DE102008062451B4 - Method for the regulation of the pulse duty factor independent of acceleration - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung des Tastverhältnisses wenigstens eines positive und negative Halbwellen aufweisenden periodischen Signals veränderlicher Frequenz, bei dem anhand des Verhältnisses der Halbwellendauern aufeinanderfolgender Halbwellen des periodischen Signals das Tastverhältnis auf einen vorgegebenen Sollwert korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis abwechselnd anhand des Verhältnisses der Halbwellendauer (t1, t3, t5, t7) einer positiven Halbwelle (HW1, HW3, HW5, HW7) zur Halbwellendauer (t2, t4, t6, t8) einer folgenden negativen Halbwelle (HW2, HW4, HW6, HW8) und des Verhältnisses der Halbwellendauer (t2, t4, t6, t8) einer negativen Halbwelle (HW2, HW4, HW6, HW8) zur Halbwellendauer (t1, t3, t5, t7) einer folgenden positiven Halbwelle (HW1, HW3, HW5, HW7) korrigiert wird.Method for regulating the duty cycle of at least one periodic signal of variable frequency having positive and negative half-waves, in which the duty cycle is corrected to a predetermined setpoint based on the ratio of the half-wave durations of successive half-waves of the periodic signal, characterized in that the duty cycle is alternately based on the ratio of the half-wave duration (t1, t3, t5, t7) of a positive half-wave (HW1, HW3, HW5, HW7) to the half-wave duration (t2, t4, t6, t8) of a following negative half-wave (HW2, HW4, HW6, HW8) and the ratio of the half-wave duration (t2, t4, t6, t8) of a negative half-wave (HW2, HW4, HW6, HW8) to the half-wave duration (t1, t3, t5, t7) of a following positive half-wave (HW1, HW3, HW5, HW7) is corrected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Tastverhältnisses wenigstens eines positive und negative Halbwellen aufweisenden periodischen Signals veränderlicher Frequenz.The invention relates to a method for regulating the pulse duty factor of at least one periodic signal having positive and negative half-waves and having a variable frequency.
Bei einem solchen Verfahren wird anhand des Verhältnisses der Halbwellendauern aufeinanderfolgender Halbwellen des periodischen Signals das Tastverhältnis auf einen vorgegebenen Sollwert korrigiert.In such a method, the pulse duty factor is corrected to a predetermined desired value on the basis of the ratio of the half-wave durations of successive half-waves of the periodic signal.
Bei der Geschwindigkeitsregelung eines Motors wird üblicherweise eine Drehbewegung eines drehbeweglichen Teils des Motors (z.B. der Motorwelle) durch Erfassen zweier zueinander um 90° phasenverschobener periodischer Sinussignale ermittelt. Die Sinussignale können beispielsweise durch versetzt angeordnete, die Bewegung des bewegten Teils aufnehmende Sensoren (z.B. Hall-Sensoren) erzeugt werden, die jeweils ein in etwa sinusförmiges, mit der Drehbewegung des Teils korreliertes Signal generieren. Da die generierten Signale jedoch in ihrer Amplitude, ihrer Phase und ihrem Gleichanteil (Offset) fehlerhaft und zudem in ihrer Form verzerrt sein können, müssen die Signale korrigiert werden, um die Geschwindigkeit und die Position des drehbeweglichen Teils exakt erfassen zu können.When regulating the speed of a motor, a rotary movement of a rotatable part of the motor (e.g. the motor shaft) is usually determined by recording two periodic sinusoidal signals that are phase-shifted by 90 °. The sinusoidal signals can be generated, for example, by offset sensors (e.g. Hall sensors) that record the movement of the moving part, each of which generates an approximately sinusoidal signal that is correlated with the rotary movement of the part. However, since the generated signals can be incorrect in their amplitude, their phase and their constant component (offset) and their shape can also be distorted, the signals must be corrected in order to be able to record the speed and position of the rotatable part exactly.
Einfache Korrekturverfahren gleichen beispielsweise die Amplituden einer positiven und einer negativen Halbwelle des periodischen Signals aneinander an, indem das Signal durch Anpassung des Gleichanteils (Offset) insgesamt verschoben wird. Die Erfassung von Signalfehlern erfolgt dabei lediglich punktuell mit einem festen Takt oder an festen Winkelpositionen, so dass bei verzerrten, von einer Sinusform stark abweichenden Signalen unter Umständen ein falscher Korrekturwert ermittelt wird, der die Signalform eher verschlechtert und die Genauigkeit in der Bestimmung der Geschwindigkeit und der Position des drehbeweglichen Teils herabsetzt.Simple correction methods, for example, adjust the amplitudes of a positive and a negative half-wave of the periodic signal to one another by shifting the signal as a whole by adjusting the constant component (offset). The detection of signal errors occurs only selectively with a fixed cycle or at fixed angular positions, so that in the case of distorted signals that deviate significantly from a sinusoidal shape, an incorrect correction value may be determined, which tends to worsen the signal shape and improve the accuracy in determining the speed and the position of the rotatable part decreases.
Um eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit und der Position des drehbeweglichen Teils des Motors zu gewährleisten, werden daher die erzeugten periodischen Signale derart geregelt und korrigiert, dass ihr Tastverhältnis einem vorbestimmten Sollwert entspricht.In order to ensure an exact determination of the speed and the position of the rotatable part of the motor, the generated periodic signals are therefore regulated and corrected in such a way that their pulse duty factor corresponds to a predetermined target value.
Unter dem Tastverhältnis ist hier das Verhältnis der zeitlichen Dauer (Halbwellendauer) zweier Halbwellen des periodischen Signals zu verstehen. Bei einem Tastverhältnis von 1:1 sind die Halbwellendauern der Halbwellen des periodischen Signals identisch und die Nulldurchgänge des periodischen Signals weisen denselben Abstand auf.The duty cycle is to be understood here as the ratio of the time duration (half-wave duration) of two half-waves of the periodic signal. With a pulse duty factor of 1: 1, the half-wave durations of the half-waves of the periodic signal are identical and the zero crossings of the periodic signal are at the same distance.
Bei einem aus der
Bei einem aus der
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Bei herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung und Korrektur des Tastverhältnisses wird das Tastverhältnis regelmäßig aus dem Verhältnis der Halbwellendauer einer positiven Halbwelle zu der Halbwellendauer einer folgenden negativen Halbwelle oder umgekehrt aus dem Verhältnis der Halbwellendauer einer negativen Halbwelle zu der Halbwellendauer einer folgenden positiven Halbwelle bestimmt, also durch Inverhältnissetzen der positiven zur negativen Halbwelle oder umgekehrt. Dieses ist ausreichend, solange das periodische Signal eine konstante Frequenz aufweist. Wird jedoch der Motor gebremst oder beschleunigt, verringert bzw. erhöht sich die Frequenz des periodischen Signals. Dies führt dazu, dass nachfolgende Halbwellen in ihrer Dauer immer länger (bei sich verringernder Frequenz) bzw. immer kürzer (bei sich steigernder Frequenz) werden. Da die Halbwellen somit sich ändernde Halbwellendauern aufweisen, wird ein Fehler im Tastverhältnis erkannt und eine Korrektur durchgeführt, die dadurch, dass das Tastverhältnis immer aus dem Verhältnis der Halbwellendauer der positiven zur negativen Halbwelle (oder umgekehrt) bestimmt wird, in die immer gleiche Richtung erfolgt und somit einen weglaufenden Gleichanteil (Offset) bewirkt.In conventional methods for determining and correcting the duty cycle, the duty cycle is regularly determined from the ratio of the half-wave duration of a positive half-wave to the half-wave duration of a subsequent negative half-wave or, conversely, from the ratio of the half-wave duration of a negative half-wave to the half-wave duration of a subsequent positive half-wave, i.e. by setting the ratio the positive to the negative half-wave or vice versa. This is sufficient as long as the periodic signal has a constant frequency. However, if the motor is braked or accelerated, the frequency of the periodic signal decreases or increases. This leads to the fact that the duration of subsequent half-waves becomes longer and longer (as the frequency decreases) or shorter and shorter (as the frequency increases). Since the half-waves thus have changing half-wave durations, an error in the duty cycle is detected and a correction is carried out, which is always carried out in the same direction because the duty cycle is always determined from the ratio of the half-wave duration of the positive to the negative half-cycle (or vice versa) and thus causes a running constant component (offset).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Tastverhältnisses eines periodischen Signals zu schaffen, das eine Korrektur des Tastverhältnisses weitgehend unabhängig von Frequenzänderungen des periodischen Signals ermöglicht.The present invention is based on the object of creating a method for regulating the pulse duty factor of a periodic signal which corrects the pulse duty factor largely independent of frequency changes of the periodic signal.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an object with the features of
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Tastverhältnis abwechselnd anhand des Verhältnisses der Halbwellendauer einer positiven Halbwelle zur Halbwellendauer einer folgenden negativen Halbwelle und des Verhältnisses der Halbwellendauer einer negativen Halbwelle zur Halbwellendauer einer folgenden positiven Halbwelle korrigiert wird.According to the invention it is provided that the duty cycle is alternately corrected based on the ratio of the half-wave duration of a positive half-wave to the half-wave duration of a subsequent negative half-wave and the ratio of the half-wave duration of a negative half-wave to the half-wave duration of a subsequent positive half-wave.
Dem Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, eine Korrektur des Tastverhältnisses nicht feststehend anhand des Verhältnisses einer positiven zu einer negativen Halbwellendauer (oder umgekehrt) vorzunehmen, sondern alternierend. In einem ersten Schritt wird somit beispielsweise zunächst anhand des Verhältnisses der Halbwellendauer einer positiven Halbwelle zur Halbwellendauer einer nachfolgenden negativen Halbwelle das Tastverhältnis korrigiert. Anschließend wird umgekehrt das Tastverhältnis anhand des Verhältnisses der Halbwellendauer einer negativen Halbwelle zur Halbwellendauer einer nachfolgenden positiven Halbwelle korrigiert. Anschließend wird wieder eine positive Halbwelle zu einer negativen, dann eine negative zu einer positiven Halbwelle in Bezug gesetzt usw.The method is based on the idea of not correcting the pulse duty factor in a fixed manner on the basis of the ratio of a positive to a negative half-wave duration (or vice versa), but rather alternately. In a first step, for example, the duty cycle is initially corrected on the basis of the ratio of the half-wave duration of a positive half-wave to the half-wave duration of a subsequent negative half-wave. Then, conversely, the duty cycle is corrected based on the ratio of the half-wave duration of a negative half-wave to the half-wave duration of a subsequent positive half-wave. Then a positive half-wave is related to a negative, then a negative to a positive half-wave, and so on.
Die so durchgeführte alternierende Tastverhältniskorrektur hat den Effekt, dass bei einer Frequenzänderung des zu korrigierenden periodischen Signals - beispielsweise bei einer Frequenzsteigerung infolge eines Beschleunigens eines zu erfassenden bewegten Teils eines Motors - eine Korrektur in unterschiedliche Richtungen vorgenommen und so insgesamt eine fehlerhafte Tastverhältniskorrektur infolge eines frequenzveränderlichen Signals vermieden wird.The alternating duty cycle correction carried out in this way has the effect that when the frequency of the periodic signal to be corrected changes - for example, when the frequency increases as a result of an acceleration of a moving part of a motor to be detected - a correction is made in different directions and thus overall an incorrect duty cycle correction as a result of a frequency-variable signal is avoided.
Beispielsweise werden bei einem periodischen Signal mit sich steigernder Frequenz die Halbwellendauern aufeinander folgender Halbwellen immer kürzer. Durch die alternierende Tastverhältniskorrektur wird dann zunächst ein zur großes Tastverhältnis, im nächsten Schritt ein zu kleines Tastverhältnis, dann wieder ein zu großes Tastverhältnis usw. ermittelt, so dass die Tastverhältniskorrektur mit unterschiedlicher Polarität erfolgt und sich insgesamt ausgleicht.For example, in the case of a periodic signal with an increasing frequency, the half-wave durations of successive half-waves become shorter and shorter. The alternating duty cycle correction then initially determines a duty cycle that is too high, in the next step a duty cycle that is too small, then again a duty cycle that is too high, etc., so that the duty cycle correction takes place with different polarity and is balanced overall.
Anhand des jeweiligen Verhältnisses der Halbwellendauern des periodischen Signals kann ein Stellsignal zur Korrektur des Tastverhältnisses des periodischen Signals erzeugt werden, wobei abhängig von dem jeweiligen Verhältnis der Halbwellendauern das Stellsignal den Zählerwert eines Korrekturzählers zur Korrektur des Tastverhältnisses des periodischen Signals inkrementiert, dekrementiert oder unverändert lässt. Weist das Stellsignal eine Schrittweite auf, die einem kleinsten Bit (Least Significant Bit) entspricht, so ist die alternierende Tastverhältniskorrektur bei einem periodischen Signal veränderlicher Frequenz insgesamt für die Regelung eines Motors vernachlässigbar.On the basis of the respective ratio of the half-wave durations of the periodic signal, a control signal for correcting the duty cycle of the periodic signal can be generated, with the control signal incrementing, decrementing or unchanging the counter value of a correction counter for correcting the duty cycle of the periodic signal, depending on the respective ratio of the half-wave durations. If the control signal has a step size that corresponds to a smallest bit (Least Significant Bit), the alternating duty cycle correction in the case of a periodic signal of variable frequency is negligible overall for the control of a motor.
In einer ersten Variante werden Kennwerte für die Halbwellendauern der Halbwellen durch mindestens einen Zähler bestimmt werden, wobei das Tastverhältnis anhand der Differenz der Kennwerte korrigiert wird. Ein erster Zähler bestimmt hierbei einen Kennwert für die Halbwellendauer einer positiven Halbwelle und ein zweiter Zähler einen Kennwert für die Halbwellendauer einer negativen Halbwelle, wobei anhand der Differenz der Kennwerte ein Stellsignal zur Korrektur des Tastverhältnisses erzeugt wird.In a first variant, characteristic values for the half-wave durations of the half-waves are determined by at least one counter, the duty cycle being corrected on the basis of the difference between the characteristic values. A first counter determines a characteristic value for the half-wave duration of a positive half-wave and a second counter determines a characteristic value for the half-wave duration of a negative half-wave, a control signal for correcting the duty cycle being generated based on the difference between the characteristic values.
Bei einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass zur Bestimmung eines Kennwerts für die Halbwellendauer einer Halbwelle zur Korrektur des Tastverhältnisses
- - ein Kondensator in einen Ausgangszustand gebracht wird, in dem der Kondensator geladen ist,
- - der Kondensator während der Halbwellendauer der Halbwelle ausgehend von dem Ausgangszustand entladen wird und
- - anhand des Ladezustands des Kondensators am Ende der Halbwelle, der einen Kennwert für die Halbwellendauer der Halbwelle darstellt, das Tastverhältnis korrigiert wird.
- - a capacitor is brought into an initial state in which the capacitor is charged,
- - The capacitor is discharged during the half-wave duration of the half-wave starting from the initial state and
- - The duty cycle is corrected based on the state of charge of the capacitor at the end of the half cycle, which represents a characteristic value for the half cycle duration of the half cycle.
Dies geht von dem Gedanken aus, anstelle eines Zählers zur (linearen) Bestimmung der Halbwellendauer einer Halbwelle eine Schaltungsanordnung mit einem Kondensator zu verwenden und die Kennlinie des Entladeverhaltens des Kondensators auszunutzen, um insbesondere bei periodischen Signalen hoher Frequenz eine hinreichende Genauigkeit in der Tastverhältniskorrektur zu erreichen. Der Kondensator wird zur Bestimmung eines Kennwerts für die Halbwellendauer einer Halbwelle zunächst durch Anlegen einer Spannung in einen definierten Ausgangszustand geladen. Während der Halbwellendauer der Halbwelle wird der Kondensator dann entladen und befindet sich am Ende der Halbwelle in einem Ladezustand, in dem noch Restladung in dem Kondensator gespeichert ist. Dieser Ladezustand hängt von der Halbwellendauer ab, die die Zeit vorgibt, während derer sich der Kondensator entladen kann.This is based on the idea of using a circuit arrangement with a capacitor instead of a counter for the (linear) determination of the half-wave duration of a half-wave and using the characteristic curve of the discharge behavior of the capacitor in order to achieve sufficient accuracy in the duty cycle correction, especially with periodic signals of high frequency . To determine a characteristic value for the half-wave duration of a half-wave, the capacitor is first charged to a defined initial state by applying a voltage. During the half-wave duration of the half-wave, the capacitor is then discharged and at the end of the half-wave it is in a state of charge in which residual charge is still stored in the capacitor. This state of charge depends on the half-wave duration, which specifies the time during which the capacitor can discharge.
Um die Genauigkeit in der Tastverhältniskorrektur insbesondere bei hohen Frequenzen des periodischen Signals zu erhöhen, wird die (negativ) exponentielle Kennlinie des Kondensators ausgenutzt, die bedingt, dass sich der Kondensator während der zu erfassenden Halbwellendauer zunächst vergleichsweise schnell entlädt, die Entladegeschwindigkeit jedoch mit der Zeit abnimmt. Daraus ergibt sich, dass bei Signalen hoher Frequenz (deren Halbwellen eine kleine Halbwellendauer aufweisen) eine geringe zeitliche Differenz der Halbwellendauer zweier Halbwellen zu einem großen Unterschied in den Ladezuständen am Ende der jeweiligen Halbwelle führt.In order to increase the accuracy in the duty cycle correction, especially at high frequencies of the periodic signal, the (negative) exponential characteristic of the capacitor is used, which means that the capacitor changes during the to The half-wave duration is initially discharged comparatively quickly, but the discharge speed decreases over time. This means that in the case of high-frequency signals (whose half-waves have a short half-wave duration), a small time difference between the half-wave duration of two half-waves leads to a large difference in the states of charge at the end of the respective half-wave.
Grundsätzlich ist möglich, anhand lediglich eines Kondensators eine Korrektur des Tastverhältnisses eines zwei Halbwellen aufweisenden periodischen Signals durchzuführen. Hierzu kann zunächst über den Kondensator der Kennwert für die Halbwellendauer der ersten Halbwelle bestimmt und mittels eines so genannten Sample&Hold-Gliedes zwischengespeichert werden. Anschließend wird mit demselben Kondensator der Kennwert für die zweite Halbwellendauer ermittelt und, wenn beide Kennwerte zur Verfügung stehen, das Tastverhältnis korrigiert. Alternativ ist auch möglich, die den Kennwerten entsprechenden Ladezustände des Kondensators am Ende der ersten Halbwelle und am Ende der zweiten Halbwelle unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers jeweils zu digitalisieren und digital zu verarbeiten.In principle, it is possible to correct the pulse duty factor of a periodic signal having two half-waves using just one capacitor. For this purpose, the characteristic value for the half-wave duration of the first half-wave can first be determined via the capacitor and temporarily stored by means of a so-called sample & hold element. The characteristic value for the second half-wave duration is then determined with the same capacitor and, if both characteristic values are available, the pulse duty factor is corrected. Alternatively, it is also possible to digitize and digitally process the charge states of the capacitor corresponding to the characteristic values at the end of the first half-cycle and at the end of the second half-cycle using an analog-digital converter.
Um das Tastverhältnis zu korrigieren, sind vorteilhafterweise zwei Kondensatoren vorgesehen, von denen ein erster Kondensator einen Kennwert für die Halbwellendauer einer ersten Halbwelle und ein zweiter Kondensator einen Kennwert für die Halbwellendauer einer zweiten, von der ersten Halbwelle unterschiedlichen Halbwelle liefert. Die beiden Halbwellen stellen eine positive und eine negative Halbwelle des periodischen Signals dar, deren Tastverhältnis beispielsweise auf einen Wert von 1:1 geregelt werden soll. Im Rahmen der Tastverhältniskorrektur wird während der Halbwellendauer der ersten Halbwelle der erste Kondensator und während der Halbwellendauer der zweiten Halbwelle der zweite Kondensator entladen. Der Ladezustand des ersten Kondensators am Ende der ersten Halbwelle gibt einen Kennwert für die Halbwellendauer der ersten Halbwelle an, während der Ladezustand des zweiten Kondensators am Ende der zweiten Halbwelle einen Kennwert für die Halbwellendauer der zweiten Halbwelle liefert. Die Ladezustände der Kondensatoren am Ende der beiden Halbwellen werden dann in den Kondensatoren gespeichert, und anhand der Differenz der Ladezustände der beiden Kondensatoren wird das Tastverhältnis korrigiert.To correct the duty cycle, two capacitors are advantageously provided, of which a first capacitor provides a characteristic value for the half-wave duration of a first half-cycle and a second capacitor a characteristic value for the half-wave duration of a second half-cycle different from the first half-cycle. The two half-waves represent a positive and a negative half-wave of the periodic signal, the duty cycle of which is to be regulated to a value of 1: 1, for example. As part of the duty cycle correction, the first capacitor is discharged during the half-wave duration of the first half-cycle and the second capacitor is discharged during the half-wave duration of the second half-cycle. The state of charge of the first capacitor at the end of the first half cycle indicates a characteristic value for the half cycle duration of the first half cycle, while the state of charge of the second capacitor at the end of the second half cycle provides a characteristic value for the half cycle duration of the second half cycle. The charge states of the capacitors at the end of the two half-waves are then stored in the capacitors, and the duty cycle is corrected based on the difference in the charge states of the two capacitors.
Zur Korrektur des Tastverhältnisses kann anhand der Differenz der Ladezustände der Kondensatoren ein Stellsignal erzeugt werden. Die Ladezustände der Kondensatoren können dabei über mindestens einen Komparator miteinander verglichen werden, wobei abhängig vom Ausgangswert des mindestens einen Komparators das Stellsignal den Zählerwert eines Korrekturzählers zur Korrektur des Tastverhältnisses inkrementiert, dekrementiert oder unverändert lässt. In Abhängigkeit von dem Zählerwert des Korrekturzählers wird beispielsweise der Gleichanteil (Offset) des zu korrigierenden periodischen Signals angepasst, wobei die Korrektur so oft wiederholt wird, bis das Tastverhältnis den gewünschten Sollwert erreicht hat.To correct the pulse duty factor, a control signal can be generated based on the difference in the charge states of the capacitors. The charge states of the capacitors can be compared with one another via at least one comparator, the control signal incrementing, decrementing or unchanging the counter value of a correction counter for correcting the duty cycle, depending on the output value of the at least one comparator. Depending on the counter value of the correction counter, for example, the direct component (offset) of the periodic signal to be corrected is adapted, the correction being repeated until the pulse duty factor has reached the desired target value.
Vorteilhafterweise werden die Ladezustände der Kondensatoren über zwei parallele Komparatoren miteinander verglichen, wobei anhand der Ausgangswerte der zwei Komparatoren das Stellsignal den Zählerwert eines Korrekturzählers
- - inkrementiert, wenn die Differenz der Ladezustände der Kondensatoren eine positive Relevanzschwelle überschreitet,
- - dekrementiert, wenn die Differenz der Ladezustände der Kondensatoren eine negative Relevanzschwelle unterschreitet,
- - unverändert lässt, wenn die Differenz der Ladezustände der Kondensatoren zwischen der positiven Relevanzschwelle und der negativen Relevanzschwelle liegt.
- - incremented when the difference in the charge states of the capacitors exceeds a positive relevance threshold,
- - decremented when the difference in the charge states of the capacitors falls below a negative relevance threshold,
- - Leaves unchanged if the difference in the state of charge of the capacitors is between the positive relevance threshold and the negative relevance threshold.
Am ersten Komparator können hierzu beispielsweise ein Spannungssignal des ersten Kondensators (positiver Eingang des ersten Komparators) und ein um die negative Relevanzschwelle erhöhtes Spannungssignal des zweiten Kondensators (negativer Eingang des ersten Komparators) anliegen. Am zweiten Komparator liegen umgekehrt das Spannungssignal des zweiten Kondensators (positiver Eingang des zweiten Komparators) und das um die positive Relevanzschwelle erhöhte Spannungssignal des ersten Kondensators (negativer Eingang des zweiten Komparators) an.For this purpose, a voltage signal from the first capacitor (positive input of the first comparator) and a voltage signal from the second capacitor increased by the negative relevance threshold (negative input of the first comparator) can be applied to the first comparator. Conversely, the voltage signal of the second capacitor (positive input of the second comparator) and the voltage signal of the first capacitor increased by the positive relevance threshold (negative input of the second comparator) are applied to the second comparator.
Zur Korrektur des Tastverhältnisses des periodischen Signals wird aus dem periodischen Signal bevorzugt ein Rechtecksignal gebildet und anhand des Rechtecksignals das Tastverhältnis korrigiert. Der Kondensator kann in einer Schaltungsanordnung mit Schaltern verschaltet sein, die das Laden und Entladen des Kondensators steuern und deren Schaltzustände zum Laden und Entladen des Kondensators über eine Steuerlogik geschaltet werden. Aus dem Rechtecksignal ermittelt die Steuerlogik dabei die Flanken des Rechtecksignals und schaltet die Schalter anhand der Flanken, um den Kondensator aufzuladen und einen Entladevorgang zu beginnen und zu beenden.To correct the duty cycle of the periodic signal, a square-wave signal is preferably formed from the periodic signal and the duty cycle is corrected on the basis of the square-wave signal. The capacitor can be connected in a circuit arrangement with switches which control the charging and discharging of the capacitor and whose switching states for charging and discharging the capacitor are switched via a control logic. From the square-wave signal, the control logic determines the edges of the square-wave signal and switches the switches based on the edges in order to charge the capacitor and start and end a discharge process.
Beispielsweise kann der Kondensator zum Laden über einen ersten Schalter mit einer Ausgangsspannung verbunden werden, die den Kondensator in einen Ausgangszustand mit einer vorbestimmten Ladung bringt. Zum Entladen wird der erste Schalter geöffnet, und der Kondensator wird über einen zweiten Schalter mit einem Widerstand verbunden, so dass der Kondensator zusammen mit dem Widerstand ein RC-Glied bildet. Über den Widerstand wird der Kondensator entladen, wobei am Ende der Halbwelle - bestimmt durch die Steuerlogik anhand der entsprechenden Flanke des Rechtecksignals - auch der zweite Schalter geöffnet und der Ladezustand am Ende der Halbwelle somit in dem Kondensator gespeichert wird.For example, for charging, the capacitor can be connected to an output voltage via a first switch, which brings the capacitor into an output state with a predetermined charge. To discharge, the first switch is opened and the capacitor is over a second switch is connected to a resistor, so that the capacitor forms an RC element together with the resistor. The capacitor is discharged via the resistor, and at the end of the half-cycle - determined by the control logic based on the corresponding edge of the square-wave signal - the second switch is also opened and the state of charge at the end of the half-cycle is thus stored in the capacitor.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine grafische Darstellung eines periodischen Signals; -
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Regelung des Tastverhältnisses eines periodischen Signals unter Verwendung zweier Zähler; -
3 eine grafische Darstellung eines Rechtecksignals und korrespondierender Zählerwerte der Zähler der Vorrichtung gemäß2 ; -
4 eine grafische Darstellung der Zählerwerte der Zähler als Funktion der Zeit beim Heraufzählen; -
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Regelung des Tastverhältnisses eines periodischen Signals unter Verwendung von Schaltungsanordnungen mit jeweils einem Kondensator; -
6 eine grafische Darstellung eines Rechtecksignals und der Spannungssignale der Kondensatoren als Funktion der Zeit; -
7 eine grafische Darstellung der Spannungssignale der Kondensatoren beim Entladen; -
8 eine grafische Darstellung eines Stellsignals als Funktion der Differenz der Spannungssignale der Kondensatoren der Vorrichtung gemäß5 ; -
9A eine grafische Darstellung eines Rechtecksignals als Funktion der Zeit und von zugeordneten Korrekturintervallen, in denen die Korrektur des Tastverhältnisses vorgenommen wird, und -
9B eine grafische Darstellung eines Rechtecksignals als Funktion der Zeit und von zugeordneten Korrekturintervallen für eine modifizierte Korrektur des Tastverhältnisses.
-
1 a graphical representation of a periodic signal; -
2 a schematic representation of a device for regulating the duty cycle of a periodic signal using two counters; -
3 a graphical representation of a square wave signal and corresponding counter values of the counters of the device according to FIG2 ; -
4th a graphical representation of the counter values of the counters as a function of time when counting up; -
5 a schematic representation of an embodiment of a device for regulating the duty cycle of a periodic signal using circuit arrangements, each with a capacitor; -
6th a graphical representation of a square wave signal and the voltage signals of the capacitors as a function of time; -
7th a graphic representation of the voltage signals of the capacitors during discharge; -
8th a graphical representation of a control signal as a function of the difference between the voltage signals of the capacitors of the device according to FIG5 ; -
9A a graphical representation of a square-wave signal as a function of time and of assigned correction intervals in which the correction of the duty cycle is carried out, and -
9B a graphical representation of a square wave signal as a function of time and associated correction intervals for a modified correction of the duty cycle.
Bei der Geschwindigkeitsregelung von motorischen Antrieben, beispielsweise bei Stellantrieben für Werkzeugmaschinen, erfolgt üblicherweise eine Geschwindigkeitsregelung dadurch, dass an einem bewegten Teil, beispielsweise einer rotierenden Motorachse, Mittel zur Erzeugung eines periodischen Signals in Form eines Sinussignals vorgesehen werden, anhand derer die Geschwindigkeit und die Position des bewegten Teils erfasst wird. Beispielsweise können an einer Motorachse ein oder mehrere Magnete angeordnet sein, die mit zwei lager- oder gehäuseseitig um 90° in Umfangsrichtung der Motorachse versetzt zueinander angeordneten Hall-Sensoren zur Erzeugung zweier um 90° zueinander phasenverschobener Sinussignale zusammenwirken. Aus diesen Sinussignalen können dann die Position, die Geschwindigkeit und die Drehrichtung der Motorachse ermittelt werden.When regulating the speed of motorized drives, for example actuators for machine tools, speed control usually takes place in that means for generating a periodic signal in the form of a sinusoidal signal are provided on a moving part, for example a rotating motor axis, on the basis of which the speed and position are provided of the moving part is detected. For example, one or more magnets can be arranged on a motor axis, which interact with two Hall sensors that are offset from one another by 90 ° in the circumferential direction of the motor axis to generate two sinusoidal signals phase-shifted by 90 °. The position, speed and direction of rotation of the motor axis can then be determined from these sinusoidal signals.
Um die Geschwindigkeit und Position eines bewegten Teils exakt erfassen zu können, ist erforderlich, Fehler in den erzeugten periodischen Signalen zu korrigieren. Dieses ist notwendig, da die erzeugten periodischen Signale Fehler in ihrem Gleichanteil (Offset), ihren Amplituden und ihrem Phasenwinkel aufweisen können. Zudem kann das periodische Signal verzerrt sein, so dass das Signal zwar periodisch ist, in seiner Form aber von einer reinen Sinusform abweicht.In order to be able to record the speed and position of a moving part exactly, it is necessary to correct errors in the periodic signals generated. This is necessary because the generated periodic signals can have errors in their DC component (offset), their amplitudes and their phase angle. In addition, the periodic signal can be distorted, so that although the signal is periodic, its shape differs from a pure sinusoidal shape.
Ein Beispiel für ein periodisches Signal
Das periodische Signal
Das in
Durch die Korrektur über die Angleichung der Amplituden
Zur Korrektur eines periodischen Signals
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Regelung des Tastverhältnisses wenigstens eines periodischen Signals
Die Steuerlogik
Über das Vergleichssignal
In Abhängigkeit von dem durch die Steuerlogik
Die Zähler
Die Zähler
Während der Halbwellendauer
Während der folgenden positiven Halbwelle
Am Ende der positiven Halbwelle
Der Vorgang setzt sich fort, wobei abwechselnd die Halbwellendauer
Die Vergleichslogik
Die Korrektur des Tastverhältnisses erfolgt wiederholt und fortlaufend, während das periodische Signal
Mittels der in
Das lineare Aufzählen hat den Effekt, dass die Korrektur des Tastverhältnisses des periodischen Signals
Ebenfalls eingezeichnet ist in
Eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Regelung des Tastverhältnisses mindestens eines periodischen Signals ist in
Analog der Ausführungsform gemäß
Die Vorrichtung gemäß
Ein beispielhafter Verlauf von Spannungssignalen
Zu Beginn einer ersten positiven Halbwelle
Bei der folgenden Flanke am Ende der Halbwelle
Am Ende der negativen Halbwelle
Die Ausgangswerte der Komparatoren
Das Laden und Entladen des Kondensators
Die Komparatoren
In Abhängigkeit von der Differenz
Abhängig von den Ausgangswerten der Komparatoren
Die positive Relevanzschwelle
Die Vorrichtung gemäß
Das exponentielle Entladeverhalten der Kondensatoren
Durch das exponentielle Entladeverhalten der Kondensatoren
In
Die Ausführungsformen der Vorrichtungen gemäß
Herkömmlich erfolgt die Korrektur des Tastverhältnisses dadurch, dass ein Kennwert für das Tastverhältnis als Verhältnis der Halbwellendauern
Weist das periodische Signal
Beispielhaft ist dies in
Infolge der immer kürzer werdenden Halbwellendauern
Um bei einer Frequenzänderung des periodischen Signals
Zunächst wird bei dem Beispiel gemäß
In einem zweiten Korrekturintervall
Alternierend erfolgt nun die Korrektur des Tastverhältnisses in den Korrekturintervallen I3-I7, wobei der Zählerwert
Wird als maximale Korrekturschrittweite bei der Anpassung des Korrekturzählers
Die anhand
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind auch andere Schaltungsanordnungen zur Korrektur des Tastverhältnisses mindestens eines periodischen Signals unter Verwendung eines Kondensators einsetzbar, die vorteilhafterweise eine Korrektur des Tastverhältnisses zweier periodischer Signale vornehmen, die als um 90° zueinander phasenverschobene Signale an einem Motor zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Position eines drehbewegten Teils erzeugt werden.The idea on which the invention is based is not restricted to the exemplary embodiments described above. In particular, other circuit arrangements for correcting the pulse duty factor of at least one periodic signal using a capacitor can be used, which advantageously correct the pulse duty factor of two periodic signals that are 90 ° out of phase signals on a motor for determining the speed and position of a rotating part be generated.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Verstärkeramplifier
- 22
- KomparatorComparator
- 33
- SteuerlogikControl logic
- 41, 4241, 42
- Zählercounter
- 4343
- Oszillatoroscillator
- 55
- VergleichslogikComparison logic
- 5'5 '
- AuswertelogikEvaluation logic
- 66th
- KorrekturzählerCorrection counter
- 77th
- Digital-Analog-WandlerDigital-to-analog converter
- 8080
- Widerstandresistance
- 81, 8281, 82
- SchaltungsanordnungCircuit arrangement
- 810, 811, 820, 821810, 811, 820, 821
- Schaltercounter
- 812, 822812, 822
- Kondensatorcapacitor
- 83, 8483, 84
- KomparatorComparator
- A1, A2A1, A2
- Amplitudeamplitude
- A1k, A2kA1k, A2k
- Korrigierte AmplitudeCorrected amplitude
- C1, C2C1, C2
- Kapazitätcapacity
- CLK_a, CLK_bCLK_a, CLK_b
- TaktsignalClock signal
- compcomp
- VergleichssignalComparison signal
- DtH, DtMDtH, DtM
- Differenzdifference
- DV, DVH, DVMDV, DVH, DVM
- Differenzdifference
- DZ, DZH, DZLDZ, DZH, DZL
- Differenzdifference
- GndGnd
- MasseDimensions
- HW1 - HW8HW1 - HW8
- HalbwelleHalf wave
- 11 - 1711-17
- KorrekturintervallCorrection interval
- RR.
- WiderstandswertResistance value
- Reset1, Reset2Reset1, Reset2
- RücksetzsignalReset signal
- Start1, Start2Start1, Start2
- StartsignalStart signal
- Stop1, Stop2Stop1, Stop2
- StoppsignalStop signal
- S1, S2, S3, S4S1, S2, S3, S4
- SchaltsignalSwitching signal
- tt
- ZeitTime
- t1 - t8t1 - t8
- HalbwellendauerHalf-wave duration
- up, downup, down
- StellsignalControl signal
- VV
- Spannungvoltage
- V_0V_0
- EingangssignalInput signal
- V_0kV_0k
- Korrigiertes EingangssignalCorrected input signal
- V_AV_A
- verstärktes Signalamplified signal
- V_A1, V_A2V_A1, V_A2
- RelevanzschwelleRelevance threshold
- V_RV_R
- RechtecksignalSquare wave signal
- V_REFV_REF
- ReferenzspannungReference voltage
- V_STARTV_START
- AusgangsspannungOutput voltage
- V_thrV_thr
- SchwellwertThreshold
- V1, V2V1, V2
- SpannungssignalVoltage signal
- ZZ
- ZählerwertCounter value
- Z1, Z2Z1, Z2
- ZählerwertCounter value
- Z1L, Z2LZ1L, Z2L
- Zählerwert bei niedriger FrequenzCounter value at low frequency
- Z1H, Z2HZ1H, Z2H
- Zählerwert bei hoher FrequenzCounter value at high frequency
- ZmaxZmax
- Maximaler ZählerwertMaximum counter value
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008062451.9A DE102008062451B4 (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Method for the regulation of the pulse duty factor independent of acceleration |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008062451A1 DE102008062451A1 (en) | 2010-06-17 |
DE102008062451B4 true DE102008062451B4 (en) | 2021-08-12 |
Family
ID=42168747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102008062451.9A Expired - Fee Related DE102008062451B4 (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Method for the regulation of the pulse duty factor independent of acceleration |
Country Status (1)
Country | Link |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475086A (en) | 1982-03-31 | 1984-10-02 | Eastman Kodak Company | Duty cycle detector |
DE3514155A1 (en) | 1985-04-19 | 1986-10-23 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE KEY RATIO AT LEAST ONE ELECTRICAL SIGNAL |
US20060012412A1 (en) | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Baker R J | Method and apparatus for reducing duty cycle distortion of an output signal |
-
2008
- 2008-12-15 DE DE102008062451.9A patent/DE102008062451B4/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3514155A1 (en) | 1985-04-19 | 1986-10-23 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE KEY RATIO AT LEAST ONE ELECTRICAL SIGNAL |
US20060012412A1 (en) | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Baker R J | Method and apparatus for reducing duty cycle distortion of an output signal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102008062451A1 (en) | 2010-06-17 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
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