利用感应式位置传感器的位置检测制造技术

对于用于利用具有提高的位置信息精度的感应式位置传感器来进行位置确定的易于实施的方法，规定：位置传感器生成测量信号，由该测量信号形成取决于激励频率(ω)的频率泛函(F

【技术实现步骤摘要】
利用感应式位置传感器的位置检测


[0001]本专利技术涉及一种用于借助感应式位置传感器来确定移动部件相对于位置固定的部件的位置的方法，其中激励绕组布置在移动部件上，并且至少一个次级绕组布置在位置固定的部件上，或反过来，并且具有激励频率和激励幅度的激励信号被馈入该激励绕组，该激励信号产生电磁激励场，该电磁激励场在该次级绕组中感应出测量信号，该测量信号被检测到，并且噪声信号被叠加在该测量信号上。本专利技术还涉及一种用于利用用于确定位置的此类方法的感应式位置传感器的评估单元。
[0002]
技术介绍
分解器是感应地工作的且稳健和价格低廉的旋转位置编码器，因此分解器以多种方式被使用。分解器实现了对分解器的转子的角位置的检测。如果分解器的转子与机器的轴连接，则可以检测到轴的角位置。分解器的典型应用示例是在电动机的情况下获取电动机轴的位置信息。电动机和分解器的组合通常也称为伺服电机。位置信息随后可以被用于调节(例如位置调节或速度调节)由伺服电机和由其驱动的负载组成的伺服驱动器。
[0003]在分解器中，存在与分解器的转子一起旋转的激励绕组和至少两个相对于激励绕组静止的次级绕组。激励绕组被施加高频激励信号(通常在1kHz到10kHz的频率范围内)。在次级绕组中测得的、由于激励绕组的旋转磁场而感应出的电压以与激励信号相同的频率脉动，然而，其幅度取决于激励绕组相对于相应的次级绕组的位置。这些电压作为测量信号由分解器输出，并且在下游评估单元中被评估，以由此确定角位置。由此，涉及测量信号的幅度调制。次级绕组通常彼此成90
°
错开地布置，以使得测得的电压具有90
°
的相移。当然，其他角度也是可能的。因此，测得电压的幅度分布为取决于激励绕组相对于次级绕组的位置的正弦函数，或者分布为在以90
°
偏移布置的次级绕组的情况下的余弦函数、或者一般分布为具有特定相位偏移的正弦函数。两个测量信号的评估(例如，借助反正切函数(通常是arctan2函数))实现了对分解器转子的当前角位置的明确计算。
[0004]因此，实际位置信息位于从测量信号中提取的测量信号的包络中。包络对应于测得电压的正弦函数(或余弦函数)，其中周期历时对应于转子的旋转，并且周期历时因此取决于转子的角速度。一种用于评估的常见方式是总在激励信号达到其最大值时由带有模数转换器的电子评估系统对测量信号进行采样。因为激励信号通常也在电子评估系统中形成，所以所需的采样时间点是准确已知的，或者替换地，也可以被容易地确定。因此，电子评估系统仅检测测量信号的峰值，并且以此方式消除高频激励信号。剩下的是正弦或余弦信号走向，其具有与转子的旋转相对应的周期历时，其包含实际的位置信息并且(例如，借助反正切)被评估。
[0005]分解器的激励信号、尤其是其幅度和频率通常是预先确定的(例如，由于分解器的数据表)。激励信号在分解器的运行中在设置之后通常不会改变。
[0006]然而，在实际实现中，由分解器输出的测量信号中总是存在噪声(例如，由于随机的元器件噪声或系统噪声)。随机噪声通常是由电子评价系统中元器件的热噪声和散粒噪声引起的并且可以被建模为白噪声。系统噪声可由分解器的应用导致。在伺服驱动器的情
况下，通常使用转换器或逆变器，其中半导体开关高频地被切换。这可导致与测量信号的高频耦合。伺服驱动器中的电机电流或分解器环境中的其他电流的感应式串扰也是可构想的。这种干扰源可显著地限制从分解器获得的位置信息的精度。在此，精度也被理解为所获得的位置信息的可达到的时间分辨率。这尤其被理解为，在分解器转子的旋转中，由于测量信号的干扰，可能无法以期望的时间分辨率获得位置信息，因为在某些时间点由于噪声而无法确定位置信息。
[0007]随之而来的问题是位置信息的受限精度。例如，在伺服驱动器中，位置信息被用于调节伺服驱动器。为此，位置信息被用作调节的实际值。实际值越不精确，调节就必须越稳健地被实施，这通常伴随有降低的调节动态性。由此，伺服驱动器可较差地或较慢地跟随动态设定值(在具有较大时间变化率的随时间的设定值走向的意义上，即，设定值在短时间间隔内的较大变化)。由此，伺服驱动器的调节行为变差并且调节动态性受到限制。
[0008]如所阐释的，测量信号中的有用信号(即，经调幅正弦振荡)不可避免地被嵌入到噪声信号中。为了获得位置信息，必须能够从测量信号中提取有用信号。为此，有必要从背景噪声(噪声信号)中清晰地显露出有用信号。在该情况下，引入了信噪比(也称为信噪距离)(缩写为SNR)。SNR是对嵌入到噪声信号中的有用信号的质量的度量。SNR一般被定义为有用信号的平均功率与噪声信号的平均噪声功率之比。SNR越高，则可以从有噪声的测量信号中提取出更好的有用信号。如果SNR太低，则无法再提取有用信号或仅提取不足的或具有较低时间分辨率的有用信号。
[0009]为了确保足够高的SNR，激励信号的幅度迄今已被选择为足够大。当然，也不建议选择太大的幅度，因为这可导致分解器出现热问题，这也会增加对电子评估系统的要求。除此以外，具有较高幅值的激励信号也对激励信号的产生提出了较高要求。
[0010]因此，用于对来自分解器的测量信号进行噪声优化评估的方法在现有技术中是已知的。为此的示例是Guo M.等人提出的“Noise Reduction for High
‑
Accuracy Automatic Calibration of Resolver Signals via DWT
‑
SVD Based Filter(经由基于DWT
‑
SVD的滤波器的用于分解器信号的高精度自动校准的降噪)”，Electronics 2019，8(5):516。其中，对测量信号的包络进行离散小波变换以滤除噪声。这种方法在计算上非常复杂，这对许多应用都是不利的。尽管进行了噪声优化评估，但该方法当然还必须存在一定的SNR，以便实现评估。
[0011]实践表明，尤其是由电感式或电容式耦合引起的窄带(与频率内容相关)干扰源可能出现问题，因为SNR在这些频率范围内可能非常小。
[0012]然而，此类干扰源预先并不是已知的。由此，所确定的位置信息的可达到精度可能降低。这尤其发生在分解器和电子评估系统在位置上分离并且例如通过电缆彼此连接的系统中。这种系统由于测量信号经由电缆的传输而特别容易受到干扰，因为这可能导致来自不同干扰源的干扰信号在电缆上的耦合。
[0013]然而，上述问题不仅发生在分解器中，而且原则上可以发生在所有具有激励绕组和其中由于该激励绕组的激励场而感应出测量信号的至少一个次级绕组的感应式位置传感器中。激励绕组和次级绕组可以相对彼此移动，以使得测量信号取决于位置。

技术实现思路

[0014]本专利技术的任务在于，提出一种具有提高的感应式位置传感器的位置信息的精度的易于实施的方法。
[0015]该任务通过如下方式来解决：由测量信号形成取决于激励频率的频率泛函，该频率泛函代表对噪声信号的度量，并且改变激励信号的激励频率，以使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于借助感应式位置传感器(1)来确定移动部件相对于位置固定的部件的位置(P)的方法，其中激励绕组(EW)布置在所述移动部件上，并且至少一个次级绕组(SW)布置在所述位置固定的部件上，或反过来，并且具有激励频率(ω)和激励幅度(R0)的电激励信号(ES)被馈入所述激励绕组(EW)，所述激励信号产生电磁激励场，所述电磁激励场在所述次级绕组(SW)中感应出测量信号(MS)，所述测量信号(MS)被检测到，并且噪声信号(RS)被叠加在所述测量信号(MS)上，并且其中由所述测量信号(MS)确定所述位置传感器(1)的所述移动部件的位置，其特征在于，由所述测量信号(MS)形成取决于所述激励频率(ω)的频率泛函(F
f
)，所述频率泛函代表对所述噪声信号(RS)的度量，并且改变所述激励信号(ES)的激励频率(ω)，以使得所述频率泛函(F
f
)被最小化或最大化，以及使所述频率泛函(F
f
)最小化或最大化的所述激励频率(ω)被用于所述激励信号(ES)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述频率泛函(F
f
)、关于与所述测量信号(MS)的预期信号走向的偏差来检查所述测量信号(MS)的幅度。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述测量信号(MS)的幅度的幅度信息(AI)被从所述测量信号(MS)导出，并且所述频率泛函(F
f
)是所述幅度信息(AI)的函数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测量信号(MS)被解调，以确定所述幅度信息(AI)。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述测量信号(MS)利用所述激励信号(ES)的激励振荡来解调，以确定所述幅度信息(AI)。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述测量信号(MS)利用所述激励信号(ES)的激励振荡来解调，以确定所述测量信号(MS)的代表幅度的I分量(A
I
、B
I
)。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：Bamp，amp，R工业自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：