ES2353204T3

ES2353204T3 - Procedimiento para corregir una determinaciã“n de la posiciã“n angular de un eje de accionamiento de un motor de corriente continua conmutado.

Info

Publication number: ES2353204T3
Application number: ES02730254T
Authority: ES
Inventors: Tobias Gerlach
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2011-02-28
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: US20040111233A1; WO2002095924A1; US6845337B2; ATE482517T1; BR0205516A; DE50214672D1; JP2004527199A; EP1389361B1; DE10124615A1; EP1389361A1

Abstract

Procedimiento para corregir una determinación de la posición angular de un eje de accionamiento de un motor de corriente continua conmutado mediante el análisis del rizado contenido en la corriente de inducido, en el caso de que se produzcan rizos fallidos cuando no se detecta ningún rizo dentro de un intervalo de tolerancia alrededor de un instante definido después del último rizo detectado, caracterizado por que la amplitud del intervalo de tolerancia alrededor del instante en el que se espera la detección de un rizo, y en el que no es necesaria la corrección de la cuenta, se adapta dinámicamente a los estados de funcionamiento variables del motor de corriente continua.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para corregir una determinación de la posición angular de un eje de accionamiento de un motor de corriente continua conmutado, mediante el análisis del rizado contenido en la corriente de inducido, en el caso de que se produzcan rizos fallidos cuando no se detecta ningún rizo dentro de un intervalo de tolerancia alrededor de un instante definido después del último rizo detectado.

La señal de corriente de inducido de un motor de corriente continua comprende una componente continua y una componente alterna superpuesta con la componente continua. Cuando funciona el motor de corriente continua, la componente alterna se genera por la interacción entre el imán (el campo), 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 de inducido. Los picos de corriente contenidos en la señal de corriente de inducido – llamados a continuación rizos de corriente – y generados del modo descrito 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 de los rizos 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.

Durante el funcionamiento de un motor de corriente continua, puede ocurrir especialmente bajo carga, que los rizos de corriente contenidos en la señal de corriente de inducido aparezcan distorsionados, manifestándose esta distorsión a través de dos picos de corriente. Estos picos de corriente se conocen como rizos dobles. Como consecuencia de la digitalización de una señal de corriente de inducido de este tipo, debido a esta distorsión, en lugar de registrarse un pico de corriente en esta posición, se detecta una señal de rizos de corriente con dos rizos. La cuenta de este rizo doble conduce a una determinación errónea de la posición del elemento accionado. Lo mismo vale para la ausencia de un rizo de corriente cuando el eje está efectivamente girando que en este caso se denomina rizo fallido. Estos errores están condicionados por el conmutador y no se pueden eliminar sin no es mediante un procesado de la señal de corriente de inducido.

Se ha conocido por el documento DE 197 29 238 C1 una medida correctiva, según la cual la ausencia de un rizo esperado se corrige en la cuenta únicamente cuando el rizo esperado no se detecta dentro de un intervalo de tolerancia alrededor del instante esperado. El intervalo de tolerancia está fijado previamente. En el procedimiento conocido por este documento, el instante calculado para el siguiente punto de conmutación más probable se amplía en la magnitud del intervalo de tolerancia. De este modo los rizos de corriente que no aparecen en o antes del instante calculado se reconocen como rizos fallidos, únicamente cuando además no se detecta un rizo de corriente dentro del intervalo de tolerancia. Con este procedimiento es posible una detección de rizos satisfactoria en el caso de un funcionamiento estacionario o casi estacionario del motor de corriente continua, en el que los rizos fallidos o dobles se corrigen correspondientemente. Si se detecta un rizo de corriente después del límite superior del intervalo de tolerancia, el sistema concluye que no ha aparecido el rizo de corriente por fallo y el resultado de la cuenta se corrige correspondientemente. Sin embargo, durante el funcionamiento de un motor eléctrico de corriente continua pueden aparecer modos de funcionamiento en los cuales la duración del periodo de rizado de corriente aumenta de forma más bien brusca. Un modo de funcionamiento de este tipo aparece por ejemplo cuando el aumento del momento de carga tiene forma de salto, por ejemplo porque el motor eléctrico trabaja contra un tope. Puesto que en una situación de este tipo el rizo de corriente se detecta después de concluido el intervalo de tolerancia, el sistema realiza una falsa corrección de la cuenta. En consecuencia la determinación de la posición del inducido es falsa. Si se repiten sucesos de este tipo el resultado final se falsea de forma creciente.

Se conoce por el documento DE 198 34 108 A1 un procedimiento para la determinación del número de vueltas en motores eléctricos a partir de los rizos de corriente. En este procedimiento se determina un intervalo de tiempo dentro del cual se ha de detectar el rizo siguiente. El tamaño de este intervalo de tiempo a explorar se determina en función de rizo detectado anteriormente, por ejemplo usando la distancia entre los dos últimos rizos detectados para el cálculo. En el caso de que falte un rizo ya no es posible el cálculo del siguiente intervalo pues falta la distancia temporal, es decir a medida que aumenta el número de rizos fallidos aumenta la imprecisión, pues se ha de recurrir a la distancia temporal entre rizos muy anteriores.

Partiendo del estado de la técnica comentado, el objeto de la invención

consiste en desarrollar el procedimiento anterior explicado al inicio de tal modo

que se evite la interpretación errónea de los rizos fallidos, del estado de la técnica anterior, o por lo menos que la reduzca ampliamente.

Según la invención, este objeto se consigue de manera que la amplitud del intervalo de tolerancia alrededor del instante en el que se espera la detección de un rizo, y en el que no es necesaria la corrección de la cuenta, se adapta dinámicamente a los estados de funcionamiento variables del motor de corriente continua.

Al contrario que en la técnica anterior, en el procedimiento según la invención no se predetermina un intervalo de tolerancia estático, sino que por el contrario éste se adapta a los estados de funcionamiento del motor de corriente continua y se ajusta a los estados de funcionamiento variables. Si por ejemplo un motor de corriente continua trabaja contra un tope después de un funcionamiento estable, al cual se ha adaptado el intervalo de tolerancia y durante el cual éste no ha variado o ha variado muy poco, y el momento de carga aumenta en forma de escalón entonces tiene lugar una adaptación al estado de funcionamiento variable de manera que en el ejemplo descrito, el intervalo de tolerancia se ajusta a este estado de funcionamiento, ampliándose. Mediante la ampliación del intervalo de tolerancia es posible detectar períodos de rizado que se alargan debido al cambio del estado de funcionamiento en el ejemplo descrito, dentro del intervalo de tolerancia ajustado. En consecuencia la cuenta se corresponde con el número de rizos efectivamente detectados, de modo que en el caso de un estado de funcionamiento variable como el descrito, la determinación de posición del eje del inducido continua siendo exacta.

El intervalo de tolerancia dentro del cual se espera la detección de un rizo puede ampliarse o reducirse en dependencia de los estados de funcionamiento variables del motor de corriente continua.

Según una configuración de la invención, se prevé que el intervalo de tolerancia se ajuste en dependencia de la magnitud del cambio del valor medio de la señal de corriente de inducido digitalizada. Así se prevé que cuando el valor medio aumente entonces se amplíe el intervalo de tolerancia y que cuando el valor medio disminuya entonces se reduzca. En la adaptación del intervalo de tolerancia según este ejemplo de realización, aquél se ajusta en dependencia del estado de funcionamiento anterior al instante actual. Así se puede prever que las variaciones de valor medio se subdividan en intervalos de variación de modo que una adaptación del tamaño del intervalo de tolerancia tenga lugar paso a paso. Para la determinación del valor medio es suficiente cuando se toma en cuenta un intervalo de tiempo determinado hacia atrás a partir del instante actual. La amplitud del intervalo de tiempo puede determinarse constante, o bien, con el fin de minimizar la cantidad de cálculo, puede ser adaptable al estado de funcionamiento del motor de corriente continua.

Según otra configuración de la invención, la adaptación del intervalo de tolerancia puede realizarse en dependencia de la magnitud de una variación de la velocidad de giro del motor calculada a partir de datos característicos de la corriente y del motor. En este ejemplo de realización el intervalo de tolerancia se amplía cuando se ha calculado una variación de la velocidad de giro negativa. Inversamente, se puede reducir el intervalo de tolerancia cuando se ha calculado una variación de la velocidad de giro positiva. Es especialmente adecuado aplicar este procedimiento en estados de funcionamiento en los que el momento de carga aumenta en forma de escalón. Es apropiado cuando la determinación de una variación de velocidad de giro negativa se realiza en un instante mediante el cálculo del recorrido de la respuesta a un escalón en la velocidad de giro, el cual refiere el aumento brusco del momento de carga al momento de cortocircuito. De aquí puede deducirse cuánto tiempo durará todavía la reducción de velocidad de giro, es decir cuánto tiempo girará todavía el eje del inducido. En el caso de un aumento brusco del momento de carga, como por ejemplo cuando un motor de corriente continua trabaja contra un tope, se amplía correspondientemente el intervalo de tolerancia, de manera que también es posible detectar dentro del mismo un rizo de corriente cuyo período se alargue.

El ciclo de cálculo puede tener lugar como máximo en cada ciclo del muestreo con el que se digitaliza la señal de corriente del inducido. Fundamentalmente esto no es necesario; por el contrario se considera suficiente que el cálculo de la variación negativa de la velocidad de giro se realice una vez en el curso de un periodo de rizado de corriente y que en los otros instantes de muestreo se extrapole dentro de un periodo de rizado de corriente.

Fundamentalmente es posible realizar distintos procedimientos de corrección en distintos estados de funcionamiento de motor de corriente continua y/o realizar los cálculos con mayor o menor frecuencia en dependencia de los estados de funcionamiento, es decir de los estados de funcionamiento variables. A su vez, en este contexto es posible, por ejemplo en una fase de arranque del motor de corriente continua, realizar el modelo de motor completo con los necesarios datos característicos de corriente y de motor mediante el procedimiento correspondiente al ejemplo de realización referido al número de vueltas, y en la fase de funcionamiento que sigue a la de arranque, para el cálculo de la variación de velocidad de giro máxima cuando el momento de carga aumenta bruscamente, realizar únicamente una observación de la diferencia entre los datos de corriente de motor y los precedentes. Esto reduce la cantidad de cálculo.

A continuación se describe la invención mediante dos ejemplos de realización y haciendo referencia a las figuras adjuntas. Las figuras muestran:

Las Figs. 1a-d: diagramas representando la adaptación del intervalo de tolerancia para evitar una interpretación errónea de los rizos fallidos mediante el cálculo de un valor medio de la señal de corriente de inducido,

Las Figs. 2a-d: diagramas representado la adaptación del intervalo de tolerancia para evitar una interpretación errónea de los rizos fallidos mediante el cálculo de un cambio del número de vueltas.

La Fig. 1 muestra la evolución de la señal analógica de la corriente de inducido en un diagrama donde la corriente de inducido está representada en el eje y, y el tiempo en el eje x. Para determinar la evolución del valor medio de esta señal de corriente de inducido, en primer lugar se muestrea la señal analógica de la corriente de inducido mostrada en la Fig. 1a según una frecuencia predeterminada. La señal de la corriente de inducido digitalizada está reproducida en la Fig. 1b. En un siguiente paso, se calcula el valor medio a partir de la señal de la corriente de inducido digitalizada, utilizándose para el cálculo del valor medio en cada punto, un cierto número de valores anteriores de la señal de la corriente de inducido digitalizada. La evolución del valor medio de la corriente de inducido está mostrada en la Fig. 1c.

En las Figs. de la 1a a la 1c se reproduce esquemáticamente el estado del funcionamiento del motor de corriente continua conmutado en el que éste trabaja contra un tope. En el caso de que por ejemplo este motor se utilice como elevador del vidrio de la ventanilla de la puerta de un vehículo automóvil, este estado de funcionamiento aparece cuando al cerrar la ventanilla, el motor hace entrar el vidrio en el marco. Este estado se presenta también en una situación de atrape. En un estado de funcionamiento de este tipo, la señal de la corriente de inducido aumenta debido al mayor consumo de corriente, el cual a su vez se refleja en la subida de la evolución del valor medio calculado a partir de la señal de corriente de inducido y mostrado en la Fig. 1c. De este modo, una variación del valor medio de la señal de corriente de inducido refleja estados de funcionamiento del motor de corriente continua variables, tal como muestra el aumento del valor medio de la

señal de la corriente de inducido digitalizada en el estado de funcionamiento des

crito como ejemplo. Por consiguiente, la evolución del valor medio digitalizado de la señal de la corriente de inducido puede utilizarse para predeterminar el intervalo de tolerancia y evitar una interpretación errónea de los rizos fallidos, en función de la variación del valor medio. El intervalo de tolerancia que se predetermina para la detección de rizos esperada en el instante del cálculo, puede de este modo adaptarse a los estados de funcionamiento variables con el fin de evitar una interpretación errónea de rizos de corriente no detectados. En el estado de funcionamiento representado, este intervalo de tolerancia aumenta de forma creciente, tal como se muestra en la Fig. 1d, aumentado el intervalo de tolerancia desde un valor del 25% hasta un valor del 45% como consecuencia de la variación del estado de funcionamiento en el ejemplo de realización mostrado. Gracias a este intervalo de tolerancia ampliado, es posible la detección de un rizo de corriente con un período variable (bruscamente), incluso cuando éste se detecta después del instante calculado. En el método según la invención se realiza una corrección de la cuenta de rizos efectivamente captada, cuando dentro del valor de la tolerancia ajustado según el estado de funcionamiento no tiene lugar una detección de rizos. Puesto que el ajuste del intervalo de tolerancia adaptable tiene en cuenta también los periodos de rizado de corriente que varían bruscamente, en el caso de que no se detecte un rizo de corriente dentro del intervalo de tolerancia, entonces efectivamente un rizo de corriente no ha sido detectado, de modo que es necesario corregir la cuenta.

La Fig. 2 muestra mediante los correspondientes diagramas otro ejemplo de realización para la adaptación del intervalo de tolerancia de la detección de rizos en dependencia de las condiciones de funcionamiento variables. El diagrama mostrado en la parte superior de la Fig. 2 corresponde a los de las figuras 1a y 1b del ejemplo de realización descrito anteriormente, estando indicados en esta curva con cuadraditos los valores muestreados digitalmente en la señal analógica del inductor. En este ejemplo de realización se utiliza como variable a partir de la cual se ajusta el intervalo de tolerancia, la variación máxima de la velocidad de giro calculada a partir de la corriente y de las características del motor, cuando se produce un aumento brusco del momento de carga que actúa sobre el motor de corriente continua, tal como por ejemplo puede ocurrir en un automóvil en el caso de un atrape cuando el motor de corriente continua se utiliza como motor de elevalunas. Puesto que en este cálculo entran los datos actuales del motor, en distintos instantes del recorrido de la señal de inducido se pueden calcular distintas variaciones máximas de la velocidad de giro. Un ejemplo de este cálculo está mostrado en la serie inferior de dibujos de la Fig. 2. Tomando en cuenta datos característicos del motor, llamados función de transferencia G(s), se utilizan para el cálculo de la variación de velocidad de giro n(t) datos de corriente del motor actuales, aquí: tensión u(t), intensidad i(t), y momento de carga M(t). El resultado es la variación máxima de velocidad de giro calculada, que se reproduce como diagrama en la última fila de la Fig. 2. En la representación del momento de carga M(t) que entra en el cálculo, se ve claramente que en el cálculo presentado en el ejemplo de realización se parte de un aumento del momento de carga actual en escalón, que se ajusta al momento máximo de cortocircuito. Naturalmente en este punto pueden tener entrada otros modelos en función del momento de carga. En dependencia del recorrido de la curva la variación máxima de la velocidad de giro se ajusta el intervalo de tolerancia para la detección de rizos. En el caso de una variación de la velocidad de giro negativa y muy rápida el intervalo de tolerancia se amplía de forma correspondiente.

En la fila central del diagrama de la Fig. 2 se reproducen como ejemplo, las curvas de variación de velocidad de giro que se obtienen cuando se realizan estos cálculos en los mínimos de la señal de corriente de inducido. La curva obtenida a partir de éstas para el recorrido del intervalo de tolerancia está representada en la Fig. 2. De todos modos el recorrido del intervalo de tolerancia corresponde esencialmente al recorrido del intervalo de tolerancia de la Fig. 1d.

Mediante este procedimiento puede tener lugar el cálculo de la variación máxima de la velocidad de giro en intervalos de tiempo predeterminados, tal como se muestra en el ejemplo de realización de la Fig. 2, en el cual se efectúa un cálculo en cada segundo mínimo. En función de la potencia de cálculo disponible, este cálculo puede efectuarse con mayor frecuencia dentro del recorrido de la señal de corriente de inducido.

Claims

1.: Procedimiento para corregir una determinación de la posición angular de un eje de accionamiento de un motor de corriente continua conmutado mediante el análisis del rizado contenido en la corriente de inducido, en el caso de que se produzcan rizos fallidos cuando no se detecta ningún rizo dentro de un intervalo de tolerancia alrededor de un instante definido después del último rizo detectado, caracterizado por que la amplitud del intervalo de tolerancia alrededor del instante en el que se espera la detección de un rizo, y en el que no es necesaria la corrección de la cuenta, se adapta dinámicamente a los estados de funcionamiento variables del motor de corriente continua.

2.: Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el intervalo de tolerancia se ajusta en dependencia de la magnitud de un cambio del valor medio de la señal de corriente de inducido, ampliándose el intervalo de tolerancia cuando el valor medio aumenta, y reduciéndose cuando el valor medio disminuye

3.: Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que se toma en cuenta un intervalo de tiempo de amplitud constante y anterior al instante actual para la determinación del valor medio de la señal de corriente de inducido.

4.: Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que se toma en cuenta un intervalo de tiempo de amplitud adaptable y anterior al instante actual para la determinación del valor medio de la señal de corriente de inducido, en función del estado de funcionamiento del motor de corriente continua.

5.: Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 2 a la 4, caracterizado por que la adaptación de la amplitud del intervalo de tolerancia tiene lugar paso a paso.

6.: Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 2 a la 5, caracterizado por que se calcula el valor medio a partir de la señal de corriente de inducido digitalizada.

7.: Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el intervalo de tolerancia es función de la magnitud de una variación de la velocidad de gi

ro del motor calculada a partir de datos de la corriente y de las características del motor, ampliándose el intervalo de tolerancia en el caso de una variación de la velocidad de giro negativa y/o reduciéndose en el caso de una variación de la velocidad de giro positiva.

8.: Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que para la determinación del intervalo de tolerancia máximo en un instante, se realiza una determinación de una variación negativa de la velocidad de rotación mediante el cálculo del recorrido de la respuesta a un escalón en la velocidad de giro, basada en un aumento brusco del momento de carga hasta el momento de carga máximo de cortocircuito.

9.: Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el cálculo de la variación negativa de la velocidad de giro tiene lugar en cada ciclo del muestreo con el que se digitaliza la señal de corriente del inducido.

10.: Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el cálculo de la variación negativa de la velocidad de giro se realiza una vez en el curso de un periodo de rizado de corriente y en los otros instantes de muestreo se extrapola dentro de un periodo de rizado de corriente.

11.: Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 7 a la 9, caracterizado por que después de una fase de arranque del motor de corriente continua, en el curso de la cual se realiza el cálculo con los necesarios datos característicos de corriente y de motor, sigue una fase de funcionamiento en el curso de la cual se realiza una observación de la diferencia entre los datos de corriente de motor actuales y los precedentes para el cálculo de la máxima variación de velocidad de giro.

12.: Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 6 a la 10, caracterizado por que este procedimiento para la corrección de la cuenta de los rizos de corriente se realiza únicamente en un intervalo de tiempo durante una parada del motor o un arranque del motor.