[发明专利]用于监测旋转角度传感器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于监测电机上的旋转角度传感器的方法和装置，并且用于例如基于分解器的测量系统。

背景技术

为了检测运动的机器部件和驱动装置的位置，分解器已经证明是工业应用中可靠并且成本有利的元件。如果机器调节方法或者应用要求角度确定，由于其稳固的构造往往使用分解器。分解器是绝对的位置及角度测量系统，其基于感应原理并且在其构造方面与具有精密绕组的电动机相同。分解器的定子承载两个绕组，所述两个绕组的绕组平面彼此垂直并且在空间上彼此错开(W_sin，W_cos)，而转子具有旋转变压器，所述旋转变压器在初级侧由激励绕组供电(W_Ref)而在次级侧与定子绕组感应耦合。

在此，在工作原理方面，分解器被如此构造，使得借助载波频率信号进行输入侧的激励以及通过分解器的转子运动对所述信号进行调幅并且将所述信号变换到输出侧上。由于绕组的正交设置，经调幅的输出信号具有彼此90°的相位偏差并且用于进一步的分析处理。

存在多种用于分解器的分析处理方法。

分解器的应用可以是不同的。有时进行测量和积分的不是旋转角度而是角速度。但是起决定作用的是，可以直接或者间接地例如通过积分来确定转子相对定子的角度位置。角度信息或者转速信息被输送给变频器或者另一电子电动机控制装置并且在那里用于控制转速和/或转矩。

如果分解器由于某种原因出现故障，则电子电动机控制装置得不到信号。故障应理解为正确的旋转角度信号没有到达电动机控制装置的所有情况。例如可以涉及分解器与电动机控制装置之间的信号线路的中断。如果电动机控制装置没有获得正确的信号，则这在运行中导致错误的行为。这样可能出现以下情况：在信号线路中断时，电动机控制装置在使用目前常用的具有转速反馈的电流矢量调节装置时将电动机的转速驱动到其最大值。这种运行状态显然是不期望出现的。

在现有技术中已经公知多种用于结合旋转角度传感器发现这类故障情况的装置和方法，以便此后采取措施以进行故障修正(Fehlerkorrektur)或者至少进行故障处理。例如，可以冗余地构造旋转角度传感器，即，设置一个第二旋转角度传感器，并且相互比较两个旋转角度传感器的结果。也可以借助于嵌入式的控制电子装置监测旋转角度传感器的功能。

此外，如何识别分解器的输入和返回线路中的断线也是公知的，所述分解器用在电机中以进行角度确定。为了可以在角度确定中识别基于断线的故障，通常在电路技术上反馈分解器的输入信号和输出信号Wsin、Wcos、WRef，并且分析处理流过绕组的电流。由此监测输入和返回线路，包括所连接的绕组。然而，对位于转子中的旋转变压器的绕组的直接监测是不可能的。对所述绕组的监测仅仅可以间接地进行，并且在此所使用的分解器分析处理方法对可应用的方案具有决定性的影响。

惯用的分解器分析处理方法是所谓的反向方法其中如此向作为W_sin和W_cos的分解器的正交绕组供电，使得在作为W_Ref的激励绕组中没有感应出电压。如果在此信号平衡的状态中扭转分解器转子，则这种平衡被干扰并且一个电压被传输到激励绕组W_Ref中。所述电压在所述方法中被输送给调节器(所谓的跟踪调节器)，所述调节器如此修正正交线圈上的电压振幅，使得激励绕组上的电压重新成为零伏特并且信号平衡被重新建立。因为分解器的转子是具有相应绕组的旋转变压器，所以通过它自然仅仅可以传输交变信号。出于此原因，分解器的输入信号涉及经调幅的载波频率信号。

基于以上所述跟踪调节原理的系统完全监测变得很困难。在这样的系统中，在“正常状态”中，即当跟踪调节回路经调整时，在输入放大器上测量到大约零伏特。但在分解器的旋转变压器绕组中存在断线时，也出现相同的电压振幅。因此，不能识别出分解器内部的故障。一种用于识别这类故障的可行方案是接入所谓的检验误差角(Prüffehlwinkel)。由此，跟踪调节回路不获得等于零伏特的额定值，而获得不等于零伏特的额定值。在这样的系统中，在经调整的状态中，输入放大器上的信号同样不等于零伏特，由此可识别出断线。

通常如此确定输入放大器的规模，使得例如在动态过程期间出现的小的误差角完全调制输入放大器。需要高的增益，因为只有如此调节回路才能够跟随非常动态的运动过程。测量已经示出，检验误差角必须在约1°的数量级上，以便可以毫无疑义地鉴别它。遗憾的是，所述实际情况以及输入放大器的所需的高增益导致输入放大器的明显非对称调制，这不利地影响调节回路稳定性。