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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers, insbesondere zur Kompensation eines systematischen Fehlers eines Rotorlagesensors.
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Elektromechanische Lenksysteme, insbesondere das so genannte rack-concentric electric power steering (RC-EPS), verfügen über einen elektrischen Servomotor, welcher in der Regel elektrisch kommutiert wird. Der Servomotor bringt hierbei ein Unterstützungsmoment auf eine Lenksäule oder vorzugsweise eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung auf. Zur Regelung des Unterstützungsmoments wird u. a. eine aktuelle Rotorlage eines Rotors des Servomotors benötigt. Hierbei wird eine solche Rotorlage mittels eines Rotorlagesensors oder eines so genannten Resolvers bestimmt.
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Durch verschiedene Einflüsse, z. B. durch Temperaturschwänkungen, Verschmutzung oder konstruktionsbedingte Einflüsse, werden die Ausgangssignale eines solchen Resolvers gegenüber idealen, d. h. fehlerfreien, Ausgangssignalen verfälscht. Hierdurch wird eine fehlerbehaftete Rotorlage des Rotors bestimmt und eine Regelung des Unterstützungsmoments qualitativ verschlechtert. Der Fehler in dem Ausgangssignal des Resolvers ist hierbei systematischer Natur und somit für jedes einzelne elektromechanische Lenksystem reproduzierbar.
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Die
US 7,469,193 B2 offenbart ein Verfahren zur Kompensation eines Winkelfehlers in einem Ausgang eines Resolvers. Hierbei wird initial mindestens ein Ausgangssignal des Resolvers erfasst, wobei der Resolver eine aktuelle Winkelposition eines mit dem Resolver gekoppelten Rotors detektiert. Hiernach wird bestimmt, ob die aktuelle Winkelposition des Rotors von einem ersten Polpaar des Resolvers oder von einem zweiten Polpaar des Resolvers detektiert wurde. Wurde die aktuelle Winkelposition des Rotors von dem ersten Polpaar detektiert, so wird ein Ausgangssignal des Resolvers mit einer ersten resolverabhängigen Winkelfehlerinformation synchronisiert. Wurde eine aktuelle Winkelposition des Rotors von dem zweiten Polpaar detektiert, so wird das Ausgangssignal des Resolvers mit einer zweiten resolverabhängigen Winkelfehlerinformation synchronisiert. Hierbei offenbart die Druckschrift, dass ein resolverabhängiger Winkelfehler in Form eines höhergradigen Polynoms ausgedrückt werden kann, so dass eine Kompensierungsinformation rechnerisch bestimmt werden kann. Weiter kann das höherrangige Polynom an verschiedene Geschwindigkeiten des Rotors angepasst werden.
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers, insbesondere eines Fehlers eines Rotorlagesensors einer elektromechanischen Lenkung, zu schaffen, welche eine verbesserte dynamische Kompensation des Sensorfehlers ermöglicht.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kompensation eines Sensorfehlers eines Sensors, wobei der Sensor eine Rotorlage eines Rotors erfasst. Insbesondere kann der Sensor eine Rotorlage eines Rotors eines Servomotors in einem elektromechanischen Lenksystem erfassen. Hierbei kann der Sensor auch als sogenannter Resolver bezeichnet werden. Weiter wird mindestens ein Ausgangssignal des Sensors mittels mindestens eines Korrektursignals korrigiert. Beispielsweise kann das Korrektursignal zu dem mindestens einen Ausgangssignal des Sensors hinzuaddiert oder von diesem subtrahiert werden.
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Das mindestens eine Korrektursignal wird in Abhängigkeit mindestens einer dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift bestimmt. Hierbei können insbesondere Parameter der Berechnungsvorschrift zur Laufzeit des Verfahrens, also zeitabhängig, verändert werden. Die Berechnungsvorschrift kann beispielsweise ein mathematisches Modell des Ausgangssignals des Sensors darstellen. Das mathematische Modell kann hierbei z. B. physikalische Messprinzipien des Sensors zur Erfassung der Rotorlage berücksichtigen.
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Erfindungsgemäß wird mindestens ein Parameter der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift mittels eines Korrekturglieds eingestellt, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit des mindestens einen Korrektursignals einstellt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine dynamische Kompensation des Sensorfehlers ermöglicht, wobei der Sensorfehler ein systematischer Fehler ist. Insbesondere können somit von Temperaturänderungen abhängige Sensorfehler, von einer Eingangsspannungsänderung des Sensors abhängige Sensorfehler oder von weiteren Änderungen abhängige Sensorfehler zur Laufzeit mit einer ausreichenden Kompensationsgüte kompensiert werden. Hierzu wird insbesondere die Berechnungsvorschrift bzw. mindestens ein Parameter der Berechnungsvorschrift angepasst. Ändert sich z. B. das Korrektursignal innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums stärker als ein vorbestimmtes Maß, so kann angenommen werden, dass Ursachen eingetreten sind oder sich verändert haben, die zu einer Verfälschung des Ausgangssignals des Sensors führen. Steigt oder sinkt das Korrektursignal z. B. innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums mehr als ein vorbestimmter Prozentsatz, so können Ursachen für einen systematischen Sensorfehler eingetreten oder sich verändert haben.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das mindestens eine Korrektursignal als Differenz des mindestens einen Ausgangssignals des Sensors und mindestens eines Ausgangssignals einer Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes berechnet, wobei die Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes mittels der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift das mindestens eine Ausgangssignal des Sensors schätzt. Hierbei erfolgt eine Schätzung des Wertes des Ausgangssignals mittels der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes zur Laufzeit des Verfahrens. Die Berechnungsvorschrift kann hierbei beispielsweise eine modellbasierte Berechnungsvorschrift sein, wobei die Berechnungsvorschrift auf einem dynamischen Modell des Sensors beruht. Die Berechnungsvorschrift kann hierbei den Schätzwert in Abhängigkeit eines Zeitverlaufs schätzen. Die Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes kann hierbei auch als so genannter Störgrößenbeobachter bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignal des Sensors einen sinusförmigen Verlauf über einer Laufzeit aufweisen, falls der Rotor rotiert. Ein dynamisches Modell des Ausgangssignals des Sensors ist dann z. B. mittels M1 = A·sin(ω·t + δ) Formel 1 gegeben. Hierbei bezeichnet A eine Amplitude, ω eine Kreisfrequenz und δ einen Phasenwinkel einer Sinus-Schwingung. Die Amplitude A, die Kreisfrequenz ω und der Phasenversatz δ bilden hierbei Parameter der Berechnungsvorschrift. Die Kreisfrequenz ω ist hierbei abhängig von einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. Hierbei ist mindestens einer der vorhergehend genannten Parameter in Abhängigkeit des mindestens einen Korrektursignals einstellbar, wobei sich das Korrektursignal K1 als Differenz K1 = M1 – S1 Formel 2 berechnet. Hierbei bezeichnet K1 das Korrektursignal, M1 das mittels der Berechnungsvorschrift berechnete bzw. geschätzte Ausgangsignal und S1 das Ausgangssignal des Sensors. Sind zu einem ersten Zeitpunkt t1 alle Parameter der Berechnungsvorschrift bekannt, so kann der Schätzwert M1 für diesen ersten Zeitpunkt t1 berechnet werden. Ebenso kann der Schätzwert M1 für weitere Zeitpunkte bestimmt werden, die beispielsweise dem Zeitpunkt t1 folgen.
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Die Berechnungsvorschrift kann hierbei beispielsweise auf einem so genannten Kalman-Filter, insbesondere einem nichtlinearen Kalman-Filter (Extended Kalman-Filter, Unscented Kalman-Filter) beruhen. Mittels des Kalman-Filters wird ein Schätzwert M1 des Ausgangssignals S1 des Sensors geschätzt. Abhängig von der Differenz zwischen dem Schätzwert M1 und dem Ausgangssignal S1, also dem Korrektursignal K1, werden hierbei die Parameter der Berechnungsvorschrift angepasst. Durch die modellbasierte Berechnung eines Schätzwertes und somit eines Korrektursignals ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte dynamische Anpassung der Kompensation eines Sensorfehlers.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Eingangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Korrektursignals das mindestens eine Ausgangssignal des Sensors. Ein weiteres Eingangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes kann ein aktueller Zeitpunkt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein erstes sinusförmiges Ausgangssignal des Sensors mittels eines ersten Korrektursignals und ein zweites sinusförmiges Ausgangssignal des Sensors mittels eines zweiten Korrektursignals korrigiert, wobei das erste Ausgangssignal dem zweiten Ausgangssignal um 90° phasenversetzt voreilt. Ist das erste Ausgangssignal sinusförmig, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine korrigierte Rotorlage des Rotors mittels einer arctan-Funktion berechnet werden kann, wobei sich das Argument der arctan-Funktion als Quotient des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals bestimmt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine eineindeutige Bestimmung der Rotorlage erfolgen.
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Hierfür können z. B. bekannte Sensoren bzw. Resolver verwendet werden, die z. B. zwei um 90° räumlich versetzt angeordnete Wicklungen umfassen, die in Abhängigkeit einer Rotation des Rotors das erste und das zweite Sensorsignal erzeugen. Hierbei kann die erste Wicklung als so genannte Sinus-Wicklung und die zweite Wicklung als sogenannte Kosinus-Wicklung bezeichnet werden. Im Idealfall weist das erste Sensorsignal somit einen reinen sinusförmigen Verlauf und das zweite Sensorsignal einen rein kosinusförmigen Verlauf auf.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein erstes Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als X-Koordinate eines Punktes auf einem idealisierten Kreis und ein zweites Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als Y-Koordinate des Punktes auf dem idealisierten Kreis bestimmt. Hierbei bestimmt sich der Punkt auf dem idealisierten Kreis in Abhängigkeit einer minimalen geometrischen Differenz zwischen einem Messpunkt und dem Punkt des idealisierten Kreises, wobei der Messpunkt als X-Koordinate das erste Ausgangssignal des Sensors und als Y-Koordinate das zweite Ausgangssignal des Sensors aufweist. Wird in einem kartesischen Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse das zweite Ausgangssignal des Sensors (Y-Wert) über dem ersten Ausgangssignal des Sensors (X-Wert) aufgetragen, so ergibt sich bei einer fehlerfreien Erfassung der Rotorlage der idealisierte Kreis. Liegen jedoch systematische Fehler bei der Erfassung der Rotorlage vor, so weicht eine geometrische Form eines zeitlichen Verlaufs der Messpunkte eine von dem idealisierten Kreis abweichende Form, insbesondere eine ellipsoide Form, auf. Die Größe des systematischen Fehlers ist hierbei abhängig von einer Abweichung bzw. einer geometrischen Differenz zwischen dem Messpunkt und einem Punkt des idealisierten Kreises. Das erste und zweite Korrektursignal werden dann als Differenz zwischen dem ersten Ausgangssignal des Sensors und dem ersten Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes bzw. der Differenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal des Sensors und dem zweiten Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes bestimmt. Durch die Abhängigkeit der Bestimmung des ersten und zweiten Ausgangssignals der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes von einem idealisierten Kreis ergibt sich in vorteilhafter Weise eine robuste, einfach zu implementierende und zuverlässige Bestimmung des Korrektursignals.
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Hierbei kann die minimale geometrische Differenz eine minimale Differenz entlang einer X-Achse des vorhergehend erwähnten kartesischen Koordinatensystems oder eine minimale Differenz entlang einer Y-Achse oder eine kleinste quadratische Differenz zwischen den Koordinaten des Messpunktes und des Punktes des idealisierten Kreises sein. Die Art der Bestimmung der minimalen geometrischen Differenz legt hierbei fest, welcher Punkt des idealisierten Kreises dem Messpunkt entsprechen soll. Ist beispielsweise bekannt, dass nur das erste Ausgangssignal des Sensors einem systematischen Fehler unterliegt, so kann das erste Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als eine X-Koordinate des Punktes des idealisierten Kreises bestimmt werden, dessen geometrischer Abstand zur X-Koordinate des Messpunktes minimal ist. Analog erfolgt das Bestimmen des zweiten Ausgangssignals der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes als eine Y-Koordinate des Punktes des idealisierten Kreises, dessen geometrischer Abstand zur Y-Koordinate des Messpunktes minimal ist, falls bekannt ist, dass ein systematischer Fehler nur im zweiten Ausgangssignal des Sensors vorliegt. Liegt ein systematischer Fehler für beide Ausgangssignale des Sensors vor, so wird vorzugsweise die Differenz als kleinste quadratische Differenz der Koordinaten des Messpunktes und des Punktes des idealisierten Kreises bestimmt.
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Hierbei weist der Messpunkt die Koordinaten (S1, S2) auf, wobei S1 das erste Ausgangssignal des Sensors und S2 das zweite Ausgangssignal des Sensors bezeichnet. Die Koordinaten des idealisierten Kreises ergeben sich durch M1 = A·sin(ω·t + δ) Formel 3, M2 = A·cos(ω·t + δ) Formel 4.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Korrekturglied die Amplitude A und/oder den Phasenversatz δ und/oder die Kreisfrequenz ω in der ersten und zweiten Koordinatengleichung einstellen.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers eines Sensors, wobei mittels des Sensors eine Rotorlage eines Rotors erfassbar ist, wobei mindestens ein Ausgangssignal des Sensors mittels eines Korrektursignals korrigierbar ist, wobei das mindestens eine Korrektursignal in Abhängigkeit mindestens einer dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift bestimmbar ist. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Parameter der dynamisch veränderbaren Berechnungsvorschrift mittels eines Korrekturglieds einstellbar, wobei das Korrekturglied den mindestens einen Parameter in Abhängigkeit des mindestens einen Korrektursignals einstellt. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eines der vorhergehend erläuterten Verfahren durchführbar.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Kompensation eines Sensorfehlers und
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2 eine schematische Darstellung einer Berechnung eines ersten und zweiten Ausgangssignals einer Einheit zur Bestimmung eines Schätzwerts.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Kompensation eines Sensorfehlers eines Rotorlagesensors 4 in einem nicht dargestellten elektromechanischen Lenksystems. Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 eine Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes und ein Korrekturglied 3. Der Rotorlagesensor erzeugt ein erstes Ausgangssignal S1 und ein zweites Ausgangssignal S2. Ein zeitlicher Verlauf des ersten Ausgangssignals S1 des Rotorlagesensors 4 ist hierbei ein sinusförmiger Verlauf, wobei das zweite Ausgangssignal S2 des Rotorlagesensors 4 dem ersten Ausgangssignal S1 des Rotorlagesensors 4 um 90° phasenversetzt voreilt, also einen kosinusförmigen Verlauf aufweist. Das erste und das zweite Ausgangssignal S1, S2 des Rotorlagesensors 4 bilden hierbei Eingangssignale der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes. Auf Basis von idealisierten Koordinatengleichungen, die in Formel 3 und Formel 4 der allgemeinen Beschreibung definiert sind, bestimmt die Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes ein erstes Ausgangssignal M1 und ein zweites Ausgangssignal M2 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes. Hierbei ist das erste Ausgangssignal M1 ein Schätzwert des ersten Ausgangssignals S1 des Rotorlagesensors 4. Das zweite Ausgangssignal M2 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes ist ein Schätzwert des zweiten Ausgangssignals S2 des Rotorlagesensors 4. Ein erstes Korrektursignal K1 wird als Differenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 des Rotorlagesensors 4 und dem ersten Ausgangssignal M1 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes berechnet. Ein zweites Korrektursignal K2 wird als Differenz des zweiten Ausgangssignals S2 des Rotorlagesensors 4 und des zweiten Ausgangssignals M2 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes berechnet. Ein korrigiertes erstes Ausgangssignal S1K wird dann als Differenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 des Rotorlagesensors 4 und dem ersten Korrektursignal K1 und ein zweites korrigiertes Ausgangssignal S2K des Rotorlagesensors 4 als Differenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal S2 des Rotorlagesensors 4 und dem zweiten Korrektursignal K2 berechnet. Weiter dienen das erste und das zweite Korrektursignal K1, K2 als Eingangsgrößen für das Korrekturglied 3. In Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs des ersten und des zweiten Korrektursignals K1, K2 stellt das Korrekturglied 3 eine Amplitude A, eine Kreisfrequenz ω und ein Phasenversatz δ der idealisierten Koordinatengleichungen (Formel 3, Formel 4) ein.
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In 2 ist eine schematische Bestimmung des ersten Ausgangssignals M1 und des zweiten Ausgangssignals M2 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwertes dargestellt. Hierbei wird ein zeitlicher Verlauf des zweiten Ausgangssignals S2 des Rotorlagesensors 4 über dem ersten Ausgangssignal S1 des Rotorlagesensors 4 in einem durch die X-Achse und die Y-Achse beschriebenen kartesischen Koordinatensystems aufgetragen. Liegt ein systematischer Fehler vor, so beschreibt der geometrische Verlauf einen ellipsoiden Verlauf 5. Ein beispielhafter Messpunkt PS weist die Koordinaten S1, S2 auf, wobei ein Wert bzw. eine Amplitude des ersten Ausgangssignals S1 des Rotorlagesensors 4 als X-Wert und ein Wert bzw. eine Amplitude des zweiten Ausgangssignals S2 des Rotorlagesensors 4 als Y-Wert im kartesischen Koordinatensystem interpretiert wird. Weiter ist ein idealisierter Kreis 6 dargestellt, welcher einen zeitlichen Verlauf des ersten Ausgangssignals S1 und des zweiten Ausgangssignals S2 des Rotorlagesensors 4 im fehlerfreien Fall darstellt. Das erste Ausgangssignal M1 der Einheit 2 zur Bestimmung eines Schätzwerts wird hierbei als X-Koordinate eines Punktes PM des idealisierten Kreises 6 bestimmt. Analog wird das zweite Ausgangssignal M2 als Y-Koordinate des Punktes PM berechnet. Hierbei weist der Punkt PM des idealisierten Kreises den kleinsten geometrischen Abstand zum Messpunkt PS auf. Wird angenommen, dass nur das erste Ausgangssignal S1 des Rotorlagesensors 4 fehlerbehaftet ist, so kann sich ein Punkt P1M als ein Punkt des idealisierten Kreises 6 bestimmen, der den geringsten Abstand in X-Richtung vom Messpunkt PS aufweist. Analog kann sich ein Punkt P2M des idealisierten Kreises 6 als ein Punkt bestimmen, der den geringsten geometrischen Abstand in Y-Richtung vom Messpunkt PS aufweist, wobei in diesem Fall angenommen wird, dass nur das zweite Ausgangssignal S2 des Rotorlagesensors 4 fehlerbehaftet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes
- 3
- Korrekturglied
- 4
- Rotorlagesensor
- 5
- Ellipse
- 6
- idealisierter Kreis
- S1
- erstes Ausgangssignal des Rotorlagesensors
- S2
- zweites Ausgangssignal des Rotorlagesensors
- M1
- erstes Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes
- M2
- zweites Ausgangssignal der Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes
- K1
- erste Korrektursignal
- K2
- zweites Korrektursignal
- S1K
- erstes korrigiertes Ausgangssignal des Rotorlagesensors
- S2K
- zweites korrigiertes Ausgangssignal des Rotorlagesensors
- A
- Amplitude
- ω
- Kreisfrequenz
- δ
- Phasenversatz
- PS
- Messpunkt
- PM
- Punkt des idealisierten Kreises
- P1M
- Punkt des idealisierten Kreises
- P2M
- Punkt des idealisierten Kreises
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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