DE19937263C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner DrehzahlenInfo
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- DE19937263C2 DE19937263C2 DE1999137263 DE19937263A DE19937263C2 DE 19937263 C2 DE19937263 C2 DE 19937263C2 DE 1999137263 DE1999137263 DE 1999137263 DE 19937263 A DE19937263 A DE 19937263A DE 19937263 C2 DE19937263 C2 DE 19937263C2
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes (omega¶a¶(t)) mit einem Analogtacho (4) im Bereich kleiner Drehzahlen. Erfindungsgemäß wird aus der drehzahlabhängigen Amplitude einer jeden Halbperiode der ermittelten periodischen Tachospannung (u(t)) ein Drehzahlwert (omega¶aA¶(t)) ermittelt, wird ein Drehzahlnäherungswert (omega¶aN¶(t)) für eine vorbestimmte Umgebung (epsilon) einer Amplitude am Anfang und am Ende einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung (u(t)) berechnet und wird in Abhängigkeit einer Amplitudenüberprüfung der periodischen Tachospannung (u(t)) der ermittelte Drehzahlwert (omega¶aA¶(t)) oder der berechnete Drehzahlnäherungswert (omega¶aA¶(t)) als Drehzahl-Istwert (omega¶a¶(t)) ausgegeben. Somit erhält man ein Auswerteverfahren für einen analogen Tachogenerator (4), mit dem auch Drehzahl-Istwerte (omega¶a¶(t)) im Bereich kleiner Drehzahlen ermittelt werden können, wobei das Verfahren sehr dynamisch auf Drehzahländerungen reagiert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem
Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen.
Analogtachos weisen im Vergleich zu Inkrementalgebern deut
lich geringere Auflösungen auf, so daß in der Antriebstechnik
vorwiegend Inkrementalgeber eingesetzt werden. Inkrementalge
ber sind jedoch im Vergleich zu Analogtachos sehr teuer, so
daß im Bereich der Consumer-Drives Inkrementalgeber aus Ko
stengründen nicht eingesetzt werden können.
Als Tachogeneratoren sind sogenannte Klauenpoltachos am Markt
erhältlich. Der Läufer eines Klauenpoltachos besteht aus ei
nem 2Zp-poligen Permanentmagneten, wobei der Klauenpolständer
die Generatorwicklung enthält. Typische Werte für die Pol
paarzahl Zp sind 8 bzw. 12. An der Generatorwicklung ist eine
Tachospannung u abnehmbar, die idealerweise durch folgende
Gleichung:
u(t) = cω(t)sin∫ω(t)dt (1)
mit
ω = elektrische Frequenz der Generatorspannung
c = Proportionalitätsfaktor
beschrieben werden kann.
ω = elektrische Frequenz der Generatorspannung
c = Proportionalitätsfaktor
beschrieben werden kann.
Für das Verhältnis von elektrischer Frequenz ω der Genera
torspannung u zur Läuferfrequenz ωmech des Tachogenerators
gilt
ω = Zpωmech (2)
Die Generatorspannung des Klauenpoltachos ist sinusförmig,
deren Nulldurchgänge zur Bestimmung eines Drehzahl-Istwertes
verwendet werden. Mittels dieser Nulldurchgänge wird jeweils
eine Periodenmessung durchgeführt, wobei die Periodenlänge
proportional zum aktuellen Drehzahl-Istwert ist. Dieses Ver
fahren zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwert ist als Perio
dendauermeß-Verfahren bekannt.
Dieses Auswerteverfahren des Analogtachos führt insbesondere
bei kleinen Drehzahlen zu Problemen. Kleine Drehzahlen liegen
dann vor, wenn nur zu Vielfachen einer Abtastperiode ein
Drehzahl-Istwert aktualisiert wird. Somit können derartige
Analogtachos nicht verwendet werden, wenn eine genaue Dreh
zahl-Istwert-Erfassung selbst bei kleinen Drehzahlen erfor
derlich ist.
Aus der EP 0 332 196 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum
Messen der Drehzahl eines Rades in einer blockiergeschützten
Fahrzeugbremsanlage bekannt. Zum Messen der Drehzahl eines
Rades ist ein Drehzahlfühler vorgesehen, in dem entsprechend
des Rades elektromagnetische Signale induziert werden, deren
Amplitude und Frequenz regulär mit der Drehzahl wachsen.
Dann, wenn die Amplitude des induzierten Signals aufgrund von
Fehlerquellen nicht mit der Frequenz des Signals wächst, wird
ein Drehzahl-Messwert mittels der gemessenen Amplitude, d. h.,
die Spitzenwerte der gemessenen Spannung, bestimmt. Dadurch
wird beim Übergang von der Frequenz zur Amplitude diese Amp
litude nicht zu jedem Zeitpunkt ausgewertet, sondern nur de
ren Spitzenwerte. Dadurch treten wie bei der Periodendauer
messung bei kleinen Drehzahlen dieselben Nachteile auf.
Aus der DE 36 38 298 A1 ist ebenfalls ein Verfahren und Vor
richtung zur Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit bekannt,
wobei zwei Signale, die jeweils eine Funktion des Drehwinkels
und um 90 Winkelgrad phasenverschoben sind, verwendet werden.
Der Betrag und das Vorzeichen der Winkelgeschwindigkeit wer
den durch die Division der Ableitung des ersten Signals nach
der Zeit durch das zweite Signal bestimmt. In demjenigen Sig
nalbereich, in dem das erste Signal Nulldurchgänge aufweist,
wird die Ableitung des zweiten Signals nach der Zeit durch
das erste Signal dividiert. Mit diesem Verfahren kann man bei
langsamen Drehbewegungen den augenblicklichen Wert der Win
kelgeschwindigkeit nach Betrag und Vorzeichen bestimmen. Die
ses Auswerteverfahren ist nicht auf eine Generatorspannung
eines analogen Tachogenerators, insbesondere eines Klauenpol
tachos, übertragbar, da dieses Auswerteverfahren auf zwei
phasenverschobene sinusförmige Signalverläufe angewiesen ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Drehzahl-Istwert-Erfassung für einen
Analogtacho anzugeben, so daß mit einem handelsüblichen Ana
logtacho Drehzahl-Istwerte im Bereich kleiner Drehzahlen ex
akt ermittelt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruchs 1 bzw. 12 gelöst.
Dadurch, daß erfindungsgemäß die drehzahlabhängige Amplitude
einer ermittelten periodischen Tachospannung ausgewertet
wird, erhält man einen Drehzahlwert für jede Halbperiode die
ser periodischen Tachospannung. Da für einen Bereich um den
Nulldurchgang der periodischen Tachospannung die drehzahlab
hängige Amplitude dieser Tachospannung nicht ausgewertet wer
den kann, wird ein Drehzahlnäherungswert berechnet. Als Dreh
zahl-Istwert wird entweder der ermittelte Drehzahlwert oder
der berechnete Drehzahlnäherungswert ausgegeben. Dazu wird
die Amplitude der ermittelten periodischen Tachospannung be
züglich eines vorbestimmten Amplitudenwertes überprüft.
Dadurch, daß anstelle der Auswertung von Periodendauern einer
ermittelten Tachospannung nun die drehzahlabhängige Amplitude
einer ermittelten periodischen Tachospannung ausgewertet
wird, kann man mit einem handelsüblichen einfachen Tachogene
rator Drehzahl-Istwerte in einem Bereich kleiner Drehzahlen
ermitteln. Da die drehzahlabhängige Amplitude der gemessenen
periodischen Tachospannung ausgewertet wird, werden Änderun
gen der zu messenden Drehzahl, die den Amplitudenverlauf der
Tachospannung verändern, umgehend, d. h. ohne Zeitverzögerung,
ermittelt.
In den Unteransprüchen 2 bis 7 sind die Vorschriften für die
Berechnung der beiden Drehzahlwerte einer jeden Halbperiode
der ermittelten periodischen Tachospannung angegeben, wobei
in den Unteransprüchen 8 bis 11 verschiedene Verfahren ange
geben sind, mit denen einer der beiden berechneten Drehzahl
werte als aktueller Drehzahl-Istwert ausgegeben wird.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Drehzahl-Istwert-Er
mittlung wird in Abhängigkeit eines aktuellen Drehzahl-Ist
wertes und eines mittels Periodenmessung ermittelten Dreh
zahl-Istwertes eine Drehzahl-Istwert-Abweichung bestimmt, aus
der ein Korrekturwert des Proportionalitätsfaktors derart be
stimmt wird, daß die ermittelte Drehzahl-Istwert-Abweichung
zu Null wird.
Durch dieses vorteilhafte Verfahren wird die Signalamplitude
der Tachospannung dynamisch korrigiert. Die Annahme, daß der
Proportionalitätsfaktor als konstant angenommen werden kann,
trifft nicht zu. Der Proportionalitätsfaktor ist abhängig von
der Temperatur und der Drehzahl. Durch die dynamische Korrek
tur des Proportionalitätsfaktors wird ebenfalls die Signalam
plitude der ermittelten Tachospannung dynamisch korrigiert,
so daß selbst bei einer Anwendung im Consumerbereich mit grö
ßeren Temperaturschwankungen, beispielsweise bei Waschmaschi
nen-Antrieben, eine kontinuierliche Ermittlung eines Dreh
zahl-Istwertes im Bereich kleiner Drehzahl mit einem analogen
Tachogenerator erfolgen kann, ohne daß man einen Inkremental
geber verwenden muß.
Zur Kompensation der Drehzahlabhängigkeit des Proportionali
tätsfaktors wird eine Vorsteuerkennlinie verwendet, die je
weils für eine Ausführungsform eines analogen Tachogenerators
vorab vermessen wird. Wenn durch den Betrieb eines Antriebs
systems betriebsbedingte Veränderungen bezüglich der Tempera
tur auftreten, können Abweichungen verbleiben, die zusätzlich
ausgeregelt werden. Auch Fertigungstoleranzen der analogen
Tachogeneratoren bzw. der mechanischen Verbindungen zwischen
Antrieb und Tachogeneratoren können ebenfalls durch das vor
teilhafte Verfahren kompensiert werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer
Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem
Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen schematisch veran
schaulicht ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Drehzahl-Istwert-Ermittlung, in der
Fig. 2 ist in einem Diagramm über die Zeit t eine ermit
telte periodische Tachospannung dargestellt, wobei
in der
Fig. 3 der zugehörige Betragsverlauf dieser Tachospannung
in einem Diagramm über der Zeit t veranschaulicht
ist, die
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm über der Zeit t den Verlauf
des Integrals des Betragsverlaufes nach Fig. 3, wo
bei die
Fig. 5 in einem Diagramm über der Zeit t die entsprechende
Umkehr-Funktion darstellt, die
Fig. 6 zeigt in einem Diagramm über der Zeit t den Verlauf
des Integrals der periodischen Tachospannung nach
Fig. 2, wobei in der
Fig. 7 in einem Diagramm über der Zeit t die zugehörige
Umkehrfunktion dargestellt ist, die
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Drehzahl-Istwert-Ermittlung eines Analogtachos über
den gesamten Drehzahlbereich, wobei die
Fig. 9 eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung
nach Fig. 1 darstellt, die
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform einer vorteilhaften Vor
richtung gemäß der Erfindung, wobei in der
Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der vorteilhaften Vor
richtung nach der. Erfindung veranschaulicht ist,
und die
Fig. 12-16 zeigen jeweils Testergebnisse, wobei jeweils unter
einander die Tachospannung, ein Drehzahl-Istwert-
Signal eines Inkrementalgebers, ein Drehzahl-Ist
wert-Signal gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
und ein Drehzahl-Istwert-Signal gemäß einer Peri
odenmessung angeordnet sind.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 2 zur
Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes ωa(t) im Bereich kleiner
Drehzahlen. Diese Vorrichtung 2 ist eingangsseitig mit einem
Ausgang eines analogen Tachogenerators 4 verknüpft. Des wei
teren weist diese Vorrichtung 2 noch einen zweiten Eingang 6
und einen Parametereingang 8 auf. Am Parametereingang 8 steht
ein Signal ε an, das eine Umgebung um den Nulldurchgang einer
ermittelten periodischen Tachospannung u(t) vorbestimmt. Am
zweiten Eingang 6 steht ein Proportionalitätsfaktor c an.
Eingangsseitig weist die Vorrichtung 2 einen Betragsbildner
10 und ausgangsseitig eine Auswahleinrichtung 12 auf. Der
Ausgang dieser Auswahleinrichtung 12 bildet den Ausgang der
Vorrichtung 2, an dem ein aktueller Drehzahl-Istwert ωa(t)
ansteht. Ein Steuereingang 14 dieser Auswahleinrichtung 12
ist mit einem Ausgang einer Vergleichseinrichtung 16 verbun
den, an dem ein Steuersignal SK ansteht. Der eine Eingang
dieser Vergleichseinrichtung 16 ist mit dem Ausgang des Be
tragsbildners 10 und sein anderer Eingang ist mit dem Parametereingang
8 verknüpft. Der Ausgang des Betragsbildners 10
ist außerdem mit einer ersten Recheneinheit 18 verbunden, die
ausgangsseitig mit einem ersten Eingang der Auswahleinrich
tung 12 verknüpft ist. Der Eingang der Vorrichtung 2 ist au
ßerdem mit einem ersten Eingang einer zweiten Recheneinheit
20 verbunden, deren Ausgang mit einem zweiten Eingang der
Auswahleinrichtung 12 verknüpft ist. Die zweiten Eingänge der
beiden Recheneinheiten 18 und 20 sind jeweils mit dem zweiten
Eingang 6 der Vorrichtung 2 verbunden. Am Ausgang der ersten
Recheneinheit 18 steht ein Drehzahlwert ωaA(t) an, der als
aktueller Drehzahl-Istwert ωa(t) verwendet wird, wenn der
zeitliche Verlauf der ermittelten Tachospannung u(t) außer
halb der Umgebung ε um den Nulldurchgang der Tachospannung
u(t) verarbeitet worden ist. Wird der zeitliche Verlauf der
Tachospannung u(t) innerhalb der Umgebung ε um den Nulldurch
gang der Tachospannung u(t) verarbeitet, so wird der ermit
telte Drehzahl-Istwert ωaN(t) als aktueller Wert ωa(t) ausge
geben. Der Wechsel zwischen beiden Drehzahlwerten ωaA(t) und
ωaN(t) erfolgt in Abhängigkeit des generierten Steuersignals
Sk, wobei der Wechsel schaltend oder überblendend vorgenommen
werden kann.
Eingangsseitig wurde bereits erwähnt, daß die Tachospannung
u(t) des analogen Tachogenerators 4 idealerweise durch fol
gende Gleichung:
u(t) = cω(t)sin∫ω(t)dt (1)
beschrieben werden kann.
Der zeitliche Verlauf dieser periodischen Tachospannung u(t)
deren Amplitude drehzahlabhängig ist, ist in der Fig. 2 näher
dargestellt. Außerdem ist im zeitlichen Verlauf der Tachos
pannung u(t) die Umgebung ε um jeden Nulldurchgang gekenn
zeichnet. Integriert man die Gleichung (1) so erhält man fol
gende Gleichung:
∫u(t)dt = -ccos∫ω(t)dt (3)
∫u(t)dt = -ccos∫ω(t)dt (3)
Diese Integralfunktion der Tachospannung u(t) ist in der
Fig. 6 in einem Diagramm über der Zeit (t) dargestellt. Die
Gleichung (3) kann nun nach der elektrischen Frequenz ω(t)
der Tachospannung u(t) aufgelöst werden. Das Ergebnis ist
durch folgende Gleichung:
angegeben.
Der zeitliche Verlauf der negativen Umkehrfunktion dieser
Gleichung (4) ist in der Fig. 7 näher dargestellt. Da die Um
kehrfunktion eine beschränkte Funktion ist, muß jede Halbwel
le der Tachospannung u(t) ausgewertet werden. Um einen kor
rekten Wert des Drehzahlwertes zu bekommen, wird deshalb der
Betragsbildner 10 verwendet, der entweder den Betrag der er
mittelten periodischen Tachospannung u(t) bildet, oder der
den Betrag der differenzierten Umkehrfunktion bildet. In der
Fig. 3 ist in einem Diagramm über der Zeit t die Betragsfunk
tion der periodischen Tachospannung u(t) nach Fig. 2 näher
dargestellt. In der Fig. 4 ist das zugehörige Integral des Be
tragsverlaufes nach Fig. 3 näher dargestellt, wogegen in der
Fig. 5 in einem Diagramm über der Zeit t die zugehörige Um
kehrfunktion dargestellt ist. Diese Signalverläufe der Fig. 2
bis 7 zeigen, daß die Betragsbildung am Anfang aber auch am
Ende der Amplitudenauswertung der drehzahlabhängigen Amplitu
de der periodischen Tachospannung u(t) stattfinden kann.
Führt man die Differentiation der Gleichung (4) aus, wobei
anstelle der ermittelten periodischen Tachospannung u(t) des
sen Betrag verwendet wird, so erhält man folgende Gleichung:
Diese Gleichung (5) ist eine analytische Gleichung ohne ir
gendeinen trigonometrischen Ausdruck. Gemäß der Fig. 5 ent
spricht die Differentiation in Gleichung (4) der Steigung des
jeweiligen Geradenabschnitts. Da die periodische Tachospan
nung u(t) gemäß Fig. 2 konstant ist, d. h. keine Änderungen in
der Frequenz ω(t) und der Signalamplitude, weisen die Gera
den pro Halbperiode eine konstante Steigung auf. Ändert sich
die mechanische Drehzahl eines Antriebs, so ändert sich im
gleichen Sinne die Läuferdrehzahl ωmech des analogen Tachoge
nerators 4, die in Abhängigkeit der Polpaarzahl Zp eine Ände
rung der Frequenz ω(t) der Tachospannung u(t) zur Folge hat.
Aufgrund dieser Frequenzänderung ändert sich ebenfalls die
Amplitude der ermittelten periodischen Tachospannung u(t).
Mit dem Einsatzpunkt der Frequenzänderung ändert sich eben
falls die Steigung der Umkehrfunktion gemäß Fig. 5. Die Glei
chung (5) ist zur Berechnung des Drehzahlwertes ωaA(t) in der
ersten Recheneinheit 18 hinterlegt.
Beim Nulldurchgang der Tachospannung u(t) springt die Umkehr
funktion gemäß Fig. 4 von +1 nach -1. Dieser Nulldurchgang
stellt für die Umkehrfunktion einen nichtdefinierten Bereich
dar. Gemäß der Gleichung (5) ist zum Zeitpunkt eines Null
durchgangs der Tachospannung u(t) der Zähler und der Nenner
dieser Gleichung (5) Null. Mathematisch ist eine Gleichung
(5) nicht definiert, sobald sein Nenner Null ist. Somit kann
ein Drehzahl-Istwert ωa(t) beim Nulldurchgang der Tachospan
nung u(t) nicht mehr mit der Gleichung (5) berechnet werden.
In diesem Bereich der Tachospannung u(t) kann man folgende
Näherung machen: Unter der Annahme einer konstanten Drehzahl
gilt für die Ableitung der Tachospannung u(t) gemäß Gleichung
(1) folgendes:
Wird diese Gleichung (6) nach der Frequenz ω(t) der Tacho
spannung u(t) aufgelöst, so erhält man folgende Gleichung:
Diese Gleichung (7) ist in der zweiten Recheneinheit 20 hin
terlegt. Da nur in einer Umgebung ε um den Nulldurchgang der
Tachospannung u(t) der Drehzahl-Istwert ωa(t) gemäß Gleichung
(7) berechnet werden muß, wird mittels der Vergleichseinrich
tung 16, die eine Komparatorschaltung sein kann, in Abhängig
keit einer vorbestimmten Umgebung ε dieser Abschnitt der Ta
chospannung u(t) erkannt. Das Ausgangssignal SK dieser Ver
gleichseinrichtung 16 zeigt an, wenn die Umgebung ε um den
Nulldurchgang der Tachospannung u(t) erreicht ist, so daß
dann als aktueller Drehzahl-Istwert ωa(t) der Drehzahlnähe
rungswert ωaN(t) der Recheneinheit 20 verwendet wird.
In der Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung einer
Drehzahl-Istwert-Ermittlung für einen analogen Tachogenerator
4 dargestellt, die sich aus einer Vorrichtung gemäß der Fig. 1
und einer bekannten Vorrichtung 22 zusammensetzt. Die bekann
te Vorrichtung 22 ermittelt einen Drehzahl-Istwert ωp(t) mit
tels einer Periodendauermessung. Am Ausgang der Vorrichtung 2
steht der Drehzahl-Istwert ωa(t) an. Beiden Vorrichtungen 2
und 22 wird die sinusförmige Tachospannung u(t) zugeführt.
Ausgangsseitig sind beide Vorrichtungen 2 und 22 mit einer
Ablöseeinrichtung 24 verbunden, an deren Ausgang als aktuel
ler Drehzahl-Istwert ω(t) der Drehzahl-Istwert ωa(t) der Vor
richtung 2 oder der Drehzahl-Istwert ωp(t) der Vorrichtung 22
verwendet wird. Der Ablöseeinrichtung 24 ist ein Drehzahl-
Grenzwert ωg zu geführt, der für den Wechsel zwischen den
beiden anstehenden Drehzahl-Istwerten ωa(t) und ωp(t) verant
wortlich ist. Dabei kann von einem Drehzahl-Istwert ωp(t) auf
den anderen Drehzahl-Istwert ωa(t) umgeschaltet werden, oder
aber überblendet werden, wobei die Überblendung in Abhängig
keit der Änderung der Drehzahl stattfinden kann. Wird die
Vorrichtung 22 durch die Vorrichtung 2 und die Ablöseeinrich
tung 24 ergänzt, erhält man eine Tachoauswertung für einen
analogen Tachogenerator, der eine annähernd sinusförmige Ta
chospannung u(t) generiert, für einen gesamten Drehzahlbe
reich.
In der Fig. 9 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Vor
richtung 2 nach Fig. 1 näher dargestellt. Diese Ausführungs
formen unterscheiden sich von der Ausführungsform nach Fig. 8
dadurch, daß die Vorrichtung 2 eine Einrichtung 26 zur Kor
rektur des Proportionalitätsfaktors c aufweist, die in der
Ablöseeinrichtung 24 integriert ist. Dies ist daran zu erken
nen, daß ein Ausgang 28 der Ablöseeinrichtung 24 mit dem Pa
rametereingang 6 der Vorrichtung 2 verknüpft ist.
In der Fig. 10 ist eine Ausführungsform der Einrichtung 26 zur
Korrektur des Proportionalitätsfaktors c angegeben. Bei die
ser Ausführungsform ist die Einrichtung 26 nicht mehr in der
Ablöseeinrichtung 24 integriert, wie es bei der Ausführungs
form nach Fig. 9 noch war. Die Einrichtung 26 zur Korrektur
des Proportionalitätsfaktors c weist einen Vergleicher 30,
einen Addierer 32, einen Regler 34 und einen Kennliniengeber
36 auf. Die Eingänge des Addierers 32 sind mit den Ausgängen
des Reglers 34 und des Kennliniengebers 36 verbunden, wobei
der Ausgang des Addierers 32 den Ausgang der Einrichtung 26
bildet. Der Regler 34 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des
Vergleichers 30 verbunden. Der Eingang des Kennliniengebers
36 ist einerseits mit dem nichtinvertierenden Eingang des
Vergleichers 30 und andererseits mit einem zweiten Eingang
der Einrichtung 26 verknüpft, an dem der Drehzahl-Istwert
ωp(t) der Vorrichtung 22 ansteht. Der invertierende Eingang
des Vergleichers 30 ist mit einem ersten Eingang der Einrich
tung 26 zur Korrektur des Proportionalitätsfaktors c verbun
den, an dem der Drehzahl-Istwert ωa(t) der Vorrichtung 2 ansteht.
Als Regler 34 ist in diese Ausführungsform ein I-Reg
ler mit Verzögerung vorgesehen, der aus einer ermittelten
Drehzahl-Istwert-Abweichung ωe einen Korrekturwert Δc für den
Proportionalitätsfaktor c generiert, der einem Vorsteuerwert
c0 des Proportionalitätsfaktors c überlagert wird. Der Kenn
liniengeber 36 weist eine vorab vermessene Kennlinie c0(ω)
auf, mit der die Drehzahlabhängigkeit des Proportionalitäts
faktors c kompensiert wird. Die verbleibende Abweichung wird
durch die Rückführung der Differenz der beiden Drehzahl-Ist
werten ωp(t) und ωa(t) über den Regler 34 ausgeregelt.
Die Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einrichtung
26 zur Korrektur des Proportionalitätsfaktors c. Gegenüber
der Ausführungsform nach Fig. 10 wird nun anstelle eines
I-Reglers mit Verzögerung ein I-Regler ohne Verzögerung ver
wendet. Außerdem zeigt diese Fig. 11 auch eine Ausführungsform
der Ablöseeinrichtung 24. Diese Ablöseeinrichtung 24 weist
eingangsseitig einen Vergleicher 38, der ausgangsseitig mit
einer Hystereseeinrichtung 40 verknüpft ist, auf. Am nichtin
vertierenden Eingang des Vergleichers 38 steht ein Drehzahl-
Grenzwert ωg an, der für die Überblendung der beiden Dreh
zahl-Istwerte ωa(t) und ωp(t) verantwortlich ist. Der inver
tierende Eingang dieses Vergleichers 38 ist mit dem Ausgang
der Vorrichtung 22 verbunden, an dem der Drehzahl-Istwert
ωp(t) ansteht. Der Hystereseeinrichtung 40 ist ein Tiefpaß
filter 42 nachgeschaltet, dessen Ausgang einerseits mit einem
Eingang eines ersten Multiplizierers 44 und andererseits mit
einem invertierenden Eingang eines zweiten Vergleichers 46
verbunden ist. Ausgangsseitig ist dieser Vergleicher 46 mit
einem Eingang eines zweiten Multiplizierers 48 verknüpft.
Ausgangsseitig sind die beiden Multiplizierer 44 und 48 je
weils mit einem Eingang eines Addierers 50 verbunden, an des
sen Ausgang ein Drehzahl-Istwert ω(t) ansteht. Der Ausgang
der Vorrichtung 22 ist außerdem noch mit einem zweiten Ein
gang des zweiten Multiplizierers 48 und mit einem invertie
renden Eingang des ersten Vergleichers 38 verknüpft. Der
zweite Eingang des ersten Multiplizierers 44 ist mit dem Ausgang
der Vorrichtung 2 verbunden, an dem der Drehzahl-Istwert
ωa(t) ansteht. Diese Ausführungsform der Ablöseeinrichtung 24
ist nur eine beispielhafte Darstellung.
Das zuvor vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren zur Ermitt
lung eines Drehzahl-Istwertes ωa(t) im Bereich kleiner Dreh
zahl mit einem analogen Tachogenerator 4 wurde auf einem Ver
suchsantrieb implementiert und getestet. Dabei wurden die in
den Fig. 12 bis 16 gezeigten Signalverläufe aufgezeichnet. In
jeder dieser Fig. 12 bis 16 sind verschiedene Signalverläufe
untereinander angeordnet. Ausgangspunkt ist immer die ermit
telte sinusförmige Tachospannung u(t). Damit eine Beurteilung
des erfindungsgemäßen Verfahren stattfinden kann, sind zeit
gleich zwei Vergleichs-Signale erzeugt worden. Das eine Dreh
zahl-Istwert-Signal ωi(Referenzsignal) liefert ein mitlaufen
der Inkrementalgeber, wobei das weitere Drehzahl-Istwert-
Signal ωp nach einem Verfahren der Periodendauermessung gene
riert wird. Zwischen diesen beiden Drehzahl-Istwert-Signalen
ωi und ωp, die den Stand der Technik widerspiegeln, ist das
mittels des erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Drehzahl-
Istwert-Signal ωa angeordnet.
Die Fig. 12 zeigt die zuvor genannten Signalverläufe bei einer
Drehzahl ωmech = 0,5 Hz, wobei die Fig. 13 diese Signalverläufe
bei einer mechanischen Drehzahl ωmech = 7,5 Hz zeigt. Die
Fig. 14 bis 16 zeigen die Signalverläufe bei Drehzahlsprüngen
von 2,0 Hz auf 1,0 Hz, von 2,5 Hz auf 7,5 Hz und von 7,5 Hz
auf 2,5 Hz. Diese Ereignisse zeigen, daß der Vorteil des er
findungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Verfahren mit der Pe
riodendauermessung darin liegt, daß es dynamisch auf Dreh
zahlsprünge reagiert.
Claims (18)
1. Verfahren zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes ωa(t)
mit einem Analogtacho (4) im Bereich kleiner Drehzahlen, wo
bei dieser Analogtacho (4) eine periodische Tachospannung
u(t) generiert, deren Amplitude drehzahlabhängig ist, wobei
aus der drehzahlabhängigen Amplitude einer jeden Halbperiode
dieser periodischen Tachospannung u(t) ein Drehzahlwert
ωaA(t) ermittelt wird, wobei für eine vorbestimmte Umgebung ε
der Amplitude am Anfang und am Ende einer jeden Halbperiode
dieser periodischen Tachospannung u(t) ein Drehzahlnäherungs
wert ωaN(t) berechnet wird, und wobei in Abhängigkeit einer
Amplitudenüberprüfung dieser periodischen Tachospannung u(t)
der ermittelte Drehzahlwert ωaA(t) oder der berechnete Dreh
zahlnäherungswert ωaN(t) als Drehzahl-Istwert ωa(t) ausgege
ben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehzahlwert ωaA(t)
mittels einer Betragsbildung, einer Integralbildung, einer
Umkehrfunktionsbildung und einer Differentiationsbildung aus
der drehzahlabhängigen Amplitude einer jeden Halbperiode der
periodischen Tachospannung u(t) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehzahlwert ωaA(t)
mittels einer Integralbildung, einer Umkehrfunktionsbildung,
einer Differentiationsbildung und einer Betragsbildung aus
der drehzahlabhängigen Amplitude einer jeden Halbperiode der
periodischen Tachospannung u(t) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlwert
ωaA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung
u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlnähe
rungswert ωaN(t) einer Umgebung ε der periodischen Tacho
spannung u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlwert
ωaA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung
u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlwert
ωaA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung
u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem ermittelten
Drehzahlwert ωaA(t) und dem berechneten Drehzahlnäherungswert
ωaN(t) schaltend gewechselt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem ermittelten
Drehzahlwert ωaA(t) und dem berechneten Drehzahlnäherungswert
ωaN(t) gleitend gewechselt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Übergang zwischen
den beiden Drehzahlwerten ωaA(t), ωaN(t) in Abhängigkeit einer
vorbestimmten Ablösefunktion erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in Ab
hängigkeit eines ermittelten Drehzahl-Istwertes ωa(t) und ei
nes mittels Periodendauermessung ermittelten Drehzahl-
Istwertes ωp(t) eine Drehzahl-Istwert-Abweichung ωe bestimmt
wird, aus der ein Korrekturwert Δc eines Proportionalitäts
faktors c derart bestimmt wird, daß die ermittelte Drehzahl-
Istwert-Abweichung ωe zu Null wird.
12. Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes
(ωa(t)) mittels eines Analogtachos (4) im Bereich kleiner
Drehzahlen mit einem eingangsseitigen Betragsbildner (10) und
einer ausgangsseitigen Auswahleinrichtung (12), wobei die
beiden Eingänge dieser Auswahleinrichtung (12) jeweils mit
einem Ausgang einer ersten und zweiten Recheneinheit (18, 20)
verknüpft sind, wobei ein Steuereingang (14) der Auswahlein
richtung (12) mit einem Ausgang einer Vergleichseinrichtung
(16) verbunden ist, wobei der Ausgang des Betragsbildners
(10) einerseits mit einem ersten Eingang der ersten Rechen
einheit (18) und andererseits mit einem ersten Eingang der
Vergleichseinrichtung (16) verknüpft ist, wobei der Eingang
des Betragsbildners (10) einerseits mit dem Analogtacho (4)
und andererseits mit einem ersten Eingang der zweiten Rechen
einheit (20) verbunden ist, wobei ein vorbestimmter Proporti
onalitätsfaktor (c) jeweils am zweiten Eingang der beiden Re
cheneinheiten (18, 20) ansteht und wobei am zweiten Eingang
der Vergleichseinrichtung (16) ein Wert einer vorbestimmten
Umgebung (ε) um einen Nullpunkt der vom Analogtacho (4) er
zeugten Tachospannung (u(t)) ansteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Einrichtung (26)
zur Korrektur eines Proportionalitätsfaktors (c) vorgesehen
ist, deren erster Eingang mit dem Ausgang der Auswahleinrich
tung (12), an dem der ermittelte Drehzahl-Istwert (ωa(t)) an
steht, verbunden ist, die ausgangsseitig mit einem Eingang
der Vorrichtung (2) zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes
(ωa(t)) verknüpft ist, und wobei an einem zweiten Eingang
dieser Einrichtung (26) ein mittels Periodenmessung ermittel
ter Drehzahl-Istwert (ωp) ansteht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung (26)
zur Korrektur eines Proportionalitätsfaktors (c) einen
Vergleicher (30), einen Regler (34), einen Kennliniengeber
(36) und einen Addierer (32) aufweist, wobei die Eingänge des
Addierers (32) jeweils mit einem Ausgang des Reglers (34) und
des Kennliniengebers (36) verbunden sind, wobei der Eingang
des Reglers (34) mit dem Ausgang des Vergleichers (30) ver
knüpft ist, wobei der Eingang des Kennliniengebers (36) ei
nerseits mit dem nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers
(30) und andererseits mit dem zweiten Eingang dieser Einrich
tung (26) verbunden ist, und wobei der invertierende Eingang
des Vergleichers (30) mit dem ersten Eingang dieser Einrich
tung (26) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 14, wobei je
de Recheneinheit (18, 20) ein Mikroprozessor ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die
Vergleichseinrichtung (16) eine Komparatorschaltung ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die
Auswahleinrichtung (12) ein Umschalter ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die
Vorrichtung (2) zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwerts
(ωa(t)) ein Mikroprozessor ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999137263 DE19937263C2 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999137263 DE19937263C2 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19937263A1 DE19937263A1 (de) | 2001-03-15 |
DE19937263C2 true DE19937263C2 (de) | 2003-11-20 |
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ID=7917520
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999137263 Expired - Fee Related DE19937263C2 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19937263C2 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3638298A1 (de) * | 1986-11-10 | 1988-05-11 | Vdo Schindling | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der winkelgeschwindigkeit aus zwei signalen, die jeweils eine funktion des drehwinkels sind |
EP0332196A1 (de) * | 1988-03-09 | 1989-09-13 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Rades in einer blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage |
-
1999
- 1999-08-06 DE DE1999137263 patent/DE19937263C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3638298A1 (de) * | 1986-11-10 | 1988-05-11 | Vdo Schindling | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der winkelgeschwindigkeit aus zwei signalen, die jeweils eine funktion des drehwinkels sind |
EP0332196A1 (de) * | 1988-03-09 | 1989-09-13 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Rades in einer blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage |
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DE19937263A1 (de) | 2001-03-15 |
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