DE69835564T2

DE69835564T2 - System und Verfahren zur Verbesserung der Reaktion eines Stellantriebes im Falle des Ausfalls der Stromversorgung

Info

Publication number: DE69835564T2
Application number: DE69835564T
Authority: DE
Inventors: Michael L. Rockton Hill
Original assignee: Invensys Building Systems Inc
Current assignee: Schneider Electric Buildings Americas Inc
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: US5872434A; EP0899862A3; EP0899862B1; DE69835564D1; EP0899862A2

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Motorsteuerungstechnik. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Systeme zum Steuern von bürstenlosen Gleichstrommotoren.
Hintergrund der Erfindung
Bürstenlose Gleichstrommotoren repräsentieren eine attraktive Motortechnik für viele Anwendungen wie z.B. Stellglieder. Sie haben vorteilhafterweise einen hohen Betriebswirkungsgrad und hohe Leistungsdichten. Die Steuerung dieser bürstenlosen Gleichstrommotoren ist jedoch relativ komplex und erfordert dedizierte Steuergeräte und zahlreiche Hochleistungs-Halbleitertreiber.
Ein Aspekt der bürstenlosen Gleichstrommotorsteuerung ist die Regulierung des Abtriebsdrehmoments. Dies erfolgt herkömmlicherweise durch Erfassen des Motorstroms. Um diese Technik zusammenzufassen, ein oder mehrere Stromerfassungswiderstände werden in Serie mit einer oder mehreren der Motorwicklungen geschaltet. Der Spannungsabfall über den/die Stromerfassungswiderstand/-widerstände wird gemessen und der Messwert zeigt das Motordrehmoment an. Leider hat die Verwendung von Stromerfassungswiderständen eine Erhöhung der Kosten im Hinblick auf die Teilezahl, den benötigten Raum, die Kühlungsanforderungen und den energetischen Wirkungsgrad zur Folge.
Eine weitere Komplikation der Verwendung von bürstenlosen Gleichstrommotoren bezieht sich auf deren Start und Stopp, besonders unter Last. Eine früher angewendete Motorstopptechnik beinhaltete das Halten einer hohen Leistung auf einer besonderen Wicklungskombination, um den Motor in seiner Position zu ,arretieren'. Dies führt jedoch zur Aufnahme hoher Leistungsmengen, erzeugt zu viel Wärme und ist häufig ineffektiv, wenn es zu Schlupf kommt.
Die europäische Patentspezifikation Nr. EP-A-0 396 088 beschreibt ein Fahrzeuggeschwindigkeitsregelsystem, das ein mechanisch mit einem Drosselventil verbundenes Stellglied beinhaltet. Das Stellglied dreht eine Abtriebswelle, die mit zwei parallelen Armen ausgestattet ist, speziell einem Integralarm und einem Blindarm. Der Blindarm ist mit dem Drosselarm über eine Stange und einen Kabeltrieb, eine Rückholfeder und eine weitere Feder in der Nähe der Welle verbunden. Während des Betriebs des Fahrzeuggeschwindigkeitsregelsystems dreht das Stellglied die Welle, so dass sich der Integralarm gegen die Feder in der Nähe der Welle bewegt, wodurch der Blindarm veranlasst wird, sich zusammen mit der Welle zu drehen und ein Drehmoment über die Stange und den Kabeltrieb auf das Drosselventil zu übertragen.
Die europäische Patentspezifikation Nr. EP-A-0 598 446 beschreibt eine Schaltung zum Antreiben eines mit einem beweglichen Magnetkopf verbundenen Motors. Bei dem Ausfall einer Stromversorgung werden die Ständerwicklungen des Motors mit einem Kondensator kurzgeschlossen. Die gespeicherte Energie im Kondensator wird dann zum Treiben des Magnetkopfs in eine Ruheposition verwendet.
Die internationale Patentspezifikation Nr. WO-A-95/13650 beschreibt ein System zum Regeln der Abbremsung eines Motors bei einem Ausfall einer Stromversorgung. Das System beinhaltet eine regenerative Stromversorgungsschaltung, die während des stromlosen Zustands Leistung zur Motorsteuerschaltung speist.
Die oben beschriebenen Probleme werden vervielfältigt, wenn ein bürstenloser Gleichstrommotor in einem anderen Gerät wie z.B. einem Stellglied enthalten ist. Statische und dynamische Lasten, die von der Anwendung des Stellglieds herrühren, wirken auf den Motor und verkomplizieren dadurch seine Steuerung weiter.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben identifizierten Probleme zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet ein Verfahren für die Verwendung beim Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Der Motor wird von mehreren Treibern erregt, wobei die Treiber den Motor auf der Basis eines Motorwicklungskommutationsmusters und eines damit verwendeten PWM-Steuersignals mit Energie speisen. Dadurch wird die Drehzahl des Motors reguliert.
Das Verfahren beinhaltet insbesondere die Ermittlung der Drehzahl des Motors und einer Leitungsspannung, die die Treiber des Motors versorgt. Dann wird auf der Basis der Drehzahl, der Leitungsspannung und der vorbestimmten Motor leistungsdaten eine maximale PWM-Einschaltzeit für das PWM-Steuersignal ermittelt. Die maximale PWM-Einschaltzeit entspricht einem vorbestimmten Motordrehmomentausgang. Die Motorleistungsdaten können konstante Drehmomentkurven für Kombinationen aus Leitungsspannung, Motordrehzahl und PWM-Einschaltzeit enthalten.
Als eine Verbesserung kann der Motor wenigstens einen Positionssensor enthalten, der beim Ermitteln der Zeit zwischen Positionsänderungen verwendet wird. Die Positionsinformationen können akkumuliert werden, um das Ermitteln der absoluten Motorposition in der Form von wenigstens einer Reihe von Motorrotationen zu erleichtern.
Als eine weitere Verbesserung kann der Motor in einem Stellglied enthalten und über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Abtriebselement davon gekoppelt sein. In dieser Konfiguration kann das Verfahren das Verfolgen einer Position des Abtriebselementes des Stellglieds anhand der ermittelten absoluten Motorposition beinhalten. Das Verfahren kann auch das Steuern der Rotation des Motors beinhalten, um das Abtriebselement des Stellglieds selektiv zu positionieren. Während der Positionierung des Stellglieds wird die Drehzahl des Motors mit dem PWM-Steuersignal reguliert. Spezieller kann das PWM-Steuersignal auf die maximale PWM-Einschaltzeit begrenzt werden, um den Motordrehmomentausgang auf den vorbestimmten Motordrehmomentausgang zu begrenzen.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Stellgliedes, das einen Ausgang und einen mechanisch damit gekoppelten bürstenlosen Gleichstrommotor aufweist. Der bürstenlose Gleichstrommotor wird wenigstens teilweise durch ein PWM-Steuersignal gesteuert, das die Aufgabe hat, eine auf den Motor übertragene Energiemenge zu regulieren.
Spezieller umfasst das Verfahren das Positionieren des Stellgliedes durch Betreiben des Motors. Während des Positionierens wird das Abtriebsdrehmoment des Motors geregelt (die Regelung beinhaltet das Sammeln von Betriebsmotordaten, d.h. ausschließlich der Stromaufnahme des Motors). Diese Daten werden in Kombination mit vorbestimmten Motorleistungsdaten zum Regulieren des Motordrehmoments mit dem PWM-Steuersignal verwendet.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Stoppen der Rotation eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Das Verfahren beinhaltet das Betreiben des Motors als belasteten Generator. Während dieses belasteten Generatorbetriebs wird ein Bewegungsprofil des Motors überwacht.
Weiter, wenn das Bewegungsprofil des Motors eine vorbestimmte Kennlinie erreicht, dann wird ein aktiver Abbremsmodus aufgerufen. Dieser Modus funktioniert dadurch, dass er den Motor in einer dieser Rotation entgegengesetzten Richtung antreibt. Wenn eine Umkehr der Motorrotation auftritt, dann wird ein Haltemodus aktiviert, um die Motorposition statisch zu halten.
Als eine Verbesserung zu dem Obigen kann der Motor mehrere Wicklungen aufweisen und das Betreiben des Motors als belasteten Generator kann den Erdanschluss von wenigstens einer der Wicklungen beinhalten. Ebenso kann das Überwachen des Bewegungsprofils des Motors das Überwachen von Drehzahl, eines Verlangsamungsprofils und/oder einer Anzahl von Rotationen des Motors beinhalten.
Als eine weitere Verbesserung, bei der der Motor mehrere Wicklungen aufweist, kann der aktive Verlangsamungsmodus das Überwachen einer Rotationsposition des Motors und einer Drehrichtung des Motors beinhalten. Als Reaktion auf die überwachte Position und Richtung wird ein Wicklungsmuster aktiviert, das rotatorisch hinter einer aktuellen Motorposition liegt. Dadurch wird Energie zum Abbremsen des Motors erzeugt. Dieses Muster kann während der Weiterrotation des Motors aktualisiert werden. Ferner beinhaltet der Haltemodus das Zuschalten eines Musters auf den Wicklungen zum Festhalten des Motors.
In noch einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Stillhalten eines bürstenlosen Gleichstrommotors, während eine auf den Wicklungen wirksame Energiemenge minimal gehalten wird. Das Verfahren beinhaltet das Einstellen einer Einschaltzeit des PWM-Steuersignals auf einen ersten vorbestimmten Wert. Ein Motorwicklungskommutationsmuster wird auf den Motor angewendet, um den Motor in seiner aktuellen Position zu halten. Die Einschaltzeit des PWM-Steuersignals wird dann verkürzt und es erfolgt eine Prüfung auf Motorschlupf. Wenn Motorschlupf auftritt, wird die Einschaltzeit des PWM-Steuersignals verlängert, bis der Schlupf stoppt.
Als eine Verbesserung kann der erste vorbestimmte Wert eine PWM-Einschaltzeit umfassen, die zuvor zum Stoppen der Rotation des Motors verwendet wurde. Ferner wird, wenn Schlupf auftritt, das Motorkommutationsmuster so aktualisiert, dass es einer aktuellen, verrutschten Motorposition entspricht.
Als eine weitere Verbesserung kann der Motor in einem Stellglied enthalten sein, wo er mechanisch ein Abtriebselement davon antreibt. Das Verfahren beinhaltet dadurch das Halten des Abtriebselementes des Stellgliedes in einer bezeichneten Position. Ebenso kann das Verfahren die Ausführung eines Positionssteuerungsrückmeldungsschleife beinhalten, um den Motor selektiv so zu betätigen, dass das Abtriebselement des Stellgliedes in eine gewählte Position gebracht und in der gewählten Position gehalten wird. Die Positionssteuerungsrückmeldungsschleife kann Hysterese um ihren Positionssollwert beinhalten. So erfolgt eine Umpositionerung des Motors nur dann, wenn der Schlupf des Motors einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Stellgliedes, das ein Abtriebselement und einen mechanisch damit gekoppelten bürstenlosen Gleichstrommotor beinhaltet. Mit dem Abtriebselement ist ein Federrückholmechanismus gekoppelt, der eine Vorspannung in eine Ausgangsposition erzeugt. Das Verfahren beinhaltet das Erfassen eines Ausfalls der Stromversorgung zu dem Stellglied. Bei einem Stromversrogungsausfall wird der bürstenlose Gleichstrommotor angetrieben, um das Abtriebselement des Stellgliedes in die Ausgangsposition zu bewegen. Dadurch wird statische Reibung überwunden, die die Funktion des Federrückholmechanismus verhindern kann. Ferner kann geprüft werden, ob sich das Stellglied bereits in der Ausgangsposition befindet, bevor eine Bewegung dorthin begonnen wird.
Das Stellglied kann eine Stromversorgung beinhalten, und als eine Verbesserung kann der Antrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors in der Stromversorgung gespeicherte Restenergie nutzen. Ferner kann das Erfassen eines Stromversorgungsausfalls eine Überwachung einer Stromversorgungsspannung in dem Stellglied und das Erfassen eines Stromversorgungsausfalls beinhalten, wenn die Stromversorgungsspannung unter einen vorbestimmten Pegel abfällt. Die über wachte Stromversorgung kann eine Stromversorgungsspannung für Treiber des bürstenlosen Gleichstrommotors umfassen.
In einem zweiten Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die dem oben beschriebenen Verfahren entspricht.
Mit der vorliegenden Erfindung sind mehrere Vorteile und Merkmale assoziiert. Die Drehmomentregelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt ohne die Anwendung von Stromerfassungstechniken. So kann leichter auf z.B. Erfassungswiderstände verzichtet werden, die Energie aufnehmen, Platz brauchen und Wärme abführen. Ebenso erfolgt das Stoppen und Halten des Stellgliedes auf eine Weise, die die benötigte Energiemenge minimal hält. Ferner werden die in Verbindung mit einem Hängenbleiben des Motors und mit sonstiger statischer Reibung , die den Federrückholmechanismus stört, stehenden Probleme gemildert. Somit bedeuten die hierin offenbarten Techniken eine Weiterentwicklung des Bereichs der Stellglied- und Motorsteuerung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der als die vorliegende Erfindung angesehene Gegenstand ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die Erfindung, sowohl im Hinblick auf die Anordnung als auch auf die Art der Ausführung, zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen davon, wird jedoch am besten durch Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen verständlich. Dabei zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Stellgliedes gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm der Elektronik des Stellgliedes von 1 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
3–4 Kurvenbeispiele für Motorleistungsdaten gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
5 ein Fließschema eines Stellgliedbetriebs gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
6 ein Fließschema einer Technik für eine Reaktion des Stellglieds auf Positionsbefehle gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
7 ein Fließschema einer Technik zum Kommutieren eines bürstenlosen Gleichstrommotors als Reaktion auf eine Änderung des Sollwertes der Stellgliedposition gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
8 ein Fließschema einer Drehmomentregelungstechnik gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
9 ein Fließschema einer Technik zum Stoppen der Stellglied/Motor-Bewegung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
10 ein Fließschema einer Technik zum Halten eines bürstenlosen Gleichstrommotors/Stellgliedes in einer statischen Position gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
11 ein Fließschema einer Technik zum Reagieren auf einen Leistungsverlustzustand gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung
Beginnend mit 1, dort ist ein Blockdiagramm eines Stellglieds 10 dargestellt. Im Allgemeinen kann das Stellglied 10 zum Positionieren einer Reihe verschiedener daran angebrachter Mechanismen verwendet werden. In einem Beispiel kann das Stellglied an einer Ventilationsjalousiebaugruppe angebracht sein. In einem anderen Beispiel kann das Stellglied an einem Ventil angebracht sein. Spezieller und als Beispiel hat das hierin beschriebene Stellglied ein Drehabtriebselement (z.B. eine Welle). Dieses Abtriebselement kann jedoch mechanisch umgesetzt werden, um andere Abtriebselemente bereitzustellen, wie z.B. ein lineares Abtriebselement.
Nun mit Bezug auf die Ausgestaltung von 1, das Stellglied 10 beinhaltet Steuerelektronik 11, die Leistungs- und Steuereingangssignale empfängt. Die Steuerelektronik 11 ist mit einem Motor 13 gekoppelt, um den Motor zu speisen und um ein Positionsrückmeldungssignal 14 davon zu erhalten. Der Motor 13 ist mechanisch über ein Getriebe 15 mit einer Abtriebswelle 19 gekoppelt. Mit dem Getriebe 15 ist ein Federrückholmechanismus 17 gekoppelt, so dass nach einem Stromloswerden des Motors die Abtriebswelle 19 in eine Ausgangsposition vorgespannt wird.
In der derzeitigen Ausgestaltung ist das Getriebe 15 ein Untersetzungsgetriebe mit einem großen (z.B. 14000:1) Untersetzungsverhältnis. Dies erleichtert eine Anwendung, die ein relativ hohes Abtriebsdrehmoment bei einer relativ niedrigen Drehzahl benötigt. Dieses Getriebe kann jedoch je nach den besonderen Erfordernissen der Stellgliedanwendung modifiziert werden. Darüber hinaus kann der Federrückholmechanismus 17 auch wegfallen, wenn kein mechanischer Ausgangsrückholmechanismus gewünscht wird.
2 zeigt die Aspekte von Elektronik 11 und Motor 13 des Stellglieds 10 ausführlicher. Ein Prozessor 21 steuert das Stellglied 10. Der Prozessor 21 wird auf der Basis von Anwendungsanforderungen (z.B. Speicher, Stromaufnahme, Rechenleistung, E/A usw.) gewählt, und in einer Ausgestaltung wird ein CMOS Singlechip 8-Bit Microcontroller der Marke Philips Semiconductors, Modell 83C749, verwendet.
Der Prozessor 21 ist über drei Halbbrücken-Leistungsschalter 43, 45 und 47 mit dem Motor 13 gekoppelt. Jeder Schalter ist ein Treiber für eine andere Wicklung (d.h. Phase) des Motors 13, bei dem es sich um einen bürstenlosen Gleichstrommotor handelt. Ausgestaltungen mit anderen als drei Wicklungen hätten eine entsprechende Anzahl von Treibern. Die obere Hälfte jedes Schalters wird von den Ausgängen A_T, B_T und C_T des Prozessors 21 angesteuert. Die untere Hälfte jedes Schalters wird von Signalen von den Ausgängen A_B, B_B und C_B des Prozessors 21 angesteuert, AND-verknüpft mit einem PWM-Ausgang des Prozessors 21 durch die Gates 41, 39 und 37 (entweder diskrete Gates oder in programmierbarer Logik oder Software ausgeführt). Das PWM-Steuersignal wird zum Regeln der zum Motor 13 übertragenen Energiemenge benutzt und wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
Die Baugruppe des Motors 13 beinhaltet Positionssensoren 48A, 48B und 48C, bei denen es sich in der derzeitigen Ausgestaltung um Hall-Effekt-Sensoren handelt. Diese Sensoren senden ein Rückmeldesignal zum Prozessor 21, so dass der Prozessor 21 die aktuelle Rotationsposition des Motors 13 (im Rahmen der Sensorkonfiguration) ermitteln kann. Wie mit Bezug auf bürstenlose Gleichstrommotoren hinlänglich bekannt ist, können diese Positionsinformationen im Allgemeinen beispielsweise zum Ermitteln der Wicklungszuschaltmuster zum Steuern der Motorrotation verwendet werden. Es können auch andere Positionssensoren in anderen Ausgestaltungen zum Einsatz kommen, wie z.B. optische Sensoren und Gegen-EMK-Erfassungstechniken.
Die Leistung für das Stellglied 10 kommt von einer Stromversorgung 23, die einen Ausgang V_MOT zum Speisen der Motortreiber (43, 45 & 47) und einen Ausgang V_LOGIC zum Speisen der Elektronik einschließlich der digitalen Logik im Stellglied 10 hat.
Der Prozessor 21 hat mehrere Analogeingänge. Man beachte, dass die Analogeingänge in der derzeitigen Ausgestaltung in den Prozessor 21 integriert sind und mit einem gemeinsamen A/D-Wandler multiplexiert werden; es können aber auch andere A/D-Topologien gemäß den hierin beschriebenen Techniken verwendet werden.
Ein erster Analogeingang, A/D(1), liest die Spannung an einem Knoten in einem Spannungsteiler 25, der zwischen der Motorversorgung V_MOT und einem gemeinsamen Anschluss geschaltet ist. Dieser Eingang dient zum Ermitteln von V_MOT für die Verwendung mit den nachfolgend beschriebenen Motorsteuertechniken. Ein zweiter Analogeingang A/D(2) ist mit einem „Geschwindigkeitswahl"-Potentiometer 27 verbunden, den ein Benutzer zum Regeln der Stellgliedgeschwindigkeit justiert. Ein dritter Analogeingang A/D(3) ist mit einem „Wegwahl"-Potentiometer 29 verbunden, mit dem ein Benutzer den Stellgliedweg reguliert (z.B. Rotationsgrade oder Weglänge). In der derzeitigen Ausgestaltung werden Potentiometer für den oben beschriebenen Benutzereingang verwendet; es sind aber auch andere Benutzereingangsformen möglich, wie z.B. über eine Computer-Schnittstelle oder durch eine E/A-Tastatur/Anzeigeeinrichtung für den Benutzer. Ebenso, wenn eine Justierung in einer bestimmten Ausgestaltung unnötig ist, dann könnten die Justierungen zu Gunsten von vorprogrammierten Einstellungen wegfallen.
Ein vierter Analogeingang A/D(4) empfängt ein Steuersignal für eine proportionale Steuerung der Stellgliedposition. Mittels der Konditionierelektronik 31 kann die/der Spannung/Strom des Steuersignals so eingestellt werden, dass sie/er mit dem A/D(4) Eingang des Prozessors 21 kompatibel ist. Zum Beispiel, wenn der Steuereingang einen Bereich von 0–10V hat, dann kann die Elektronik 31 die Eingangsspannung um die Hälfte reduzieren, so dass sich ein 0–5V Bereich ergibt. Ferner ermöglicht die Elektronik 31 eine Null- und Bereichsjustage für das Steuersig nal. Die Null- und Bereichsjustage könnte in einer alternativen Ausgestaltung digital erfolgen.
Zwei digitale Eingänge D(1) und D(2) sind mit dem Prozessor 21 verbunden und erzeugen Stellgliedsteuersignale alternativ zu dem oben beschriebenen proportionalen Steuereingang. Ein „offen" und ein „geschlossen" Signal werden jeweils an D(1) und D(2) angelegt und bewirken, dass sich der Stellgliedausgang entsprechend in eine offene und geschlossene Richtung bewegt, wenn er aktiviert wird.
Der Prozessor 21 ist mit einer externen seriellen Schnittstelle durch Kommunikationstreiber 33 verbunden (z.b. RS232, 485 usw.). Diese serielle Schnittstelle hat viele Verwendungsmöglichkeiten, einschließlich Computersteuerung/Rückmeldung der Stellgliedposition und Konfigurationsparameter, Test und Diagnose, Kalibrierung und Software-Aktualisierung.
Ferner können eine Reihe verschiedener Ausgänge zur Schaltung von 2 hinzugefügt werden, um Positionsanzeigen bereitzustellen. So kann beispielsweise ein digitaler Ausgang das Erreichen eines Positionssollpunktes anzeigen. Ebenso kann ein Analogausgang hinzugefügt werden, um einen Spannungs- oder Stromausgang in Bezug auf die Stellgliedposition innerhalb seines Wegs bereitzustellen.
Abschließend zu 2, ein nichtflüchtiger Speicher 35 (z.B. EEPROM) ist mit dem Prozessor 21 verbunden und dient zum Speichern von Konfigurationsinformationen für das Stellglied 10. So kann beispielsweise der nichtflüchtige Speicher 35 Motorkenndaten für die Verwendung wie hierin beschrieben enthalten. Alternativ könnte er, wenn genügend Speicherkapazität des geeigneten Typs im Prozessor 21 selbst vorhanden ist, anstatt eines externen Speichergerätes wie z.B. nichtflüchtiger Speicher 35 zum Einsatz kommen. Das/die jeweilig verwendete Speichermodell/-konfiguration variiert in Abhängigkeit von Design- und Anwendungserfordernissen.
Während des Stellgliedbetriebs ist die PWM-Einschaltzeit des Motorsteuersignals auf einen dynamisch errechneten Maximalwert begrenzt, so dass der maximale Stellglieddrehmomentausgang begrenzt ist. Verschiedene Faktoren beeinflussen die maximale PWM-Einschaltzeit wie z.B. die Motortreiberversorgungsspannung, die Motordrehzahl und die vorbestimmten Motorleistungsdaten.
In einer Ausgestaltung sind Kurvenbeispiele von Motorleistungsdaten dargestellt (siehe 3–4). Mit Bezug auf 3, eine konstante Drehmomentkurve 61 wird für den Motor 13 mit einem Dynamometer ermittelt. Das verwendete Drehmoment ist das maximale Stellglieddrehmoment. Diese Kurvendaten werden in Verbindung mit einem normalisierten PWM-Wert bei der niedrigsten beabsichtigten Motortreiberversorgungsspannung dargestellt (z.B. 22 Volt). Jedes gezeigte Segment entspricht etwa 7,5% einer Rotationsperiode (T) auf der Soll-Betriebsdrehzahl. Somit entspricht eine bestimmte Segmentnummer n auf der Kurve einer Rotationsperiode von (1 + 0,075n)T, was ein Maß für die Drehzahl des Motors ist.
4 zeigt eine Kurve eines normalisierten Kompensationsfaktors gegenüber der Motorspannung (Kurve 63). Beim Betrieb wird dieser Kompensationswert bei steigender Motorspannung benutzt, um die PWM-Einschaltzeit zu reduzieren, um die vorbestimmte Drehmomentgrenze einzuhalten. Zusammenfassend sei gesagt, dass Motordrehzahl und Treiberspannung während des Motorbetriebs dynamisch überwacht werden. Wenn sie variieren, dann wird entsprechend eine maximale PWM-Einschaltzeit aktualisiert und entspricht einem maximalen gewünschten Abtriebsdrehmoment. Zum Beispiel, da das Drehmoment eines Gleichstrommotors mit abnehmender Drehzahl steigt, nimmt die maximale PWM-Einschaltzeit mit abnehmender Motordrehzahl ab (und begrenzt dadurch den Drehmomentausgang). Ebenso, da das Drehmoment mit der Motorspannung steigt, nimmt bei zunehmender Treiberspannung die maximale PWM-Einschaltzeit ab (wodurch der Drehmomentausgang begrenzt wird). Die ermittelte maximale PWM-Einschaltzeit wird als eine Grenze für das tatsächliche PWM-Steuersignal verwendet, das an die Motortreiber angelegt wird (durch hierin beschriebene Logikschaltung).
Das obige Steuerschema wird kontinuierlich während des Stellgliedbetriebs ausgeführt, so dass die maximale Drehmomentgrenze rigoros durchgesetzt wird. In einer Ausgestaltung wird diese Drehmomentbegrenzungstechnik in Verbindung mit einem Überwachungszeitgeber implementiert, der so eingestellt wird, dass er etwa beim Zweifachen der normalen Zeit zwischen Hall-Code-Änderungen bei der gewünschten Betriebsdrehzahl abläuft (z.B. 1 ms). Ein Stillstand wird dann erfasst, wenn der Motor mit der vorbestimmten Drehmomentgrenze läuft und die Motor drehzahl weniger als ¼ der gewünschten Betreibsdrehzahl beträgt (und der Motor keinen Drehstopp einleitet).
Es sind viele verschiedene Implementationen der obigen Technik möglich. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die maximale PWM-Einschaltzeit (d.h. eine PWM-Grenze) jedoch dynamisch wie folgt ermittelt: Max_pwm_on-time = (Model_Factor)(Speed_Factor)(Voltage_Factor)
Model_Factor ist ein voreingestellter Wert, der den gewünschten Drehmomentausgang für das spezielle Stellgliedmodell definiert. Es ist die PWM-Einschaltzeit, die dem gewünschten Drehmomentausgang auf der gewünschten Betriebsdrehzahl und der niedrigsten Betriebsspannung entspricht (z.B. eine Ausgestaltung ist für 1500 UpM, 22 Volt min., 1,3 oz.-in. Drehmoment ausgelegt).
Speed_Factor ist eine normalisierte Repräsentation der PWM-Einschaltzeit, die zum Erzeugen eines bestimmten (des gewünschten) Abtriebsdrehmoments bei einer bestimmten Drehzahl (d.h. einer bestimmten Zeit zwischen Hall-Änderungen) bei der niedrigsten Betriebsspannung benötigt wird. Drehzahl (Periode) ist die unabhängige Variable (gemessen) und PWM-Einschaltzeit ist der berechnete Wert (abhängig). Speed_Factor ist auf der gewünschten Betriebsdrehzahl maximal und nimmt ab und die Drehzahl nimmt ab (die Periode nimmt zu). Speed_Factor wird anhand der Motorleistungsdaten wie z.B. denen von 3 ermittelt.
Voltage_Factor ist eine normalisierte Repräsentation der Betriebsspannung des Motors. Er hat einen Maximalwert (1) bei der niedrigsten vorgegebenen Betriebsspannung und nimmt mit zunehmender Betriebsspannung ab. Voltage_Factor wird anhand von Motorleistungsdaten wie z.B. denen von 4 ermittelt.
In der derzeitigen Ausgestaltung ist die Messung der Motordrehzahl die Zeit zwischen Positionsänderungen des Motors (z.B. Zeit zwischen Hall-Sensor-Zahlen). Man beachte, dieses Maß ist umgekehrt z.B. zu einer Drehzahlmessung des UpM-Typs. In der derzeitigen Ausgestaltung basieren alle Berechnungen auf der Zeit zwischen Positionsänderungen, um Recheneffizienz zu erzielen. Die Techniken sind jedoch auch mit einer Reihe verschiedener Motordrehzahlmessungen anwendbar.
Nachfolgend werden Betriebsabfolgen dargestellt. Zunächst zu 5, diese Figur zeigt eine hohe Stellgliedsteuersequenz. Zunächst erfolgt eine Initialisierung (SCHRITT 101), die beispielsweise ein Booten des Basisprozessors, Speicherintegritätschecks und Software-Initialisierung beinhaltet, einschließlich z.B. Variablenzuordnung. Als Nächstes wird die Ausgangsposition des Stellgliedes emittelt (SCHRITT 103). Dies erfolgt durch Bewegen des Stellgliedes in Richtung auf die Ausgangsposition, bis der mechanische Stopp des Systems erkannt wird. Der mechanische Stopp wird durch Überwachen der Motordrehzahl an der Drehmomentgrenze erfasst (siehe z.B. 8 unten). Wenn die Motorstillstandsgrenzen erreicht sind (d.h. Drehmomentgrenze wird bei weniger als ¼ der gewünschten Betriebsdrehzahl erreicht), dann wird angenommen, dass die mechanische Grenze des Stellglieds erreicht ist. Demzufolge ist, wenn die Weggrenze erfasst wird, anhand der bekannten Übersetzungsverhältnisse in Kombination mit der Überwachung der Motorrotation die genaue Stellgliedposition immer bekannt. Zu zusätzlichen Kosten könnten zusätzliche Sensoren zum Erfassen der Stellgliedposition hinzugefügt werden (z.B. ein optischer Codierer oder Potentiomenter).
In einem nächsten Schritt werden mehrere Aufgaben während des Stellgliedbetriebs aktiv gehalten. Zunächst wird eine Aufgabe ausgeführt, die auf Stellgliedoperationsanforderungen des Benutzer anspricht (SCHRITT 105). Zweitens wird eine Aufgabe ausgeführt, die den Sollwert (gewünschte Position) für das Stellglied aktiv hält (SCHRITT 107). Drittens wird die Stromversorgung für das Stellglied so überwacht, dass entsprechende Maßnahmen bei einem Stromausfall getroffen werden können (SCHRITT 109). Diese Aufgaben werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.
6 zeigt ein Fließschema einer Technik für eine Stellgliedreaktion auf Benutzeranforderungen. Zu Beginn wird ein Benutzerbefehl empfangen (SCHRITT 121). In der derzeitigen Ausgestaltung kann dieser Befehl durch die analogen (proportionales Positionssignal), digitalen (ÖFFNEN- und SCHLIESSEN-Signale) und Computer-(RS-232/485/422 usw.) Schnittstellen eingehen. Je nach dem jeweiligen Stellgliedbefehl kann eine der drei Prozeduren eingeleitet werden (SCHRITT 125). Wenn ein Stellgliedöffnungsbefehl empfangen wird, dann wird eine Prozedur aufgerufen, um das Stellglied in eine offene Position zu bewegen (SCHRITT 123). Wenn ein Stellglied-Schließen-Befehl empfangen wird, dann wird eine Prozedur aufgerufen, um das Stellglied in Richtung auf seine geschlossene Position zu bewe gen (SCHRITT 129). Wenn ein Befehl empfangen wird, der verlangt, dass das Stellglied in eine bestimmte Position bewegt wird (z.B. durch den proportionalen Analogeingang oder durch die Computerschnittstelle), dann wird eine Prozedur zum Bewegen des Stellgliedes dorthin aufgerufen (SCHRITT 127).
In der derzeitigen Ausgestaltung arbeitet die Prozedur zum Bewegen des Stellgliedes in eine Position mit einer gewünschten absoluten Motorposition. Die absolute Motorposition wird anhand der vom Benutzer vorgegebenen Stellgliedposition in Verbindung mit den bekannten Übersetzungsverhältnissen zwischen Motor und Stellgliedausgang ermittelt. Die absolute Motorposition, die hierin verwendet wird, wird als die Rotationsposition des Motors, im Sinne von Umdrehungen, während des kompletten Stellgliedwegs definiert. So liegt, in der derzeitigen Ausgestaltung, in der das Stellglied eine maximale Ausgangsrotation von 180 Grad hat und das Übersetzungsverhältnis zum Motor 14.000:1 beträgt, die absolute Motorposition im Bereich von 0 bis 7000 Rotationen (Bruchwerte zulässig). Die hierin verwendete Rotationsposition bezieht sich auf die Rotationsposition des Motors innerhalb der Erfassungsgrenzen der Positionssensoren.
Der Ablauf der Prozedur zum Bewegen des Motors in eine bestimmte absolute Position ist in 7 dargestellt. Beginnend mit Bezug auf diese, eine Drehrichtung wird durch Vergleichen der gewünschten absoluten Motorposition mit der aktuellen absoluten Motorposition ermittelt (SCHRITT 141). Als Nächstes wird anhand der Positionssensoren des Motors die aktuelle Rotationsmotorposition ermittelt (SCHRITT 143). Dann wird auf der Basis der aktuellen Rotationsposition und der Drehrichtung ein geeignetes Wicklungsmuster ermittelt und auf die Motortreiber angewendet (SCHRITT 145).
Zum Beispiel, wenn eine Rotation im Uhrzeigersinn gewünscht wird, dann wird das Motorwicklungsmuster, das eine Rotation im Uhrzeigersinn von der aktuellen Rotationsposition des Motors hervorruft, auf die Wicklungen des Motors angewendet. In der derzeitigen Ausgestaltung wird, als ein Implementationsbeispiel, das Wicklungsmuster alle 555 Mikrosekunden bei der theoretischen Betriebsdrehzahl aktualisiert. Das Wicklungsmuster wird schnell genug aktualisiert, damit es die Motordrehzahl nicht primär diktiert, die primär von der nachfolgend in Verbindung mit 8 beschriebenen Einschaltzeit des PWM-Steuersignals reguliert wird.
Weiter, ein Zähler zum Verfolgen der absoluten Motorposition wird inkrementiert oder dekrementiert (je nach der Drehrichtung), um die absolute Motorposition zu halten (SCHRITT 147). In der derzeitigen Ausgestaltung wird die absolute Motorposition in Einheiten von Hall-Zahlen, d.h. Hall-Code-Änderungen gehalten. Wenn also keine Hall-Code-Änderung zwischen der Iteration der Hauptschleife von 7 auftrat, dann erfolgt kein INC/DEC von SCHRITT 147.
Als Nächstes erfolgt ein Test, um zu ermitteln, ob die gewünschte absolute Motorposition erreicht wurde (SCHRITT 151). Wenn die gewünschte absolute Motorposition nicht erreicht wurde, dann geht die Schleife zurück zu SCHRITT 143. Wenn die gewünschte absolute Motorposition erreicht wurde, dann wird eine Prozedur ausgeführt, die den Motor stoppt und hält (SCHRITT 153). Der Motor wird auch gestoppt, wenn ein Bewegungsbefehl ausgegeben wird, wie z.B. von den digitalen ÖFFNEN- oder SCHLIESSEN-Eingängen des Stellgliedes. Wenn der Befehl ausgegeben wird, dann wird der aktuelle Positionssollpunkt für das Stellglied so aktualisiert, dass er die Ist-Position reflektiert.
Während des Betriebs des Stellgliedes wie oben beschrieben, wird eine Drehmomentbegrenzungsprozedur ausgeführt, um das maximale Stellglieddrehmoment unter einer vorbestimmten Grenze zu halten. Diese Steuerung erfolgt als Teil der Motordrehzahlregelung gemäß der im Fließschema von 8 dargestellten Technik. Zur Erinnerung, die gewünschte Motordrehzahl wird als ein Benutzereingabeparameter beispielsweise mittels der in 2 dargestellten Potentiometer- oder Computerschnittstelleneingabe eingestellt.
Um mit Bezug auf 8 zu beginnen, eine Motordrehzahlmessung wird durchgeführt (z.B. Ermitteln der Zeit zwischen Hall-Zahlen – SCHRITT 161). Die Motortreiberspannung wird ebenfalls ermittelt (SCHRITT 163). Anhand des Motordrehzahlmesswertes und der Motortreiberspannung wird eine maximale PWM-Einschaltzeit anhand der Motorleistungsdaten beispielsweise der 3–4 ermittelt (SCHRITT 165). Diese maximale PMW-Einschaltzeit legt eine obere Drehmomentgrenze für den Motor in seinem aktuellen Betriebszustand fest.
Weiter, eine gewünschte Drehzahl für den Motor wird mit der Ist-Motordrehzahl verglichen (es werden wieder in der derzeitigen Ausgestaltung Drehzahlberechnungen mit Bezug auf die Zeit zwischen Änderungen der Motorpo sition durchgeführt – SCHRITT 167). Wenn die Ist-Drehzahl geringer ist als die gewünschte Drehzahl, dann wird die PWM-Einschaltzeit erhöht (SCHRITT 173). Dadurch wird bewirkt, dass mehr Energie auf die Motorwicklungen übertragen wird, wodurch seine Drehzahl erhöht wird. Die neue PWM-Einschaltzeit wird mit der maximalen PWM-Einschaltzeit verglichen, die als Drehmomentgrenze verwendet wird (SCHRITT 175), und wenn die PWM-Einschaltzeit den Maximalwert übersteigt, dann wird sie darauf begrenzt (SCHRITT 177). Die Technik geht dann wieder zurück zum Lesen der Motordrehzahl in SCHRITT 161.
Wenn nach dem Vergleichen der Ist-Drehzahl mit der gewünschten Drehzahl (SCHRITT 167, 169) die Ist-Drehzahl die gewünschte Drehzahl übersteigt, dann wird die PWM-Einschaltzeit verringert (SCHRITT 171). Die Technik wird dann mit dem Lesen der Motordrehzahl in Schritt 161 fortgesetzt. So wurden Drehzahl- und Drehmomentregelung durchgeführt.
Wieder kurz zurück zu 7, wenn die absolute Motorposition ihren gewünschten Sollpunkt erreicht hat und ein Stoppen/Halten des Motors gewünscht wird (SCHRITT 153), dann werden die in 9 dargestellten Techniken instanziiert. Nachfolgend werden Techniken zum Stoppen und Halten des Motors/Stellgliedes beschrieben, während die Leistungserfordernisse hierfür vorteilhafterweise minimal gehalten werden.
Das Stoppen der Motor-/Stellgliedbewegung beginnt mit dem Betreiben des Motors als belasteter Generator (SCHRITT 191). Dies erfolgt durch Erden jeder der Motorwicklungen durch ihre entsprechenden Treiber (durch Zuschalten der jeweiligen unteren Hälfte der Halbbrückentreiber).
Es wird im Belasteter-Generator-Bremsmodus geblieben, während das Bewegungsprofil des Motors überwacht wird (z.B. Drehzahl, Verlangsamung und/oder Rotationen) (SCHRITT 193). Dieser Bremsmodus wird mit dem Abbremsen des Motors weniger effektiv. So wird in einer Ausgestaltung das Bremsen des belasteten Generators gehalten, bis die Motordrehzahl um ½ reduziert ist oder bis 8 mechanische Umdrehungen aufgetreten sind (was immer zuerst eintritt).
Der darauf folgende Bremsmodus ist ein aktiver Verlangsamungsmodus mit einer Schleife, die mit einer Ermittlung der Rotationsrichtung beginnt (SCHRITT 195). Ferner wird die aktuelle Motorposition ermittelt (SCHRITT 197). Als Nächs tes erfolgt ein Test, um zu ermitteln, ob sich die Drehrichtung in der aktiven Verlangsamungsschleife umgekehrt hat (SCHRITT 197).
Wenn sich die Drehrichtung nicht umgekehrt hat, dann wird die aktive Verlangsamung durch Zuschalten der Motorwicklungen in einem Muster gehalten, das so ausgelegt ist, dass es die Umkehr der Drehrichtung bewirkt (SCHRITT 201). Das jeweilige Muster variiert mit den Motorparametern. In der derzeitigen Ausgestaltung werden die ermittelte Motorposition und Drehrichtung beim Ermitteln und Zuschalten (durch eine Lookup-Tabelle) eines Wicklungsmusters rotatorisch „hinter" der Motorposition verwendet. Dieses zugeschaltete Muster erzeugt Kraft in einer der aktuellen Motorrotation entgegengesetzten Richtung. Schließlich verlangsamt der Motor, stoppt und dreht dann seine Richtung um. Die Schleife iteriert bis zum Auftreten der Richtungsumkehr (zu SCHRITT 195).
Eine Richtungsumkehr zeigt an, dass die Verlangsamung abgeschlossen ist und dass der Motor wie nachfolgend beschrieben statisch gehalten werden soll. Da die aktive Verlangsamungsschleife eine Zeitauflösung von einem Bruchteil einer Motorrotation hat, resultiert die anfängliche Richtungsumkehr in einem sehr geringen Rotationsmoment und so wird keine aktive Bremsung in der wiederum umgekehrten Richtung benötigt.
Um zu wiederholen, nach der Umkehr der Rotation (SCHRITT 5 197) beginnt eine Haltetechnik. Zunächst wird, bei der aktuellen Motorposition, ein Wicklungsmuster zugeschaltet, um das natürliche Hängenbleiben des Motors um seine aktuelle Rotationsposition zu fördern (SCHRITT 203). Die Rotationsstabilität wird für eine kurze Zeit (z.B. eine ½ Sekunde) abgewartet und das Wicklungsmuster wird aktualisiert, wenn Rotationsschlupf auftritt (SCHRITT 205). Demgemäß wird der Motor in seiner Position gestoppt und gehalten. Als Nächstes erfolgen Techniken zum Halten der Halteposition des Motors und zum Minimieren der dafür benötigten Energie (SCHRITT 207).
Während der oben erörterten aktiven Bremstechnik wird die PWM-Einschaltzeit zum Erleichtern des Bremsens hochgefahren. Die PWM-Einschaltzeit beginnt bei einem vorbestimmten Minimum und wird während des aktiven Bremsens bis zum Erreichen einer Grenze hochgefahren. Das vorbestimmte Minimum, die Grenze und die Hochfahrrate variieren basierend auf Motor-, Stellglied- und Anwendungserfordernissen; in einer Ausgestaltung beträgt das vorbestimmte Minimum jedoch 5% von Model_Factor, die Grenze ist 25% von Model_Factor und die Hochfahrrate beträgt 1 Zahl pro ¼ mechanische Umdrehung. Jede Zahl ist gleich 1/256 des PWM-Einschaltzeitbereiches (0–255) und ist somit gleich einer Änderung von etwa 0,4%.
Nun mit Bezug auf 10, die Motor/Stellglied-Haltetechnik beginnt mit dem Halten des gerade zugeschalteten Haltemusters auf den Wicklungen des Motors (SCHRITT 221). Gemäß den hierin offenbarten Techniken wird jedoch jetzt die zum Halten des Motor aufgewendete Energie reduziert, bis ein Minimum an Halteenergie erreicht ist. Demgemäß wird in eine Schleife eingetreten, in der die für das Haltewicklungsmuster verwendete PWM-Einschaltzeit allmählich verringert wird (SCHRITT 223) (z.B. mit eine Rate von 1 Zahl pro ¼ Sekunde), bis entweder Schlupf (SCHRITT 225) auftritt oder eine PWM-Einschaltzeit von null erreicht ist (SCHRITT 226).
Wenn Schlupf auftritt, dann wird das Haltemuster auf den Motorwicklungen bei Bedarf aktualisiert, um den Motor in seiner aktuellen (verrutschten) Position zu halten (SCHRITT 227). Dann wird in eine Schleife eingetreten, in der die PWM-Einschaltzeit der Motorwicklungen erhöht wird (SCHRITT 229), bis die Rotation aufhört (SCHRITT 233). Während dieser Schleife wird das Wicklungsmuster nach Bedarf aktualisiert, um die Rotation in der Ist-Motorposition zu halten (SCHRITT 231). Wenn die Rotation geendet hat, werden das aktuelle Wicklungsmuster und die PWM-Einschaltzeit gehalten und die Halteroutine endet (SCHRITT 235). In einer Ausgestaltung wird, wenn es zu Schlupf kommt und die PWM-Einschaltzeit sich an der Obergrenze für aktives Bremsen befindet, erneut in die aktive Bremsschleife eingetreten.
Wieder zurück zu 5, während des Betriebs des Stellgliedes wird sein Positionssollpunkt (d.h. der der absoluten Motorposition entspricht) auf eine Änderung überwacht (SCHRITT 107). Sollte die Abweichung vom Sollpunkt einen vorbestimmten Betrag übersteigen, dann erfolgt eine Umpositionierung des Stellgliedes am gewünschten Sollpunkt. Es können verschiedene Hysteresegrade in dieses Steuerschema eingebaut werden, um Benutzeranforderungen aufzunehmen.
Weiter mit Bezug auf 5, die Stromversorgungsspannung wird überwacht, so dass erfasst wird, wenn sie unter einen bestimmten Pegel abfällt, was einen Stromversorgungsausfall anzeigt (SCHRITT 109). In der vorliegenden Ausgestaltung wird die Motorversorgungsspannung für diesen Zweck überwacht, weil sie praktischerweise auch für Motorsteuerzwecke überwacht wird.
Bei einem Stromversorgungsausfall werden, wenn keine Eingriffstechniken vorhanden sind, die Motorwicklungen stromlos geschaltet und der Motor kann sich frei unter der Stellgliedlast drehen. Diese Last kann beliebige Lasten auf dem Gerät beinhalten, die mechanisch mit dem Stellglied gekoppelt sind, und eine Last vom optionalen Federrückholmechanismus im Stellglied. Die Federrückholung ist so ausgelegt, dass das Stellglied bei einem Stromversorgungsausfall in eine Ausgangsposition zurückgebracht wird. Das natürliche Hängenbleiben des bürstenlosen Gleichstrommotors in Kombination mit hohen Übersetzungsverhältnissen kann jedoch verhindern, dass die Federrückholung ordnungsgemäß funktioniert. Das Hängenbleiben des Motors kann ausreichend statische Reibung im Stellgliedsystem erzeugen, um eine Funktion des Federrückholmechanismus zu verhindern. So veranschaulicht 11 gemäß einer Ausgestaltung eine Technik zum Überwinden der statischen Friktion des Stellgliedsystems (einschließlich aufgrund eines Hängenbleibens des Motors und von anderen Quellen) bei einem Stromausfall.
Zusammenfassend sei gesagt, bei einem Stromausfall wird die in der Stellgliedstromversorgung kapazitiv gespeicherte Restenergie benutzt, um eine Stellgliedbewegung in der Ausgangsrichtung der Federrückholung zu beginnen. Dadurch wird die statische Reibung des Systems überwunden, und wenn die Leistung vollständig abgebaut ist, dann setzt die Dynamik der Federrückholung die Stellgliedbewegung in die Ausgangsposition fort.
Insbesondere wird nach dem Erfassen eines Stromausfalls geprüft, ob eine Rückholung des Stellglieds bei einem Stromversorgungsausfall gewünscht wird (SCHRITT 251). Wenn eine Rückholung nicht gewünscht wird, dann stoppt die Routine (SCHRITT 253). Wenn beispielsweise kein Federrückholmechanismus verwendet wird, dann ist die Stellgliedrückholfunktion bei einem Stromversorgungsausfall nicht aktiv.
Wenn eine Stellgliedrückholung beim Stromausfall gewünscht wird, dann erfolgt als Nächstes ein Test zum Erfassen, ob das Stellglied bereits in seiner Ausgangsposition ist (SCHRITT 255). Wenn ja, dann fährt die Routine nicht fort (SCHRITT 257). Wenn das Stellglied nicht in der Ausgangsposition ist, dann wird eine Routine aufgerufen (z.B. 7), um das Stellglied in seine Ausgangsposition zu bewegen (SCHRITT 259). Zu Beginn der Bewegung wird die statische Reibung des Motorhängenbleibens überwunden, und wenn die Leistung vollständig abgebaut ist, dann setzt die Dynamik der Federrückholung die Stellgliedbewegung in die Ausgangsposition fort.
Mit der vorliegenden Erfindung sind mehrere Vorteile und Merkmale assoziiert. Eine Drehmomentregelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt ohne die Anwendung von Stromerfassungstechniken. So kann leichter z.B. auf Erfassungswiderstände verzichtet werden, die Energie aufnehmen, Platz brauchen und Wärme abführen. Ebenso erfolgt das Stoppen und Halten des Stellgliedes auf eine Weise, die die benötigte Energiemenge minimal hält. Ferner werden Probleme in Verbindung mit Hängenbleiben des Motors und sonstiger statischer Reibung, die den Federrückholmechanismus stört, gemildert. Somit bedeuten die hierin offenbarten Techniken eine Weiterentwicklung der Stellglied- und Motorsteuerung.
Die Erfindung wurde zwar hierin ausführlich in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen beschrieben, aber die Fachperson kann zahlreiche Modifikationen und Änderungen daran vornehmen.
Demgemäß ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen und Änderungen in den Rahmen der Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen fallen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Stellglieds (10) mit einem Ausgangselement (19) und einem mechanisch damit gekoppelten bürstenlosen Gleichstrommotor (13), wobei mit dem genannten Ausgangselement (19) ein Federrückholmechanismus (17) gekoppelt ist, wobei der genannte Federrückholmechanismus (17) das genannte Ausgangselement (19) in Richtung auf seine Ausgangsposition vorspannt, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen eines Ausfalls der Stromversorgung zu dem genannten Stellglied (10); nach dem genannten Stromversorgungsausfall, Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13), um das genannte Ausgangselement (19) des genannten Stellgliedes (10) in Richtung auf die genannte Ausgangsposition zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Stellglied (10) eine Stromversorgung (23) aufweist und wobei das genannte Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) in der genannten Stromversorgung (23) des genannten Stellgliedes (10) gespeicherte Restenergie nutzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das genannte Erfassen eines Stromversorgungsausfalls das Überwachen einer Stromversorgungsspannung (23) in dem genannten Stellglied (10) beinhaltet, wobei ein Stromversorgungsausfall dann erfasst wird, wenn die genannte Stromversorgungsspannung (23) unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, und wobei die genannte Stromversorgungsspannung (23) eine Stromversorgungsspannung (23) für Treiber (43, 45, 47) des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das genannte Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) zum Bewegen des genannten Ausgangselementes (19) des genannten Stellgliedes (10) in Richtung auf die genannte Ausgangsposition das Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) zum Bewegen des genannten Ausgangselementes (19) des genannten Stellantriebs (10) in Richtung auf die genannte Ausgangsposition beinhaltet, wenn das genannte Ausgangselement (19) nicht in der genannten Ausgangsposition ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die genannte Stromversorgungsausfallerfassung das Erfassen des genannten Stromversorgungsausfalls beinhaltet, wenn eine Stromversorgungsspannung (23) unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, und wobei das genannte Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) statische Reibung überwindet.
Vorrichtung zum Betreiben eines Stellglieds (10) mit einem Ausgangselement (19) und einem mechanisch damit gekoppelten bürstenlosen Gleichstrommotor (13), wobei mit dem genannten Ausgangselement (19) ein Federrückholmechanismus (17) gekoppelt ist, wobei der genannte Federrückholmechanismus (17) das genannte Ausgangselement (19) in Richtung auf seine Ausgangsposition vorspannt, wobei die genannte Vorrichtung Folgendes umfasst: Mittel zum Erfassen eines Ausfalls der Stromversorgung zu dem genannten Stellglied (10); Mittel, um nach dem genannten Stromversorgungsausfall den genannten bürstenlosen Gleichstrommotor (13) anzutreiben, um das genannte Ausgangselement (19) des genannten Stellgliedes (10) in Richtung auf die genannte Ausgangsposition zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das genannte Stellglied (10) eine Stromversorgung (23) aufweist und wobei das genannte Mittel zum Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) in der genannten Stromversorgung (23) des genannten Stellgliedes (10) gespeicherte Restenergie nutzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei das genannte Mittel zum Erfassen eines Stromausfalls Mittel zum Überwachen einer Stromversorgungsspannung (23) in dem genannten Stellglied (10) beinhaltet, wobei ein Stromausfall dann erfasst wird, wenn die genannte Stromversorgungsspannung (23) unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, und wobei die genannte Stromversorgungsspannung (23) eine Stromversorgungsspannung für Treiber (43, 45, 47) des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das genannte Mittel zum Antreiben des genannten bürstenlosen Gleichstrommotors (13) das genannte Ausgangselement (19) des genannten Stellglieds (10) in Richtung auf die genannte Ausgangsposition antreibt, wenn das genannte Ausgangselement (19) nicht in der genannten Ausgangsposition ist.