DE3618891A1 - Verfahren zur ermittlung von lageistwerten einer sich drehenden vorrichtung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur ermittlung von lageistwerten einer sich drehenden vorrichtung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermitt
lung von Lageistwerten einer sich drehenden Vorrichtung
unter Verwendung von zwei inkrementalen Lagegebern, die
jeweils einen Sensor mit nachgeschaltetem Komparator ent
halten, und einer Auswerteschaltung.
Es sind inkrementale Lagegeber im Handel erhältlich, die
bei einer konstanter Drehzahl verschiedene Ausgangssi
gnale liefern. Das direkte Abtastsignal besteht aus zwei
um 90° verschobenen annähernd sinusförmigen Strömen. Zu
sätzlich erscheint einmal pro Umdrehung ein Referenz
signal. Dieses Referenzsignal wird beim Einrichten der
zu überwachenden Maschine benutzt, um die Istwertzählung
von einem definierten Ausgangswert aus zu beginnen. Diese
Analogsignale werden in binäre Signale zur digitalen
Weiterverarbeitung umgeformt. Hier nutzt man nur die
Nulldurchgänge der Ausgangsspannung. Die sinusförmigen
Analogsignale der Sensoren enthalten aber wesentlich
mehr Information. So kann die Periode dieser Analogsi
gnale interpoliert werden, d.h. in eine bestimmte Zahl
von Meßschritten unterteilt werden, um die Auflösung zu
erhöhen. Diese Interpolation erfolgt vor der Impuls
formung und kann zusammen mit der Impulsformung im
Drehgeber selbst oder extern in einer externen Impuls
former-Elektronik, auch bezeichnet als EXE, angeordnet
sein.
Nachteilig für eine externe Impulsformer-Elektronik ist
die Übertragung der analogen Signale. Zur Übertragung
werden die Signale mit Hilfe von Analog-Leitungsver
stärkern aufbereitet, wobei der Aufbau der Analog-Lei
tungsverstärker für die bei höchsten Drehzahlen auftre
tenden Frequenzen sehr aufwendig und teuer wird. Beim
Einbau einer empfindlichen Auswerte-Elektronik in dem
Impulsgeber muß die Auswerte-Elektronik die notwendige
Temperaturfestigkeit und Störfestigkeit aufweisen, wo
durch die Auswerteelektronik teuer wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Ermittlung von Lageistwerten einer sich dre
henden Vorrichtung und eine Schaltungsanordnung zur
Durchführung des Verfahrens anzugeben, wodurch man einen
preiswerten inkrementalen Lagegeber mit einer hohen Auf
lösung erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
jeweils dem zweiten Eingang der Komparatoren eine Modu
lationsspannung zugeführt wird, so daß am Ausgang der
Komparatoren jeweils ein pulsweitenmoduliertes Signal
ansteht, dessen Pulsweite jeweils während eines vorbe
stimmten Abtastintervalls mit Hilfe der Auswerteschal
tung ausgewertet wird.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man die
Lageinformation, die zwischen den Impulsflanken der
Gebersignale, d.h. zwischen den Nulldurchgängen der
analogen, sinusförmigen Signale der Sensoren des Lage
gebers liegt. Dabei wird dem Lagegeber eine Modulations
spannung zugeführt, die mit Hilfe der vorhandenen Kompa
ratoren die analogen Signale der Sensoren der Lagegeber
jeweils in ein pulsweitenmoduliertes Signal umwandelt.
Das Tastverhältnis bzw. die Pulsweite dieser Signale
wird jeweils während eines vorbestimmten Abtastinter
valls, beispielsweise die Periodendauer der Modulations
dauer, ausgewertet. Aus der Änderung des Tastverhält
nisses von Abtastintervall zu Abtastintervall und den
maximalen bzw. minimalen Tastverhältnis läßt sich die
Lageinformation, die auch zwischen zwei Nulldurchgängen
der analogen, sinusförmigen Signalen der Sensoren der
Lagegeber liegt, ermitteln. Die Auflösung, die dabei er
reicht wird, ist abhängig vom Verhältnis der Modulations
frequenz zur Signalfrequenz der Sensoren.
Bei einem vorteilhaften Verfahren werden die pulsweiten
modulierten Signale mit Hilfe von Zählern der Auswerte
schaltung ausgewertet, in dem der an den Ausgängen der
Zähler anstehende Zählerstand in einen ersten Speicher
eingelesen wird, wobei der Zählerstand des jeweils vor
ausgehenden Abtastintervalls aus dem ersten Speicher in
einen zweiten Speicher eingelesen wird und daß mit Hilfe
eines Mikroprozessors aus der Differenz der beiden Spei
cherinhalte die Lage der sich drehenden Vorrichtung er
mittelt wird.
Bei einer vorteilhaften Schaltungsanordnung zur Durchfüh
rung des Verfahrens ist jeweils der zweite Eingang der
Komparatoren der inkrementalen Lagegeber mit einem Modu
lationsausgang der Auswerteschaltung verbunden, wobei der
Modulationsausgang mit einem Modulationsspannungsgenera
tor verknüpft ist, ist jeweils der Ausgang der Komparato
ren mit einem Signaleingang der Auswerteschaltung verbun
den, wobei jeweils der Signaleingang mit einem Zähler
verbunden ist, wobei die Ausgänge der Zähler jeweils mit
einem ersten Speicher verknüpft sind, ist der erste
Speicher einerseits mit einem Mikroprozessor und ande
rerseits mit einem zweiten Speicher verbunden, dessen
Ausgang ebenfalls mit dem Mikroprozessor verbunden ist
und ist ein Steuerwerk mit den Zählern und den beiden
Speichern verbunden.
Mit dieser Schaltungsanordnung erhält man einen zweika
naligen inkrementalen Lagegeber mit einer Auswerteschal
tung, in der ein mit einfachen Mitteln aufgebauter Modu
lationsspannungsgenerator vorhanden ist. Außerdem sind
im Geber lediglich zwei Widerstände, also passive Bau
elemente, zusätzlich zur Anpassung des Ausgangs des
Modulationsspannungsgenerators jeweils an den zweiten
Eingang der Komparatoren notwendig. Hinzu kommt auch
noch eine Übertragungsleitung für die Modulationsspan
nung, die gemeinsam mit den Übertragungsleitungen für
die Signale geführt werden kann. Somit erhält man eine
preiswerte Schaltungsanordnung zur Ermittlung von hoch
auflösenden Lageistwerten.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die
Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in
Fig. 2 ist eine Signalspannung und eine Modulationsspan
nung in einem Diagramm über die Zeit aufgetragen
und die
Fig. 3 veranschaulicht ein pulsweitenmoduliertes Signal
an einem Ausgang des Lagegebers, das in einem Dia
gramm über die Zeit aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung
des Verfahrens zur Ermittlung von Lageistwerten einer
sich drehenden Vorrichtung dargestellt, die eine Geber
schaltung 2 und eine Auswerteschaltung 4 enthält. Die
Geberschaltung 2 enthält zwei inkrementale Lagegeber 6
und 8, die jeweils einen Sensor 10 enthalten. Die Aus
gänge der Sensoren 10 sind jeweils mit einem ersten Ein
gang eines Komparators 12 verbunden. Jeweils ein zweiter
Eingang der Komparatoren 12 ist über einen Modulations
eingang 14 und einer Übertragungsleitung 16 mit einem
Modulationsausgang 18 eines Modulationsspannungsgenera
tors 20 der Auswerteschaltung 4 verbunden. Die Ausgänge
19 bzw. 21 der Komparatoren 12 sind jeweils über eine
Übertragungsleitung 22 mit einem Signaleingang 24 bzw.
26 der Auswerteschaltung 4 verbunden. Die Übertragungs
leitungen 16 und 22 sind gemeinsam in einem Kabel ver
legt. Dem Signaleingang 24 bzw. 26 ist jeweils ein Zäh
ler 28 bzw. 30 nachgeschaltet, deren Ausgänge mit einem
ersten Speicher 32 verknüpft sind. Außerdem ist jedem
Zähler 28 bzw. 30 über einen weiteren Eingang eine Takt
frequenz f 0 eines Steuerwerks 34 zugeführt. Ferner sind
die Zähler 28 und 30 jeweils über ihren Setzeingang 36
mit dem Steuerwerk 34 verbunden. Der erste Speicher 32
ist einerseits mit einem Mikroprozessor 38 und anderer
seits mit einem zweiten Speicher 40 verbunden, der eben
falls mit dem Mikroprozessor 38 verbunden ist. Am Ausgang
42 des Mikroprozessors 38 steht der ermittelte Lageist
wert an. Der erste Speicher 32 und der zweite Speicher
40 sind mittels ihrer Setzeingänge 44 mit dem Steuerwerk
34 verbunden. Der Modulationsspannungsgenerator 20 ent
hält einen Zähler 46 mit nachgeschalteten Digital-Analog-
Wandler 48, dessen Ausgang mit einem Verstärker 50 verbun
den ist. Der Ausgang dieses Verstärkers 50 ist mit dem
Modulationsausgang 18 des Modulationsspannungsgenerators
20 verknüpft. Dem Zähler 46 wird über seinen Takteingang
52 eine Taktfrequenz f 0 vom Steuerwerk 34 zugeführt, wo
bei außerdem ein Setzeingang 54 des Zählers 46 mit dem
Steuerwerk 34 verbunden ist. Außerdem ist das Steuerwerk
34 über einen Umschaltausgang 56 mit dem Verstärker 50
verbunden.
Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Modulationsspannung
U M und die analogen, sinusförmigen Signale U S 1 und
U S 2 des Sensors 10 des Lagegebers 6 über die Zeit t aufgetragen
ist. Dabei ist als Modulationsspannung U M eine
Dreiecksspannung gewählt worden, die synchron zu den
Signalen U S 1 und U S 2 verläuft. Die Signale U S 1 und U S 2
entsprechen jeweils einer Geschwindigkeit einer sich
drehenden Vorrichtung, die mittels des inkrementalen Lagegebers
6 ermittelt werden. Dabei ist die Geschwindigkeit,
entsprechend dem Signal U S 1, gegenüber der Geschwindigkeit,
entsprechend dem Signal U S 2, größer. Die Signale
U S 1 bzw. U S 2 sind jeweils Ausgangssignale des Sensors 10
des inkrementalen Lagegebers 6. Am Ausgang des Sensors
10 des inkrementalen Lagegebers 8 stehen ebenfalls analoge,
sinusförmige Signale an, die gegenüber den Signalen
U S 1 und U S 2 um 90° el. phasenverschoben sind. Das Signal
U S 1 und die Modulationsspannung U M liegen jeweils an
einem Eingang des Komparators 12 des Lagegebers 6 an.
Das phasenverschobene Signal S 1, das aus Übersichtlichkeitsgründen
in dieser Figur nicht dargestellt ist, und
die Modulationsspannung U M liegen ebenfalls jeweils an
einem Eingang des Komparators 12 des Lagegebers 8 an.
Mit Hilfe dieser Modulationsspannung U M und der Komparatoren
12 wird jeweils das Signal U S 1 bzw. U S 2 und das
Signal S 1 bzw. S 2 in ein pulsweitenmoduliertes Signal
U PM 1 bzw. U PM 2 und PM 1 bzw. PM 2 umgewandelt. Die Signale
U PM 1 und U PM 2 sind in der Fig. 3 dargestellt. Die
Signale PM 1 bzw. PM 2 sind gegenüber den Signalen U PM 1
und U PM 2 jeweils um 90° el. phasenverschoben und aus
Übersichtlichkeitsgründen in der Fig. 3 nicht dargestellt.
Diese erzeugten pulsweitenmodulierten Signale U PM 1 und
U PM 2 bzw. PM 1 bzw. PM 2 werden mit Hilfe der Auswerteschaltung
4 weiterverarbeitet, wobei deren Tastverhältnisse
bzw. deren Pulsweite jeweils während eines
Abtastintervalls von den Zählern 28 und 30 ausgewertet
wird. Als Abtastintervall kann die Periodendauer T M der
Modulationsspannung verwendet werden. Der anstehende
Zählerstand wird dann in den ersten Speicher 32 einge
lesen, wobei gleichzeitig der Zählerstand des vorange
gangenen Abtastintervalls aus dem ersten Speicher 32 in
den zweiten Speicher 40 eingelesen wird. Der Mikropro
zessor 38 ermittelt aus den beiden Speicherinhalten bei
Kenntnis der Abtastzeit und der Impulszahl pro Umdrehung
die Lage und die Drehzahl der sich drehenden Vorrich
tung. Die Impulszahl pro Umdrehung kann beispielsweise
mit Hilfe eines Referenzsignals ermittelt werden.
Bei höheren Drehzahlen, d.h. bei einem vorbestimmten
Verhältnis von Periodendauer T M der Modulationsspannung
zur Periodendauer T S der Signale der inkrementalen Lage
geber 6 bzw. 8 wird mittels des Umschaltausgangs 56 der
Verstärker 50 vom Steuerwerk 34 abgeschaltet. Dadurch
wird keine Modulationsspannung dem zweiten Eingang der
Komparatoren 12 zugeführt. Außerdem wird der Mikroprozes
sor 38 auf ein bekanntes Lage- und Drehzahl-Meßverfahren
vom Steuerwerk 34 umgeschaltet, wobei die Periodendauer
ausgewertet bzw. Impulse in einem vorbestimmten Zeitin
tervall gezählt werden.
Wie aus der FIG. 3 zu erkennen ist, wird die Auflösung
mit Verringerung der Geschwindigkeit der sich drehenden
Vorrichtung besser, da das Verhältnis der Periodendauer
T M der Modulationsspannung zur Periodendauer T S des Si
gnals U S 1 größer wird. Somit erhält man eine Schaltungsanordnung
mit der man auch die Lageinformation erhält,
die zwischen den Impulsflanken bzw. Nulldurchgängen der
Signale U S 1 und S 1 der Sensoren 10 der Lagegeber 6 und
8 sich befinden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Ermittlung von Lageistwerten einer sich
drehenden Vorrichtung unter Verwendung von zwei inkremen
talen Lagegebern (6, 8), die jeweils einen Sensor (10)
mit nachgeschaltetem Komparator (12) enthalten, und einer
Auswerteschaltung (4), dadurch gekenn
zeichnet, daß jeweils dem zweiten Eingang der
Komparatoren (12) eine Modulationsspannung (U M ) zugeführt
wird, so daß am Ausgang (19, 21) der Komparatoren (12) je
weils ein pulsweitenmoduliertes Signal (U PM ) ansteht, des
sen Pulsweite jeweils während eines vorbestimmten Abtast
intervalls mit Hilfe der Auswerteschaltung (4) ausgewertet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das pulsweitenmodulierte
Signal (U PM ) mit Hilfe von Zählern (28, 30) der Auswerte
schaltung (4) ausgewertet wird, in dem der an den Ausgän
gen der Zähler (28, 30) anstehende Zählerstand in einen
ersten Speicher (32) eingelesen wird, wobei der Zähler
stand des jeweils vorausgehenden Abtastintervalls aus
dem ersten Speicher (32) in einen zweiten Speicher (40)
eingelesen wird und daß mit Hilfe eines Mikroprozessors
(38) aus der Differenz der beiden Speicherinhalte die
Drehzahl und die Lage der sich drehenden Vorrichtung
ermittelt wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeweils der zweite Eingang der
Komparatoren (12) der inkrementalen Lagegeber (6, 8) mit
einem Modulationsausgang (18) der Auswerteschaltung (4)
verbunden ist, wobei der Modulationsausgang (18) mit
einem Modulationsspannungsgenerator (20) verknüpft ist,
daß jeweils der Ausgang (19 bzw. 20) der Komparatoren
(12) mit einem Signaleingang (24 bzw. 26) der Auswerte
schaltung (4) verbunden ist, wobei jeweils der Signal
eingang (24 bzw. 26) mit einem Zähler (28 bzw. 30) ver
bunden ist, wobei die Ausgänge der Zähler (28 bzw. 30)
jeweils mit einem ersten Speicher (32) verknüpft sind,
daß der erste Speicher (32) einerseits mit einem Mikro
prozessor (38) und andererseits mit einem zweiten Spei
cher (40) verbunden ist, dessen Ausgang ebenfalls mit
dem Mikroprozessor (38) verbunden ist, und daß ein
Steuerwerk (34) mit den Zählern (28, 30, 46) und den
beiden Speichern (32, 40) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Modulationsspan
nungsgenerator (20) einen Zähler (46) mit nachgeschalte
tem Digital-Analog-Wandler (48) enthält, dessen Ausgang
mit einem Verstärker (50) verbunden ist, und daß der Zäh
ler (46) mittels seines Takteingangs (52) und seines
Setzeingangs (54) mit dem Steuerwerk (34) verbunden ist,
das mit dem Ausgang des Zählers und mit dem Verstärker
(50) verknüpft ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß am Modulationsausgang
eine gegenüber der Signalfrequenz hochfrequente Dreiecks
spannung ansteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863618891 DE3618891A1 (de) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Verfahren zur ermittlung von lageistwerten einer sich drehenden vorrichtung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863618891 DE3618891A1 (de) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Verfahren zur ermittlung von lageistwerten einer sich drehenden vorrichtung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3618891A1 true DE3618891A1 (de) | 1987-12-10 |
Family
ID=6302318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863618891 Withdrawn DE3618891A1 (de) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Verfahren zur ermittlung von lageistwerten einer sich drehenden vorrichtung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
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1986
- 1986-06-05 DE DE19863618891 patent/DE3618891A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |