WO2008040718A1 - Vorrichtung und verfahren zur online-positionsinitialisierung eines stellantriebs, insbesondere eines piezoelektrischen ringmotors - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu einer im Betrieb erfolgenden Positionsinitialisierung eines Stellantriebs (1), insbesondere eines Piezoringmotors. Um eine durch Überlast an einem Piezoringmotor verschobene Ausgangsposition eines Stellantriebs zu korrigieren, soll eine einfache und wirksame Vorrichtung bereitgestellt werden. An einem Piezoring-Stellantrieb (1) wird eine Kalibrier- Verlustdrehmoment-Funktion vor dem Betrieb erfasst und im Betrieb mit einer Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion mathematisch verglichen. Mittels des Vergleichs kann ein Verschiebungswinkel Δφ zur Korrektur einer als anfängliche Ausgangsposition gespeicherten Winkelposition bestimmt werden. Für den mathematischen Vergleich wird beispielsweise eine Kreuz- korrelation angewendet. Die Online-Positionsinitialisierung eignet sich für alle Motoren, bei denen Verlustdrehmoment- Funktionen erfassbar sind.
Description
Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Online-Positionsinitialisierung eines Stellantriebs, insbesondere eines piezoelektrischen Ringmotors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich auf alle Stellantriebe, insbesondere piezoelektrische Stellantriebe anwendbar .
Die DE 199 52 946 Al offenbart einen als Piezoringmotor (PRM) bezeichneten piezoelektrischen Antrieb. Dieser Piezoringmotor weist ein hohes Drehmoment, eine hohe Stellgenauigkeit, eine flache Bauform und inhärente Sensoreigenschaften auf. Diese Kombination ist im Vergleich zu herkömmlichen Stellantrieben besonders vorteilhaft. Das Motorprinzip bewirkt eine hohe Untersetzung zwischen Antriebsring und Welle und liefert damit eine hohe Stellgenauigkeit. Bei einer formschlüssigen Variante des Motors, bei der Ring und Welle mit einer geeigneten Verzahnung beaufschlagt sind, verbessert sich die Genauigkeit durch fehlenden Schlupf abermals. Auf diese Weise kann der
Piezoringmotor jede Drehwinkelposition gesteuert anfahren. Es muss lediglich die Motorsteuerung mit einer Anfangsposition initialisiert werden.
Eine absolute Positionierung ist lediglich möglich, falls der Motorelektronik einmal eine absolute Position bekannt ist. Danach darf sich bei inaktiver Elektronik die Motorposition nicht mehr ändern. Die zuletzt erfasste Motorposition muss in jedem Fall nicht-flüchtig gespeichert werden. Sind diese technischen Voraussetzungen nicht vorhanden und soll das Anfahren absoluter Winkelpositionen nach dem Einschalten ausführbar sein, muss der Antrieb initialisiert werden. Das Initialisieren von Antrieben geschieht auf herkömmliche Weise
durch gezieltes Anfahren einer Initialisierungsposition. Dabei wird der Rotor des Motors so lange gedreht, bis die Rotorposition mit einer äußeren Winkelmarkierung übereinstimmt. Dies kann automatisch mittels der Verwendung eines Nullposi- tionsgebers und durch Rückkopplung auf die Motorsteuerung geschehen. Eine weitere Möglichkeit für ein gezieltes Anfahren einer Initialisierungsposition ist der visuelle Vergleich, zusammen mit einer manuellen Korrektur der Motorposition. In beiden Fällen können wesentliche Vorteile bezüglich der rela- tiven und absoluten Positioniergenauigkeit des Piezoringmo- tors nicht unmittelbar genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Antrieb ohne äußere Eingriffe seine Absolutposition ebenso nach Verlust der letz- ten Position finden kann. Es soll ein Verfahren für einen piezoelektrischen Ringmotor bereitgestellt werden, mit dem eine Online-Initialisierung sowie ein Wiederfinden der Absolutposition ohne externe Positionsgeber ausführbar ist.
Auf herkömmliche Weise wird eine Anfangsinitialisierung mittels eines Referenzlaufes ausgeführt. Es wird der Motor fixiert und die Winkelposition der Motorwelle gemessen. Die Nullposition wird auf der Grundlage eines Messwertes eines externen Winkelsensors oder Nullpositions-Sensors angefahren. Die Motorelektronik kann auf Grundlage des Gebers initialisiert werden. Diese herkömmlichen Verfahren benötigen nachteiliger Weise einen speziellen Aufbau zur Initialisierung. Ebenso muss nachteiliger Weise eine erneute Initialisierung durchgeführt werden, für den Fall, dass die Motor- elektronik die Nullposition, beispielsweise auf Grund einer Überlast oder eines Speicherfehlers, verliert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen piezoelektrischen Stellantrieb, insbesondere einen Piezoringmotor gemäß der DE 199 52 946 Al, derart weiter zu bilden, dass mittels einer Motorsteuereinrichtung jede absolute Drehwinkelposition direkt ansteuerbar ist und jede Verschiebung oder jeder Verlust der absoluten Drehwinkelposition mittels einer einfachen
und wirksamen online Positionsinitialisierung korrigierbar ist. Positionsinitialisierung bedeutet, dass eine anfängliche Ausgangsposition wieder hergestellt wird. Online bedeutet eine Positionsinitialisierung während des Betriebs des last- freien Stellantriebs auszuführen. Es soll auf externe Positionsgeber, wie es beispielsweise externe Winkelsensoren oder Nullpositions-Sensoren sind, verzichtet werden.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptan- spruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Eine Nullpositionsinitialisierung an einem Stellantrieb, insbesondere an einem piezoelektrischen Stellantrieb, wie bevorzugt einem piezoelektrischen Piezoringmotor gemäß der DE 199 52 946 Al wird auf der Grundlage einer Messung des motoreigenen Verlustdrehmoments in Bezug auf die Winkelposition durchgeführt. Jeder Antrieb bzw. Motor weist eine einzigartige, für diesen typische Verlustdrehmoments-Funktion auf, die im Wesentlichen durch den Aufbau des Motors bzw. Stellan- triebs bestimmt ist. Es wird einmal vor dem Betrieb eine derartige Verlustdrehmoments-Funktion bezüglich des Drehwinkels aufgenommen und auf diese Weise eine Kalibrier- Verlustdrehmoments-Funktion erzeugt. Diese Kalibrier- Verlustdrehmoments-Funktion kann zu jedem späteren Zeitpunkt zur Initialisierung der Motorposition verwendet werden. Es erfolgt ein mathematischer Vergleich der bekannten Kalibrier- Verlustdrehmoments-Funktion (Kalibrierfunktion) mit der im Betrieb gemessenen Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion . Bei dem mathematischen Vergleich mittels Korrelation wird die ge- messene Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion über die bekannte Kalibrierfunktion entlang der Drehwinkelachse geschoben. Bei dem Maximum der Korrelation stimmen mit hoher Wahrscheinlichkeit die Winkelpositionen des gemessenen Betriebs- Verlustdrehmoments mit den Positionen der Kalibrierfunktion überein. Die Position des Maximums der Korrelationsfunktion zur Verschiebung des Drehwinkels wird zur Korrektur des in einer Motorsteuereinrichtung gespeicherten Drehwinkelwerts
verwendet. Auf diese Weise werden die Motorsteuereinrichtung und damit der Stellantrieb im Betrieb initialisiert.
Es wird besonders vorteilhaft die Verlustdrehmoments-Funktion eines piezoelektrischen Stellantriebs, insbesondere eines piezoelektrischen Ringmotors, zur Online-Positionsinitialisierung verwendet. Grundlage ist der Vergleich zwischen einer einmalig gemessenen Kalibrier-Verlustdrehmoments-Funktion (Kalibrierfunktion) bezüglich des Drehwinkels der Motorwelle und einer gemessenen Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion .
Beide Funktionen werden mathematisch, beispielsweise über einen Korrelation, verglichen. Die Position des Maximums der Korrelation über einen Verschiebungswinkel gibt die Verschiebung der gemessenen Winkelposition gegenüber der in der Mo- torsteuereinrichtung gespeicherten Winkelposition wieder.
Mittels der Korrektur des in der Motorsteuereinrichtung gespeicherten Drehwinkels mit dem Verschiebungswinkel kann der Motor bzw. Stellantrieb im Betrieb initialisiert werden.
Die Erfassung der Verlustdrehmoment-Funktionen erfolgt bei lastfreiem Stellantrieb bzw. Motor. Der Verschiebungswinkel Δφ bestimmt die Verschiebung Δφmaχ der erfassten Winkelposition φ gegenüber der in einer Motorsteuereinrichtung als anfängliche Ausgangsposition gespeicherten Winkelposition φG. Mittels der Korrektur wird die Betriebs-Verlustdrehmoment- Funktion M(φ) wieder der ursprünglichen Kalibrier-Verlust- drehmoments-Funktion (Kalibrierfunktion) M0 (φ) angenähert.
Mittels der vorgeschlagenen Lösung können aufwändige Winkel- sensoren vermieden werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wandelt die Einrichtung zur Erfassung der Verlustdrehmoment-Funktionen, das heißt der Kalibrier-Verlustdrehmoments-Funktion und der Be- triebs-Verlustdrehmoments-Funktion, diese in Drehmoment pro-
portionale Spannungsfunktionen um. Auf diese Weise sind die Verlustdrehmoment-Funktionen auf elektronische Weise weiter- bearbeitbar. Beispielsweise können auf diese Weise die Verlustdrehmoment-Funktionen gespeichert und mathematisch bzw. physikalisch verglichen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der mathematische Vergleich mittels einer Kreuzkorrelation (siehe Gleichung 1) . Es kann eine alternative Vergleichsfunktion verwendet werden, die voraussetzt, dass die Mittelwerte von Funktionen über längere Zeiträume unverändert bleiben. Diese alternative Vergleichsfunktion ist beispielsweise die mit Gleichung 2
T... Größe des Samples (GIg.2)
bestimmte. Vorteilhaft ist damit die Verwendung einer zur Kreuzkorrelation verschiedenen Vergleichsfunktion, die die Skalierung und den Mittelwert der Verlustdrehmoment- Funktionen beibehält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stellantrieb ein Piezoringmotor, der mindestens zwei elektro- mechanische Antriebselemente, mindestens einen Antriebsring, der durch den Hub der elektromechanischen Antriebselemente zu einer umlaufenden Verschiebebewegung anregbar ist, und eine Welle, die an den Antriebsring aufsetzbar ist, so dass durch die Verschiebebewegung des Antriebsrings die Welle rotierbar ist, aufweist, und der mindestens eine Antriebsring mit den Antriebselementen mechanisch versteift verbunden ist. Dieser Piezoringmotor kann ebenso zusätzlich alle in der DE 199 52 946 Al offenbarte Merkmale aufweisen. Die Offenbarung dieses Dokuments ist vollständig Inhalt dieser Patentanmeldung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in Form einer Formschlussvariante des Motors, dabei sind Ring und Welle
mit geeigneten Verzahnungen beaufschlagt, weist mindestens ein Zahnkopf auf dem Antriebsring und mindestens ein dazugehöriges Zahntal auf der Welle und/oder mindestens ein Zahntal auf dem Antriebsring und mindestens ein dazugehöriger Zahn- köpf auf der Welle eine von einer Idealform abweichende Formgebung zur Erzeugung mindestens eines charakteristischen Pulses in der Verlustdrehmoment-Funktion auf. Dies ist besonders vorteilhaft für die Verbesserung der Störunempfindlichkeit der Vorrichtung. Durch diese gezielte Veränderung der Zahn- form wird die Störunempfindlichkeit der Korrelationsmessung, insbesondere der Kreuzkorrelationsmessung, verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ka- librier-Verlustdrehmoment-Funktion (Kalibrierfunktion) in ei- ner Speichereinrichtung gespeichert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung führt eine Umschalteinrichtung, in einer ersten Betriebsart Betriebs- Verlustdrehmoment-Funktionen der Einrichtung zum mathemati- sehen Vergleich und in einer zweiten Betriebsart Kalibrierfunktionen der Speichereinrichtung zu.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Mehrkanalpiezotreiber zur Anpassung der Ausgangssignale der Motorsteuereinrichtung an piezoelektrische Aktoren des Stellantriebs bereitgestellt.
Gemäß einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der mathematische Vergleich mittels einer Korrelati- on, insbesondere einer Kreuzkorrelation (siehe Gleichung 1). Ebenso kann eine alternative Vergleichsfunktion verwendet werden, die die Skalierung und den Mittelwert der Verlustdrehmoment-Funktionen beibehält. Diese kann insbesondere die Funktion
ycτ(Aφ) = -uc(φ +
T . . . Größe des Samples (GIg . 2 )
se in .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels einer von einer Ideal- form abweichenden Formgebung von Antriebsring und/oder Welle des Stellantriebs mindestens ein charakteristischer Puls bzw. Impuls in der Verlustdrehmoment-Funktion erzeugt. Auf diese Weise kann eine charakteristische Markierung erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit den Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen :
Figur 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 eine Darstellung einer Kalibrier-Verlustdrehmoment- Funktion und einer Betriebs-Verlustdrehmoment- Funktion gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
Figur 3 eine Darstellung des mathematischen Vergleichs anhand einer Kreuzkorrelation.
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 1 zeigt schematisch einen Aufbau einer Motorsteuerung 9, 6 und 7 für einen Piezo- ringmotor 1, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Online-Positionsinitialisierung ausgeführt werden kann. Die Einrichtungen 9, 6 und 7 sind Bestandteil der Motorsteuerung. Einrichtung 9 bezeichnet ein Benutzer-Interface, das beispielsweise ein digitaler Datenbus, eine serielle Schnittstelle und dergleichen sein kann. Einrichtung 6 beinhaltet eine Steuerung zum Erzeugen der Steuersignale der Aktoren, insbesondere Sinus- und/oder Kosinus-Funktionen, des Piezo- ringmotors 1. Bei einem Normalbetrieb, d. h. es liegt keine
Überlast an dem Piezoringmotor 1 an, folgt dieser schlupffrei den Steuersignalen. Mit dem Zählen der Perioden, bei bekanntem Anfangsdrehwinkel, kann mit ausreichender Genauigkeit der
gerade aktuelle Drehwinkel der Motorwelle ermittelt werden. Einrichtung 7 ist ein Mehrkanalpiezotreiber 7, der die Ausgangssignale der Steuerung 6 an die piezoelektrischen Aktoren des Piezoringmotors 1 anpasst. Einrichtung 2 ist ein Wandler, der die Rückwirkungssignale der Aktoren auswertet und eine drehmomentproportionale Spannung U(φ) erzeugt. Einrichtung 3 ist eine Umschalteinrichtung 3, die nur zur Aufnahme der Kalibrierfunktion, d. h. der vor dem Betrieb des Stellantriebs 1 aufgenommenen Kalibrier-Verlustdrehmoment-Funktion M(φ), auf eine Position a geschaltet wird. Im Betrieb ist die Umschalteinrichtung 3 auf Position b geschaltet. Die Einrichtung 5 ist eine Speichereinrichtung 5, in der die Kalibrier- Verlustdrehmoment-Funktion (Kalibrierfunktion) abgespeichert wird. Ist die Umschalteinrichtung 3 auf Position b geschal- tet, wird die gemessene Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion U(φ) an einen Kreuzkorrelator 4 übergeben, der die gemessene Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion mit der in der Speichereinrichtung 5 abgespeicherten Kalibrierfunktion uc(φ) vergleicht. Die Kreuzkorrelationsfunktion r(Δφ) gibt den Wert für die Ähnlichkeit von zwei Eingangsfunktionen wieder. Dazu wird die gemessene Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion entlang der X-Achse, bzw. der φ-Achse, gegenüber der Kalibrierfunktion verschoben. Für jede Position wird ein Korrelationskoeffizient berechnet. Ist der Betrag des Korrelationskoeffi- zienten r=l, dann sind beide Eingangsfunktionen identisch.
Das heißt, die Ausgangsfunktion an der Einrichtung 4 zum mathematischen Vergleich der Kalibrierfunktion uc(φ) mit der Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion u(φ), ist eine Funktion, deren globales Maximum bei einem Verschiebungswinkel Δφ zu finden ist, bei dem sich die Kalibrierfunktion und die gemessene Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion am ähnlichsten sind. Eine Einrichtung 8 sucht den zum globalen Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion r(Δφ) zugehörigen Verschiebungswinkel Δφ und gibt diesen an die Steuerung 6 aus. Die Steuerung 6 ad- diert den Verschiebungswinkel Δφ zum Momentanwert des Drehwinkels φG, den die Steuerung 6 gespeichert hat und kompensiert dadurch den Fehler beim abgespeicherten Drehwinkelwert. Im Normalbetrieb sollte die Verschiebung Δφ=0 sein, d. h. ei-
ne Korrektur mittels einer Online-Initialisierung führt zu keiner Änderung des momentan in der Steuerung 6 hinterlegten Wertes für den Motordrehwinkel. Im Fall einer Überlast, d. h, eines zu hohen Drehmomentes, kann es zu einer Änderung des Motordrehwinkels kommen, wodurch der in der Steuerung 6 momentan gespeicherte Motordrehwinkel φG vom realen Motordrehwinkelwert abweicht. In diesem Fall wird eine Verschiebung Δφ≠O durch den Kreuzkorrelator 4 erfasst. Durch die Addition von Δφ zum momentan gespeicherten Motordrehwinkel φG wird dieser korrigiert und das System online initialisiert.
Die Kreuzkorrelation kann nach folgender Gleichung berechnet werden :
T...Größe des Samples (GIg.1)
Von Nachteil ist die Kompensation von Verschiebungen der Eingangsfunktion uc (φ) und u(φ) zueinander durch das Subtrahieren der Mittelwerte beider Funktionen nach Gleichung 1. Dies ist lediglich notwendig, falls sich auf Grund der Änderung der Randbedingungen die Mittelwerte der Funktionen über große Zeiträume verändern, wie dies beispielsweise bei Alterung der Fall ist. Sind die Randbedingungen stabil, führt eine folgende Gleichung 2 zu besseren Ergebnissen, da zusätzlich die Mittelwerte in die Ähnlichkeitsanalyse mit einbezogen werden:
T... Größe des Samples (GIg.2)
In einem Experiment wurden mit Hilfe geeigneter Software die wichtigsten Schritte eine Online-Initialisierung an einen Piezoringmotor 1 nachvollzogen. Dazu wurde als erstes eine Kalibrier-Verlustdrehmoment-Funktion bzw. Kalibrierfunktion aufgenommen, die in Figur 2 dargestellt ist. Deutlich ist ein charakteristischer Verlauf zu erkennen, der einem Fingerabdruck des Piezoringmotors 1 vergleichbar ist. Nach einigen Umdrehungen des Piezoringmotors 1 wurde über einen Winkelbereich von α=206° die Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion M(φ) gemessen, die gemäß Figur 2 gepunktet dargestellt ist. Der zugehörige Drehwinkel wurde zum Start mit φG=0° festgelegt und sollte durch eine Initialisierung korrigiert werden. Ziel war es, die durch Kreuzkorrelation der Kalibrierfunktion und der Betriebs-Verlustdrehmoment-Kurve die Funktion der Korre- lation zum Verschiebungswinkel Δφ zu berechnen.
Ein Ergebnis der Berechnung der Korrelationsfunktion ist gemäß Figur 3 dargestellt. Die Position des Maximums der Funktion bezüglich der X-Achse ergibt die Verschiebung der gemes- senen Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion zur Kalibrierfunktion. Bei dem Experiment wurde eine Verschiebung von Δφ=241,4° ermittelt. Zur Korrektur, d. h. zur Initialisierung, ist dem ursprünglich 0° definierenden Winkel φG der Verschiebungswinkel Δφ hinzuzuaddieren . Zur Kontrolle wurde parallel zum beschriebenen Versuchsablauf eine herkömmliche
Messung mit einem an die Motorwelle gekoppelten Drehwinkelgeber durchgeführt. Die Messung ergab eine Verschiebung von Δφ=239,9°. Der Vergleich zwischen den Messergebnissen der Messung basierend auf der Kreuzkorrelation und eines externen Drehwinkelsensors zeigt eine gute Übereinstimmung mit einer Abweichung von lediglich 1,5°.
Bei einer Verwendung der Gleichung 2 zum Ähnlichkeitsvergleich wird bei einem gleichen Datensatz, eine Abweichung zwischen Drehwinkelmesswert auf Grundlage des Ähnlichkeitsvergleiches und des Messwertes eines externen Drehwinkelgebers von nur 0,5° berechnet.
Claims
1. Vorrichtung zur im Betrieb erfolgenden Positionsinitialisierung eines Stellantriebs (1), insbesondere eines piezo- elektrischen Stellantriebs (1), gekennzeichnet durch
- eine Einrichtung (2) zur Erfassung der von einer Winkelposition φ des Stellantriebs (1) abhängigen Verlustdrehmoment- Funktion M(φ), und zwar vor dem Betrieb des Stellantriebs (1) als Kalibrier-Verlustdrehmoment-Funktion M0 (φ) und im Betrieb als Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion M(φ),
- eine Einrichtung (4) zum mathematischen Vergleich der Ka- librier-Verlustdrehmoment-Funktion M0 (φ) mit der Betriebs- Verlustdrehmoment-Funktion M(φ), insbesondere mittels Korrelation, - eine Einrichtung (8) zur Bestimmung der Position des Maximums der Korrelation r(Δφ) über einem Verschiebungswinkel Δφ,
- eine Motorsteuereinrichtung (6, 7, 9) zur Korrektur der als anfängliche Ausgangsposition gespeicherten Winkelposition φG mit dem Verschiebungswinkel Δφ .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zur Erfassung der Verlustdrehmoment- Funktionen M(φ), diese in drehmomentproportionale Spannungs- funktionen U(φ) umwandelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zum mathematischen Vergleich ein Kreuz- korrelator ist oder eine alternative Vergleichsfunktion verwendet .
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (1) ein Piezoringmotor (1) ist, und mindestens zwei elektromechanische Antriebselemente, - mindestens einen Antriebsring (10), der durch einen Hub der elektromechanischen Antriebselemente zu einer umlaufenden Verschiebebewegung anregbar ist,
- eine Welle (11), die an den Antriebsring aufsetzbar ist, so dass durch die Verschiebebewegung des Antriebsrings die
Welle rotierbar ist, aufweist, und der mindestens eine Antriebsring (10) mit den Antriebselementen mechanisch steif verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer formschlüssigen Variante des Motors, bei der Antriebsring (10) und Welle (11) mit geeigneten Verzahnungen beaufschlagt sind, mindestens ein Zahnkopf auf dem Antriebsring (10) und mindes- tens ein dazugehöriges Zahntal auf der Welle (11) und/oder mindestens ein Zahntal auf dem Antriebsring (10) und mindestens ein dazugehöriger Zahnkopf auf der Welle (11) eine von einer Idealform abweichende Formgebung zur Erzeugung mindestens eines charakteristischen Pulses in den Verlustdrehmo- ment-Funktionen aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (5) zur Speicherung der Kalibrier- Verlustdrehmoment-Funktion M0 (φ) .
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (3), die in einer ersten Betriebsart Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktionen M(φ) der Einrichtung (4) zum mathematischen Vergleich und in einer zweiten Betriebsart eine Kalibrier-Verlustdrehmoment-Funktion M0 (φ) der Speichereinrichtung (5) zuführt.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Mehrkanalpiezotreiber (7) zur Anpassung der Ausgangssignale der Motorsteuereinrichtung (6) an piezoelektrische Aktoren des Stellantriebs (1).
9. Verfahren zum im Betrieb erfolgenden Positionsinitialisie- ren eines Stellantriebs (1), insbesondere eines piezoelektrischen Stellantriebs (1) oder Piezoringmotors (1), gekennzeichnet durch - Erfassen der von einer Winkelposition φ des Stellantriebs
(1) abhängigen Verlustdrehmoment-Funktion M(φ), und zwar vor dem Betrieb des Stellantriebs (1) als Kalibrier-
Verlustdrehmoment-Funktion M0 (φ) und im Betrieb als Betriebs-
Verlustdrehmoment-Funktion M(φ), - mathematisches Vergleichen der Kalibrier-Verlustdrehmoment-
Funktion M0 (φ) mit der Betriebs-Verlustdrehmoment-Funktion
M(φ), insbesondere mittels Korrelation,
- Bestimmen der Position des Maximums der Korrelation r(Δφ) über einem Verschiebungswinkel Δφ, - Korrigieren der als anfängliche Ausgangsposition in einer
Motorsteuereinrichtung gespeicherten Winkelposition φG, mit dem Verschiebungswinkel Δφ .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation eine Kreuzkorrelation oder eine alternative Vergleichsfunktion ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer von einer Idealform abweichende Formgebung von Antriebsring (10) und/oder Welle (11) des Stellantriebs (1) mindestens ein charakteristischer Puls in den Verlustdrehmoment-Funktionen erzeugt wird.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1098429A2 (de) | 1999-11-03 | 2001-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromechanischer Motor |
| US20030031578A1 (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-13 | Kazunori Uchiyama | Rotary pump with higher discharge pressure and brake apparatus having same |
| WO2003084049A1 (en) | 2002-04-02 | 2003-10-09 | Turbocor Inc. | System and method for controlling a permanent magnet electric motor |
-
2006
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-
2007
- 2007-10-02 EP EP07820805A patent/EP2070188A1/de not_active Withdrawn
- 2007-10-02 WO PCT/EP2007/060423 patent/WO2008040718A1/de active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1098429A2 (de) | 1999-11-03 | 2001-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromechanischer Motor |
| DE19952946A1 (de) | 1999-11-03 | 2001-05-17 | Siemens Ag | Elektromechanischer Motor |
| US20030031578A1 (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-13 | Kazunori Uchiyama | Rotary pump with higher discharge pressure and brake apparatus having same |
| WO2003084049A1 (en) | 2002-04-02 | 2003-10-09 | Turbocor Inc. | System and method for controlling a permanent magnet electric motor |
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