって影響を受けることはない。

続いて第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データに基づいて又求められた加算値及び／或いは積分値に基づいて制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値が求められる(ステップ１０５)。第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データとしては、まず第一に積分時間間隔のその時々の時間的開始点とその時々の時間的終了点が問題となる。これ等のデータから最終的にその時々の積分時間間隔（これは上で既に説明された様に必ずしも連続している必要はない）の時間的長さも求めることが出来る。

図１に示されているプロセスステップは全く例示的なものであると云うことが強調される。それ等のステップの別の順序も考えることが出来る。それ故例えば第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定はこのプロセスの全ての任意の時点で行うことが出来る。制御に依存しているシステムの測定値の把捉も必ずしも第一と及び／或いは第二の積分時間間隔の確定の後に行う必要はなく、この測定値は前もって、あたかもストックして置くかの様に、把捉しておいたり又場合によっては記録しておくことも出来る。

以下に図１，２、及び３に関連させながら本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用が本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化に基づいて説明される。

測定すべき信号Ｘ（ｔ）２０２、それ故制御に依存しているシステム１０１の測定値、はステップ１０３で把捉されて評価論理回路の入力端へ送られる。評価論理回路は、例えば積分によって、スイッチの制御時間間隔の間の、従ってスイッチ関数Ａ（ｔ）が値１だけ増加する時間間隔の間の、積分Ｘ_ｉｎｔを計算する。実際のシステムは最後のフランク勾配しか持っていないので、システム１０１もその測定環境も時間遅延して反応する。それ故測定値の把捉に関連しているスイッチ関数Ａ’（ｔ）２０１はオン／オフ遅延、誘電率及び静電容量等の個別的な物理的条件を考慮しつつ制御装置１００（の機能）を記述している。本来のスイッチ制御Ａ（ｔ）（図中には示されていない）とは異なり、関連するこのスイッチ関数Ａ’（ｔ）の場合には測定に関連する時点だけを関数値１によって示されているだけである。Ａ’（ｔ）はＡ（ｔ）から例えば時間的移動によって、例えばシステム１０１のモータスイッチの上での通電過程を考慮するために数マイクロセカンドだけずらすことによって、生み出される。もう一つのやり方はスイッチ関数Ａ’（ｔ）を完全に自由に定義することであり、例えばＡ’（ｔ）の正の、それ故上昇するフランクがＡ(ｔ)の正のフランクの側で数マイクロセカンド（ｘマイクロセカンド）続き、又同様に自由に定義可能であるがＡ’（ｔ）の下降するフランクがＡ(ｔ)の下降するフランクの側で数マイクロセカンド（ｙマイクロセカンド）続く様にする。これによって例えば誘導によって引き起こされる制御領域を測定から排除することが出来る。

すると制御時間間隔の間の測定値Ｘ（ｔ）の積分Ｘ_ｉｎｔに対しては次の式が当てはまる：

評価論理回路は追加として測定時間長さの間のモータスイッチの全制御時間長さの把捉のために次の関数関係を含んでいる：

Ｘ_ｉｎｔとＤ_ｉｎｔは同時に求められることが好ましい。それによって前もって定められた時間間隔全体にわたる測定が可能となる。積分限界は図３ではｔ_０とｔ_ｅｎｄによって示されている。対応するシーケンス制御装置１０６が選択された実行に応じてＡ’（ｔ）とｔ_０とｔ_ｅｎｄを生み出す。すると評価ソフトウェアが、例えば測定時間間隔の間の平均電圧降下Ｘ￣_ｉｎｔを次の式に基づいて求めることが出来る：

ここでＸ￣_ｉｎｔはステップ１０５で求められた測定値を意味している。

上に説明された方法は部分的にアナログの積分によっても又デジタルの加算によっても実施することが出来る。アナログの積分とデジタルの加算との混合も又可能である。

具体的な実施の方法としては例えば次のことが考えられる：
− ＨＷ回路の中でのアナログの積分；
− 極度に高速で高分解能のアナログ・デジタル変換器によるオーバーサンプリングとそれに続くソフトウェアの中での評価。この場合サンプリング周波数が非常に高いと積分特性がとりわけ良く満たされる；
− 高速のデルタ・シグマ・モジュレータとそれに続くハードウェアカウンタによる加算を用いたハードウェアの中での実施；
− 非常に高速の電圧変換器／周波数変換器とそれに続くカウンタから成るハードウェア論理回路の利用。

図４は第一の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示している。この方法はここでは電圧変換器／周波数変換器を用いて実現される。この第一の実施例では積分(ステップ１０４)は混合的な方法で実施されている。参照数字１０４．１が電圧変換器／周波数変換器を用いたアナログの積分ステップを示しているのに対して、参照数字１０４．２は例えばカウンタを用いたデジタルの加算を示している。

図５は第二の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示している。この方法はここではデルタ・シグマ・モジュレータを用いて実現される。参照数字１０４．１がデルタ・シグマ・モジュレータによるアナログの積分ステップを示しているのに対して、参照数字１０４．２は例えばカウンタを用いたデジタルの加算を示している。

以下に図６、７、及び８に基づいてクロック制御されたシステムにおける直流モータ（ＤＣモータ）の回転数値把捉のための積分的測定方法の中への本発明に基づく方法の埋め込みが説明される。

その際本発明によれば発電性の余動電圧の測定は積分的方法によって行われる。積分時間は調節可能である。これはその時々の積分時間間隔の開始時点についても終了時点についても当てはまり、又従って最終的に積分時間間隔の長さについても当てはまる。以下に説明されるやり方は、例えば電動モータの整流子によって生じる、回転数依存の妨害信号成分を明確に減少させることを可能にする。それによって、求められる余動電圧の品質の改善が可能である。又それによって最終的に、とりわけ低い回転数の下で、より正確なモータ制御が可能である。

図６は回転数確定の構成部分としての発電性の余動電圧の測定を簡略な説明図で示している。モータ制御の間は同期化論理回路１０４によって、ＤＣモータ１０２が発電性の余動電圧を発生させる非制御段階は挿入されないが、この余動電圧はスイッチＳが閉じられている時の作動電圧Ｕ_ｂとは区別することが出来る(一般にＵ_Ｎ＜Ｕ_ｂ)。余動電圧はモータ回転数に比例している。余動電圧の把捉が終わっていると、モータ制御が続行される。余動電圧は本発明に基づく方法によればこれ等の非制御段階の中の少なくとも一つの段階の中で積分的測定方法１０３によって求められる(次いでブロック１０５で、計算された発電電圧が出力される)。その際非制御段階の時間長さは望ましい或いは必要な測定の品質に応じて調節される。例えば低い回転数の下では高い回転数の下でよりもより長い非制御段階が選ばれる。このことは低い回転数領域の下では妨害成分のより良いろ波を又高い回転数領域の下でより高いダイナミクス（動的特性）を可能にする。更に非制御段階の時間的長さは負荷に応じて調節する様にすることが出来る。例えばＤＣモータにより高い負荷が掛かっている時には、出来るだけ高いモータ出力を保証するために、より短い非制御段階を選ぶことが出来る。モータの負荷がより低い時にはより長い非制御段階によってより精確な測定を又それによってより精確な回転数制御を達成することが出来る。

図７には本発明の一つの好ましい実施例による発電性の余動電圧の測定の時間的流れが示されている。その際一番下のグラフにはモータ制御装置１０１の時間的流れが示されている(Ａ’（ｔ）＝０→モータ制御無し；Ａ’（ｔ）＝１→モータが制御される)。このグラフの中では更に比較的長い非制御段階１０２の時間的流れが示されており（Ａ’（ｔ）１→非制御段階）、この非制御段階１０２はその下のモータ制御段階のグラフ１０１の中の対応する比較的長い段階Ａ’（ｔ）＝０と合致している。上から二番目のグラフには積分時間間隔１０３(Ｉｎｔ（ｔ）＝１)が示されており、この積分時間間隔は非制御時間間隔１０２の中にある。一番上のグラフ１０４にはモータ電圧の時間的動きＵ_ｍ（ｔ）が、その下側に同列配置して示されているモータ制御１０１、比較的長い非制御段階１０２、及び積分段階１０３と対応させて示されている。モータ制御段階の間モータの供給電圧Ｕ_ｂは低下している。比較的長い非制御段階の間にモータを通した余動電圧Ｕ_Ｎは幾らかの時間の後低下する。

比較的長い非制御段階１０２の下ではモータ制御１０１が遮断される、即ち図６のモータスイッチＳが切られる。ＤＣモータ内で誘導電流が低下した後、積分段階１０３(Ｉｎｔ（ｔ）＝１)が開始される。積分段階１０３の開始時点は例えば比較的長い非制御段階１０２の開始に対する一定の時間遅延によって決定される。積分段階１０３の終了時点ｔ_ｅｎｄは好ましくは非制御段階の終了の前に置かれる。しかしながらこの終了時点ｔ_ｅｎｄは非制御段階の終了と同時とすることも出来る。グラフ１０４の測定されたモータ電圧Ｕ_ｍは、明細書の上の部分で既に詳しく説明された様に、積分段階１０３の間に積分によって求められる。グラフ１０４の中のハッチを施された面積１０５は積分段階１０３の間のモータ電圧Ｕ_ｍの積分に対応している。

図８は上で説明された直流モータの回転数把捉のための積分的測定方法の中における本発明に基づく方法の諸ステップの一つの有利な協働作用を詳しく説明している。図８の右側は図２と一致しており、それ故繰返しを避けるために図の同じ構成要素については先の図２の対応する部分を参照されたい。図８の左側の部分では“制御システム”１０１のブロックがＤＣモータ制御装置のモータ経路を示している。好ましくは半導体スイッチとして作られているモータスイッチ１０１．２はモータ制御装置１０１によって制御される。ＤＣモータ１０１．１はモータスイッチ１０１．２を通して供給電圧Ｕ_ｂと接続される。シーケンス制御装置１０６がＡ’（ｔ）とｔ_０とｔ_ｅｎｄを生み出す。Ａ’（ｔ）は非制御段階１０２の間値１を取る。

上に説明された方法はとりわけＥＳＰモータ制御或いはＡＢＳモータ制御のために適している。しかしながら本発明はこの分野での応用だけに限定されるものではない。

本発明はクロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法に関する。本発明は特に、直流モータの回転数把捉のためのクロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法に関する。

技術水準
クロック制御されたシステムではしばしば、並行して（従って程度の差こそあれ同時的に）制御のために複数の測定値を把捉する必要がある。その際制御に依存している測定値の場合には測定値処理に対してより高い要求が生まれる。従来の方法、例えばアナログのフィルタを用いて機能する方法、は実現困難である。それに対応している設計は静的なので運転に適応させることが出来ない。サンプル及びホールド素子の使用によってこの状況を改善させることは出来るけれども、制御が連続的に変化したり及び／或いは場合によっては変化しさえする、追加の妨害信号が測定信号に重畳されているシステムでは、サンプル及びホールド素子を利用した測定環境の設計でもその限界に突き当たってしまう。

電動モータの制御と云う枠組みの中では、とりわけ直流モータの場合、発電性の余動電圧の測定の際に、従来の方法の場合には回転数依存の妨害信号成分の影響が比較的大きいと云う問題が生じる。

発明の利点
本発明は上記の問題を、クロック制御されたシステムにおける測定値把捉のための方法を作ることによって克服するが、その際クロック制御は、システムが制御される制御時間間隔とシステムが制御されない非制御時間間隔とを持ち、次の諸ステップを備えている。

すなわち、クロック制御に応じた第一の積分時間間隔の確定（その際この第一の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中に含まれている）、及び／又は
クロック制御に応じた第二の積分時間間隔の確定（その際この第二の積分時間間隔は非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中に含まれている）、
制御に依存しているシステムの測定値の中の一つの測定値の把捉、
第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／或いは積分による加算値及び／或いは積分値の把捉、
第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値及び／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉。

本発明に基づく方法はクロック制御されたシステムの作動中に適応が可能であると云う利点を持っている。加えて本方法は複数の制御時間間隔全体にわたる測定値把捉を可能にする。それによって単に非制御時間間隔の中だけでなく、従来の方法が例えば不可避的な過渡振動時間や物理的制約の故に期待が持てなくなる制御時間間隔の中でも、正確な測定値把捉が可能となる。

更に、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定は好ましくはシステムの個別パラメータの中の少なくとも一つ個別パラメータに依存して行われる。その際この個別パラメータはシステムに内在するパラメータ、それ故システムのハードウェアの構成及び／或いはソフトウェアの構成自体によって与えられるパラメータであってもよいし、システムから出力された測定値であってもよい。それによってシステムから測定環境へのフィードバックの可能性が生まれ、そのためにシステムと測定環境との間に制御ループを実現することが可能となる。

個別パラメータに関して云えばシステム及び／或いはその測定環境の慣性が考慮されることが好ましい。それによって例えば測定信号及び／又は制御信号の最終的フランク勾配並びに誘電率や静電容量によるオン／オフ遅延等の物理的実体を、制御過程及び／又は測定過程の中で考慮することが出来る。その際、個別パラメータに関して云えば、システムが制御に対して反応する際の時間遅延を考慮すると、とりわけ有利となる。そうすれば例えば積分時間間隔の時間的遅延によって、スイッチング信号の遅延並びに通電過程の際の遅延をシステムの機能ユニットの上で補償することが出来る。

更に、個別パラメータについて云えば、本発明に基づく方法の一つ又は複数のステップの実行の際の時間的遅延を、とりわけ制御に依存しているシステムの測定値の把捉の際に、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／又は積分による加算値及び／又は積分値の把捉の際に、又は、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値及び／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉の際に、考慮すると有利となる。

本発明の一つの有利な実施態様によれば、第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／又は積分による加算値及び／又は積分値の把捉のステップはデジタル加算及び／或いはアナログ積分の利用を含んでいる。その様な混合的手法によって両方のバリアントの長所をそれぞれ最適に利用することが出来る。

その場合、電圧変換器／周波数変換器による少なくとも一つのアナログの積分ステップと複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合がとりわけ有利となる。デルタ・シグマ・モジュレータによる少なくとも一つのアナログの積分ステップと複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合も考えることが出来る。

本発明に基づく方法のとりわけ好ましい実施態様によれば、測定値把捉の中に直流モータの発電電圧の把捉が含まれている。このクロック制御されたシステムは直流モータとすることが好ましい。制御に依存しているシステムの測定値としては発電電圧、とりわけ直流モータの発電性の余動電圧、が適している。この余動電圧は非制御状態の下での、従って駆動無しの余動時の、発電電圧に対応している。

その際加算値及び／或いは積分値は非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の第二の積分時間間隔の間でのみ求めることが有利である。そうすることによって、制御時間間隔の間にモータによって引き起こされる妨害信号成分の影響を減らすことが出来る。これによって最終的に、求められた余動電圧値の品質の改善が可能となる。かくして、とりわけ直流モータの低い回転数の下での、精確なモータ制御が可能となる。

更に、第二の積分時間間隔の時間データをモータ負荷及び／又はモータ回転数に応じて確定すると有利となる。その際とりわけ第二の積分時間間隔の長さは好ましくは、その中に第二の積分時間間隔が含まれている非制御時間間隔の長さに合わせて定められる。その際には又、測定プロセスのために少なくとも一時的に、非制御時間間隔の長さが、望ましい、前もって定められた測定の品質を獲得するために、モータ負荷及び／又はモータ回転数に応じて調整される。それ故とりわけ、少なくとも比較的低い回転数の時にはより高い回転数の時よりもより長い非制御時間間隔が選ばれる。これによって低い回転数領域では妨害成分のより良いフィルタリング（ろ波）が又より高い回転数領域ではより高いダイナミクス（動的特性）が可能となる。

発電性の余動電圧に関して求められた測定値に基づいてモータ回転数を求めることができる。その際には余動電圧はモータ回転数に比例していると云う事情が考慮されることがある。余動電圧値の確定の際に本発明に基づく方法によって最適化された精度に基づいて、同じくモータ回転数の確定の際にも上記の比例関係によって高い精度を達成することが可能となる。

本発明の諸実施態様のその他のメルクマール及び利点は付属の図面に関連した以下の説明から明らかとなる。

図１は本発明に基づく方法の一つの可能な流れを示す。 図２は本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図３は本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化を示す。 図４は第一の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図５は第二の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示す。 図６は一つのとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の簡略な説明図を示す。 図７は上記のとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化を示す。 図８は上記のとりわけ好ましい実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの上記の有利な協働作用の詳しい説明図を示す。

実施例の説明
まず図１に基づいて、本発明に基づく方法がどの様に行われるか、幾つかの可能性を説明する。本発明はクロック制御されたシステム２１０１において測定値把捉のために用いられ、その際クロック制御は、システム２１０１が制御される制御時間間隔を持ち、又システム２１０１が制御されない非制御時間間隔を持っている。

一つの好ましい方法の流れによると、まず第一の積分時間間隔がクロック制御に依存して確定されるが、その際第一の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある(ステップ１１０２．１)。それに対する追加或いは代わりとして第二の積分時間間隔がクロック制御に依存して確定されるが、その際第二の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある(ステップ１１０２．２)。それ故このやり方によって積分過程の分割、即ち一方では制御段階の間の積分過程へ又他方では非制御段階の間の積分過程への分離、が達成される。その際積分過程は互いに分離された複数の制御段階或いは非制御段階にわたって延びることが出来るが、それは又唯一つの制御段階或いは非制御段階の一部を占めるだけに過ぎないと云うことも十分有り得る。

次いで制御に依存しているシステム(２１０１)の測定値が把捉される（ステップ１１０３）。これは例えば、システム２１０１の特定の構成要素を通して降下する電圧とすることができる。しかしながら他のあらゆる測定値とすることも考えることが出来る。

今や第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間の測定値の加算及び／或いは積分によって加算値及び／或いは積分値が求められる(ステップ１１０４)。その際ステップ１１０４の実施はデジタルの加算及び／又はアナログの積分の利用を含むことが出来、それ故ステップ１１０４の実施はデジタルの加算或いはアナログの積分だけに基づいて、或いは両方のバリアントから成る混合に基づいて行われることが出来る。一般に本発明の全ての態様に対しては、必ずしも積分される必要はなく、全てのプロセスステップの実際の実現の中では、例えばディスクリートな（別々の）デジタル或いはアナログの加算等の、あらゆる近似方法を用いることが出来ると云うことが当てはまる。本発明に基づく方法の基本的な特性は利用される積分方法の選択によって影響を受けることはない。

続いて第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データに基づいて又求められた加算値及び／或いは積分値に基づいて制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値が求められる(ステップ１１０５)。第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データとしては、まず第一に積分時間間隔のその時々の時間的開始点とその時々の時間的終了点が問題となる。これ等のデータから最終的にその時々の積分時間間隔（これは上で既に説明された様に必ずしも連続している必要はない）の時間的長さも求めることが出来る。

図１に示されているプロセスステップは全く例示的なものであると云うことが強調される。それ等のステップの別の順序も考えることが出来る。それ故例えば第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定はこのプロセスの全ての任意の時点で行うことが出来る。制御に依存しているシステムの測定値の把捉も必ずしも第一と及び／或いは第二の積分時間間隔の確定の後に行う必要はなく、この測定値は前もって、あたかもストックして置くかの様に、把捉しておいたり又場合によっては記録しておくことも出来る。

以下に図１，２、及び３に関連させながら本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用が本発明に基づく方法の実施の際の様々な信号の時間的変化に基づいて説明される。

測定すべき信号Ｘ（ｔ）２０２、それ故制御に依存しているシステム２１０１の測定値、はステップ１１０３で把捉されて評価論理回路の入力端へ送られる。評価論理回路は、例えば積分によって、スイッチの制御時間間隔の間の、従ってスイッチ関数Ａ（ｔ）が値１だけ増加する時間間隔の間の、積分Ｘ_ｉｎｔを計算する。実際のシステムは最後のフランク勾配しか持っていないので、システム２１０１もその測定環境も時間遅延して反応する。それ故測定値の把捉に関連しているスイッチ関数Ａ’（ｔ）２０１はオン／オフ遅延、誘電率及び静電容量等の個別的な物理的条件を考慮しつつ制御装置２１００（の機能）を記述している。本来のスイッチ制御Ａ（ｔ）（図中には示されていない）とは異なり、関連するこのスイッチ関数Ａ’（ｔ）の場合には測定に関連する時点だけを関数値１によって示されているだけである。Ａ’（ｔ）はＡ（ｔ）から例えば時間的移動によって、例えばシステム２１０１のモータスイッチの上での通電過程を考慮するために数マイクロセカンドだけずらすことによって、生み出される。もう一つのやり方はスイッチ関数Ａ’（ｔ）を完全に自由に定義することであり、例えばＡ’（ｔ）の正の、それ故上昇するフランクがＡ(ｔ)の正のフランクの側で数マイクロセカンド（ｘマイクロセカンド）続き、又同様に自由に定義可能であるがＡ’（ｔ）の下降するフランクがＡ(ｔ)の下降するフランクの側で数マイクロセカンド（ｙマイクロセカンド）続く様にする。これによって例えば誘導によって引き起こされる制御領域を測定から排除することが出来る。

すると制御時間間隔の間の測定値Ｘ（ｔ）の積分Ｘ_ｉｎｔに対しては次の式が当てはまる：

評価論理回路は追加として測定時間長さの間のモータスイッチの全制御時間長さの把捉のために次の関数関係を含んでいる：

Ｘ_ｉｎｔとＤ_ｉｎｔは同時に求められることが好ましい。それによって前もって定められた時間間隔全体にわたる測定が可能となる。積分限界は図３ではｔ_０とｔ_ｅｎｄによって示されている。対応するシーケンス制御装置２１０６が選択された実行に応じてＡ’（ｔ）とｔ_０とｔ_ｅｎｄを生み出す。すると評価ソフトウェアが、例えば測定時間間隔の間の平均電圧降下Ｘ￣_ｉｎｔを次の式に基づいて求めることが出来る：

ここでＸ￣_ｉｎｔはステップ１１０５で求められた測定値を意味している。

上に説明された方法は部分的にアナログの積分によっても又デジタルの加算によっても実施することが出来る。アナログの積分とデジタルの加算との混合も又可能である。

具体的な実施の方法としては例えば次のことが考えられる：
− ＨＷ回路の中でのアナログの積分；
− 極度に高速で高分解能のアナログ・デジタル変換器によるオーバーサンプリングとそれに続くソフトウェアの中での評価。この場合サンプリング周波数が非常に高いと積分特性がとりわけ良く満たされる；
− 高速のデルタ・シグマ・モジュレータとそれに続くハードウェアカウンタによる加算を用いたハードウェアの中での実施；
− 非常に高速の電圧変換器／周波数変換器とそれに続くカウンタから成るハードウェア論理回路の利用。

図４は第一の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示している。この方法はここでは電圧変換器／周波数変換器を用いて実現される。この第一の実施例では積分(ステップ１１０４)は混合的な方法で実施されている。参照数字４１０４．１が電圧変換器／周波数変換器を用いたアナログの積分ステップを示しているのに対して、参照数字４１０４．２は例えばカウンタを用いたデジタルの加算を示している。

図５は第二の実施例による本発明に基づく方法の諸ステップの有利な協働作用の説明図を示している。この方法はここではデルタ・シグマ・モジュレータを用いて実現される。参照数字５１０４．１がデルタ・シグマ・モジュレータによるアナログの積分ステップを示しているのに対して、参照数字５１０４．２は例えばカウンタを用いたデジタルの加算を示している。

以下に図６、７、及び８に基づいてクロック制御されたシステムにおける直流モータ（ＤＣモータ）の回転数値把捉のための積分的測定方法の中への本発明に基づく方法の埋め込みが説明される。

その際本発明によれば発電性の余動電圧の測定は積分的方法によって行われる。積分時間は調節可能である。これはその時々の積分時間間隔の開始時点についても終了時点についても当てはまり、又従って最終的に積分時間間隔の長さについても当てはまる。以下に説明されるやり方は、例えば電動モータの整流子によって生じる、回転数依存の妨害信号成分を明確に減少させることを可能にする。それによって、求められる余動電圧の品質の改善が可能である。又それによって最終的に、とりわけ低い回転数の下で、より正確なモータ制御が可能である。

図６は回転数確定の構成部分としての発電性の余動電圧の測定を簡略な説明図で示している。モータ制御の間は同期化論理回路６１０４によって、ＤＣモータ６１０２が発電性の余動電圧を発生させる非制御段階は挿入されないが、この余動電圧はスイッチＳが閉じられている時の作動電圧Ｕ_ｂとは区別することが出来る(一般にＵ_Ｎ＜Ｕ_ｂ)。余動電圧はモータ回転数に比例している。余動電圧の把捉が終わっていると、モータ制御が続行される。余動電圧は本発明に基づく方法によればこれ等の非制御段階の中の少なくとも一つの段階の中で積分的測定方法６１０３によって求められる(次いでブロック６１０５で、計算された発電電圧が出力される)。その際非制御段階の時間長さは望ましい或いは必要な測定の品質に応じて調節される。例えば低い回転数の下では高い回転数の下でよりもより長い非制御段階が選ばれる。このことは低い回転数領域の下では妨害成分のより良いろ波を又高い回転数領域の下でより高いダイナミクス（動的特性）を可能にする。更に非制御段階の時間的長さは負荷に応じて調節する様にすることが出来る。例えばＤＣモータにより高い負荷が掛かっている時には、出来るだけ高いモータ出力を保証するために、より短い非制御段階を選ぶことが出来る。モータの負荷がより低い時にはより長い非制御段階によってより精確な測定を又それによってより精確な回転数制御を達成することが出来る。

図７には本発明の一つの好ましい実施例による発電性の余動電圧の測定の時間的流れが示されている。その際一番下のグラフにはモータ制御装置７１０１の時間的流れが示されている(Ａ’（ｔ）＝０→モータ制御無し；Ａ’（ｔ）＝１→モータが制御される)。このグラフの中では更に比較的長い非制御段階７１０２の時間的流れが示されており（Ａ’（ｔ）１→非制御段階）、この非制御段階７１０２はその下のモータ制御段階のグラフ７１０１の中の対応する比較的長い段階Ａ’（ｔ）＝０と合致している。上から二番目のグラフには積分時間間隔７１０３(Ｉｎｔ（ｔ）＝１)が示されており、この積分時間間隔は非制御時間間隔７１０２の中にある。一番上のグラフ７１０４にはモータ電圧の時間的動きＵ_ｍ（ｔ）が、その下側に同列配置して示されているモータ制御７１０１、比較的長い非制御段階７１０２、及び積分段階７１０３と対応させて示されている。モータ制御段階の間モータの供給電圧Ｕ_ｂは低下している。比較的長い非制御段階の間にモータを通した余動電圧Ｕ_Ｎは幾らかの時間の後低下する。

比較的長い非制御段階７１０２の下ではモータ制御７１０１が遮断される、即ち図６のモータスイッチＳが切られる。ＤＣモータ内で誘導電流が低下した後、積分段階７１０３(Ｉｎｔ（ｔ）＝１)が開始される。積分段階７１０３の開始時点は例えば比較的長い非制御段階７１０２の開始に対する一定の時間遅延によって決定される。積分段階７１０３の終了時点ｔ_ｅｎｄは好ましくは非制御段階の終了の前に置かれる。しかしながらこの終了時点ｔ_ｅｎｄは非制御段階の終了と同時とすることも出来る。グラフ７１０４の測定されたモータ電圧Ｕ_ｍは、明細書の上の部分で既に詳しく説明された様に、積分段階７１０３の間に積分によって求められる。グラフ７１０４の中のハッチを施された面積７１０５は積分段階７１０３の間のモータ電圧Ｕ_ｍの積分に対応している。

図８は上で説明された直流モータの回転数把捉のための積分的測定方法の中における本発明に基づく方法の諸ステップの一つの有利な協働作用を詳しく説明している。図８の右側は図２と一致しており、それ故繰返しを避けるために図の同じ構成要素については先の図２の対応する部分を参照されたい。図８の左側の部分では“制御システム”８１０１のブロックがＤＣモータ制御装置のモータ経路を示している。好ましくは半導体スイッチとして作られているモータスイッチ８１０１．２はモータ制御装置８１０１によって制御される。ＤＣモータ８１０１．１はモータスイッチ８１０１．２を通して供給電圧Ｕ_ｂと接続される。シーケンス制御装置２１０６がＡ’（ｔ）とｔ_０とｔ_ｅｎｄを生み出す。Ａ’（ｔ）は非制御段階７１０２の間値１を取る。

上に説明された方法はとりわけＥＳＰモータ制御或いはＡＢＳモータ制御のために適している。しかしながら本発明はこの分野での応用だけに限定されるものではない。

１１０２ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定
１１０３ 制御に依存しているシステムの測定値を把捉
１１０４ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間の測定値の加算及び／或いは積分による加算値及び／或いは積分値の把捉
１１０５ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データに基づいて又求められた加算値及び／或いは積分値に基づいて、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値を求める、
２１００ 制御装置
２１０１ システム
２１０２ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定
２１０３ 制御に依存しているシステムの測定値を把捉
２１０４ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間の測定値の加算及び／或いは積分による加算値及び／或いは積分値の把捉
２１０５ 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データに基づいて又求められた加算値及び／或いは積分値に基づいて、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値を求める
２１０６ シーケンス制御装置
２０１ 測定値の把捉に関連しているスイッチ関数Ａ’（ｔ）
２０２ 測定すべき信号Ｘ（ｔ）
２０３ モータスイッチの全制御時間長さの把捉のための関数関係Ｄ_ｉｎｔ
２０４ 制御時間間隔の間の測定値Ｘ（ｔ）の積分Ｘ_ｉｎｔ
４１０４．１ 電圧（Ｕ）変換器／周波数（ｆ）変換器によるアナログの積分ステップ
４１０４．２ カウンタによるデジタルの加算
５１０４．１ デルタ・シグマ・モジュレータによるアナログの積分ステップ
５１０４．２ カウンタによるデジタルの加算
６１０２ ＤＣモータ
６１０３ 積分的測定方法
６１０４ 同期化論理回路
６１０５ 計算された発電電圧の出力
７１０１ モータ制御のグラフ
７１０２ 比較的長い非制御段階
７１０３ 積分時間間隔
７１０４ モータ電圧の時間的動きＵ_ｍ（ｔ）
７１０５ 積分段階の間のモータ電圧Ｕ_ｍの積分を表しているハッチング部分
８１０１ “制御システム”ブロック
８１０１．１ ＤＣモータ
８１０１．２ モータスイッチ

Claims (13)

1. 以下の諸ステップ、即ち
   −クロック制御に依存した第一の積分時間間隔の確定（１０２．１）、その際第一の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある、及び／又はクロック制御に依存した第二の積分時間間隔の確定（１０２．２）、その際第二の積分時間間隔は制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の中にある、
   −制御に依存したシステム(１０１)の測定値の把捉(１０３)、
   −第一の及び／又は第二の積分時間間隔の間における測定値の加算及び／又は積分による加算値及び／又は積分値の把捉(１０４)、
   −第一の及び／又は第二の積分時間間隔の時間データと把捉された加算値及び／或いは積分値とをベースとした、制御時間間隔及び／或いは非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の測定値の把捉（１０５）、
   を含んでいる、
   クロック制御が、システム（１０１）が制御される制御時間間隔を持ち、又システム（１０１）が制御されない非制御時間間隔を持つ、クロック制御されたシステム（１０１）における測定値把捉のための方法。
2. 第一の及び／又は第二の積分時間間隔の確定（１０２．１、１０２．２）が更に少なくとも一つのシステム(１０１)の個別パラメータに依存して行われる、請求項１に基づく方法。
3. 個別パラメータに関してシステム（１０１）及び／或いはその測定環境の慣性が考慮される、請求項２に基づく方法。
4. 個別パラメータに関して、システム（１０１）が制御に対して反応する時間遅延が考慮される、請求項２又は３に基づく方法。
5. 個別パラメータに関して、ステップ１０３，１０４、及び１０５の中の一つ又は幾つかの実施の際の時間遅延が考慮される、請求項２から４までの中の何れかに基づく方法。
6. ステップ１０４の実施がデジタルの加算及び／又はアナログの積分の利用を含んでいる、請求項１から５までの中の何れかに基づく方法。
7. ステップ１０４の実施が、例えば電圧＝／周波数＝変換器による少なくとも一つのアナログの積分ステップと、例えば複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合によって実現される、請求項６に基づく方法。
8. ステップ１０４の実施が、例えばデルタ＝／シグマ＝モジュレータによる少なくとも一つのアナログの積分ステップと、例えば複数のカウンタから成るハードウェア論理回路による少なくとも一つのデジタルの加算との混合によって実現される、請求項６に基づく方法。
9. クロック制御されたシステム（１０１）が直流モータである、上記諸請求項の何れかに基づく方法。
10. 制御に依存しているシステム(１０１)の測定値が、直流モータの発電電圧、とりわけ発電性の余動電圧、である、請求項９に基づく方法。
11. 加算値又／或いは積分値が非制御時間間隔の中の少なくとも一つの時間間隔の間の第二の積分時間間隔の間でのみ求められる、請求項９又は１０に基づく方法。
12. 第二の積分時間間隔の時間データ、とりわけ時間長さ、がモータ負荷又／或いはモータ回転数に依存して確定される、請求項１１に基づく方法。
13. 発電性の余動電圧について求められた測定値に基づいてモータ回転数が求められる、請求項９から１２までの何れかに基づく方法。

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