KR101901478B1 - 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법 - Google Patents

리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리졸버 (21) 의 출력신호들 (u1, u2) 의 타당성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 출력신호들을 이용해 기계 (R) 의 2개의 부재 (3-7) 의 각위치가 서로 상대적으로 검출될 수 있다.

Description

리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법 {METHOD FOR TESTING THE PLAUSABILITY OF OUTPUT SIGNALS OF A RESOLVER}
본 발명은 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.
서로 상대적으로 회전축에 대하여 회전될 수 있는 기계의 2개의 부재의 각위치 (angular position) 를 결정하기 위해 이른바 리졸버들이 사용된다. 서로 상대적으로 회전 가능한 부재를 가진 기계의 일례는 로봇이다. 로봇들은 일반적으로 물체들을 자동으로 핸들링하기 위해 목적에 부합하는 공구들을 갖추고 있는 그리고 다수의 운동축에 있어서 특히 방위, 위치 및 작업 진행과 관련하여 프로그래밍 가능한 핸들링 기계들이다. 로봇은 일반적으로 다수의 부재를 가진 로봇암 및 프로그래밍 가능한 제어기 (제어장치) 를 구비하며, 상기 제어기는 작동 동안 상기 로봇암의 운동 시퀀스를 제어 또는 조절한다. 드라이브들은 예컨대 전기 드라이브들이며, 상기 부재들은 서로 상대적으로 회전축들에 대하여 회전 가능하게 설치되어 있다.
리졸버들은 전문가에게 그 자체가 예컨대 EP 2 211 148 A2 에 공지되어 있다. 리졸버란 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품의 각위치를 전기적 출력신호들로 바꾸기 위한 전자기식 변환기를 말한다. 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품은 예컨대 회전축에 대하여 회전 가능하게 설치된 2개의 부재이거나, 또는 모터의 고정자 (stator) 에 대해 상대적으로 회전하는 상기 모터의 회전자 (rotor) 이다. 상기 출력신호들은 일반적으로 90°만큼 위상 이동된 사인 모양의 (sine-shaped) 2개의 전기적 신호, 특히 90°만큼 위상 이동된 사인 모양의 2개의 전압이며, 상기 출력신호들을 근거로 상기 각위치가 모듈로 n 연산하여 검출될 수 있고, 이때 n 은 이른바 리졸버의 극쌍수 (number of pole pairs) 이며, 상기 극쌍수는 코일 권선들의 배열에서 발생하고, 그리고 작은, 양의 자연수이며, 1 일 수도 있다.
본 발명의 목적은 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히 이 타당성 검사는 극쌍수 n > 1 을 가진 (이는 적어도 로봇공학에서 일반적인 리졸버들에 적합하다) 리졸버의 측정값들을 근거로 실제의 모터각도에 관한 추론을, 그리고 현재의 선행기술에 상응하는 바와 같이 단지 모듈로 n 연산하여서만 아니라, 허용한다.
본 발명의 상기 목적은 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법을 통해 달성되며, 상기 출력신호들을 이용해, 회전축에 대하여 회전 가능하게 설치된 기계의 2개의 부재의 각위치가 서로 상대적으로 검출될 수 있으며, 상기 방법은:
- 상기 기계의 규정대로의 작동 전에, 이용되는 리졸버들의 특성수를 검출하는 단계로서, 상기 특성수는 모터위치에 따른 상기 리졸버들의 예상된 출력신호들의 유효 범위의 계산을 허용하는, 상기 이용되는 리졸버들의 특성수를 검출하는 단계,
- 상기 기계의 규정대로의 작동 동안 그리고 상기 리졸버를 이용해 2개의 출력신호를 발생시키는 단계로서, 상기 출력신호들을 이용해 상기 두 부재의 각위치가 서로 상대적으로 검출 가능한, 상기 2개의 출력신호를 발생시키는 단계,
- 상기 출력신호들 중 적어도 하나를 상기 리졸버에게 할당된 해당 출력신호의 목표값과 비교하거나 또는 상기 두 출력신호의 조합을 상기 두 출력신호의 상기 조합의 목표값과 비교하는 단계, 및
- 상기 해당 출력신호가 그의 목표값과, 미리 정해져 있는 값보다 적게 구별되는 때만 또는 상기 두 출력신호의 상기 조합이 상기 두 출력신호의 상기 조합의 상기 목표값과, 미리 정해져 있는 값보다 적게 구별되는 때만, 서로 상대적으로 상기 두 부재의 상기 각위치의 검출을 위해 상기 출력신호들을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 그 밖의 양상은 서로 상대적으로, 회전축에 대하여 움직일 수 있는 적어도 2개의 부재와, 상기 부재들을 서로 상대적으로 움직이기 위한, 모터를 구비하는 드라이브와, 상기 모터와 커플링되어 있으며 그의 고정자에 대해 상대적인 상기 모터의 회전자의 각위치를 검출하기로 되어 있는 리졸버와, 상기 드라이브 및 상기 리졸버와 연결되어 있으며 상기 두 부재의 각위치를 서로 상대적으로 본 발명에 따른 상기 방법에 따라 검출하도록 셋업되어 있는 제어장치를 구비하는 기계에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 기계는 특히 산업용 로봇이며, 상기 산업용 로봇은 다수의 부재를 가진 로봇암과, 상기 부재들을 움직이기 위한 드라이브들과, 상기 드라이브들과 연결된 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는 상기 부재들을 서로 상대적으로 움직이기 위한 상기 드라이브들을 제어하도록 셋업되어 있다.
2개의 부재의 각위치를 서로 상대적으로 검출하기 위한 리졸버들의 사용은 전문가에게 원칙적으로 알려져 있다. 리졸버란 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품의 각위치를 전기적 출력신호들로 바꾸기 위한 전자기식 변환기를 말한다. 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품은 예컨대 회전축에 대하여 회전 가능하게 설치된 2개의 부재이거나 또는 모터의 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 상기 모터의 회전자이다.
상기 2개의 부재는 예컨대 상기 기계의 모터를 이용해 서로 상대적으로 움직여질 수 있고, 따라서 상기 리졸버의 출력신호들은, 모터의 고정자에 대해 상대적인 상기 모터의 회전자의 각위치에게 할당되어 있다. 바람직하게는, 상기 리졸버의 적어도 하나의 출력신호 또는 상기 두 출력신호의 조합은 상기 모터의 적어도 하나의 전체 모터회전에 걸쳐, 상응하는 목표값과 비교된다. 하나의 전체 모터회전에 있어서, 상기 모터의 샤프트 또는 회전자는 상기 모터의 고정자에 대해 상대적으로 360°만큼 회전한다.
리졸버는 예컨대 90°만큼 엇갈린 2개의 권선, 및 회전축에 대하여 회전 가능한 그 밖의 권선을 포함한다. 상기 리졸버의 작동 중, 그의 상기 그 밖의 권선은 전기적 교류전압의 작용을 받으며, 이를 통해 고정식 권선들 안에서는 각각 전기적 교류전압이 유도되고, 상기 교류전압들은 90°만큼 서로 위상 이동되어 있다. 상기 두 교류전압은 상기 리졸버의 상기 두 고정식 권선의 출력신호들이다. 일반적으로 이 권선들 중 몇 개는 회전적으로 엇갈려 n배로 부착되어 있기 때문에 (이 몇배에 있어서 여기에서는 서보 모터에서와 같이 극쌍수 n 이라고 부른다), 발생된 출력신호들은 이상적인 제조에 있어서 주기적으로 모터회전의 1/n 에서 반복되고, 따라서 극쌍수 n 의 이상적으로 제조된 리졸버는 이론적으로 1/n 모터회전을 위한 인코더로만 쓰일 수 있다.
이상적인 또는 이상적이라고 가정된 리졸버들에 있어서, 그의 출력신호들은 정확히 90°만큼 위상 이동되어 있고, 그리고 주기 1/n 모터회전을 가진 동일한 진폭의 사인 모양의 출력신호들을 발생시킨다. 상기 출력신호들이 정규화되어 있으면, 정확히 작동하는 이상적인 리졸버에 있어서 상기 출력신호들의 제곱들의 합계는 항상 1.0 이다.
하지만, 실제의 부품들, 즉 실제의 리졸버들은 이상적인 부품들 또는 이상적이라고 가정된 부품들과 실제로는 다르다. 실제의 리졸버들의 출력신호들은 예컨대 정확히 90°만큼 위상 이동되어 있는 것이 아니며, 따라서 상기 출력신호들의 제곱들의 합계가 항상 1.0 인 것은 아니다. 마찬가지로, 극쌍들의 n배 배열은 일반적으로 정확히 대칭적이지는 않다. 이를 통해, 극쌍수 n 의 (그 밖의 방해 영향들을 고려하지 않고) 리졸버들의 출력신호들도 1/n 모터회전들에 있어서 주기적인 것이 아니라 실제로 1 모터회전에 있어서 주기적이다라는 것이 발생한다. 상기 신호들은 1/n 모터회전에 있어서 거의 주기적이고, 따라서 비로소 1 모터회전에 있어서의 실제의 주기성은 종래에는, 유용하다라고 분석되었다기보다 오히려 문제를 초래한 방해로서 무시되었다.
리졸버의 예상될 수 있는 출력신호들이 알려져 있으면, 본 발명에 따르면 상기 출력신호들 중 적어도 하나는 상기 리졸버에게 할당된 해당 출력신호의 목표값과 비교된다. 이렇게, 리졸버의 특정 위치들에 있어서 각위치, 특히 모터의 각위치를 추론하기 위해, 특히 극값의 (extremal) 위치들에서의 상기 두 출력신호의 절대값들이 이용될 수 있다.
상기 해당 출력신호가 그의 목표값과, 미리 정해져 있는 값에 대해 구별되면 상기 출력신호들은 각도 계산을 위해 사용되고, 그렇지 않으면 빼 버려진다. 그러므로, 이는 리졸버의 타당성 테스트 또는 타당성 검사를 의미한다.
상기 미리 결정된 값은, 예컨대 상기 출력신호들이 영향받는, 최대로 예상된 잡음이다.
대안적으로, 상기 두 출력신호의 조합이 사용되며, 그리고 상기 두 출력신호의 상기 조합의 목표값과 비교된다. 상기 출력신호들의 조합의 일례는 상기 출력신호들의 제곱들의 합계이다.
본 발명에 따른 상기 방법의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 출력신호들은 정규화되어 있다. 그러면 상기 출력신호들의 조합은 상기 정규화된 출력신호들의 제곱들의 합계이며, 그리고 상기 두 출력신호의 상기 조합의 목표값 (f) 은 다음과 같은 규칙을 충족시키고:
f = 1 + a·sin(x + b)
여기서 상기 파라미터 a 는 영 (zero) 보다 작은, 양의 값을 가진 상수이며, 상기 파라미터 b 는 불변의 값이고, 상기 파라미터들은 리졸버의 제조 허용오차를 근거로 발생하며, 그리고 상기 목표값 (f) 은 모터의 회전자의 각위치에 걸쳐 그려져 있다.
상기 파라미터들 a 와 b 는 예컨대 다음과 같은 규칙의:
u 1 2 + u 2 2 = 1 + a·sin(x + b)
평가를 통한 파라미터 식별을 이용해 결정될 수 있으며, 여기서 리졸버의 출력신호들은 u 1 과 u 2 이고, x 는 모터각도를 의미하며, 즉 모터회전에 있어서 0 으로부터 2π 로 걸쳐 있다. 특히, 모터의 회전자의 파라미터 식별을 위해 적어도 하나의 전체 회전이 회전된다.
본 발명에 따른 상기 방법의 변형에 따르면, 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
- 상기 출력신호들의 특히 주기적인 감지를 통해, 리졸버의 이산적인 출력신호들을 발생시키는 단계,
- 적어도 하나의 전체 모터회전 동안의 모터의 모든 이론적으로 가능한 이산적인 각위치들을 위한 목표값을 검출하는 단계,
- 상기 이산적인 출력신호들의 정규화된 제곱들의 합계를 상기 상응하는 목표값들과 비교하는 단계, 및
- 상기 정규화된 출력신호들의 제곱들의 상기 해당 합계가 상기 목표값과 최대의 미리 정해져 있는 값에 대해 구별되는 이산적인 출력신호들을 위해, 상기 모터의 고정자에 대해 상대적인 회전자의 각위치의 검출을 위한 이산적인 출력신호들만 사용하는 단계.
바람직하게는, 하나의 각위치에 대한 할당이 분명하거나 또는 하나의 완전한 모터회전에 관한 적어도 2개가 아닌 가설 (hypothesis) 이 둘 다 타당하지 않은 리졸버의 각위치들의 범위가 있다는 것이 이용된다.
리졸버의 타당성 있는 출력신호들의 사전선택 (pre-selection) 을 얻기 위해, 본 발명에 따른 상기 방법의 변형에 따르면, 범위 [1-a-r, 1+a+r] 안에 있는 정규화된 출력신호들만 사용될 수 있다.
리졸버의 상기 출력신호들이 타당성이 없을 때에도 본 발명에 따른 상기 기계의 작동을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 상기 방법의 일 실시형태에 따르면, 상기 정규화된 출력신호들의 제곱들의 해당 합계가 상기 미리 정해져 있는 값보다 많이 상기 목표값과 구별되는 동안은, 상기 두 부재의 현재의 각위치들이 서로 상대적으로 추정된다.
전기적 공급전압의 중단 동안의 리졸버의 비틀림을 인식하기 위해, 본 발명에 따른 상기 방법의 일 실시형태에 따르면 다음과 같은 단계들이 실행될 수 있다:
- 검출된 각위치들을 저장하는 단계,
- 상기 각위치의 상기 검출을 위해 필요한 전기적 공급전압의 고장 후 이것이 다시 가용 가능한 후, 상기 다시 가용 가능한 공급전압 바로 후에 검출된 각위치를 상기 공급전압의 고장 바로 전에 저장된 각위치와 비교하는 단계, 및
- 상기 비교를 근거로, 상기 리졸버가 상기 공급전압의 상기 고장 동안 비틀려졌는 지의 여부를 검출하는 단계.
본 발명의 일 실시예는 첨부된 개략적인 도면들에 예시적으로 도시되어 있다.
도 1 은 로봇암과 제어장치를 가진 로봇,
도 2 는 1 극쌍을 가진 리졸버,
도 3 은 3 극쌍을 가진 이상적인 리졸버의 출력신호들 그리고
도 4 는 3 극쌍을 가진 실제의 리졸버의 출력신호들을 나타낸다.
도 1 은 로봇암 (2) 을 가진 로봇 (1) 을 투시도로 나타낸다.
로봇암 (2) 은 본 실시예의 경우 잇달아 배치된 그리고 관절들을 이용해 연결된 다수의 부재를 포함한다. 상기 부재들은 특히 고정식 또는 이동식 베이스 (3) 와, 상기 베이스 (3) 에 대해 상대적으로, 수직으로 뻗어 있는 축 (A1) 둘레로 회전 가능하게 설치된 캐로셀 (4) 에 관한 것이다. 로봇암 (2) 의 그 밖의 부재들은 본 실시예의 경우 로커암 (5), 캔틸레버 (6), 및 상세히 도시되어 있지 않은 엔드 이펙터 (end effector) 를 고정시키기 위한 플랜지 (8) 로서 설계된 고정장치를 가지며 바람직하게는 다축인 로봇핸드 (7) 이다. 로커암 (5) 은 하부 단부에서, 예컨대 상세히 도시되어 있지 않은 로커암 베어링 헤드에서, 캐로셀 (4) 위에 바람직하게는 수평인 축 (A2) 둘레로 선회 가능하게 설치되어 있다. 로커암 (5) 의 상부 단부에는, 마찬가지로 바람직하게는 수평인 축 (A3) 둘레로 캔틸레버 (6) 가 선회 가능하게 설치되어 있다. 상기 캔틸레버는 단부쪽에서, 바람직하게는 3개의 축 (A4, A5, A6) 을 가진 로봇핸드 (7) 를 받치고 있다.
로봇 (1) 또는 그의 로봇암 (2) 을 움직이기 위해, 상기 로봇은 일반적으로 알려져 있는 방식으로, 제어장치 (9) 와 연결된 드라이브들을 포함하며, 상기 드라이브들은 특히 전기 드라이브들이다. 도 1 에는 이 드라이브들의 전기 모터들 (10, 11) 중 몇 개만 도시되어 있다. 제어장치 (9) 에서는 연산 프로그램이 진행되며, 상기 연산 프로그램을 이용해 제어장치 (9) 는 로봇 (R) 의 작동 중 예컨대 플랜지 (8) 또는 이른바 Tool Center Point 가 미리 정해져 있는 운동을 실행하도록 상기 로봇을 제어한다. 경우에 따라서는, 제어장치 (9) 는, 원칙적으로 전문가에게 알려져 있는 바와 같이 상기 드라이브들을 조절한다.
로봇암 (2) 의 상기 개별적인 부재들의 각위치들을 서로 상대적으로 결정하기 위해, 로봇암 (2) 은 도 2 에 도시되어 있는 리졸버 (21) 들을 포함하며, 상기 리졸버들은 전문가에게 원칙적으로 알려져 있는 방식으로, 상기 개별적인 부재들을 움직이는 모터들 (10, 11) 에 배치되어 있다. 리졸버는 때때로 각도 센서라고도 불리운다.
리졸버란 특히 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품의 각위치를 전기적 출력신호들로 바꾸기 위한 전자기식 변환기를 말한다. 서로 상대적으로 움직여진 2개의 부품은 예컨대 회전축에 대하여 회전 가능하게 설치된 2개의 부재이고, 또는 모터의 고정자에 대해 상대적으로 회전하는 상기 모터의 회전자이다.
극쌍수 1 을 가진 리졸버의 본 실시예의 경우, 리졸버 (21) 들은 각각 하나의 특히 원통모양으로 설계된 하우징 (22) 을 구비하며, 상기 하우징 안에는, 90°만큼 엇갈린 2개의 권선 (제 1 권선 (23), 제 2 권선 (24)) 이 단단히 하우징 (22) 에 대해 상대적으로 배치되어 있다. 리졸버 (21) 들은 또한 각각 회전축에 대하여 회전 가능한, 3개의 극쌍을 가진 그 밖의 권선 (25) 을 구비한다. 예컨대 모터 (10) 가 리졸버 (21) 를 갖추고 있으면, 상기 그 밖의 권선 (25) 은 모터 (10) 의 회전자 또는 샤프트와 함께 그의 고정자에 대해 상대적으로 회전한다.
리졸버 (21) 의 작동 중 그의 그 밖의 권선 (25) 은 전기적 교류전압의 작용을 받으며, 이를 통해 고정식 권선들 (23, 24) 안에서는 각각 하나의 전기적 교류전압이 유도되고, 상기 교류전압들은 90°만큼 서로 위상 이동되어 있다. 상기 두 교류전압은 상기 두 고정식 권선 (23, 24) 의 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 이며, 이때 제 1 권선 (23) 의 출력신호는 참조부호 u 1 으로 표시되어 있고, 제 2 권선 (24) 의 출력신호는 참조부호 u 2 로 표시되어 있다. 리졸버 (21) 들은 제어장치 (9) 와 연결되어 있고, 따라서 리졸버 (21) 들의 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 평가를 위해 제어장치 (9) 에게 제공된다.
상기 리졸버 (21) 가 이상적인 부품이라고 가정하면, 그의 고정식 권선들 (23, 24) 은 정확히 90°만큼 엇갈려 배치되어 있고, 동일한 진폭의 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 을 발생시킨다. 이는 도 3 에 도시되어 있으며, 이때 제 1 신호 (u 1 ) 는 코사인을 뒤따라가고, 제 2 신호 (u 1 ) 는 사인을 뒤따라간다. 이때, 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 해당 모터 (10, 11) 의 샤프트 또는 회전자의 위치에 걸쳐 그려져 있다 (수학적 표기법: 상기 샤프트의 일 회전은 2·π 에 상응한다). 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 이 정규화되어 있으면, 그들의 진폭들은 1.0 과 같으며, 그리고 예컨대 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 을 위해 다음의 것이 발생한다:
u 1 = cos (x)
u 2 = sin (x)
그 후, 두 출력신호 (u 1 , u 2 ) 를 이용해 제어장치 (9) 는, 모터의 고정자에 대한 해당 모터 (10, 11) 의 회전자의 각위치를 계산할 수 있다.
이 이외에, 정규화된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 을 위해, 그들의 제곱들의 합계는 항상 1.0 과 같고, 즉 유효하다:
f 이상적인 = u 1 2 + u 2 2 = 1.0
여기서 f 이상적인 은 타당성 신호이며, 그의 평가를 근거로, 측정된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 이 정확할 수 있는 지의 여부 (즉, 정규화된 두 출력신호 (u 1 , u 2 ) 의 제곱들의 합계가 1.0 과 같은 지 또는 대략 1.0 과 같은 지의 여부가 분석됨으로써) 가 추론될 수 있다.
하지만, 실제의 부품들, 즉 실제의 리졸버 (21) 들은 이상적인 부품들 또는 이상적이라고 가정된 부품들과 실제로는 다르다. 도 4 는 적어도 근사적으로 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 의 곡선들, 및 완벽히 회전대칭적이지는 않게 주기 3 을 가지고 제조된, 극쌍수 3 을 가진 실제의 리졸버를 위한 타당성 신호 (f) 의 값의 곡선을 나타낸다 (21 에 대한 변경, 여기에서는 편의상 (덜 중요한) 극쌍수 1 이 사용되었다). 이를 통해, 예상된 타당성 신호 (f) 를 위해 적어도 대략 다음의 것이 발생하며:
f = u 1 2 + u 2 2 = 1 + a·sin(x + b)
여기서 상기 파라미터 a 는 영보다 작은, 양의 값을 가진 상수이며, 상기 파라미터 b 는 불변의 값이고, 상기 파라미터들은 상기 리졸버 (21) 의 제조 허용오차를 근거로 본질적으로 우연히 발생하고, 그리고 b 는 특히 0, 2·π 의 범위에 있으며, x 는 모터 각도를 나타낸다.
본 실시예의 경우, 미리 파라미터들 (a, b) 은 사용된 리졸버 (21) 들 각각을 위해 결정되었고, 그리고 제어장치 (9) 안에 저장되었다. 이것들은, 예컨대 해당 모터 (10, 11) 의 샤프트의 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 회전을 가지고 각각의 타당성 신호 (f) 들이 그려짐으로써, 그리고 그 후 분석됨으로써 예컨대 파라미터 식별의 범위에서 예컨대 조정 계산을 이용해 검출되었다. 이를 본 실시예의 경우 제어장치 (9) 는 적합한 연산 프로그램을 이용해 자동적으로 실행한다.
게다가, 한계, 특히 바람직하게는 파라미터 (a) 보다 작은 잡음한계 (r) 가 확정될 수 있으며, 상기 잡음한계는 해당 리졸버 (21) 의 보통적으로 예상된 최대 신호잡음들을 나타낸다. 특히 통계학적 방법의 사용시 잡음한계 (r) 는 파라미터 (a) 보다 크거나 또는 같을 수도 있고, 따라서 원칙적으로 설명된 상기 방법이 적용 가능하게 남아 있다.
본 실시예의 경우 제어장치 (9) 에서는 연산 프로그램이 진행되며, 상기 연산 프로그램은 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 을 처리한다. 이를 달성하기 위해, 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 우선 예컨대 A/D 컨버터를 이용해 감지되고, 그리고 경우에 따라서는 아날로그 및/또는 디지털 필터들을 이용해 필터링된다. 특히, 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 주기적으로, 충분히 높은 주파수를 가지고 감지된다. 그 후, 감지된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 상기 연산 프로그램을 이용해 계속 처리된다.
잡음한계 (r) 가 사용되면, 제어장치 (9) 에서 진행되는 상기 연산 프로그램은, 상기 연산 프로그램이 우선 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 또는 상기 두 신호의 조합의 제 1 타당성 검사를 실행하도록, 그리고 정규화된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 의 검출된 값들을 위해 값 f = u 1 2 + u 2 2 이 범위 [1-a-r, 1+a+r] 안에 있는, 예컨대 그의 고정자에 대한 해당 모터 (10, 11) 의 회전자의 각위치를 서로 상대적으로 검출하기 위한 감지된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 의 값들만 사용하도록 실행될 수 있다.
상기 검출된 값이 범위 [1-a-r, 1+a+r] 의 밖에 있으면, 감지된 이 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 은 빼 버려지고, 즉 그의 고정자에 대한 해당 모터 (10, 11) 의 회전자의 각위치를 검출하는데 사용되지 않는다. 이는 특히 해당 리졸버 (21) 의 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 의 제 1 타당성 검사를 의미한다. 그 후, 범위 [1-a-r, 1+a+r] 의 내에 있는 해당 리졸버 (21) 의 정규화된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 을 위해, 제어장치 (9) 는 리졸버 (21) 에게 할당된 리졸버 각도 (
Figure 112014012208383-pct00001
res), 즉 극쌍수 모듈로 n 연산하여 해당 모터 (10, 11) 의 고정자에 대해 상대적인 회전자의 상응하는 각위치를 검출한다.
이는 예컨대 다음과 같은 방정식을 이용해 수행된다:
Figure 112014012208383-pct00002
res = Arctan2(u 2 , u 1)
본 실시예의 경우 제어장치 (9) 는 특히, 검출된 리졸버 위치에 대해 부합하는, 하나의 전체 모터회전 동안의 해당 모터 (10, 11) 의 모든 이론적으로 가능한 이산적인 각위치들을 위해
Figure 112014012208383-pct00003
타당성 신호 (f) 의 예상된 값을 검출함으로써, 즉 모듈로 연산 (modulo-calculation) 으로부터 발생하는 모든 이 잠재적인
Figure 112014012208383-pct00004
mot 를 위한 함수 1 + a·sin(x + b) 를 검출함으로써 제 2 타당성 검사를 실행하도록 설계되어 있다. 타당성 신호 f = (1 + a·sin(x + b)) 의 예상된 값을 가진 정규화된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 의 제곱들의 합계가 r 보다 많이 벗어나는 해당 모터 (10, 11) 의 모든 각위치는 타당성이 없다라고 구분된다 (이때 여기에서 x 를 위해 {
Figure 112014012208383-pct00005
mot,1,
Figure 112014012208383-pct00006
mot,2,...,
Figure 112014012208383-pct00007
mot,n} 으로부터의 각각의
Figure 112014012208383-pct00008
mot 가 삽입될 수 있다).
본 실시예의 경우 모든 이론적인 각위치들
Figure 112014012208383-pct00009
mot 가 이 의미에서 타당성이 없다라고 여겨지면, 각위치들의 모든 검출은 잘못된 측정이라고 여겨진다.
타당성 신호 (f) 의 상기 공식으로부터, 리졸버 (21) 의 위치들의 한 부분에서는 해당 모터 (10, 11) 의 단지 하나의 각위치만 타당성이 있다라고 여겨지는 것이 발생한다. 전형적으로, 그것은 예상된 타당성 신호 (f) 가 그의 최대치 또는 그의 최소치를 취하는, 해당 모터 (10, 11) 의 각위치에 속하는 리졸버 (21) 의 위치 둘레로 뻗어 있는 관련 영역들이다.
이러한 경우, 모터 (10, 11) 의 각위치는 명백히 측정되어 평가될 수 있다.
제 2 타당성 검사에 합격하지 않는 해당 모터 (10, 11) 의 각위치들은 특히 분명히 제외된 것으로 여겨진다.
즉, 보통의 경우, 해당 모터 (10, 11) 의 가능한 각위치들의 진짜 부분집합은 제 2 타당성 검사에 합격할 것이다. 명백함은 일반적으로 리졸버 (21) 의 특정한 위치영역들에서만 존재할 것이다.
본 실시예의 경우 제어장치 (9) 는, 신호손실이 존재하지 않는 동안은, 추가적으로 얻어진 정보 (하나의 리졸버 위치에 대해 있을 수 있는 모든 모터위치의 타당성) 가 검증을 위해서만 사용되도록 셋업되어 있을 수도 있다. 그러면 현재의 모터위치는 항상, 타당성이 있는 위치들의 집합 안에 있어야 한다. 그렇지 않으면, 경우에 따라서는 디바운싱을 고려하면서, 현재의 신호, 즉 현재 검출된 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 이 사용되지 않고, 그리고 리졸버 (21) 의 각위치가 추정된다. 경우에 따라서는 여기에서는 또한, 타당성이 있는 모터각도가 전혀 존재하지 않는 지 또는 알려져 있는 회전속도 및 알려져 있는 감지시간에 있어서 마지막에 측정된 모터각도로부터 발생하는 예상된 모터각도만 타당성이 없다라고 여겨지는 지의 여부가 구별될 수 있다.
제어장치 (9) 가, 유효하지 않은 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 에 있어서의 각위치의 검출이 출력신호들 (u 1 , u 2 ) 이 다시 제 2 타당성 검사를 달성할 때까지 추정되도록 셋업되어 있는 것이 가능하다.
상기 각위치의 충분히 좋은 추정을 얻기 위해, 예컨대 상기 각위치의 값은 최대한 하나의 반 모터회전을 위해 추정된다.
신호손실의 시간이 충분히 짧은 경우, 하지만 하나의 반 리졸버 회전이 있을 수 있는 시간보다 길었던 경우, 늦어도 하나의 모터회전 후 잘못 추정된 모터위치가 인식될 것인데, 왜냐하면 정확한 위치만이 하나의 전체 모터회전에 있어서 제 2 타당성 검사에 합격하기 때문이다. 경우에 따라서는, 이 상태는 애플리케이션에게 제공될 수도 있는데, 왜냐하면 이 기간 내의“맹목 비행”에 의해 현재 위치가 확실히 입증될 수 있는 것이 아니라 아직 변조된 것으로 여겨질 수 없기 때문이며, 하지만 하나의 그 밖의 모터회전 후 확실히 입증될 수 있다.
본 실시예의 경우 제어장치 (9) 는, 전압 고장 후 해당 모터 (10, 11) 의 재작동 후 저장된 검출된 각위치를, 상기 해당 모터 (10, 11) 를 킨 후 새로이 리졸버 (21) 를 이용해 검출된 각위치와 비교하기 위해, 리졸버 (21) 를 이용해 측정된 각위치를 저장하도록 설계되어 있을 수도 있다. 이를 통해, 해당 모터 (10, 11) 의 끄기 및 재작동 후, 상기 해당 모터 (10, 11) 가 리졸버 (21) 들의 제어장치 (9) 의 무전압 상태에서 움직여졌는 지의 여부를 확정할 수 있는 것이 달성될 수 있다.
본 실시예의 경우, 검출된 두 각위치의 동일성에 관해 검사되는 것이 아니라, 검출된 두 각위치가 미리 정해져 있는 양 만큼 서로 구별될 때만 리졸버 (21) 의 의도치 않은 비틀림이 추론된다. 본 방법은, 인식되지 않은 비틀림의 확률을 높이지 않으면서 인수 n 만큼 이 양을 높이는 것을 허용한다. 특히 이 특성은 바람직하게는 모터들 안의 다른 부품들, 특히 다른 경우에는 제외되어 있는 (왜냐하면 그들은 이미 보통의 경우, 인식되지 않은 비틀림의 확률이 너무 높아질 정도로 너무 강한 비틀림을 초래하기 때문인데, 왜냐하면 상기 보통의 경우를 오류의 경우로 평가하지 않기 위해, 상기 미리 정해져 있는 양이 상기 보통의 경우를 초과해야 하기 때문이다) 브레이크들의 사용을 허용한다.
본 실시예의 경우, 잡음한계 (r) 와 파라미터 (a) 의 관계가 너무 불리하여, 해당 모터 (10, 11) 의 단지 하나의 각위치만 타당성이 있는 리졸버 (21) 의 각위치가 확실히는 존재하지 않는다는 것이 제공되어 있을 수도 있다. 이 경우, 통계학적 수단을 가지고, 잇따르는 다수의 측정을 근거로 해당 모터 (10, 11) 의 각위치들에 대한 리졸버 (21) 의 측정된 각위치들의 할당을 실행하는 것이 가능하다. 하나의 전체 모터회전 동안, 각각 2*pi/n 만큼 오프셋을 통해 발생하는 n 모터위치들이 평가된다. 실제의 위치는 제 2 타당성 검사에 현저하게 가장 높은 빈도를 가지고 합격할 것이다. 확대로서, 측정된 타당성 신호 (u 1 2 + u 2 2 ) 의 실제의 간격을 고려할 수도 있으며, 즉 그의 타당성 함수가 측정된 타당성 신호에 대해 가장 적은 L2-간격을 가진 모터위치를 하나의 전체 모터회전 후 실제의 모터위치로서 승낙할 수 있다 (least-square 방법).
“불량한 리졸버들”의 의도적인 선발 또는 불균형 (예컨대 특정 코일들의 전기적으로 비대칭적인 권선) 을 구비한 리졸버들의 의도적인 제조를 통해, 잡음한계 (r) 가 파라미터 (a) 에 대해 비교적 작아지는 것이 보장될 수 있다.
상기 기술된 방법은 필연적으로 신호들의 불균형이 이용될 수 있는 유일한 방법은 아니다. 대안적으로, 특정한 리졸버 위치들에 있어서 명백히 모터위치를 추론하기 위해, 예컨대 극단 위치들에서의 사인 신호 및 코사인 신호의 절대값들만 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 극쌍수 n 을 가진 리졸버 (21) 의 출력신호들 (u1, u2 ) 의 타당성을 검사하기 위한 방법으로서, 상기 출력신호들을 이용해, 회전축 (A1-A6) 에 대하여 회전 가능하게 설치된 기계 (R) 의 2개의 부재 (3-7) 의 각위치가 서로 상대적으로 검출될 수 있으며, 상기 2개의 부재 (3-7) 는 상기 기계 (R) 의 모터 (10, 11) 를 이용해 서로 상대적으로 움직여지며,
    - 상기 기계 (R) 의 규정대로의 작동 동안 그리고 상기 리졸버 (21) 를 이용해, 2개의 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 을 발생시키는 단계로서, 상기 출력신호들을 이용해 상기 2개의 부재 (3-7) 의 상기 각위치가 서로 상대적으로 검출 가능하며, 상기 리졸버 (21) 의 상기 2개의 출력신호들 (u1, u2 ) 은, 상기 모터의 고정자에 대해 상대적인 상기 모터 (10, 11) 의 회전자의 각위치에게 할당되어 있고, 그리고 상기 2개의 출력신호들 (u1, u2 ) 은 상기 모터 (10, 11) 의 적어도 하나의 완전한 모터회전을 위해 평가되는, 상기 2개의 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 을 발생시키는 단계,
    - 상기 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 의 정규화된 제곱들의 합계를, 하나의 전체 모터회전 동안의 상기 모터 (10, 11) 의 모든 이론적으로 가능한 이산적인 각위치들을 위해 검출되는 상응하는 목표값 (f) 과 비교하는 단계, 및
    - 상기 출력신호들 (u1, u2 ) 의 정규화된 제곱들의 해당 합계가 상기 목표값 (f) 과 최대로, 미리 정해져 있는 값 (r) 만큼 구별되는 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 을 위해, 상기 모터 (10, 11) 의 상기 고정자에 대해 상대적인 상기 회전자의 각위치의 검출을 위한 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 만 사용하는 단계를 포함하며,
    상기 출력신호들 (u1, u2 ) 은 정규화되어 있으며, 상기 출력신호들 (u1, u2 ) 의 조합은 상기 정규화된 출력신호들의 제곱들의 합계이고, 그리고 상기 2개의 출력신호들 (u1, u2 ) 의 상기 조합의 목표값 (f) 은 다음과 같은 규칙을 충족시키며:
    f = 1 + a·sin(x + b)
    여기서 상기 파라미터 a 는 영 (zero) 보다 작은, 양의 값을 가진 상수이고, 상기 파라미터 b 는 불변의 값이며, 상기 파라미터들은 상기 리졸버 (21) 의 제조 허용오차를 근거로 발생하고, 그리고 상기 목표값 (f) 은, 상기 모터의 고정자에 대한 상기 모터 (10, 11) 의 상기 회전자의 각위치에 걸쳐 그려져 있는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다음과 같은 규칙:
    u 1 2 + u 2 2 = 1 + a·sin(x + b)
    의 평가를 통한 파라미터 식별을 이용해 상기 파라미터들 a 와 b 를 결정하는 것을 구비하는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해져 있는 값은 상기 출력신호들 (u1, u2 ) 또는 상기 2개의 출력신호들 (u1, u2 ) 의 조합이 지니고 있는 최대로 예상될 수 있는 잡음 (r) 인, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 이산적인 출력신호들 (u1, u2 ) 은 주기적인 감지를 통해 발생되는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    범위 [1-a-r, 1+a+r] 안에 있는 정규화된 출력신호들 (u1, u2 ) 만 사용하는 단계를 포함하는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정규화된 출력신호들 (u1, u2 ) 의 제곱들의 해당 합계가 상기 미리 정해져 있는 값 (r) 보다 많이 상기 목표값 (f) 과 구별되는 동안은, 상기 2개의 부재 (3-7) 의 현재의 각위치를 서로 상대적으로 추정하는 것을 구비하는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    - 검출된 각위치들을 저장하는 단계,
    - 상기 각위치의 상기 검출을 위해 필요한 전기적 공급전압의 고장 후 이것이 다시 가용 가능한 후, 상기 다시 가용 가능한 공급전압 바로 후에 검출된 각위치를 상기 공급전압의 고장 바로 전에 저장된 각위치와 비교하는 단계, 및
    - 상기 비교를 근거로, 상기 리졸버가 상기 공급전압의 상기 고장 동안 비틀려졌는 지의 여부를 검출하는 단계
    를 포함하는, 리졸버의 출력신호들의 타당성을 검사하기 위한 방법.
  8. 서로 상대적으로, 회전축 (A1-A2) 에 대하여 움직일 수 있는 적어도 2개의 부재 (3-7) 와, 상기 부재들 (3-7) 을 서로 상대적으로 움직이기 위한, 모터 (10, 11) 를 구비하는 드라이브와, 상기 모터 (10, 11) 와 커플링되어 있으며 그의 고정자에 대해 상대적인 상기 모터 (10, 11) 의 회전자의 각위치를 검출하기로 되어 있는 리졸버 (21) 와, 상기 드라이브 및 상기 리졸버 (21) 와 연결되어 있으며 상기 2개의 부재 (3-7) 의 각위치를 서로 상대적으로 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 검출하도록 셋업되어 있는 제어장치 (9) 를 구비하는, 특히 산업용 로봇인 기계.
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