用于校正旋轉編碼器的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于校正電機的輸出正弦軌跡和余弦軌跡的旋轉編碼器、尤其是增量式編碼器的方法。本發(fā)明此外還涉及一種用于執(zhí)行該方法的編碼器評估系統(tǒng)和一種電機。
【背景技術】
[0002]在電動機驅動的機器、例如機床中，為了機器的精確運行需要知道電動機的實際相位。因此，只有在已知轉子相對于定子的實際角度和/或電動機的實際旋轉速度時，才能夠例如在壓鑄機中對塑料進行準確的定量，或者通過平版印刷機提供正確的壓力，紙卷被供應給該平版印刷機。因此，通常在轉子的軸上法蘭連接有構造成增量式編碼器的旋轉編碼器，這個旋轉編碼器具有特定的基準數(shù)、例如256。因此，在轉子旋轉360°時通過增量式編碼器獲知256個脈沖。為了也可以獲得小于1.4° (360° /256)的角度分辨率，通過轉速編碼器輸出正弦軌跡和余弦軌跡，它們各自的周期等于轉子旋轉1.4°。正弦軌跡或余弦軌跡在此通常通過兩個光電傳感器或磁傳感器來記錄，這些傳感器在它們的周期方面彼此錯開90°，在這種情況下也就是轉子軸線的0.35°。
[0003]但由于轉速編碼器的制造公差，由兩個傳感器提供的軌跡并不相應于最佳的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)。因此，有必要在電機運行之前校正旋轉編碼器。在這種情況下，要區(qū)分出振幅錯誤、相位錯誤和偏置量錯誤。在將兩條軌跡的通過旋轉編碼器提供的測量點標在圖表中時，其中，每個被標出的點的X坐標對應余弦軌跡的測量值，而I坐標對應正弦軌跡的測量值，最佳的旋轉編碼器的測量點落在圍繞原點的單位圓上。據(jù)此，在單位圓變形成橢圓時，旋轉編碼器出現(xiàn)振幅錯誤，在橢圓傾斜時出現(xiàn)相位錯誤，而在這個圓相對于原點移動時則出現(xiàn)偏置量錯誤。
[0004]由DE 101 63 504 B4公知了一種用于校正旋轉編碼器的方法。在這里，只要這些測量點標在了先前提及的圖表中，那么就可以從兩條軌跡中得到測量值，在該測量值中，從兩條軌跡的二次方的和中求出根值，也就是獲知了圓的半徑。在另一步驟中，獲知的半徑的時間變化曲線通過傅里葉變形以迭代法進行分析，并且從中獲知用于消除各個錯誤的糾正因子。因此，利用圖表中糾正后的軌跡得到的圓具有在原點處的中心點并且具有恒定的半徑。換句話說，糾正后的軌跡的振幅相等且每條軌跡的偏置量為0，并且兩條軌跡之間的相位等于90°。換句話說，余弦軌跡對應于移動了 90°的正弦軌跡。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的任務是改進電機的角度分辨率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該任務就方法而言通過權利要求1的特征來解決，就編碼器評估系統(tǒng)而言通過權利要求10的特征來解決，并且就電動機而言通過權利要求11的特征來解決。有利的改進方案和構造方案是從屬權利要求的主題。
[0007]該方法規(guī)定，將具有旋轉編碼器的電機首先調節(jié)到特定的速度。例如通過P調節(jié)器和/或I調節(jié)器完成調節(jié)。優(yōu)選通過兩個構造成增量式編碼器的旋轉編碼器，從正弦軌跡或余弦軌跡中獲知電機的轉子相對于定子的角度，并由此獲知角度的時間變化曲線。角度尤其是由正弦軌跡和余弦軌跡構成的分數(shù)的反正切函數(shù)。轉子每旋轉一周，就通過旋轉編碼器在正弦軌跡或余弦軌跡中產生一定數(shù)量的正弦波和余弦波，這個數(shù)量等于基準數(shù)，其中，正弦波和余弦波的周期優(yōu)選一樣大?；鶞蕯?shù)例如等于1，從而轉子每旋轉一周，在正弦軌跡或余弦軌跡中僅提供一個唯一的正弦周期和一個唯一的余弦周期。但為了獲取盡可能準確的角度分辨率，基準數(shù)是更大的、尤其是等于256、512或1024。
[0008]在角度的時間變化曲線中獲知波動，其周期等于正弦軌跡或余弦軌跡的周期的有理分式。換句話說，波動的頻率是特定的速度與基準數(shù)的乘積的整數(shù)倍，其中，特定的速度尤其是用轉/s表示。在選擇轉/min作為特定的速度的單位時，頻率等于乘積的六十分之
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[0009]在另一步驟中，以合適的方式確定正弦和/或余弦軌跡的一定數(shù)量的糾正因子，借助這些糾正因子，以合適的方式調整正弦軌跡或余弦軌跡的振幅、相位和/或偏置量。糾正因子在此以如下方式來選擇，即，在以糾正因子改變相應的軌跡的情況下，以及在借助以糾正因子改變的軌跡來重新獲知時間上的角度變化曲線的情況下，時間上的角度變化曲線的波動振幅位于界限值之下或等于界限值。例如，將0(零)用作界限值。換句話說，通過調整后的正弦軌跡或余弦軌跡提供的時間上的角度變化曲線不再存在具有被觀察的頻率的波動。特別優(yōu)選的是，將振幅值用作界限值，其中，盡管糾正因子發(fā)生改變，但振幅沒有變小。因此，將振幅的依賴于糾正因子的至少一個局部最小值用作界限值。
[0010]因此，將調整后的正弦軌跡和余弦軌跡標在圖表中不會得到單元圓，其中，每個被標出的點的X坐標是調整后的余弦軌跡的點，而y坐標是調整后的正弦軌跡的對應的點。具體而言，圓相對于中心點移動了，并且/或者變形為傾斜的橢圓。
[0011]通過這種做法改進了旋轉編碼器的角度分辨率。雖然所述調整后的軌跡和/或多條調整后的軌跡與最佳的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)有差別，但是由此卻顧及到例如基于滯后效應，轉速編碼器的可能的傳感器本身無法提供最佳的軌跡。具體而言，考慮到的是:在電機旋轉運動期間，其中，速度被調節(jié)到特定的速度，在時間上的角度變化曲線內基本上不出現(xiàn)波動。至少比較而言，不會出現(xiàn)具有頻率為特定的速度和基準數(shù)的乘積的整數(shù)倍的波動，也就是說，不會出現(xiàn)對電機的周期性干擾。因此，這種波動由旋轉編碼器的制造公差導致。因此，這涉及通過提出的校正方式被排除的人為影響。相比現(xiàn)有技術，在此觀察的是時間上的角度變化曲線本身，并且因此從兩條軌跡中去除了人為影響。受到人為影響的軌跡也就不會反映到最佳的正弦函數(shù)或余弦函數(shù)中，通過這些正弦函數(shù)或余弦函數(shù)，在旋轉編碼器出現(xiàn)故障時只能計算出錯誤的角度分辨率。換句話說，有意識地引入對兩條軌跡的校正，其中，這些軌跡不符合相應的最佳函數(shù)。
[0012]該方法例如通過編碼器評估系統(tǒng)或者控制器自動化地執(zhí)行、尤其是在初次安裝電機之后，其中，在電機的整個運行時間期間使用獲知的糾正因子。替選或者與之組合地，以特定的周期間隔重新獲知糾正因子，或者手動實施該方法。
[0013]以合適的方式，以迭代法完成對一個或多個糾正因子的確定。例如在獲知波動并且確定波動的振幅大于界限值之后，將相應的糾正因子設置為預先確定的、尤其是恒定的值，并且通過這個值重新提供相應的調整后的軌跡，并且以適宜的方式從中獲知調整后的時間上的角度變化曲線。如果調整后的時間上的角度變化曲線仍然具有振幅還是大于界限值的波動，那么為糾正因子加上特定的值并重新調整相應的軌跡。這些步驟尤其是一直進行到振幅小于或者等于界限值。
[0014]如果將振幅的依賴于糾正因子的局部最小值用作界限值，那么就以適宜的方式進行調整，也就是說將特定的值加到糾正因子上，直到振幅增長。在這種情況下，糾正因子一次性地減少特定的值，并且該方法結束。通過迭代的過程，可以比較高效地執(zhí)行該方法，這是因為不需要為了確定糾正因子本身進行復雜的計算。雖然計算操作的數(shù)量增加，但是可以比較簡單地執(zhí)行計算操作。此外，在比較少數(shù)量的迭代步驟之后就已經(jīng)找到了穩(wěn)定的糾正因子。
[0015]在本發(fā)明的一種適宜的實施方式中，將角速度用作時間上的角度變化曲線。換句話說，確定在角速度的范圍內的波動，這能夠相對簡單地實現(xiàn)，這是因為為此僅須從特定的速度中減去這個角速度，電機根據(jù)該特定的速度進行調節(jié)。
[0016]特別優(yōu)選的是，僅觀察頻率等于基準數(shù)和特定的速度的乘積的波動。因此，僅觀察周期等于轉速傳感器的兩個基準數(shù)之間的間距的波動。因此，考慮到了周期性地在正弦軌跡或余弦軌跡中在轉速傳感器的各兩個基準數(shù)之間出現(xiàn)的人為影響，像例如在滯后效應中那樣。換句話說，通過以這