專利名稱：用于確定角位置的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定例如旋轉(zhuǎn)物體的角位置的一種裝置和一種方法。
背景技術(shù)：
例如旋轉(zhuǎn)機器的角位置常常通過使用傳感器來檢測，該傳感器借助于電感耦合從時間上可變的周期性輸入?yún)?shù)中形成兩個依賴于例如旋轉(zhuǎn)電機的角位置的輸出參數(shù)，其中時間上為周期性的輸出參數(shù)的幅度以不同方式依賴于要檢測的角位置。這樣的傳感器的優(yōu)選技術(shù)實施方式例如是旋轉(zhuǎn)變壓器或可變磁阻(VR)傳感器，其中通常借助于在時間上為正弦形的電信號進行激勵，并且根據(jù)要檢測的角位置一方面例如以正弦形式、另一方面以余弦形式來調(diào)制兩個同樣在時間上為正弦形的輸出信號的幅度(例如在旋轉(zhuǎn)變壓器的情況下二級繞組具有彼此扭轉(zhuǎn)90度的布置)。在此，第一二次繞組處的正弦形電壓被計算為
U；, (t) = a · Uo - si.n《w:, t + 3) ■ sin (ο；)，以及第二二次繞組處的余弦形電壓被計算為 Uc (t》=a U. * sir; (w,. 》t + * cos (α》，其中 we是激勵角頻率(Erregerkreisfrequenz)，t是時間，U0是激勵幅度，■■》是機器的旋轉(zhuǎn)角，β是二次線圈處的激勵與分接頭(Abgriff)之間的相位角，a是一次繞組與二次繞組之間的幅度的轉(zhuǎn)移因子。借助于對傳感器電壓的分析，從在二次繞組處測量的值U ·《t)和( t )中確定出所尋求的角度Λ。在此成立的是
Uf;《t) /U.::: (t) 二 sin (a) /cos (α) 二 tan (α)
由此得出當前的旋轉(zhuǎn)角α。在此造成的缺點是，該處理方式僅僅在Sin (wa*t + p) 未處于過零點附近的情況下產(chǎn)生合適的結(jié)果。如果sin (Wti t+β)處于過零點附近，則 U., (t)和Uc (t)取非常小的值或者趨近于0，并且在該角位置的情況下不再可能有合適的分析。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個解決可能性在于，將二次繞組的兩個輸出信號的抽樣時刻選擇為使得sin (We+ β)取足夠大的值。在此造成的缺點是用于確定角位置的時刻因此不再能夠自由選擇，而是必須在特定相位處(并且因此以特定時間參考)被實施以激勵電壓，以便為分析獲得足夠的信號幅度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一解決可能性在于，在優(yōu)選被實現(xiàn)為集成電路的裝置中借助于相位調(diào)節(jié)電路(PLL)從在時間上之前確定的U, (t)和Uj (t)值中計算當前的角度。 在此造成的缺點是，在角速度改變時在PLL電路中產(chǎn)生所謂的后拖誤差(Schl印pfehler)。 在角加速度過高的情況下，PLL不再同步，并且不能確定用于角度確定的合適信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是，說明用于確定角位置的一種裝置和一種方法，其中避免所述缺點。該任務通過根據(jù)權(quán)利要求1的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求8的方法來解決。本發(fā)明思想的擴展方案和改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。該任務尤其是通過借助于電感傳感器來確定角位置的一種裝置和一種方法來解決，其中由移相單元從傳感器的一次繞組的激勵信號和在其二次繞組處分接的信號中形成 3個附加的信號，這些信號在抽樣以后被輸送給例如具有符號確定單元的分析電路。例如在分析電路中可以在每個任意時刻例如根據(jù)相應的計算規(guī)則從現(xiàn)在為6個可用的值中確定旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置，而不出現(xiàn)上述缺點。


下面根據(jù)附圖的圖中所示的實施例進一步闡述本發(fā)明。圖1以框圖示出根據(jù)本發(fā)明裝置的實施方式；以及圖2以流程圖示出根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式。
具體實施例方式圖1以框圖示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施方式。在此，根據(jù)通常在旋轉(zhuǎn)變壓器/VR 傳感器處存在的數(shù)學關(guān)系來闡述用于確定角位置的相關(guān)方法，但是該方法也可以應用于每種開頭所述的傳感器。示例性的裝置具有電感耦合的角度傳感器1，該角度傳感器具有至少一個一次輸入繞組2和至少兩個二次輸出繞組3和4，其中一次側(cè)與兩個二次側(cè)之間的電感耦合根據(jù)未進一步示出的旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)角具有正弦形或余弦形的變化曲線。在此作為示例詳述常見的旋轉(zhuǎn)變壓器。此外，該裝置具有發(fā)生器單元5，該發(fā)生器單元利用一般在時間上為正弦形的激勵電壓17來激勵一次繞組2。此外，該裝置具有三個減法單元6、7和8，三個移相器9、10和 11，兩個符號確定單元12和13，和被設置用于信號抽樣的采樣和保持單元14，以及處理器 15。如圖1所示，發(fā)生器單元5與一次繞組2和減法單元6連接。二次繞組3的接線端子與減法單元7的輸入端連接。二次繞組4的接線端子與減法單元8的輸入端連接。減法單元6的輸出端與移相器9的輸入端耦合并且與符號確定單元12的輸入端耦合。減法單元7的輸出端與移相器10的輸入端耦合并且與采樣和保持抽樣單元14的輸入端耦合。 減法單元8的輸出端與移相器11的輸入端耦合并且與采樣和保持抽樣單元14的輸入端耦合。移相器9的輸出端與符號確定單元13的輸入端耦合。移相器10和11的輸出端以及符號確定單元12和13的輸出端最后與采樣和保持抽樣單元14的另外的輸入端耦合。從發(fā)生器單元5饋入到一次繞組2中的正弦形電壓17通過電磁耦合在二次繞組3 中生成零電位(potentialfrei)的正弦形電壓18并且在二次繞組4中生成零電位的正弦形電壓19，其中18的幅度根據(jù)正弦函數(shù)與旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制，19的幅度根據(jù)余弦函數(shù)、即根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器或可變磁阻傳感器處的端子關(guān)系(Klemmenbeziehimg)與旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制。借助于減法單元6，正弦形激勵電壓17被轉(zhuǎn)換成以地為參考的正弦形激勵電壓20。 借助于減法單元7，二次繞組3的在時間上為正弦形的電壓19被轉(zhuǎn)換成以裝置的地為參考的在時間上為正弦形的電壓21。借助于減法單元8，二次繞組4的在時間上為正弦形的電壓20被轉(zhuǎn)換成以地為參考的在時間上為正弦形的電壓22。此外，以地為參考的在時間上為正弦形的激勵電壓20借助于移相器9被相移90 度，在時間上為正弦形的信號21借助于移相器10被相移90度，并且在時間上為正弦形的信號22借助于移相器11被相移90度。在符號確定單元12中，當激勵信號20大于0時生成具有值1的信號，否則生成具有值0的信號。在符號確定單元13中，當移相器9的以地為參考并且被相移90度的激勵信號大于0時生成具有值1的信號，否則生成具有值0的信號。在采樣和保持抽樣單元14中，在從處理器15接收觸發(fā)信號16的時刻，形成從減法單元7和8、移相器10和11以及符號確定單元12和13中所提供的信號的抽樣值。這 6個信號被提供給作為計算設備的處理器15以用于進一步處理，該處理器由此計算出旋轉(zhuǎn)機器在通過采樣和保持單元14接收觸發(fā)信號16的時刻時的當前角位置。在此，該當前角位置例如計算為
當值Gl大于或等于值G2時，
Cy-^!I^^L - -r C^J ^^h -XTl ( ^^ J y" ^^LJ ) * Jk X- mj^ Zl-( ·》,) tJ /^l .卜.:J^tm -<-1— ,<JL，■ t
并且當Gl小于G2時，在此，《表示旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置，JI表示圓周率(例如為3. 14159)，VZ_EXITE 表示第一符號確定單元12的抽樣信號值，并且VZ_EXITE90表示第二符號確定單元13的輸
出端處的抽樣信號值。值^L = ab- + ab/+并且值G2= ab32 + 3 2,其中^ib1是指減
法單元7的輸出端處的抽樣信號值，也是指減法單元8的輸出端處的抽樣信號值，ab3是指移相器10的輸出端處的抽樣信號值，并且ab4是指移相器11輸出端處的抽樣信號值。借助于根據(jù)Gl和G2選擇(abl ；ab2)或(ab3 ；ab4)，可以總是訪問可良好分析的信號。通過這種方式，可以避免根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的所述缺點，并且可以在每個任意時刻以及在沒有后拖誤差的情況下確定旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置。因此，例如在相移90度(及其非偶數(shù)倍)的情況下， 在原始信號為0時有最大值(正，負)。圖加和2b示例性地示出用于確定旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置的方法的流程圖。在步驟1中，用時間上為正弦形的激勵信號來激勵旋轉(zhuǎn)變壓器的一次繞組。該激勵信號在步驟2 中借助于第一減法單元被轉(zhuǎn)換成以地為參考的激勵信號。在步驟3中，在旋轉(zhuǎn)變壓器的第一二次線圈中所感應的在時間上為正弦形的零電位的信號借助于第二減法單元被轉(zhuǎn)換成以地為參考的在時間上為正弦形的信號。在步驟4中，在旋轉(zhuǎn)變壓器的第二二次線圈中所感應的在時間上為正弦形的零電位的信號借助于第三減法單元被轉(zhuǎn)換成以地為參考的在時間上為正弦形的信號。在該方法的步驟5中，以地為參考的激勵信號借助于第一移相器被相移90度。在步驟6中，以地為參考的在時間上為正弦形的信號借助于第二移相器被相移90度。在步驟7中，以地為參考的在時間上為正弦形的信號借助于第三移相器被相移90度。在步驟8中， 當以地為參考的激勵信號大于0時，借助于第一符號確定單元形成具有值1的信號，否則形成具有值0的信號。在步驟9中，當以地為參考并且相移90度的激勵信號大于0時，借助于第二符號確定單元形成具有值1的信號，否則形成具有值0的信號。在該方法的步驟10中，由采樣和保持單元在接收到其時刻可以任意選擇的觸發(fā)信號時形成從第二和第三減法單元、第二和第三移相器以及第一和第二符號確定單元中在觸發(fā)信號的時刻所形成的信號的抽樣值。在步驟11中，由處理器接收由采樣和保持抽樣單元所形成的抽樣值，并且根據(jù)上面所述的數(shù)學處理方式從這些抽樣值中計算出旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置。在前面示例性地闡述的方法中，步驟的所示順序不是強制性的，并且可以以任意方式改變。在之前闡述的根據(jù)本發(fā)明裝置的示例中，當不需要零電位的測量值檢測時例如也可以省略減法單元6、7和8。
權(quán)利要求
1.一種借助于電感傳感器(1)來確定繞位置固定的點旋轉(zhuǎn)的物體的當前角位置的裝置，該電感傳感器(1)具有至少一個由激勵信號(17)來饋送的一次繞組(2)以及至少兩個與所述一次繞組電感耦合的二次繞組(3，4)，其中由于電感耦合根據(jù)旋轉(zhuǎn)角在兩個二次繞組(3，4)中生成具有周期性和移相的變化曲線的信號，三個分別具有輸入端和輸出端的移相器(9，10，11)，這些移相器具有相同的相移，所述移相器(9，10，11)中的每一個在輸入側(cè)與一次繞組(1)或第一二次繞組(3)或第二二次繞組(4)電耦合，以及分析單元(12，13，14，15)，其從移相器(9，10，11)的輸入端和輸出端處的信號中確定角位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中激勵信號(17)在時間上是正弦形的，并且在第一二次繞組(3)中感應出在時間上正弦形調(diào)制的信號(18)，該信號(18)的幅度根據(jù)正弦函數(shù)與旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制，以及在第二二次繞組(4)中感應出在時間上正弦形調(diào)制的信號(19)，該信號(19)的幅度根據(jù)余弦函數(shù)與旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中分析單元(12，13，14，15)具有第一符號確定單元(12)，其被構(gòu)造為生成第一符號信號，該第一符號信號說明激勵信號(20)是否小于0，第二符號確定單元(13)，其被構(gòu)造為生成第二符號信號，該第二符號信號說明移相的激勵信號(20)是否小于0，采樣和保持單元(14)，其被構(gòu)造為在接收到觸發(fā)信號(16)時從第一和第二二級繞組 (3，4)的未移相和借助于移相器移相的信號中以及從第一和第二符號確定單元(12，13)在接收到觸發(fā)信號(16)時的輸出信號中形成相應的抽樣值，以及計算設備(15)，其被設置為為采樣和保持抽樣單元(14)生成觸發(fā)信號(16)并且從由采樣和保持單元(14)形成的抽樣值中計算出旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中計算設備(15)被設置為將當前角位置在值Gl大于或等于值G2時計算為
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中一次繞組(2)和二次繞組(3，4)的信號(17， 18，19)是零電位的并且附加地設置有第一減法單元(6)，其被構(gòu)造為將激勵信號(17)轉(zhuǎn)換成以地為參考的激勵信號(20)， 第二減法單元(7)，其被構(gòu)造為將第一二次繞組(3)的信號(18)轉(zhuǎn)換成以地為參考的信號(21)，以及第三減法單元(8)，其被構(gòu)造為將第二二次繞組(4)的信號(19)轉(zhuǎn)換成以地為參考的信號(22)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中一次繞組(2)與生成激勵信號(17)的發(fā)生器單元(5)連接。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中全部移相器的相移都為90度或其非偶數(shù)倍。
8.一種借助于電感傳感器(1)來確定繞位置固定的點旋轉(zhuǎn)的物體的當前角位置的方法，該電感傳感器(1)具有至少一個由激勵信號(17)來饋送的一次繞組(2)以及至少兩個與所述一次繞組電感耦合的二次繞組(3，4)，其中由于電感耦合根據(jù)旋轉(zhuǎn)角在兩個二次繞組(3，4)中生成具有周期性和移相的變化曲線的信號，一次繞組(2)和兩個二次繞組(3，4)的信號被移相，并且從一次繞組(2)和兩個二級繞組(3，4)的未移相以及移相的信號中確定角位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中激勵信號(17)在時間上是正弦形的，并且在第一二次繞組(3)中感應出在時間上正弦形調(diào)制的信號(18)，該信號(18)的幅度根據(jù)正弦函數(shù)與旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制，以及在第二二次繞組(4)中感應出在時間上正弦形調(diào)制的信號(19)，該信號(19)的幅度根據(jù)余弦函數(shù)與旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)角有關(guān)地被調(diào)制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中生成第一符號信號，該第一符號信號說明激勵信號(20)是否小于0， 生成第二符號信號，該第二符號信號說明移相的激勵信號(20)是否小于0， 生成觸發(fā)信號(16)，在接收到觸發(fā)信號(16)時從第一和第二二級繞組(3，4)的未移相和移相的信號中以及從第一和第二符號信號(12，13)中形成相應的抽樣值， 并且從所述抽樣值中計算出旋轉(zhuǎn)機器的當前角位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將當前角位置在值Gl大于或等于值G2時計算為并且當Gl小于G2時計算為 a = arc tan (aDs/ab,s) -t π - sign (ab^) · VZ^XITEyLr,其中α是當前角位置,值Gl = ab :+++ + ab/+,值G2 — ab/ + afaj, VZ_EXITE是第一符號確定單元的抽樣信號值，VZ_EXITE90是第二符號確定單元的抽樣信號值，Bb1是第一二次繞組(3)的抽樣信號值，ab2是第二二次繞組(3)的抽樣信號值，油3是移相器(10) 的輸出端處的抽樣信號值，并且ab4是移相器(11)的輸出端處的抽樣信號值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11之一所述的方法，其中一次繞組(2)以及兩個二次繞組(3，4) 處的信號被移相90度或非偶數(shù)倍。
全文摘要
借助于電感傳感器(1)來確定旋轉(zhuǎn)物體的當前角位置的一種裝置和一種方法。在使用移相器(9，10，11)和符號確定單元(12，13)的情況下從傳感器的一次繞組(2)的激勵信號(17)和在傳感器的兩個二次繞組(3，4)中所感應的電壓中導出三個另外的信號?？偣?個信號在使用采樣和保持抽樣單元(14)的情況下被抽樣并且被提供給用于分析的處理器(15)，該處理器由此計算出旋轉(zhuǎn)機器的在抽樣時間的當前角位置。
文檔編號G01D5/20GK102341673SQ201080010591
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者瓦格納 B., 埃爾曼 M. 申請人:大陸泰密克微電子有限責任公司