ES2300449T3 - Procedimiento para corregir la determinacion de la posicion rotacional del arbol de transmision de un motor de corriente continua conmutada. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para corregir una determinación de una posición angular de un eje de accionamiento de un motor de corriente continua conmutado mediante el análisis del rizado de la corriente contenido en la corriente de inducido cuando aparecen rizados intempestivos o dobles, caracterizado porque - en un primer paso se realiza un análisis espectral de la señal de la corriente de inducido respecto a los componentes de frecuencia contenidos en la señal de la corriente de inducido, - a continuación se controla la frecuencia actual del rizado de la corriente contenida en la señal de la corriente de inducido, que aparece cuando funciona el motor de corriente continua, obtenida por el análisis espectral, respecto a la presencia de cambios intempestivos en dicha frecuencia, y - en el caso de la detección de un cambio intempestivo de este tipo en la frecuencia actual del rizado de la corriente, se realiza una corrección del resultado del recuento del rizado de la corriente.
Description
Procedimiento para corregir la determinación de
la posición rotacional del árbol de transmisión de un motor de
corriente continua conmutada.
La invención se refiere a un método para
corregir una determinación de una posición angular de un eje de
accionamiento de un motor de corriente continua conmutado mediante
el análisis del rizado (ripple) de corriente contenido en la
corriente del inducido cuando aparecen rizados intempestivos o
dobles.
La señal de corriente del inducido de un motor
de corriente continua conmutado comprende una componente continua y
una componente alterna superpuesta con la componente continua. La
componente alterna resulta de la interacción cuando funciona el
motor de corriente continua, entre el imán (el campo magnético), el
devanado del inducido y el conmutador del motor de corriente
continua. Esto se manifiesta por una breve variación de la tensión
inducida de lo que resulta la ondulación de la señal de corriente
del inducido. Los picos de corriente contenidos en la señal de
corriente del inducido - llamados a continuación rizado (ripple en
inglés) de corriente - aparecen en una revolución del inducido con
una frecuencia que depende del número de delgas del colector. Por
ejemplo, si el colector de inducido tiene diez delgas, entonces se
encontrarán 10 rizos en la señal de salida del inducido. La cuenta
del rizado puede proporcionar información sobre la posición angular
actual del inducido del motor de corriente continua y de este modo
sobre la del elemento accionado por el mismo, dentro de su intervalo
de movimiento predeterminado. Con este objeto y para poder realizar
la cuenta correspondiente, se digitaliza la señal analógica del
inducido.
Con el fin de realizar una detección del rizado
de corriente lo más libre de errores posible, y para reducir las
influencias perturbadoras, se efectúa antes un tratamiento de la
señal analógica de la corriente del inducido y en su caso también
después de la digitalización. Para el tratamiento de la señal de
corriente del inducido se realizan filtrados que se configuran como
filtros de paso bajo y/o como filtros de frecuencias. Un método de
tratamiento de señal de este tipo se encuentra descrito por ejemplo,
en el documento DE 195 11 307 C1. El sentido y la finalidad de un
tratamiento de la señal de este tipo consiste en obtener una señal
de corriente del inducido precisa, lo más libre posible de
influencias de perturbaciones, de manera que esta señal de corriente
del inducido tratada pueda ser analizada a continuación respecto al
rizado de corriente contenido en ella. Para la determinación de la
posición se cuenta el rizado, puesto que el resultado de la cuenta
proporciona información directa sobre la posición angular actual
del eje de accionamiento o del inducido del motor de corriente
continua. Para la cuenta del rizado de corriente contenido en la
señal de corriente del inducido se utilizan normalmente algoritmos
para la determinación de máximos o de mínimos o bien para la
determinación de pasos por cero.
Sin embargo, con los métodos de tratamiento de
señal conocidos, las influencias perturbadoras contenidas en la
señal de corriente del inducido se pueden evitar suficientemente o
minimizar cuando el rizado de corriente contenido en la señal de
corriente del inducido está presente de manera bien definida en esta
señal de corriente del inducido. Por esta razón, para la
determinación de posición sin sensor mediante el rizado de corriente
contenido en la señal de corriente del inducido, solamente se
utilizan los motores de corriente continua que tienen colectores de
alta calidad y que se fabrican o procesan con gran esmero. En
consecuencia, una determinación de posición de este tipo no puede
realizarse en motores de corriente continua económicos que tienen
una componente de corriente alterna distorsionada en la señal de
corriente del inducido.
Ocurre sin embargo, que en la señal de corriente
del inducido aparecen rizados intempestivos y/o dobles debido a los
cuales, el resultado de la cuenta de rizados de corriente queda
fundamentalmente falseado. Para la correspondiente corrección del
resultado de la cuenta de rizados en el caso de que aparezcan
rizados intempestivos y/o dobles, normalmente se añade al método de
tratamiento de señal un método de corrección, con el cual se debe
reconocer la aparición de rizados intempestivos y/o dobles, para
poder aplicar a continuación la corrección deseada al resultado de
la cuenta de rizados. La utilización de un método de este tipo es
necesaria, pues estos errores están condicionados por el conmutador
o por otras influencias de perturbaciones superpuestas, por ejemplo
la ondulación de la corriente de a bordo, y no pueden ser eliminados
mediante el tratamiento de la señal de corriente del inducido sin
otras medidas. Se conoce una medida correctiva de este tipo por
ejemplo, por el documento DE 197 29 238 C1. En este método, para
cada punto de la detección del rizo de corriente, a partir de la
velocidad de giro determinada por la corriente y por la
característica del motor, se calcula el tiempo para la detección de
próximo rizo de corriente. Este tiempo cae dentro de un intervalo de
tolerancia predeterminado en relación con su magnitud. En el método
conocido por este documento, el tiempo calculado para el siguiente
punto de conmutación (rizo de corriente) más probable se amplía con
el valor de la tolerancia predeterminado. De este modo, los rizos
de corriente que no aparecen en el tiempo calculado, o antes, solo
se reconocen como rizado intempestivo, cuando tampoco se ha
detectado un rizo de corriente dentro del intervalo de tolerancia.
Este método requiere sin embargo un gran volumen de cálculo.
Partiendo del estado de la técnica comentado, el
objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método
según el preámbulo mencionado al principio, que permita la detección
segura de rizados intempestivos y dobles con una menor dificultad
de cálculo respecto de los métodos conocidos en el estado de la
técnica.
Según la invención este objeto se consigue de
modo que
- -
- en un primer paso se realiza un análisis espectral de la corriente del inducido respecto a los componentes de frecuencia contenidos en la corriente del inducido,
- -
- a continuación se controla la frecuencia actual del rizado de corriente contenida en la señal de corriente del inducido cuando funciona el motor de corriente continua, obtenida por el análisis espectral, respecto a la presencia de cambios intempestivos en dicha frecuencia, y
- -
- en el caso de la detección de un cambio intempestivo de este tipo en la frecuencia actual del rizado de corriente, se realiza una corrección del resultado de la cuenta del rizado de corriente.
En el método de la invención, en un primer paso
se realiza un análisis espectral de la señal de corriente del
inducido respecto a los componentes de frecuencia contenidos en la
corriente del inducido. En el análisis espectral se encuentra el
rizado de corriente en una frecuencia determinada y con una amplitud
también determinada. La frecuencia del rizado de corriente es
proporcional a la velocidad de giro actual del motor de corriente
continua. Las frecuencias que aparecen durante el funcionamiento del
motor, o sea las frecuencias que aparecen a las distintas
velocidades de giro, son conocidas y si se desea, en caso necesario,
pueden ser comprobadas mediante un cálculo a partir de la corriente
actual del motor y de las características del motor. La frecuencia
del rizado de corriente que aparece en el funcionamiento del motor
de corriente continua puede determinarse de distintas maneras, por
ejemplo eliminando ciertas frecuencias en el análisis espectral bien
porque su amplitud es muy pequeña o porque la velocidad de giro no
sería posible para el motor de corriente continua, y de este modo
no se tienen en cuenta para el tratamiento posterior. La frecuencia
del rizado contenido en la señal de corriente del inducido
determinada de este modo durante el funcionamiento del motor es una
medida directa de la velocidad de giro actual del motor de
corriente continua, a partir de la cual se puede calcular una
posición o un ángulo de giro.
Las variaciones debidas al régimen de
funcionamiento del motor de corriente continua tienen como resultado
variaciones en la frecuencia del rizado contenido en la señal de
corriente del inducido. En consecuencia las variaciones en la
frecuencia del rizado de corriente se deben atribuir a variaciones
en la velocidad de giro del motor de corriente continua.
Para realizar el análisis espectral, a
continuación se puede digitalizar la señal analógica de corriente
del inducido y luego se puede transformar mediante una
transformación Fast-Fourier en su intervalo de
frecuencias. Estas etapas del método se pueden configurar con menor
volumen de cálculo. Esto tiene también como consecuencia el que
estos cálculos se puedan realizar sin dificultad en cada instante
del muestreo digital de la señal analógica de corriente del
inducido, de modo que la determinación de la posición angular del
eje de accionamiento o del inducido pueda realizarse con una
resolución temporal muy elevada. En consecuencia este método puede
también utilizarse para poder aplicar los métodos de corrección en
los que se precisa la velocidad de giro actual del motor de
corriente continua. En particular, con este método, cuando se
realizan las etapas del método sincronizadas con el muestreo
digital, las variaciones del régimen de funcionamiento se pueden
captar en tiempo casi real, y de este modo pueden ser tenidas en
cuenta para la determinación de la posición angular actual.
En el método según la invención se prevé
controlar la frecuencia de funcionamiento del rizado contenido en
la señal del inducido respecto a variaciones intempestivas de la
frecuencia del rizado. En el caso de que aparezcan rizados
intempestivos y/o dobles, tiene lugar una variación intempestiva de
la frecuencia de rizado actual, de modo que después de la detección
de una variación intempestiva de este tipo en la frecuencia de
rizado actual, se puede realizar una corrección del cálculo de la
cuenta de rizado y con ello se puede realizar la determinación de
la posición actual. La detección de una variación intempestiva de
este tipo en la frecuencia del rizado de corriente puede someterse
a un control de plausibilidad, por ejemplo mediante la duración de
la variación de frecuencia o mediante el salto de frecuencia, para
de este modo evitar una interpretación de frecuencias no inducidas
por rizado de corriente. Con un método de corrección de este tipo es
posible realizar de modo simple una corrección de los rizados
intempestivos y/o dobles, sin que sea necesario aplicar los costosos
algoritmos que requieren gran volumen de cálculo, necesarios para
reconocer los rizados intempestivos y/o dobles.
A diferencia del estado de la técnica conocido,
en el método reivindicado no se realiza ningún filtrado de
frecuencias, sino que tiene lugar una determinación directa de la
frecuencia del rizado de corriente actual, mediante la separación
de los componentes de frecuencia que se superponen con la señal de
corriente del inducido como influencias perturbadoras. En este
método, la observación de la frecuencia del rizado de corriente se
realiza inmediatamente sin que para ello sea necesaria
fundamentalmente una detección previa de rizado de corriente o un
tratamiento de señal especial. Por este motivo este método es
adecuado especialmente también, para la determinación sin sensor de
la posición en motores de corriente continua conmutados con bajas
exigencias sobre su calidad, utilizando el rizado de corriente
contenido en la corriente del inducido.
A continuación se describe de nuevo la invención
con la ayuda de las figuras.
\vskip1.000000\baselineskip
Las Figs. 1a, 1b muestran diagramas que
representan la frecuencia del rizado de corriente en la señal de la
corriente del inducido de un motor de corriente continua conmutado,
y
las Figs. 2a, 2b muestran diagramas que
representan la frecuencia del rizado de la corriente en la señal de
la corriente del inducido de un motor de corriente continua
conmutado con las influencias perturbadoras contenidas en la señal
de la corriente del inducido.
La Fig. 1a muestra la señal de la corriente de
inducido analógica de un motor de corriente continua conmutado
durante su funcionamiento. Se reconoce claramente el perfil ondulado
de la señal del inducido que forma el rizado de corriente. La
frecuencia del rizado de la corriente en la señal de corriente del
inducido es proporcional a la velocidad de giro del motor de
corriente continua, aumentando la frecuencia de los rizos de
corriente cuando aumentan las revoluciones y a la inversa.
Después de un muestreo digital de la señal de
corriente del inducido mostrada en la Fig. 1a se aplica a ésta una
transformación Fast-Fourier, para poder obtener los
componentes de frecuencia contenidos en la señal de corriente del
inducido de la Fig. 1a. Los componentes de frecuencia contenidos en
la corriente del inducido de la Fig. 1a están representados en la
Fig. 1b. En este diagrama se encuentran las frecuencias en kHz en
el eje X y las amplitudes de las frecuencias en el eje Y. En la
señal de corriente del inducido de la Fig. 1a, como resultado de
este análisis espectral, se encuentran tres frecuencias
superpuestas. Los dos componentes que se encuentran en valores más
altos, de unos 1,2 kHz y 1,8 kHz, debido a su amplitud no se
consideran rizado de corriente. La oscilación también reconocible
en la Fig. 1a se refleja mucho más en estas dos frecuencias. La
frecuencia del rizado de corriente se encuentra en unos 0,2 kHz y se
reconoce también en la Fig. 1b por la amplitud bien definida. El
que las frecuencias de 1,2 kHz y de 1,8 kHz no sea rizado de
corriente resulta claro también del hecho de que no se puede
realizar un motor de corriente continua con una señal de corriente
como la representada en la Fig. 1 y una frecuencias de 1,2 y 1,8
kHz.
Las Figs. 2a y 2b muestran una representación de
este tipo, aunque sin embargo, en la Fig. 2a se reproduce la señal
de corriente del inducido de otro motor de corriente continua. Puede
reconocerse que en esta señal de corriente, sobre el rizado de
corriente se superponen influencias perturbadoras. Después de la
digitalización de esta señal de corriente del inducido y de la
transformación al intervalo de frecuencias se obtiene el espectro
de frecuencias representado en la Fig. 2b. Este espectro de
frecuencias tiene un número de distintas frecuencias que participan
en la producción de la señal de corriente de inducido mostrada en la
Fig. 2a. Mediante una definición previa de la frecuenta del rizado
de corriente, que por ejemplo se ha realizado mediante un calibrado
del sistema, se conoce que con la velocidad de giro representada en
las Figs. 2a y 2b el rizado de corriente tiene una frecuencia cerca
de 0,15 kHz. Cuando se analiza el espectro de frecuencia respecto a
una velocidad de giro variable para la determinación de la posición
de un eje de accionamiento, se observa en consecuencia
exclusivamente esta frecuencia. Las otras frecuencias no se incluyen
en el análisis posterior.
Las variaciones de la frecuencia del rizado de
corriente que reproducen las variaciones en las revoluciones
propias del funcionamiento, se manifiestan en una variación gradual
de la frecuencia del rizado de corriente. Las influencias
perturbadoras superpuestas con la frecuencia del rizado de corriente
permanecen sin tener en cuenta las variaciones de este tipo.
Aquellas influencias perturbadoras que están determinadas por el
conmutador, varían a su vez su frecuencia con las revoluciones de
manera que éstas en principio también pueden ser observadas.
Cuando aparecen rizados intempestivos o dobles,
la frecuencia del rizado de corriente cambia bruscamente, de manera
que con el método descrito se detectan también sin dificultad. Los
rizados intempestivos o dobles son observables solo por poco tiempo
y por ejemplo, pueden detectarse debido a esta propiedad en el
espectro de frecuencia de las perturbaciones.
Claims (5)
1. Procedimiento para corregir una determinación
de una posición angular de un eje de accionamiento de un motor de
corriente continua conmutado mediante el análisis del rizado de la
corriente contenido en la corriente de inducido cuando aparecen
rizados intempestivos o dobles, caracterizado porque
- -
- en un primer paso se realiza un análisis espectral de la señal de la corriente de inducido respecto a los componentes de frecuencia contenidos en la señal de la corriente de inducido,
- -
- a continuación se controla la frecuencia actual del rizado de la corriente contenida en la señal de la corriente de inducido, que aparece cuando funciona el motor de corriente continua, obtenida por el análisis espectral, respecto a la presencia de cambios intempestivos en dicha frecuencia, y
- -
- en el caso de la detección de un cambio intempestivo de este tipo en la frecuencia actual del rizado de la corriente, se realiza una corrección del resultado del recuento del rizado de la corriente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la señal analógica de la corriente de
inducido se digitaliza antes de realizar el análisis espectral.
3. Procedimiento según la reivindicación 2
caracterizado porque, para realizar el análisis espectral, la
señal de la corriente de inducido digitalizada se transforma
mediante una transformación rápida de Fourier en su gama de
frecuencias.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los pasos del
procedimiento se realizan en cada instante del muestreo digital de
la señal analógica de la corriente de inducido.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque se controla
la frecuencia del rizado de la corriente contenida en la señal de
la corriente de inducido que aparece cuando funciona el motor de
corriente continua, respecto a la aparición de variaciones de esta
frecuencia debidas al funcionamiento, y se realiza un análisis
adicional mediante el tratamiento de las diferencias respecto de una
o varias frecuencias de rizado la de corriente determinadas
anteriormente.
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