用于產生數字信號的方法

用于產生數字信號的方法
【專利摘要】用于根據借助于變頻器基于脈寬調制產生的模擬信號(IA，UA)產生數字信號（DS）的方法，其中數字信號對應于脈寬調制的周期持續時間上的模擬信號的平均值，其具有下列步驟：取決于模擬信號借助于西格馬-德耳塔-調制器(1)產生具有預定比特重復持續時間(BW)的比特流(BS(i))并且在具有至少與脈寬調制的周期持續時間一樣大的持續時間的時間間隔期間：將比特流的各自的比特(BS(i))與所屬評定系數(BK(i))相乘以產生各自的比特-評定系數-乘積以及累加各自的比特-評定系數-乘積，其中總和表示數字信號。
【專利說明】用于產生數字信號的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于根據借助于變頻器產生的模擬信號產生數字信號的方法和用于實施該方法的變頻器。
【背景技術】
[0002]變頻器通常產生例如以(相)電壓的形式的用于控制電動機的脈寬調制的信號，其中相電壓又引起相電流。在調節的上下文中送回相電流的變頻器的情況下，信號測量或者信號返回的質量更重要。
[0003]此外要測量的信號通常借助于合適的傳感器獲取，模擬濾波并且隨后借助于常規模擬數字轉換器采樣并且數字化。
[0004]通常鋸齒形的相電流作為相關信號之一通常同步地在脈寬調制的各自的周期的中間采樣。然而在并非準確的中間采樣的情況下可以引起偏移測量誤差。
[0005]通過脈寬調制的周期持續時間上的平均值形成可減小上述擾動。為了平均值形成，常規地獲得脈寬調制的周期持續時間上的多個數字測量值并接著計算所獲得的測量值上的平均值。
[0006]其中實施這樣平均值形成的方法在DE 102007032484 Al中描述。

【發明內容】

[0007]本發明基于下列任務，提出用于根據借助于變頻器基于脈寬調制產生的模擬信號產生數字信號的方法以及用于實施該方法的變頻器以供使用，其可以簡單并且成本低地實現并且實現尤其無干擾并且可靠的數字化。
[0008]本發明通過根據權利要求1的方法和根據權利要求6的變頻器解決該任務。
[0009]優選實施方式是從屬權利要求的主題，從屬權利要求的條文對此通過參考成為描述的內容。
[0010]該方法用于根據借助于變頻器基于脈寬調制產生的模擬信號(例如相電流和/或相電壓)(該信號用于控制電動機)產生至少一個數字或者數字化的信號，其中尤其以數字表示的數字信號對應于脈寬調制的周期持續時間上的模擬信號的平均值。數字信號例如在伺服變換器(Servo-Umrichter)中用于尤其是調節模擬信號。在該方法的情況下，具有預定(尤其是不變的)比特重復持續時間的連續比特流取決于模擬信號尤其借助于西格馬-德耳塔-調制器(Sigma-Delta-Modulator)產生。在具有至少如脈寬調制的周期持續時間一樣大的持續時間的各自的時間間隔的期間，實施下面步驟:比特流的各自的比特與所屬評定系數相乘以產生各自的比特-評定系數-乘積并且累加時間間隔上的全部比特-評定系數-乘積，其中時間間隔上的總和表示數字信號。例如對于脈寬調制的每個周期或脈寬調制的每第η周期(其中η>2)，上述步驟連續重復。
[0011]對信號或者數字信號的數字表示理解為時間和幅度離散數字化樣本值的序列，其一方面具有分離并且分級的值存儲(Wertvorrat)并且此外以時間次序僅在確定的周期性時間點定義或者示出樣本值中的改變。數字表示中的信號根據描述物理量的時間上持續變化的所屬模擬信號，通過量化和在定義的時間點進行的采樣，來形成。通過對應編碼可以將數字信號轉化成二進制表示。另外還參閱大量專業文獻。
[0012]在改進方案中評定系數通過疊加權重函數的權重系數產生，其中各自的權重函數的中間點位于脈寬調制的周期內，各自的權重函數對應于數字濾波函數，相鄰權重函數在時間上相對彼此移位一個或多倍比特重復持續時間并且各自的權函數具有預定數量的權重系數。優選地時間間隔具有持續時間，該持續時間比脈寬調制的周期持續時間更長某數量的比特重復持續時間，其中該數量的比特重復持續時間對應于權重系數的數量。
[0013]在改進方案中時間間隔相對脈寬調制的周期中心地布置。
[0014]在改進方案中數字濾波函數是sine-濾波函數。
[0015]變頻器(尤其伺服-變換器形式的變頻器)設計成實施上述方法并且具有:用于產生比特流的西格馬-德耳塔-調制器、存儲權重系數的存儲器、設計成使比特流的各自的比特與所屬權重系數相乘的乘法器、以及設計成累加各自的比特-評定系數-乘積的累加器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發明在下面參閱示出本發明的優選實施方式的附圖描述。在此示意性示出:
圖1示出相電壓和相電流的形式的借助于變頻器基于脈寬調制產生或者引起的模擬
信號，
圖2示出用于根據圖1示出的信號產生數字信號的電路的框圖，
圖3示出具有總共384個權重系數的數字sine3濾波器的權重函數，以及圖4示出多個相鄰權重函數(其時間上相對彼此移位某數量的西格馬-德耳塔-調制器的比特重復持續時間)以及通過疊加確定的數量的相鄰權重函數的權重系數產生的評定系數。
【具體實施方式】
[0017]圖1示出具有變化的占空系數的以基本上矩形、脈寬調制的相電壓UA以及所屬鋸齒形相電流IA的形式的常規借助于變頻器5基于脈寬調制產生或者引起的模擬信號，如其在電動機6的常規的基于脈寬調制的控制的情況下由變頻器5產生。為了調節信號UA和/或IA根據本發明連續地時間和幅度離散地對其數字化，其中數字或者數字化的信號對應于脈寬調制的周期持續時間ro上模擬信號UA或者IA的平均值。周期持續時間可以為例如大約0.25ms并且根據需求變化。
[0018]首先參照圖2對此具有預定比特重復持續時間BW的連續比特流BS⑴(其中i=0、
1、2...)取決于模擬信號UA或者IA借助于西格馬-德耳塔-調制器I產生。比特重復持續時間BW可以為例如對應于4MHz的比特重復頻率的0.25 μ S。
[0019]在具有至少如脈寬調制的周期持續時間ro —樣大的持續時間的時間間隔Zi (見圖4)期間，借助于乘法器3使比特流的所有比特BS(i)與所屬的在存儲器2保存的評定系數BK(i)相乘以產生各自的比特-評定系數-乘積。如此產生的比特-評定系數-乘積借助于累加器4合計，其中時間間隔ZI上的總和表示數字信號DS。
[0020]上述步驟可以對下面周期或對每第η周期相應地重復，其中控制變量i對此可以重新置為零。如果應對每個周期產生數字化的測量值，則可以復制圖2示出的電路，其中兩個電路在時間上置換(即交織)地工作。
[0021]根據圖3和4下面描述，如何計算評定系數BK⑴。控制變量i的單個增量在此對應于時域中的比特重復持續時間BW。
[0022]圖3示出具有總共384個權重系數GK(i)的具有128的過采樣率的常規數字sine3-濾波器的權重函數GF。此類濾波器常規上在西格馬-德耳塔-調制器的輸出上用于數據率降低。
[0023]圖4基于在圖3中表示的單個權重函數GF示出相對彼此移位P步的多個相鄰權重函數GF。單個步在此對應于西格馬-德耳塔-調制器I的比特重復持續時間BW (如上面已經實施的)，使得權重函數GF在時域中或者關于時間相對移位P個比特重復持續時間Bff0
[0024]脈寬調制的周期持續時間在圖4中示意地為500*BW并且時間間隔ZI (即組合間隔)為(500+384/2+384/2) *BW=N*BW。時間間隔ZI因此具有持續時間，該持續時間比脈寬調制的周期持續時間H)更長與比特重復持續時間BW相乘的在圖2中示出的sine3濾波器的權重系數的數量。
[0025]時間間隔ZI相對脈寬調制的周期中心地布置。
[0026]評定系數BK⑴現在通過疊加到其中間點位于脈寬調制的周期內的這類權重函數GF的權重系數GK (i)來產生。具有的是用編號O到3標記的權重函數。
[0027]評定系數BK⑴可以如下表示:
【權利要求】
1.一種用于根據借助于變頻器基于脈寬調制產生的模擬信號(IA，UA)產生數字信號(DS)的方法，其中數字信號對應于脈寬調制的周期持續時間(PD)上的模擬信號的平均值，所述方法具有步驟: -取決于模擬信號借助于西格馬-德耳塔-調制器(I)產生具有預定比特重復持續時間(BW)的比特流(BS⑴) -以及在具有至少與脈寬調制的周期持續時間一樣大的持續時間的時間間隔(ZI)期間: -使比特流的各自的比特(BS(i))與所屬評定系數(BK(i))相乘以產生各自的比特-評定系數-乘積以及 -累加各自的比特-評定系數-乘積，其中總和表示所述數字信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于 所述評定系數通過疊加權重函數(GF)的權重系數(GK(i))來產生，其中 -各自的權重函數的中間點位于脈寬調制的周期內， -各自的權重函數對應于數字濾波函數， -相鄰權重函數在時間上相對彼此移位一個或多倍比特重復持續時間以及 -各自的權函數具有預定數量的權重系數。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于時間間隔具有持續時間，所述持續時間比脈寬調制的周期持續時間更長某數量的比特重復持續時間，其中所述某數量的比特重復持續時間對應于權重系數的數量。
4.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于時間間隔相對脈寬調制的周期中心地布置。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的方法，其特征在于數字濾波函數是sine-濾波函數。
6.一種用于實施根據權利要求1-5的任一項所述的方法的變頻器，其特征在于 -西格馬-德耳塔-調制器(I)，其用于產生比特流， -存儲器(2)，其存儲權重系數， -乘法器(3)，其對此設計成使比特流的各自的比特與所屬權重系數相乘，以及 -累加器(4)，其對此設計成累加各自的比特-評定系數-乘積。
【文檔編號】H02M3/157GK104012005SQ201280049405
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年8月7日 優先權日:2011年8月8日
【發明者】D.迪斯特貝格, H.博爾歇丁 申請人:倫茨自動化有限責任公司