DE19937263C2

DE19937263C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes mit einem Analogtacho im Bereich kleiner Drehzahlen

Info

Publication number: DE19937263C2
Application number: DE1999137263
Authority: DE
Inventors: Viktor Wesselak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2019-08-07
Also published as: DE19937263A1

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 2Z_p-poligen Permanentmagneten, wobei der Klauenpolständer die Generatorwicklung enthält. Typische Werte für die Pol paarzahl Z_p 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.

Für das Verhältnis von elektrischer Frequenz ω der Genera torspannung u zur Läuferfrequenz ω_mech des Tachogenerators gilt

ω = Z_pω_mech (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 ω_a(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 ω_a(t) ansteht. Ein Steuereingang 14 dieser Auswahleinrichtung 12 ist mit einem Ausgang einer Vergleichseinrichtung 16 verbun den, an dem ein Steuersignal S_K 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 ω_aA(t) an, der als aktueller Drehzahl-Istwert ω_a(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 ω_aN(t) als aktueller Wert ω_a(t) ausge geben. Der Wechsel zwischen beiden Drehzahlwerten ω_aA(t) und ω_aN(t) erfolgt in Abhängigkeit des generierten Steuersignals S_k, 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)

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 ω_mech des analogen Tachoge nerators 4, die in Abhängigkeit der Polpaarzahl Z_p 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 ω_aA(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 ω_a(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 ω_a(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 S_K 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 ω_a(t) der Drehzahlnähe rungswert ω_aN(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 ω_p(t) mit tels einer Periodendauermessung. Am Ausgang der Vorrichtung 2 steht der Drehzahl-Istwert ω_a(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 ω_a(t) der Vor richtung 2 oder der Drehzahl-Istwert ω_p(t) der Vorrichtung 22 verwendet wird. Der Ablöseeinrichtung 24 ist ein Drehzahl- Grenzwert ω_g zu geführt, der für den Wechsel zwischen den beiden anstehenden Drehzahl-Istwerten ω_a(t) und ω_p(t) verant wortlich ist. Dabei kann von einem Drehzahl-Istwert ω_p(t) auf den anderen Drehzahl-Istwert ω_a(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 ω_p(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 ω_a(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 ω_e 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 ω_p(t) und ω_a(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 ω_g an, der für die Überblendung der beiden Dreh zahl-Istwerte ω_a(t) und ω_p(t) verantwortlich ist. Der inver tierende Eingang dieses Vergleichers 38 ist mit dem Ausgang der Vorrichtung 22 verbunden, an dem der Drehzahl-Istwert ω_p(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 ω_a(t) ansteht. Diese Ausführungsform der Ablöseeinrichtung 24 ist nur eine beispielhafte Darstellung.

Das zuvor vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren zur Ermitt lung eines Drehzahl-Istwertes ω_a(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 ω_i(Referenzsignal) liefert ein mitlaufen der Inkrementalgeber, wobei das weitere Drehzahl-Istwert- Signal ω_p nach einem Verfahren der Periodendauermessung gene riert wird. Zwischen diesen beiden Drehzahl-Istwert-Signalen ω_i und ω_p, die den Stand der Technik widerspiegeln, ist das mittels des erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Drehzahl- Istwert-Signal ω_a angeordnet.

Die Fig. 12 zeigt die zuvor genannten Signalverläufe bei einer Drehzahl ω_mech = 0,5 Hz, wobei die Fig. 13 diese Signalverläufe bei einer mechanischen Drehzahl ω_mech = 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

1. Verfahren zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes ω_a(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 ω_aA(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 ω_aN(t) berechnet wird, und wobei in Abhängigkeit einer Amplitudenüberprüfung dieser periodischen Tachospannung u(t) der ermittelte Drehzahlwert ω_aA(t) oder der berechnete Dreh zahlnäherungswert ω_aN(t) als Drehzahl-Istwert ω_a(t) ausgege ben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehzahlwert ω_aA(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 ω_aA(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 ω_aA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlnähe rungswert ω_aN(t) einer Umgebung ε der periodischen Tacho spannung u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlwert ω_aA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehzahlwert ω_aA(t) einer jeden Halbperiode der periodischen Tachospannung u(t) gemäß folgender Gleichung:
berechnet wird, wobei c ein Proportionalitätsfaktor ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem ermittelten Drehzahlwert ω_aA(t) und dem berechneten Drehzahlnäherungswert ω_aN(t) schaltend gewechselt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem ermittelten Drehzahlwert ω_aA(t) und dem berechneten Drehzahlnäherungswert ω_aN(t) gleitend gewechselt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Übergang zwischen den beiden Drehzahlwerten ω_aA(t), ω_aN(t) in Abhängigkeit einer vorbestimmten Ablösefunktion erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in Ab hängigkeit eines ermittelten Drehzahl-Istwertes ω_a(t) und ei nes mittels Periodendauermessung ermittelten Drehzahl- Istwertes ω_p(t) eine Drehzahl-Istwert-Abweichung ω_e bestimmt wird, aus der ein Korrekturwert Δc eines Proportionalitäts faktors c derart bestimmt wird, daß die ermittelte Drehzahl- Istwert-Abweichung ω_e zu Null wird.

12. Vorrichtung zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes (ω_a(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 (ω_a(t)) an steht, verbunden ist, die ausgangsseitig mit einem Eingang der Vorrichtung (2) zur Ermittlung eines Drehzahl-Istwertes (ω_a(t)) verknüpft ist, und wobei an einem zweiten Eingang dieser Einrichtung (26) ein mittels Periodenmessung ermittel ter Drehzahl-Istwert (ω_p) 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 (ω_a(t)) ein Mikroprozessor ist.