CN102971634B - 确定测量信道的修正参数和检测电动机的端子电压的方法或电压检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定测量信道（6）的修正参数的方法，该测量信道（6）为了测量端子电压（U1,U2）而与电动机（2）的连接端子（3）相连接，其特征在于，-？连接端子（3）经过用于操控电动机（2）的开关元件（T1，T2，T3，T4）与第一电位相连接，-？连接端子（3）在达到测量信道（6）的平稳化的状态之后通过切换至少一个开关元件（T1，T2，T3，T4）与不同于第一电位的第二电位相连接，-？在与第二电位相连接之后检测测量信道（6）的动态特性，和-？测量信道（6）的动态特性的修正参数基于该测量信道（6）的所检测的动态特性来确定。
Description
技术领域
本发明一般地涉及用于测量电动机的连接端子上的端子电压的方法。
现有技术
在现有技术中，例如检测电动机的端子电压，以便从中可以确定电动机的转速或甚至于准确的位置。因此例如对于DC电动机或电整流的电动机（EC电动机）公知的是，在不采用例如直接安放在驱动轴上的位置传感器的情况下成本有利地检测电动机的驱动轴的位置和/或转速。为此设置电压检测***，该电压检测***检测一个或多个端子电压并且传输到用于操控电动机的控制设备上。电压检测***可以实施为电动机的控制设备的集成组成部分，或可以单独地实施。
为了可以用不同的转速来运行电动机，通常设置诸如继电器或晶体管的电气的或电子的开关元件，经过这些开关元件可将相应的连接端子与至少一个电源电压或地相连接。相应地可以通过有针对性地切换开关元件，将所希望的电压在所希望的时间内施加到电动机的每一个绕组上，并且除此之外调定所希望的工作模式。不同的电路方式对于电动机的运行是常见的（H桥电路，2H电路，3H电路，B6电路），但是这些电路方式鉴于在连接端子上的电压的接通和关断在原理上没有区别。但是由于电动机绕组的电感和在电源电压或地和连接端子之间的可能的电压降，例如线路损耗，在连接端子上的电压不准确地相当于所施加的电压，以至于需要明确检测端子电压，以便从中可以确定驱动轴的位置和转速。
对于端子电压的检测，电压检测***包括在输入侧直接与相应的连接端子相连接的测量信道，以便分接施加的电压和在其输出端上输出。这既可以通过纯粹的模拟电路连接、也可以通过采用将所检测的端子电压作为数字信号来输出的模/数转换器来实现。不过所分接的端子电压由于测量信道而失真，由此增加了准确确定电动机驱动轴的位置和转速的困难。
在技术中公知的是，检测测量信道的静态特性，以便确定例如关于放大率和/或***的测量偏差的测量信道的静态特性的修正参数。可将该修正参数用于补偿测量信道的静态特性。在技术中也公知的是，执行测量信道的静态特性的自动平衡。
但是测量信道也包括非线性的元件，由此增加了准确检测端子电压的困难。这首先涉及线性器件的寄生的电容或电感，但是也可以在测量信道中明确采用电容器和/或线圈。为了使这些非线性的偏差保持得小，采用了具有高质量的组件，由此端子电压的检测与高的成本相联系。部分地也采用诸如运算放大器的有源器件，以便可以以所希望的精度来执行端子电压的检测，这与大的工作量和同样高的成本相联系。
从所述的现有技术出发，本发明的任务是说明一种方法，用该方法可以确定用于补偿测量信道的非线性特性的修正参数。本发明的另一任务是说明一种用于检测电动机的端子电压的方法，该方法成本有利地和以高的精度执行端子电压的检测。
发明内容
这些任务通过根据权利要求1的用于确定测量信道的修正参数的方法、通过根据并列权利要求的用于检测端子电压的方法、计算机程序产品、用于确定修正参数的装置、用于检测至少一个端子电压的电压检测***来解决。
在从属权利要求中说明了其它的扩展方案。
根据第一方面设置一种用于确定测量信道的修正参数的方法，该测量信道为了测量端子电压而与电动机的连接端子相连接，其中
-连接端子经过用于操控电动机的开关元件与第一电位相连接，
-连接端子在达到测量信道的平稳化的状态之后通过切换至少一个开关元件与不同于第一电位的第二电位相连接，
-在与第二电位连接之后检测测量信道的动态特性，和
-测量信道的动态特性的修正参数基于该测量信道的所检测的动态特性来确定。
以上方法的基本思想因此是采用用于操控发动机的已存在的开关元件，以便在测量信道上施加电压跳变，并且检测测量信道的反应作为跳变应答。电压变化的方式在此是不重要的，并且可以从高电位向低电位或相反地进行，其中电位也可以是地。从跳变应答中得出了测量信道的动态特性，并可以基于此来确定测量信道的动态特性的修正参数。修正参数可以包括在其总体上说明测量信道动态特性的一个单个的值以及一组单个的参数值。基于修正参数，可以在测量信道中在运行中执行端子电压的所检测的测量值的补偿，由此通过考虑测量信道的动态特性可以以高的精度确定端子电压。
在一种扩展方案中，测量信道的动态特性的检测包括扫描测量信道的输出信号的时间变化曲线。如此检测的离散值在其总体上再现了在测量信道输出端上的电压的变化曲线，并且可以容易地以电子方式处理。
修正参数尤其是可以作为用于执行测量信道输出信号的滤波的滤波器参数来确定。与测量信道的输出信号作为模拟的或数字的方式有关地，既可以采用模拟的滤波器，也可以采用数字的滤波器。滤波器例如可以构成为低通滤波器，以便实现基于滤波器参数的相应的低通特性。
在另一种扩展方案中，数字滤波包括IIR滤波（无限冲击响应滤波）。IIR滤波既可以模拟地也可以数字地执行。
在本发明的另一种扩展方案中可以测量第一和/或第二电位，并且通过将第一和/或第二电位的测量包括在内来确定测量信道的动态特性的修正参数，以便改善检测修正参数的精度。
也可以检测第二电位的动态特性，并且通过将第二电位的动态特性包括在内来确定测量信道的动态特性的修正参数。因此可以检测并在确定修正参数时考虑在测量信道输入端上的波动。
第二电位的动态特性的检测尤其是可以包括扫描第二电位的时间变化曲线。如此检测的离散值在其总体上再现了在测量信道输入端上的端子电压的准确的变化曲线，并且可以容易地以电子方式处理。
一个或多个测量信道的动态特性也可以与用作为参考的单个测量信道的存在的动态变化相适配。
在本发明的另一扩展方案中，测量信道的动态特性的检测可以包括动态地检测从连接端子进入电动机中的电流，并且通过考虑动态检测的电流来确定修正参数。相应地可以仅仅考虑施加在测量信道中的电压或流过此的电流，以便可以以高的精度确定修正参数。
根据另一实施形式，可以将连接端子在与第二电位连接之前在电气上与电动机分开，并且在检测了测量信道的动态特性之后在电气上与电动机相连接。因此防止了动态地由于电动机的电感和有时其它非线性部件而可能出现的电流从连接端子进入电动机中。
还可以检测测量信道的静态特性的修正参数，尤其是放大率和/或***的测量偏差，其方式是
-连接端子经过开关元件与第一电位相连接，
-在达到平稳化的状态之后检测测量信道的静态特性，
-连接端子经过开关元件与第二电位相连接，
-在达到平稳化的状态之后检测测量信道的静态特性，
-测量信道的静态特性的至少一个修正参数基于该测量信道的所检测的静态特性来确定。
静态的和动态的特性的组合给出了测量信道的特性的全面说明，使得在补偿测量信道的特性时可以以高的精度检测电动机的端子电压。
根据另一方面，设置一种用于确定测量信道的动态特性的修正参数的装置，该测量信道为了测量端子电压而与电动机的连接端子相连接，该装置具有
-操作用于操控电动机的开关元件的开关单元，
-检测至少一个时间的电压变化曲线的检测单元，和
-控制装置，该控制装置操控开关单元和与检测单元相连接，以便从该检测单元接收至少一个所检测的电压变化曲线，其中实施控制装置来按照上述方法之一检测修正参数。
该装置可以为了确定修正参数而与连接端子、测量信道和开关元件相连接，以便确定修正参数。也可能的是，电动机或与此相连接的控制设备具有将本发明装置与上述接头相连接的单个的接口，使得装置可以与单个的插头相连接。控制设备包括具有各个测量信道的电压测量设备，或与该电压测量设备相连接，以便接收该电压测量设备的输出信号。如果接口设置在控制设备上，则可将修正参数在确定之后存储在电压测量设备中，或向单独的补偿装置传输以补偿相应的测量信道。
根据另一方面，设置一种用于检测电动机的至少一个端子电压的电压检测***。电压检测***包括至少一个测量信道，该测量信道在输入侧与电动机的连接端子相连接，并且在其输出端上提供所检测的端子电压，其中电压检测***包括用于确定至少一个测量信道的动态特性的修正参数的上述装置，并且设置有补偿装置，实施该补偿装置以利用所确定的修正参数来补偿至少一个测量信道的动态特性。用于确定修正参数的装置因此是电压检测***的整体组成部分，由此可以随时没有附加部件地、例如通过电动机的控制设备的指令来实施修正参数的确定。因此例如在随组件特性的变化而来的温度波动或各个部件的老化效应的情况下，可以随时重新执行测量信道的动态特性的补偿。
在本发明的优选的实施形式中，控制装置是数字控制装置，并且本方法实现为计算机程序产品，其中由数字控制装置实施各个方法步骤。
由从属权利要求以及借助附图的实施例的说明中得出了本发明的其它有利的扩展方案。
附图说明
以下结合附图详细阐述实施形式。
图1示出具有电动机、用于操控电动机的开关元件和用于测量端子电压的两个测量装置的电路装置的电路图。
具体实施方式
图1示出电路装置1，在该电路装置1中居中地布置具有两个连接端子3的电动机2。通过电动机2的电流标记为I，并且在其上所下降的电压标记为U。在该实施形式中，电动机2实施为直流电动机，并在H桥电路中与电源线路4和接地线路5相连接。在此在每一个连接端子3和电源线路4之间设置晶体管T1，T3形式的第一开关元件，并且在每一个连接端子3和接地线路5之间设置晶体管T2,T4形式的第二开关元件。晶体管T1，T2，T3，T4作为在工作状态之间的开关导通和截止地运行，其中，没有示出的控制设备在运行中切换晶体管。
每一个连接端子3与测量信道6相连接。与在附图中左侧的连接端子3相连接的测量信道6在输入侧位于相当于在左侧的连接端子3上的端子电压的电位U1上，并且在输出侧提供电压U1_adc。与在附图中左侧的连接端子3相连接的测量信道6在输入侧位于相当于在左侧的连接端子3上的端子电压的电位U2上，并且在输出侧提供电压U2_adc。
测量信道6原理上是一致地构造的，并且在这里示范性地通过两个电阻7和一个电容器8来示出。但是测量信道6的构造在以下是不重要的，仅仅应该示出，在测量信道6中要么由于这里明显示出的电容器8要么由于寄生的电容和/或电感也存在非线性的部件。测量信道6也可以包含有源部件，例如由虚线所表示的连接到参考电压Uref上的电阻9。因此例如也可以在每一个测量信道6中存在着运算放大器。也无必要一致地构造两个测量信道6。
在电源线路4上施加是稳定化的中间回路电压的电源电压Udc。中间回路电压Udc可以降低对于输入电网的反作用。这里示范性地通过两个电阻11和一个电容器12所示出的测量电路10与电源线路4相连接。该测量电路10在输出侧提供了是中间回路电压Udc的度量的电压Udc_adc。
现在在下面说明确定用于补偿测量信道6的特性的修正参数的方法。只要本方法一致地应用到两个测量信道6上，则仅针对在附图中左侧的测量信道6明确地说明本方法，并且相应地适用于另一个测量信道6。因此只要没有另加说明，以下所有的说明涉及在附图中电动机2左边所示的元件。该方法由没有示出的控制装置通过实施软件来执行。
在该实施例中，首先检测测量信道6的静态特性的修正参数。为此首先经过没有示出的与控制装置相连接的检测单元来检测在测量电路10输出端上的中间回路电压Udc。然后由这里没有示出的由控制装置所操控的开关单元将第一开关元件、晶体管T1切换到导通，并且将第二开关单元、晶体管T2切换到截止。在已出现平稳化的状态之后，在输入侧在测量信道6上施加电源电压Udc，端子电压U1因此等于Udc。在此状态下，由检测单元在测量信道6的输出端上检测电压U1_adc。然后由开关单元将晶体管T1切换到截止，并且将晶体管T2切换到导通。在出现了平稳化的状态之后，测量信道6在输入侧位于地，端子电压U1因此等于0。相应地对于端子电压U1得出在方程1.1中所示的关系。
由此出发，在控制装置中确定测量信道6的静态特性的修正参数。修正参数包括两个单个的参数值、放大率（增益）和***的测量偏差（偏离），其中得出了在方程1.2中所示出的关系。
通过变换得出了放大率的方程1.3和***的测量偏差的方程1.4。
以相同的方式对于在附图中右侧的测量信道6检测该修正参数。附加地在控制装置中对于放大率和在两个测量信道6之间的***的测量偏差来执行所检测的值的平衡。如果在相应的连接端子3上施加中间回路电压Udc或地，则相应地由两个测量信道6输出相同的值。这例如通过在两个测量信道6之间求平均来达到。
随后说明确定测量信道6的动态特性的修正参数的方法。为此首先由控制装置经过开关单元将晶体管T1切换到截止并将晶体管T2切换到导通，使得连接端子3与地线路5相连接，并且施加到地电位上。在已出现平稳化的状态之后，由开关单元将晶体管T1切换到导通，并将晶体管T2切换到截止，使得连接端子3与电源线路4相连接。
在切换之后检测测量信道6的动态特性，其方式是由检测单元扫描输出电压U1_adc。附加地也由检测单元通过扫描来检测中间回路电压Udc的动态特性。中间回路电压Udc在切换之后施加在连接端子3上，并因此等于端子电压U1。由检测单元向控制装置传输扫描值。
随后由控制装置确定测量信道6的动态特性的修正参数。在这里示范性地对于一阶的低通滤波器示出这一点。分别要采用的滤波器与测量信道6有关。所采用的低通滤波器是以一般的形式根据方程1.5所示出的IIR滤波器（无限冲击响应滤波器）。
在此意味着：
yk：输出信号序列（U1_adc）
xk：输入信号序列（Udc）
λ：时间常数系数。
时间常数系数可以根据方程1.6列出为
式中Ts意味着扫描时间并且τ意味着时间常数。按照时间常数系数λ来解方程，则得出来自方程1.7的关系。
通过λk为常数的假设，通过在多个扫描时刻上求平均可以确定时间常数系数λ，正如在方程1.8中所示的那样。
时间常数系数λ因此说明了测量信道6的动态特性，并且可以采用为修正参数。为此将电路装置1补充相应测量信道6的这里没有示出的IIR滤波器。相应地可以像方程1.9中所说明的那样用所希望的动态变化λ’来形成匹配的信号U1’。
在此α=λ’/λ。
因此可以借助IIR滤波器附加地补偿测量信道6的非线性的特性，由此可以以高的精度确定端子电压U1。非线性的特性对于每一个测量信道6是无关的，使得在这里在两个测量信道6之间不需要其它的补偿。
在所示的实施形式中，开关单元、检测单元和控制装置汇总在用于确定测量信道的动态特性的修正参数的装置中。
用于检测电动机2的至少一个端子电压U1,U2的电压检测***包括用于确定测量信道6的动态特性的修正参数的装置、测量信道6以及分配给每一个测量信道6的IIR滤波器。由控制装置自动执行相应的时间常数系数λ的传输。电压检测***与控制设备相连接，并且给该控制设备在运行中提供端子电压U1,U2的所检测的值。
Claims (16)
1.用于确定测量信道（6）的修正参数的方法，该测量信道（6）为了测量端子电压（U1,U2）而与电动机（2）的连接端子（3）相连接，其特征在于，
-连接端子（3）经过用于操控电动机（2）的开关元件（T1，T2，T3，T4）与第一电位相连接，
-连接端子（3）在达到测量信道（6）的平稳化的状态之后通过切换至少一个开关元件（T1，T2，T3，T4）与不同于第一电位的第二电位相连接，
-在与第二电位相连接之后检测测量信道（6）的动态特性，和
-测量信道（6）的动态特性的修正参数基于该测量信道（6）的所检测的动态特性来确定。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，测量信道（6）的动态特性的检测包括扫描测量信道（6）的输出信号（U1_adc，U2_adc）的时间变化曲线。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，测量信道（6）具有输出端，并且将修正参数确定为用于执行测量信道（6）的输出信号的数字滤波的滤波器参数。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，数字滤波包括IIR滤波（无限冲击响应滤波）。
5.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，测量第一和/或第二电位，并且通过将第一和/或第二电位的测量包括在内来确定测量信道（6）的动态特性的修正参数。
6.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，检测第二电位的动态特性，并且通过将第二电位的动态特性包括在内来确定测量信道（6）的动态特性的修正参数。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，第二电位的动态特性的检测包括扫描第二电位的时间变化曲线。
8.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，检测用作为参考的另外的测量信道（6）的动态特性，并且通过将参考测量信道（6）的动态特性包括在内来确定测量信道（6）的动态特性的修正参数，以便补偿动态特性。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，用作为参考的另外的测量信道（6）的动态特性的检测包括扫描参考测量信道（6）的时间变化曲线。
10.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，测量信道（6）的动态特性的检测包括动态地检测从连接端子（3）进入电动机（2）中的电流（I），并且通过考虑动态检测的电流（I）来确定修正参数。
11.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，连接端子（3）在与第二电位连接之前在电气上与电动机（2）分开，并且在检测测量信道（6）的动态特性之后在电气上与电动机（2）相连接。
12.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，检测测量信道（6）的静态特性的至少一个修正参数，其方式是
-连接端子（3）经过开关元件（T1，T2，T3，T4）与第一电位相连接，
-在达到平稳化的状态之后检测测量信道（6）的静态特性，
-连接端子（3）经过开关元件（T1，T2，T3，T4）与第二电位相连接，
-在达到平稳化的状态之后检测测量信道（6）的静态特性，
-测量信道（6）的静态特性的至少一个修正参数基于该测量信道（6）的所检测的静态特性来确定。
13.按照权利要求12的方法，其特征是，所述测量信道（6）的静态特性的至少一个修正参数包括放大率和/或***的测量偏差。
14.用于检测电动机（2）的端子电压（U1,U2）的方法，其中在电动机（2）的连接端子（3）上截取端子电压（U1,U2）并且在测量信道（6）的输出端上提供该端子电压（U1,U2），其特征在于，按照根据以上权利要求之一的方法来确定测量信道（6）的修正参数，并且用所确定的修正参数来补偿测量信道（6）的动态特性。
15.用于确定测量信道（6）的动态特性的修正参数的装置，该测量信道（6）为了端子电压（U1,U2）的测量而与电动机（2）的连接端子（3）相连接，所述装置具有
-操作用于操控电动机（2）的开关元件（T1，T2，T3，T4）的开关单元，
-检测至少一个时间的电压变化曲线的检测单元，和
-控制装置，该控制装置操控开关单元并且与检测单元相连接，以便从该检测单元接收至少一个所检测的电压变化曲线，其中实施控制装置按照权利要求1至10的方法之一来检测修正参数。
16.用于检测具有至少一个测量信道（6）的电动机（2）的至少一个端子电压（U1,U2）的电压检测***，该测量信道（6）在输入侧与电动机（2）的连接端子（3）相连接，并在其输出端上提供所检测的端子电压（U1,U2），其特征在于，电压检测***包括用于按照权利要求14确定至少一个测量信道（6）的动态特性的修正参数的装置，并且设置有补偿装置，实施该补偿装置以利用所确定的修正参数来补偿至少一个测量信道（6）的动态特性。
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