CN112544035A - 用于运行永磁激励同步电机的方法、电子控制设备、电机装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行永磁激励同步电机的方法，其中，这样计算具有理论数值的理论电压矢量，使得在最佳可能地遵守转矩要求时遵守功率限制。本发明还涉及一种附属的控制设备、附属的电机装置以及附属的存储介质。

Description

用于运行永磁激励同步电机的方法、电子控制设备、电机装置 和存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于运行永磁激励同步电机的方法以及一种用于执行这种方法的控制设备、电机装置和存储介质。
背景技术
例如，永磁激励同步电机可以用在机动车中，以便在制动系统中产生压力。这种电机通常通过机动车的车载电网被供电，在所述车载电网中存在多个部件，所述多个部件是相应的电源或功率消耗器(Leistungssenke)。为了稳定地运行这样的车载电网，通常需要实现在电力产生和电流消耗之间的平衡。这可能要求，在电流负载、例如永磁激励同步电机中限制总共被消耗的功率。这种功率例如可以通过如下方式计算，即，将车载电网的工作电压与最大容许电流相乘。特别是最大容许电流在此也可以根据车载电网的工作状态而变化。
由此，需要这样调整永磁激励同步电机的运行，使得其消耗的功率不超过最大容许功率。为此，已经存在现有技术中已知的各种方法。一种方法例如是利用测量到的功率并且以如下方式调整电机参数，即，使得不超过最大容许功率。另一种方法是使用预先限定的电机模型。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于运行永磁激励同步电机的方法，该方法与现有技术相比替代性地、例如更简单地被执行。本发明的另一个目的是，提供一种附属的电子控制设备、附属的电机装置以及附属的存储介质。
所述目的根据本发明通过根据相应的独立权利要求所述的方法、电子控制设备、电机装置以及非易失性计算机可读存储介质来实现。有利的设计方案例如可以从相应的从属权利要求中得出。权利要求的内容通过明确的引用而被包含在说明书的内容中。
本发明涉及一种用于运行永磁激励同步电机的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-规定最大功率，
-确定dq坐标系中的电流矢量，
-确定dq坐标系中的输出电压矢量，
-基于最大功率、电流矢量和输出电压矢量来计算出理论/预期/设定电压矢量的理论数值(Sollbetrag)，
-产生具有理论数值的理论电压矢量，以及随后
-至少以理论电压矢量运行永磁激励同步电机。
在此描述的方法基于本申请的发明人已经认识到的并且可以以简单的方式用于永磁激励同步电机的功率限制的简单的关系。在此，可以如省去实现复杂的电机模型那样也省去通过功率测量的间接方法(Umweg)。特别地，在根据本发明的方法中，以确保遵守最大功率的理论数值来产生理论电压矢量。
dq坐标系在控制永磁激励同步电机的领域内是众所周知的并且提供了对这种电机的工作参数的简单描述。
优选可以将最大功率规定为预定电压和预定最大电流强度的乘积。在此，预定电压特别可以相当于车载电网的工作电压、例如机动车的车载电网的工作电压。在此，工作电压通常是在正常运行中期望被保持的电压。可以根据一个实施方案规定预定的最大电流强度，然而根据一个另选的实施方案也可以可变地计算。这例如可以根据各种工作状态、例如发电机的可用性或其它功率消耗器的工作状态来实现。
根据一个实施方案，基于转矩要求或者基于功率限制和转矩要求来确定电流矢量。在此，转矩要求通常是电机在确定的时间点应产生的转矩的预定值。由此可以通常计算出在dq坐标系中的电流矢量，其中，在必要时也可以考虑功率限制。
根据一个实施方案，基于测量到的、流过永磁激励同步电机的电流来确定电流矢量。这提供了另一用于获得电流矢量的可能性，其中，通常可以从这样的电流中倒推计算出(zurückgerechnet)在dq坐标系中的电流矢量。
可以理解的是，两个所提出的用于确定电流矢量的可能方案也可以被组合在一起，其中，例如可以使用相互可信度测试，或者也可以根据工作状态使用一个或另一个可能方案。
根据一个优选的实施方案，基于转矩要求、或者基于功率限制和转矩要求、和/或基于电流矢量来确定dq坐标系中的输出电压矢量。这是用于获得输出电压矢量的通常使用的可能方案，该输出电压矢量在本文描述的方法中特别表示在与预定的最大功率或功率限制无关或至少很大程度上无关的情况下将期望的那个电压矢量。换句话说，输出电压矢量表示当电机被允许消耗任意功率时所使用的电压矢量。
优选地，将理论电压矢量的角度设定为等于输出电压矢量的角度。在此，其分别是在dq坐标系中的角度。换句话说，优选地将理论电压矢量设定为与输出电压矢量平行。这考虑到以下事实：当输出电压矢量的数值由于线路限制(Leitungsbegrenzung)而应该被减小时，输出电压矢量的角度通常也应该保持不变，所述线路限制在计算输出电压矢量时还未被考虑。
根据一个优选的实施方案，将理论数值计算为所述因子2/3与被除数和除数的商的乘积。在此优选地，被除数是最大功率和输出电压矢量数值的乘积。优选地，除数是一方面输出电压矢量和电流矢量的d分量的乘积与另一方面输出电压矢量和电流矢量的q分量的乘积的和。这种方法已被证明是用于理论数值的简单且有效的计算方式。在本申请中下面还进一步给出其中包含的公式的推导。可以理解的是，在此处所给出的计算中，应当原则上注意数学规则“先乘除后加减(Punkt vor Strich)”。
本发明还涉及一种电子控制设备，其被配置为用于，执行根据本发明的方法。在此，可以采用所有在此描述的实施方案和变型。
本发明还涉及一种电机装置。电机装置包括永磁激励同步电机。电机装置包括用于控制永磁激励同步电机的换流器/变换器/逆变器。电机装置还包括根据本发明的电子控制设备。在此，可以采用所有在此描述的实施方案和变型。
借助于根据本发明的电机装置可以实现电机装置的其它上面已经描述的优点。
本发明还涉及一种非易失性计算机可读存储介质，其包括用于执行根据本发明的方法的程序代码。在此，可以采用所有在此描述的实施方案和变型。
附图说明
本领域技术人员可以从下面参照附图描述的实施例中得到其它特征和优点。其中：
图1示出了电机装置，和
图2示出了流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个示例性实施例的电机装置10。电机装置10包括控制设备20、换流器30以及永磁激励同步电机40。控制设备20被设计为用于控制换流器30，该换流器进而控制电机40并且因此不仅给该电机供给功率、而且预定/指定其所期望的运行、特别是所期望的转矩。
控制设备20特别被配置为用于执行根据本发明的方法。这基于以下考虑。
永磁激励同步电机的功率消耗基本上可以如下地计算：
Figure BDA0002916975780000041
其中：
UDC为施加的电压，所述电压特别可以是预定的车载电网电压，
IDC为预定的最大电流，
Ud为在dq坐标系中实际使用的电压矢量的d分量，
Id为在dq坐标系中实际使用的电流矢量的d分量，
Uq为在dq坐标系中实际使用的电压矢量的q分量，和
Iq为在dq坐标系中实际使用的电流矢量的q分量。
如果取代d分量和q分量而考虑矢量数值和中间角(Zwischenwinkel)，则该公式可以如下地变化：
Figure BDA0002916975780000051
其中：
Udq为实际使用的电压矢量，
Idq为实际使用的电流矢量，和
phi为在Udq和Idq之间的中间角。
该方程式可以根据电压求解：
Figure BDA0002916975780000052
由此给出了在通过UDC和IDC的乘积表明的预定的最大功率、电流矢量数值、角度phi和电压矢量数值之间的简单关系。下面探讨：在电机控制中如何使用这种关系。
在永磁激励同步电机的控制中，例如可以使用电流控制，或者可以使用基于模型的预先计算，以便通过设定dq电压来调节电机电流。因此，电流矢量例如可以基于测量或也可以基于预定值。特别地，可以首先计算出输出电压矢量U*dq，其表示在不考虑功率限制(Leistungsbegrenzung)的情况下将期望的电压矢量。通常，这种输出电压矢量U*dq基于转矩要求。
在这种情况下，中间角phi可以如下地计算：
Figure BDA0002916975780000053
其中：
U*d为输出电压矢量的d分量，和
U*q为输出电压矢量的q分量。
如果将这个针对中间角phi的余弦的公式用于上面已经提到的、用于计算电压矢量的设定值的方程式中，那么得出以下公式：
Figure BDA0002916975780000061
因此，可以计算出电压矢量的数值，该电压矢量基于计算出的或测量到的电流矢量Idq以及计算出的输出电压矢量U*dq并且同时考虑上面已经给出的功率限制。特别是，当根据上述公式计算出的角度phi在此保持相同时，可以使用该设定值|Udq|。因此，对电机参数的干预最小，该干预只在其强制性地被需要以用于满足预定的最大功率时才改变。
回顾在图1中所示的实施例，控制设备20因此计算出中间角phi以及输出电压矢量U*dq和电压矢量理论数值，如上所述，其中，可以参考计算出的或者测量到的电流矢量Idq。然后，输出电压矢量U*dq在其角度上保持恒定，然而如果必要的话在其数值方面如此程度地改变，使得其数值对应于理论数值|Udq|。由此，换流器30被控制并且电机40最后也被控制。因此确保遵守线路限制(Leitungsbegrenzung)，其中，尽管如此仍满足了通常从外部预定的转矩要求，如同这鉴于功率限制尽可能实现的那样。
图2以示意性的概览图示出在计算理论电压矢量或其数值时的过程。在此，特别是在左上方显示输出电压矢量Udq_rec。此外，在左下方显示具有其d坐标和q坐标的电流矢量Idq。在其间可以识别出，最大功率以电压UDC以及最大电流Ibmax的形式显示。在图2的图示的右边可以看出，电压矢量的受限制的值被输出。
根据本发明的方法的所提及的步骤可以以给出的顺序执行。然而，它们也可以以不同的顺序执行，只要这在技术上是有意义的。根据本发明的方法可以在其实施方案之一中——例如以确定的步骤组合——以下述方式执行，即，不执行其它步骤。然而，原则上也可以执行其它步骤、甚至是未提及的步骤。
构成本申请的一部分的权利要求不意味着放弃获得进一步的保护。
如果在该方法的过程中表明，一个特征或一组特征不是强制性必需的，则在申请人方面现在旨在获得对不再具有该特征或该组特征的至少一个独立权利要求的表述。在此，这例如可以涉及在申请日存在的权利要求的下位组合或者涉及在申请日存在的权利要求的通过其它特征限制的下位组合。这样的可重新表述的权利要求或特征组合应被理解为被本申请的公开内容共同覆盖。
此外应当指出的是，在不同的实施方案或实施例中描述的和/或在附图中示出的本发明的设计方案、特征和变型可以任意地相互组合。单个或多个特征可以任意相互交换。由此产生的特征组合可以理解为被本申请的公开内容共同覆盖。
对从属权利要求的引用不应被理解为放弃获得对于所引用的从属权利要求的特征的独立的、实质性保护。这些特征也可以任意地与其它特征组合。
仅在说明书中公开的特征或者在说明书或权利要求中仅与其它特征相关联地公开的特征原则上可以具有独立的、对于本发明重要的意义。因此，这样特征也可以被单独地列入权利要求中以与现有技术区分。

Claims (10)

1.一种用于运行永磁激励同步电机(40)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-规定最大功率，
-确定dq坐标系中的电流矢量，
-确定dq坐标系中的输出电压矢量，
-基于最大功率、电流矢量和输出电压矢量来计算出理论电压矢量的理论数值，
-产生具有理论数值的理论电压矢量，以及随后
-至少以理论电压矢量运行所述永磁激励同步电机(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
-将所述最大功率设定为预定电压和预定最大电流强度的乘积。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-基于转矩要求、或者基于功率限制和转矩要求来确定电流矢量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
-基于测量到的、流过所述永磁激励同步电机的电流来确定电流矢量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-基于转矩要求、或者基于功率限制和转矩要求、和/或基于电流矢量来确定dq坐标系中的输出电压矢量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-将理论电压矢量的角度设定为等于输出电压矢量的角度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-将理论数值计算为因子2/3与被除数和除数之间的商的乘积，
-将被除数计算为最大功率与输出电压矢量的数值的乘积，和
-将除数计算为输出电压矢量的d分量和电流矢量的d分量的乘积与输出电压矢量的q分量和电流矢量的q分量的乘积两者的和。
8.一种电子控制设备(30)，其被配置为用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种电机装置(10)，其包括：
-永磁激励同步电机(40)，
-用于控制永磁激励同步电机(40)的换流器(30)，和
-用于控制换流器(30)的、根据权利要求8所述的电子控制设备(20)。
10.一种非易失性计算机可读存储介质，其包括用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的程序代码。
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