CN110574280A - 用于电机的调节设备、电驱动系统和用于调节电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的调节，其中同时补偿干扰参量并且调整额定值。在此设置两个彼此独立的调节回路。第一调节回路用于补偿干扰参量。第二调节回路用于调整预设的额定值。在调节预设的额定值时，调节回路与干扰参量补偿去耦。以该方式可以实现针对额定值的模块化的独立的调节和干扰参量补偿。

Description

用于电机的调节设备、电驱动系统和用于调节电机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电机的调节设备、一种具有该调节设备的电驱动系统以及一种用于调节电机的方法。本发明尤其是涉及对电机的调节，用以最小化干扰参量。

背景技术

文献DE 10 2009 000 930 A1公开了用于减小永磁体马达系统中的转矩波浪性的方法和装置。马达系统包括与逆变器耦合的永磁体马达。在文献中描述的方法包括用于修改运行控制信号的步骤，以便生成减小波浪性的运行控制信号。修改的运行控制信号被提供至换流器，用于控制永磁体马达。

旋转磁场机、例如鼠笼式异步电机或永磁体同步电机基于其结构方式在气隙中不具有理想的正弦形磁通量分布。在运行时，这在利用正弦形电流调节时导致具有谐波的不均匀的转矩。为了最小化谐波，两个基本的方案是可能的。一个方案是将叠加的外来的补偿电压有针对性地受控地接入到马达电压上。备选的方案基于附加的调节回路。在此，例如在内部的调节回路中首先可以预设额定转矩，额定转矩随后从外部通过补偿方法针对更高的谐波叠加。

发明内容

本发明公开了一种根据权利要求1的用于电机的调节设备、一种根据权利要求8的电驱动系统和一种根据权利要求10的用于调节电机的方法。

相应设置的是：

用于电机的调节设备，其具有第一调节装置、第二调节装置、计算装置和控制装置。第一调节装置设计用于提供调节参量，该调节参量用于使电机的运行点中的干扰参量最小化。计算装置设计用于：基于利用第一调节参量对电机的操控来计算出电机的运行点的改变。第二调节装置设计用于提供第二调节参量，该第二调节参量用于调整针对电机的预设的额定值。在此尤其是可以预设针对运行点的额定值。在使用运行点的所检测的值与运行点的在计算装置中计算出的改变之差的情况下，在利用通过第一调节装置提供的第一调节参量进行操控的情况下获知用于第二调节装置的第二调节参量。换言之，第二调节装置基于计算出的运行点获知第二调节参量，在没有通过第一调节参量的影响的情况下得到该运行点。控制装置设计用于：在使用第一调节参量和第二调节参量的组合的情况下操控电机。

此外设置的是：

电驱动系统，其具有电机和根据本发明的调节设备。

此外设置的是：

用于调节电机的方法，其具有获知用于使电机的运行点中的干扰参量最小化的第一调节参量的步骤，和基于利用获知的第一调节参量对电机的操控来计算电机的运行点的改变的步骤。该方法此外包括下述步骤，其用于基于利用第一调节参量的操控来计算运行点的在测量技术上所检测的值与运行点的计算出的改变之间的差。此外，该方法包括下述步骤，其用于在使用运行点的所检测的值与运行点的计算出的改变的差的情况下，基于借助第一调节参量的操控来获知用于调整在电机中预设的第一额定值的第二调节参量。最后，该方法还包括下述步骤，其用于在使用所获知的第一调节参量和所获知的第二调节参量的组合的情况下来操控电机。

本发明以如下认识为基础，即在例如用于操控电机的调节中，并且其中一方面应该调整预设的额定参量并且另一方面附加地应该调整去耦干扰参量，两个预设相互影响。

因此，本发明以如下构思为基础，即考虑到该认识并且设置用于电机的调节，其中预设的额定值的调节和干扰参量的补偿相互去耦，并且因此可以模块化地和彼此独立地实施。为此设置的是，为了补偿干扰参量并且调整运行参量的额定值，分别使用两个彼此去耦的调节回路。第一调节回路在此设置用于补偿干扰参量。第二调节回路仅设置用于调节预设的额定值。在调节回路中，不使用运行参量的获知的实际值作为输入参量，而是使用运行参量的计算出干扰参量补偿的影响的值。为此需要的是，确定调节参量对干扰参量补偿的影响，并且在用于调整实际的运行参量的额定值的调节回路中减去该影响。

通过干扰参量补偿与额定值调节的去耦可以实现针对电机的特别精密的和有效的调节。可以不变地采用没有干扰补偿的存在的调节。

因此，这种利用干扰参量补偿对电机的改进的调节也能够实现对现代的、廉价的、优化的电机的使用，该电机可以在没有干扰参量补偿的情况下仅提供削减的运行性能。以该方式，可以利用根据本发明的调节设备改进电机的运行性能。尤其是也可以通过使用现代的廉价的电机来降低电驱动系统的价格。

根据实施方式，电机的运行点包括电机的磁通量、转矩和/或电机的电流。运行点尤其是例如可以在机器的电相位中包括一个相电流或多个相电流。电机的运行点在此可以是可直接检测的或被检测的运行点，或者备选地也是必要时间接从电机的另外的参量提前计算出的运行点。因此，例如也可以从机器中的已知的电流推断出电机中的转矩，而不必直接借助传感器检测转矩。因此，在作为运行点例如使用电机的转矩的调节设备中可以降低转矩波浪性。这能够实现机器的特别平稳的运行。

根据实施方式，运行点中的干扰参量包括例如转矩中的纹波（Rippel）或谐波。纹波或谐波在电驱动系统中是广泛存在的现象。通过最小化这种干扰参量可以提高电机的运转平稳性。

根据实施方式，由第一调节装置或第二调节装置提供的第一调节参量和/或第二调节参量包括应该在电机上调整的电压。第一调节参量和/或第二调节参量尤其是也可以包括用于电机的场定向调节的电压。

根据实施方式，控制装置设计用于在电机上提供电压。控制装置例如可以包括整流器，整流器基于电机的第一和第二调节参量的组合来调整相应的相电压。

根据实施方式，计算装置设计用于在使用预设的第二额定值的情况下调整第一调节参量。通过针对第一调节装置中的干扰参量补偿预设第二额定值，可以根据不同的运行模式或必要时另外的运行点或运行状态调整干扰参量补偿。

根据实施方式，调节设备包括传感器，传感器设计用于检测电机的运行点，并且提供与电机的运行点相对应的参量。在此，要么可以直接检测待检测的运行点，要么必要时也可以检测电机的另外的参数，并且随后从另外的参数计算出电机的运行点。

根据电驱动系统的实施方式，电机包括异步电机或永磁激励的同步电机。

只要是有意义的，那么上述的设计方案和改进方案可以任意地相互组合。本发明的另外的实施方式、改进方案和实现也包括本发明的之前或随后关于实施例描述的特征的未详细提到的组合。尤其地，本领域技术人员在此也将添加各个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

随后借助在附图的示意图中说明的实施例详细阐述本发明。在此：

图1示出了根据一种实施方式的、具有用于电机的调节设备的电驱动系统的示意图；并且

图2示出了流程图的示意图，比如根据一种实施方式的、用于调节电机的方法以该流程图为基础。

具体实施方式

图1示出了具有用于电机20的调节设备的电驱动系统的示意图。电驱动系统在电机20中包括调节设备10。调节设备10包括第一调节装置1、第二调节装置2、计算装置3和控制装置4。在第二调节装置2上例如可以预设第一调节参量R1，电机20的运行点应该调整到该调节参量。该第一额定值S1例如可以是应该在电机20中调整的转矩。然而此外，任意的其他的运行点、例如流入电机20中的电流是可能的，并且任意的其他运行点也是可能的。第二调节装置2因此由运行点的预设的额定值S1和当前的值确定用于操控电机20的调节参量R2。在此，与常规的调节不同，在第二调节装置2中在此不使用电机20的运行点的当前的实际值，而是使用运行点的随后的还将详细描述的修改的值。

第一调节装置1在运行点M中评估当前的值，例如转矩或流入电机20中的电流的当前的值。在此，第一调节装置1尤其是可以在被检测的运行点M中检测干扰参量。该干扰参量例如可以是运行点M中的纹波，尤其是具有相应于电机20的转动频率的谐波的波浪性。然而此外原则上，在运行参量M中的任意的其他的干扰部分也是可能的。第一调节装置1因此生成第一调节参量R1。第一调节参量R1相应于下述调节参量，该调节参量用于补偿运行点M中的探测的干扰部分。第一调节参量R1因此用于最小化或必要时完全补偿运行点M中的干扰参量的部分。用于补偿干扰参量的第一调节参量R1与用于调整预设的额定值S1的第二调节参量R2组合，并且两个调节参量R1和R2的组合被输送至控制装置4。例如可以在求和单元6中组合第一调节参量R1和第二调节参量R2。求和单元6因此从第一调节参量R1和第二调节参量R2的组合输出调节参量R。第一调节参量R1和第二调节参量R2的组合因此被输送至控制装置4。控制装置4因此根据两个调节参量R1和R2的组合操控电机20。控制装置4例如可以是电整流器，电整流器根据调节参量R在电机20的相位接头上调整相应的电压。然而此外，基于第一调节参量R1和第二调节参量R2的组合对电机20进行的任意的其他的操控也是可能的。在用于补偿运行点M中的干扰参量的第一调节装置1直接评估运行点M期间，第二调节装置2执行调节，该调节与通过第一调节装置1实现的干扰参量补偿去耦。为此，给第二调节装置2提供修改的运行参量M*，修改的运行参量相应于电机20的没有干扰参量补偿的运行参量。为此，在因此修改的运行参量M*可以提供给第二调节装置2之前，运行参量M中的干扰参量补偿的部分必须从运行参量M去除。

为了获知运行参量M中的干扰参量补偿的部分，第一调节装置1的第一调节参量R1被输送给计算装置3。计算装置3计算运行参量M的相应于第一调节参量R1的部分。计算例如可以在电驱动系统的建模上进行。为了计算，任意的模型、尤其是任意的模拟模型是可能的，其能够实现从第一调节参量R1计算运行参量M中的干扰参量补偿的部分。计算装置3因此提供理论上的运行参量E作为输出值，理论上的运行参量在唯一的操控中利用第一调节参量R1产生。根据第一调节参量R1的理论上的部分E被从实际的运行参量M减去。因此，从实际的运行参量M和根据第一调节参量R1的运行参量的部分E的差产生第二调节装置2的输入参量M*。该差例如可以在减法单元5中形成。

通过在运行参量M中去除根据第一调节参量R1的部分E，因此与第一调节装置1中的干扰参量补偿去耦地在第二调节装置2中进行调节。第一调节装置1和第二调节装置2因此形成两个彼此去耦的调节装置，调节装置不相互影响或仅最小地相互影响。由此可以模块化地构建针对干扰参量补偿的调节，并且调整额定值、例如针对转矩等的额定值。这能够实现特别简单的、有效的和精密的设计来调节电驱动系统。干扰参量补偿和用于调整运行参量、例如转矩等的调节回路尤其是可以相互独立地实现。两个调节参量的去耦和模块化此外也能够实现另外的驱动系统中的存在的块或模块的再利用，而不必为此重新对其进行完全研发。

第一调节装置1可以基于固定预设的参数实施干扰参量补偿。尤其是例如可以预设运行参量M中的干扰参量部分的最大的补偿。此外，可以在第一调节装置1中固定预设的、任意的其他框架条件也是可能的。然而此外也可能的是，动态地适配第一调节装置1中的干扰参量补偿。例如可以根据电驱动系统的运行模式预设针对干扰参量补偿的不同的补偿阶段。因此例如可以在第一运行模式中预设最大的干扰参量补偿，并且在另一运行模式中仅预设受限的干扰参量补偿或必要时甚至不预设干扰参量补偿。通过限制或完全消除干扰参量补偿，电驱动系统的运行性能发生改变。这例如可以用于给用户呈现出可能的危险情况。

此外也可能的是，预设另外的额定值S2，第一调节装置的调节应该调整到该另外的额定值。以该方式，必要时也可以将一个或多个另外的参数、框架条件或环境特性包括在第一调节装置1的调节内。

电机20在此可以是任意的电机、例如异步电机或永磁激励的同步电机。通过控制装置4实现的操控在此可以根据所使用的电机20进行适配。根据相应的机器不同的运行点M也可以通过调节设备10来调节。

图2示出流程图的示意图，例如根据一种实施方式的、用于调节电机20的方法100例如以该流程图为基础。在步骤110中获知第一调节参量R1。如之前描述的那样，获知第一调节参量R1，其用于使电机20的运行点M中的干扰参量最小化。因此，在步骤120中计算出一个值，该值相应于电机20的第一运行点M基于利用所获知的第一调节参量R1对电机20的操控而导致的改变。在步骤130中计算出运行点M的所检测的值与运行点M基于利用第一调节参量R1的操控所计算出的改变E之间的差。在步骤140中计算出第二调节参量R2，第二调节参量用于调整电机20中的预设的额定值S1。最后，在步骤150中，电机20在使用获知的第一调节参量R1和获知的第二调节参量R2的组合的情况下进行计算。

总之，本发明涉及用于电机的调节，其中同时补偿干扰参量，并且调整额定值。在此设置了两个相互独立的调节回路。第一调节回路用于补偿干扰参量。第二调节回路用于调节预设的额定值。在调节预设的额定值时，调节回路与干扰参量补偿去耦。以该方式可以实现针对额定值和干扰参量补偿的模块化的独立的调节。

Claims (10)

1.用于电机（20）的调节设备（10），具有：

第一调节装置（1），其设计用于提供第一调节参量（R1），所述第一调节参量用于使所述电机（20）的运行点（M）中的干扰参量最小化；

计算装置（3），其设计用于：基于利用所述第一调节参量（R1）对所述电机（20）的操控来计算出所述电机（20）的运行点（M）的改变（E）；

第二调节装置（2），其设计用于提供第二调节参量（R2），所述第二调节参量用于调整所述电机（20）中的预设的第一额定值（S1），其中，在使用所述运行点（M）的所检测的值与所述运行点（M）基于利用所述第一调节参量（R1）的操控而计算出的改变（E）之间的差的情况下，获知所述第二调节参量（R2）；和

控制装置（4），其设计用于：在使用所述第一调节参量（R1）和所述第二调节参量（R2）的组合的情况下操控所述电机（20）。

2.根据权利要求1所述的调节设备（10），其中，所述电机（20）的运行点（M）包括所述电机（20）的转矩和/或所述电机（20）的电流。

3.根据权利要求1或2所述的调节设备（10），其中，所述所述运行点（M）中的干扰参量包括所述运行点（M）中的纹波或谐波。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节设备（10），其中，所述第一调节参量（R1）和/或所述第二调节参量（R2）包括在所述电机（20）上待调整的电压。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的调节设备（10），其中，所述控制装置（4）设计用于：在所述电机（20）上提供用于所述电机（20）的相位接头的电压。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的调节设备（10），其中，所述计算装置（3）设计用于：在使用预设的第二额定值（S2）的情况下调整所述第一调节参量（R1）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的调节设备（10），具有传感器，所述传感器设计用于：检测所述电机（20）的运行点（M）并且提供与所述电机（20）的运行点（M）相对应的参量。

8.电驱动系统，具有电机（20）和根据权利要求1至7中任一项所述的调节设备（10）。

9.根据权利要求8所述的电驱动系统，其中，所述电机（20）包括异步电机或永磁激励的同步电机。

10.用于调节电机（20）的方法（100），具有步骤：

获知（110）第一调节参量（R1），所述第一调节参量用于使所述电机（20）的运行点（M）中的干扰参量最小化；

基于利用所获知的第一调节参量（R1）对所述电机（20）的操控来计算（120）电机（20）的运行点（M）的改变（E）；

计算（130）所述运行点（M）的所检测的值与所述运行点（M）基于利用所述第一调节参量（R1）的操控而计算出的改变（E）之间的差；

获知（140）第二调节参量（R2），所述第二调节参量用于调整所述电机（20）中的预设的第一额定值（S1）；和

在使用所获知的第一调节参量（R1）和所获知的第二调节参量（R2）的组合的情况下操控（150）所述电机（20）。