DE10020136A1 - Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number
DE10020136A1
DE10020136A1 DE10020136A DE10020136A DE10020136A1 DE 10020136 A1 DE10020136 A1 DE 10020136A1 DE 10020136 A DE10020136 A DE 10020136A DE 10020136 A DE10020136 A DE 10020136A DE 10020136 A1 DE10020136 A1 DE 10020136A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
control
speed
integrator
regulation
revolution rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10020136A
Other languages
English (en)
Inventor
Joachim Boecker
Claus Kroeger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10020136A priority Critical patent/DE10020136A1/de
Publication of DE10020136A1 publication Critical patent/DE10020136A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/28—Stator flux based control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Beim vorliegenden Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung, die eine Regelung für große Drehzahlen und eine Steuerung für kleine Drehzahlen umfasst, wobei die Steuer- und Regelungseinrichtung eine Drehzahlschätzung mit einem Integrator für die Winkelgeschwindigkeit eines Asynchronmotors, einen Flussbeobachter zum Ermitteln der Flüsse und des Drehmoments, und eine übergeordnete Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung zum Steuern des Asynchronmotors aufweist, wird bei kleinen Drehzahlen anstelle des Werts omega¶rs¶ der Drehzahlschätzung eine Drehzahlersatzgröße DOLLAR I1 verwendet, die aus dem Solldrehmoment T¶w¶ generiert wird. Durch diese Maßnahmen wird eine vorgegebene Ruckbegrenzung eingehalten, wobei das Verfahren mit nur geringem Aufwand in bereits vorhandene Regelungsstrukturen integrierbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung, die eine Regelung für große Drehzahlen und eine Steuerung für kleine Drehzahlen umfasst, wobei die Steuer- und Regelungseinrichtung eine Drehzahlschätzung mit einem Integrator für die Winkelgeschwindigkeit eines Asynchronmotors, einen Flussbeobachter zum Ermitteln der Flüsse und des Drehmoments, und eine übergeordnete Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung zum Führen des Asynchronmotors aufweist, und auf eine Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Drehgeberlose Antriebsregelungen, bei denen die Drehzahlschätzung im wesentlichen auf einem linearen Motormodell basiert, verlieren prinzipiell ihre Funktionsfähigkeit im stationären Zustand bei der Frequenz Null.
Eine sehr genaue Modellierung des Motors und des Stromrichters kann den nicht beherrschbaren Bereich verringern, jedoch nicht gänzlich vermeiden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung, die eine Regelung für große Drehzahlen und eine Steuerung für kleine Drehzahlen umfasst, wobei die Steuer- und Regelungseinrichtung eine Drehzahlschätzung mit einem Integrator für die Winkelgeschwindigkeit eines Asynchronmotors, einen Flussbeobachter zum Ermitteln der Flüsse und des Drehmoments, und eine übergeordnete Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung zum Führen des Asynchronmotors aufweist, anzugeben, wobei Ruckbewegungen im Übergangsbereich weitgehend vermieden und im wesentlichen bereits vorhandene Regelungsstrukturen verwendet werden können. Außerdem soll eine Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens angegeben werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung, die eine Regelung für große Drehzahlen und eine Steuerung für kleine Drehzahlen umfasst, wobei die Steuer- und Regelungseinrichtung eine Drehzahlschätzung mit einem Integrator für die Winkelgeschwindigkeit eines Asynchronmotors, einen Flussbeobachter zum Ermitteln der Flüsse und des Drehmoments, und eine übergeordnete Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung, z. B. die Indirekte Ständergrößenregelung (ISR), zum Führen des Asynchronmotors aufweist, wobei gemäß der Erfindung bei kleinen Drehzahlen anstelle des Werts ωrs der Drehzahlschätzung bei hohen Geschwindigkeiten eine Drehzahlersatzgröße ωrs verwendet wird, die aus dem Solldrehmoment Tw generiert wird.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Die Steuerung ist so entworfen, dass eine vorgegebene Ruckbe­ grenzung eingehalten wird. Zur Einhaltung dieser geforderten Ruckbegrenzung ist bei den Übergängen zwischen dem Regelungs- und dem Steuerungsbetrieb eine glatte Ablösung der regelungstechnischen Systemgrößen notwendig. Die Steuerung ist ferner mit einem geringen Aufwand in bereits vorhandene Rege­ lungsstrukturen integrierbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Strukturbild der ISR-Regelung eines Antriebs;
Fig. 2 das Prinzip der indirekten Ständergrößenregelung bei konstantem Statorflussbetrag;
Fig. 3 die Generierung der erforderlichen Sollstatorspannung bei der ISR;
Fig. 4 die Ableitung der Statorflussdrehung und der Statorflussanhebung aus den Sollwerten;
Fig. 5 Ersatzschaltbild eines Asynchronmotors;
Fig. 6 Ausschnitt des in Fig. 1 abgebildeten Flussbeobachters;
Fig. 7 die grundsätzliche Steuerungsstruktur in schematischer Darstellung;
Fig. 8 Wirkungsplan für die Eingangsgröße des Integrators;
Fig. 9 Verlauf der Gewichtungen.
Bei der Indirekten Ständergrößenregelung gemäß Fig. 1 wird der Statorfluss ψs in seinem Betrag und in seiner Lage durch die beaufschlagte Statorspannung us beeinflusst.
Zur Einstellung des erforderlichen Solldrehmomentes Tw wird dazu der Statorfluss ψs über die Statorspannung us in eine neue geforderte Lage gedreht, die gegenüber der bisherigen Lage den Winkel Δγ aufweist (Fig. 2).
Durch die Vorgabe des Faktors kψ wird der Betrag des Statorflusses beeinflusst und auf den Sollstatorfluss ψsw geregelt.
Bei der Indirekten Ständergrößenregelung ISR muss die Regelung die Sollstatorspannung usw so festlegen, dass während der Pulsperiodendauer Tp des Umrichters eine solche Flussänderung Δψs erzeugt wird, die den gegenwärtigen Statorfluss ψs(n) in den neuen geforderten Statorfluss ψs(n + 1) überführt.
Fig. 3 zeigt den Wirkungsplan der ISR für die Generierung der beiden Komponenten usw α und usw β der Sollstatorspannung usw bei einer Vorgabe der beiden Größen kψ und Δγ.
Für die vollständige Indirekte Ständergrößenregelung wird der Wirkungsplan in Fig. 3 um die Berechnung der beiden Größen Δγ und kψ aus dem vorgegebenen Solldrehmoment Tw und dem Sollsta­ torfluss ψsw ergänzt (Fig. 4).
Bei der Bestimmung der drehmomentbeeinflussenden Statorflussdrehung Δγ wird davon ausgegangen, dass im Arbeitsbereich der Regelung die Rotorkreisfrequenz ωr dem Drehmoment T der Maschine proportional ist. Aus dem vorliegenden Solldrehmoment Tw und dem vom Flussbeobachter gelieferten Schätzwert für das Istdrehmoment wird deshalb bei einer auftretenden Regeldifferenz eine zugehörige Differenz Δωr der Rotorkreisfrequenz gewonnen. Über einen PI-Regler wird die erforderliche Statorflussdrehung Δγ anschließend durch Integration bestimmt.
Die Regeldifferenz zwischen dem Soll- und dem Istwert des Statorflussbetrages führt mittels eines P-Reglers zur Statorflussanhebung kψ.
In Fig. 4 sind nur die wesentlichen Wirkungspfade zur Ableitung der Größen Δγ und kψ aus dem existierenden Modul der ISR angegeben, die für den Steuerungsentwurf bzw. für die einwandfreie Ablösung zwischen der Regelung und der Steuerung relevant sind.
So ist z. B. die Absenkung des Sollstatorflusses ψsw im Flussschwächbereich für das zu entwickelnde Steuerungskonzept irrelevant, da die vorgesehene Steuerung nur im Bereich kleiner Drehzahlen arbeitet.
Für den Steuerungsentwurf sind die Last- und Motordaten zur Abschätzung des zuverlässigen Arbeitsbereiches der Steuerung notwendig.
Die Motordaten werden bei der Entwicklung des Steuerungskonzeptes zur Berechnung notwendiger Steu­ erungskennlinien benötigt. Dabei bleibt zu berücksichtigen, dass durch das Ersatzschaltbild entsprechend Fig. 5 das Motorverhalten nur grob beschrieben wird.
Die wesentlichen Anforderungen an die zu entwickelnde Steuerung sind:
Die Steuerung arbeitet lediglich im Bereich kleiner Drehzahlen. Im Bereich höherer Drehzahlen und bei zügiger Be­ schleunigung aus dem Stillstand arbeitet ausschließlich die Regelung.
Der Ablösevorgang zwischen der Steuerung und der Regelung muss so erfolgen, dass die vorgegebene Ruckbegrenzung für die Drehbewegung eingehalten wird.
Im Bereich kleiner Drehzahlen steht keine zuverlässige Drehzahlschätzung zur Verfügung.
Die Trägheit der Last variiert innerhalb bekannter Grenzwerte. Die Steuerung muss für jeden dieser zulässigen Werte sicher arbeiten.
Eine Strukturumschaltung zwischen einer Steuerung und einer Regelung erfordert einen hohen Aufwand zur Realisierung der einwandfreien Ablösung zwischen diesen beiden Betriebsweisen. Insbesondere müssten bei diesem Vorgehen die in der Regelung vorhandene Integratoren für die Ablösung der beiden Betriebsweisen nachgeführt bzw. geeignet initialisiert werden. Aus diesem Grunde wird für das vorgeschlagene Steu­ erungskonzept von einem anderen Ansatz ausgegangen.
Bei kleinen Drehzahlen liefert die skizzierte Drehzahlschätzung der Regelung aus Fig. 1 keinen zuverlässigen Schätzwert rs für die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit ωrs des Motors. Der hier vorgeschlagene Steuerungsentwurf basiert deshalb darauf, den bisherigen Wert rs der Drehzahlschätzung nicht weiter zu verwenden und statt dessen unmittelbar aus dem Solldrehmoment Tw eine Ersatzgröße ωrs zu generieren. Dabei wird bewusst in Kauf genommen, dass die Ersatzgröße ωrs von der tatsächlich vorliegenden Winkelgeschwindigkeit ωrs ggf. erheblich abweichen kann.
Aus diesem Grunde muss im Steuerungsbetrieb im Flussbeobachter eine Modifikation vorgenommen werden. Durch eine starke Erhöhung der Verstärkungen in den beiden Stromausgleichs­ reglern des Flussbeobachters (Fig. 6) wird erreicht, dass die Statorspannung us kaum noch einen Einfluss auf die Schätzungen des Flussbeobachters besitzt und der Modellstrom s nahezu identisch dem tatsächlichen Statorstrom is folgt. Damit erhält der Flussbeobachter im Steuerungsbetrieb die Charakteristik eines I-ω-Modells.
Für die Generierung der neuen Größe ωrs wird der bereits in der Drehzahlschätzung existierende Integrator verwendet (Fig. 7), so dass die erforderliche Umschaltung zwischen dem Regelungs- und dem Steuerungsbetrieb am Eingang e des Integrators vorgenommen wird.
Durch diese Umschaltung wird die Rückkopplung der Regelung an dieser Stelle aufgetrennt, da die Ersatzgröße ωrs direkt vom steuernden Solldrehmoment Tw erzeugt wird. Die weiteren vor­ handenen Komponenten der ursprünglichen Regelung wirken dadurch in einer offenen Steuerungskette.
Mit dieser Umschaltung am Eingang e des Integrators wird immer ein stetiger Übergang zwischen den beiden Größen ωrs und rs erreicht. Für die geforderte Ablösung zwischen der Regelung und der Steuerung muss deshalb der Übergang zwischen den beiden Größen ωrs und rs notwendigerweise auch glatt sein, d. h. es müssen zum Zeitpunkt der Ablösung auch die zeitlichen Ableitungen = übereinstimmen.
Würde man in Fig. 7 bei einem bestimmten festgelegten Grenzwert g der Winkelgeschwindigkeit rs den Eingang e des Integrators nur mit einem Schalter wahlweise auf eine der beiden Größen e1 oder e2 umschalten, so könnte die geforderte Ablösung nicht gewährleistet werden, da im allgemeinen für die beiden Größen e1 ≠ e2 gilt.
Für die Ablösung zwischen der Regelung und der Steuerung wird deshalb die Eingangsgröße e des Integrators mit Hilfe zweier komplementärer Gewichtungen S1(ωu) und S2(ωu) aus den beiden zur Verfügung stehenden Werten e1 und e2 gebildet.
Zur Umschaltung zwischen der Regelung und (der Steuerung wird dabei die Größe ωu verwendet. Auf den Betrag des Drehzahlschätzwertes rs bzw. der Drehzahlersatzgröße ωrs wird zur Bildung der Größe ωu zusätzlich die Funktion ω0 addiert. Die Funktion ω0 verhindert, dass bei zügigen Beschleunigungen aus dem Stillstand die Steuerung anspricht.
Als eine geeignete Funktion kann z. B. hierzu der Ansatz
mit einer zweckmäßig gewählten Zeitkonstanten τ verwendet werden. Darin stellt t0 den Startzeitpunkt des Beschleuni­ gungsvorgangs aus dem Stillstand dar, der mit dem Rücksetz­ zeitpunkt für das Haltesignal des Integrators zusammenfällt.
Alternativ könnte das Signal ω0 aus dem Eingangssignal e des Integrators oder aus dem Solldrehmoment Tw abgeleitet werden, da diese Größen der Beschleunigung proportional sind.
Die Eingangsgröße e des Integrators wird mit den Gewichtungen außerhalb des Übergangsbereiches der Fig. 9 angegebenen berechnet als:
e = S1(ωu)e1 + S2(ωu)e2 mit S1(ωu) + S2(ωu) = 1 ∀ωu
Für die eingesetzte Gewichtung S1(ωu) des Wirkungsplanes gilt gemäß Fig. 8:
Fig. 9 zeigt den Verlauf der beiden Gewichtungen S1(ωu) und S2(ωu) mit den beiden freien Parametern g und Δ.
Außerhalb des Übergangsbereiches der Gewichtungen ist jeweils eine der beiden Gewichtungen identisch Null, so dass entweder nur die Größe e1 oder die Größe e2 auf den Eingang e des Integrators gegeben wird. Dadurch arbeitet die angegebene Struktur in Bild 7 in diesen Bereichen ausschließlich als Regelung oder als Steuerung.
Der Parameter g ist so festzulegen, dass für den Bereich ωrs ≧ g ein zuverlässiger Drehzahlschätzwert vorhanden ist.
Im gesteuerten Betrieb ist eine gezielte Drehmomentvorgabe durch das Solldrehmoment Tw nicht mehr möglich, d. h. das tatsächliche Drehmoment T wird in der Regel vom Sollwert abweichen. Durch die Wirkung des Solldrehmomentes Tw auf die Drehzahlersatzgröße ωrs wird jedoch im gesteuerten Betrieb erreicht, dass sich die Ersatzgröße ωrs bei einem positiven Solldrehmoment Tw < 0 vergrößert, bei einer negativen Vorgabe Tw < 0 verkleinert und bei Tw = 0 konstant bleibt. Für den Steuerungsbetrieb wird hierdurch erreicht, dass sich eine Drehbewegung gemäß Vorgabe einstellt. Da im Steuerungsbetrieb jedoch keine gezielte Drehmomentbeeinflussung möglich ist, weicht die sich einstellende Beschleunigung im Steuerungs­ betrieb allerdings merklich von der gewohnten Beschleunigung im geregelten Betrieb ab.
Zwischen der aus dem Solldrehmoment Tw generierten Drehzahlersatzgröße ωrs und der tatsächlichen Drehzahl ωrs treten ggf. größere Abweichungen auf, da im Steuerungsbetrieb die möglichen Störeinflüsse, wie z. B. eine auftretendes Lastdrehmoment oder eine geänderte Lastträgheit, nicht erfasst werden. In diesem Sinne ist die Größe ωrs auch nicht als ein Drehzahlschätzwert zu verstehen, sondern lediglich als eine zweckmäßig beeinflusste Eingangsgröße für die Indirekte Ständergrößenregelung ISR oder eine andere Ständer- oder Läuferfluss-basierte Regelung. Für die Funktionsfähigkeit der Steuerung muss allerdings unter allen denkbaren Umständen gewährleistet werden, dass die Abweichung zwischen der Dreh­ zahlersatzgröße ωrs und der tatsächlichen Drehzahl ωrs nicht zu groß wird, damit kein Kippvorgang des Motors auftritt.
Durch die spezielle Ausgestaltung der Steuerung muss deshalb dafür gesorgt werden, dass der gesteuerte Motor unter allen Umständen (vorgegebenes Solldrehmoment Tw, Lastdrehmoment und -trägheit) stets ein ausreichendes Drehmoment entwickelt, um die geforderte Bewegung zu bewirken. Im Detail erfolgen im Steuerungsbetrieb die folgenden Maßnahmen.
Im Flussbeobachter werden die Verstärkungen der Stromaus­ gleichsregler stark erhöht, so dass der Flussbeobachter die Charakteristik eines I-ω-Modells erhält. In diesem Strom- Drehzahl-Modell wird zwar der tatsächliche Statorstrom des Motors verwendet, die berücksichtigte Drehzahl ist jedoch die erzeugte Drehzahlersatzgröße ωrs. Die vom I-ω-Modell ausgegebenen Schätzwerte s, r und entsprechen deshalb den Werten eines fiktiven Motors, der sich gegenüber dem realen Motor lediglich mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit dreht. Da die Winkelgeschwindigkeit im I-ω-Modell hauptsächlich in die Rotorflussintegration eingeht, weicht die vom I-ω-Modell ermittelte Flusslage von der tatsächlich vorliegenden Flusslage des Motors ab.
Weil nun die Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung die Schätzwerte eines fiktiven Motors mit der Drehzahl ωrs, erhält, wird diese gemäß ihren Sollwertvorgaben ψsw, Tw den Fluss und das Drehmoment für diesen fiktiven Motor einstellen. Für ein gegebenes ψsw und Tw resultiert somit auch ein entsprechender Strom mit einer fiktiven Aufteilung in den drehmomentbildenden und den magnetisierenden Anteil. Da die reale Drehzahl von der fiktiven Drehzahl ωrs im allgemeinen abweicht und dadurch die Flusslage nicht korrekt ermittelt wird, ist zwar die von der Ständer- oder Läuferfluss- orientierten Regelung vorgenommene Aufteilung des Stromes in die beiden Stromkomponenten nicht mit der realen Aufteilung identisch, der zugehörige Strombetrag stellt sich aber im realen Motor durch die erzwungene Bedingung s = is tatsächlich ein.
Für die gegebenen Sollwerte ψsw und Tw stellt sich somit eine solche Drehmomentcharakteristik in einer Abhängigkeit von der tatsächlichen Drehzahl bzw. des Schlupfes ein, die einem Be­ trieb mit Strom-Frequenz-Einprägung entspricht.
Zur Festlegung des Parameters Kω in der Steuerung ist zu ermitteln, wie hoch der Drehmomentbedarf und die zugehörige Statorstromaufnahme für den ungünstigsten Betriebsfall ist.
Zur Verbesserung der Eigenschaften bei kleinen Drehzahlen wur­ de eine Steuerung entworfen, die in diesem Drehzahlbereich die vorhandene Antriebsregelung ergänzt.
Aufgrund der bereits vorhandenen Hard- und Software für den Motor-Controller ist die Steuerung so konzipiert, dass die zusätzlich vorzunehmenden Maßnahmen zur Implementierung der Steuerung möglichst gering bleiben.
Von einer aufwendigen Strukturumschaltung zwischen der Regelung und der Steuerung wird abgesehen, weil diese z. B. ein aufwendiges Nachführen der Integralanteile in den Reglern er­ fordert.
Aus diesem Grunde wird die Steuerungsstruktur so bestimmt, dass die bereits existierenden Komponenten der bisherigen Regelung von der Steuerung mit genutzt werden.
Der Übergang auf den Steuerungsbetrieb wird dadurch erreicht, dass eine Rückkopplung der Regelung aufgetrennt wird. Die Ablösung zwischen der Steuerung und der Regelung erfolgt durch die Beschaltung des Integrators der Drehzahlschätzung. Durch die Definition zweier komplementärer Gewichtungen wird die Ablösung zwischen der Regelung und der Steuerung mit der vor­ geschriebenen Ruckbegrenzung gewährleistet.
Bei der Steuerung des Motors wird dem Flussbeobachter nicht mehr der unsichere Wert der Drehzahlschätzung, sondern eine geeignete Drehzahlersatzgröße zugeführt. Diese Drehzahlersatz­ größe, die direkt aus dem Solldrehmoment abgeleitet wird, dient nicht als eine verbesserte Drehzahlschätzung im Bereich kleiner Drehzahlen, sondern lediglich als eine zweckmäßig be­ einflusste Steuergröße.
Im Steuerungsbetrieb wird dem Flussbeobachter durch eine starke Anhebung der Verstärkungen in den Stromausgleichsreglern die Charakteristik eines I-ω- Modells aufgeprägt.
Der Flussbeobachter ermittelt somit im Steuerungsbetrieb mit den Messwerten und der neuen Drehzahlersatzgröße die Flüsse und das Drehmoment eines fiktiven Motors, der sich gegenüber dem realen Motor nur in der vorliegenden Winkelgeschwindigkeit unterscheidet. Der übergeordnete Block "Indirekte Ständer­ größenregelung ISR" oder eine andere Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung steuert den realen Motor ge­ mäß diesen Vorgaben des I-ω-Modells.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung, die eine Regelung für große Drehzahlen und eine Steuerung für kleine Drehzahlen umfasst, wobei die Steuer- und Regelungseinrichtung
  • - eine Drehzahlschätzung mit einem Integrator für die Winkelgeschwindigkeit eines Asynchronmotors,
  • - einen Flussbeobachter zum Ermitteln der Flüsse und des Drehmoments, und
  • - eine übergeordnete Ständer- oder Läuferfluss-orientierte Regelung zum Steuern des Asynchronmotors aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass bei kleinen Drehzahlen anstelle des Werts ωrs der Drehzahlschätzung eine Drehzahlersatzgröße ωrs verwendet wird, die aus dem Solldrehmoment Tw generiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung der Drehzahlersatzgröße ωrs durch einen Integrator erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Umschaltung zwischen dem Regelungs- und dem Steuerungsbetrieb am Eingang e des Integrators vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ablösung zwischen der Regelung und der Steuerung die Eingangsgröße e des Integrators mit Hilfe zweier komplementärer Gewichtungen S1(ωu) und S2(ωu) aus den beiden zur Verfügung stehenden Werten e1 und e2 gebildet werden, wobei zur Umschaltung zwischen der Regelung und der Steuerung die Größe ωu verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße e des Integrators mit den Gewichtungen gerechnet wird als
e = S1(ωu)e1 + S2(ωu)e2 mit S1(ωu) + S2(ωu) = 1 ∀ωu
mit
wobei g und Δ freie Parameter sind und Δ die Breite des Übergangsbereichs zwischen Regelung und Steuerung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Betrag des Drehzahlschätzwertes rs bzw. der Drehzahlersatzgröße ωrs zur Bildung der Größe ωu zusätzlich die Funktion ω0 addiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktion gewählt wird
mit einer Zeitkonstanten τ, wobei t0 den Startzeitpunkt des Beschleunigungsvorgangs aus dem Stillstand darstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ω0 aus dem Eingangssignal e des Integrators oder aus dem Solldrehmoment Tw abgeleitet wird.
9. Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
DE10020136A 2000-04-14 2000-04-14 Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens Ceased DE10020136A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10020136A DE10020136A1 (de) 2000-04-14 2000-04-14 Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10020136A DE10020136A1 (de) 2000-04-14 2000-04-14 Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10020136A1 true DE10020136A1 (de) 2001-10-25

Family

ID=7639820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10020136A Ceased DE10020136A1 (de) 2000-04-14 2000-04-14 Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10020136A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10214622B4 (de) * 2001-03-29 2007-02-15 Ford Global Technologies, LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Dearborn Sensorlose Regelung für einen Asynchronmotor
EP2432114A1 (de) * 2010-09-16 2012-03-21 ABB Technology AG Flussmittelausgabeausgleich für eine elektrische Rotationsmaschine
EP2184848A3 (de) * 2008-10-31 2015-12-16 Lenze Drives GmbH Steuerungssystem und Steuerungsverfahren zum geberlosen Betrieb von Asynchronmaschinen
CN102403945B (zh) * 2010-09-16 2016-12-14 Abb技术有限公司 旋转电机的通量偏移补偿
CN106788080A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4343627A1 (de) * 1993-12-21 1995-06-22 Abb Patent Gmbh Verfahren zur Regelung von Flußbetrag und Drehmoment einer Induktionsmaschine
DE4433551C2 (de) * 1994-09-06 1997-04-10 Licentia Gmbh Drehzahlschätzverfahren für den drehzahlgeberlosen Betrieb von wechselrichtergespeisten Asynchronmotoren
DE19916774A1 (de) * 1999-04-15 2000-10-19 Lenze Gmbh & Co Kg Aerzen Verfahren zum drehgeberlosen, feldorientierten 4-Quadranten-Betrieb einer Asynchronmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4343627A1 (de) * 1993-12-21 1995-06-22 Abb Patent Gmbh Verfahren zur Regelung von Flußbetrag und Drehmoment einer Induktionsmaschine
DE4433551C2 (de) * 1994-09-06 1997-04-10 Licentia Gmbh Drehzahlschätzverfahren für den drehzahlgeberlosen Betrieb von wechselrichtergespeisten Asynchronmotoren
DE19916774A1 (de) * 1999-04-15 2000-10-19 Lenze Gmbh & Co Kg Aerzen Verfahren zum drehgeberlosen, feldorientierten 4-Quadranten-Betrieb einer Asynchronmaschine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zimmermann: "High Dynamic AC Machine Control with-out speed or Position Sensor" in Europ, Transact. on el. Power Eng. ETEP, Vol. 6, 1996, H. 1, S. 47-51 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10214622B4 (de) * 2001-03-29 2007-02-15 Ford Global Technologies, LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Dearborn Sensorlose Regelung für einen Asynchronmotor
EP2184848A3 (de) * 2008-10-31 2015-12-16 Lenze Drives GmbH Steuerungssystem und Steuerungsverfahren zum geberlosen Betrieb von Asynchronmaschinen
EP2432114A1 (de) * 2010-09-16 2012-03-21 ABB Technology AG Flussmittelausgabeausgleich für eine elektrische Rotationsmaschine
CN102403945A (zh) * 2010-09-16 2012-04-04 Abb技术有限公司 旋转电机的通量偏移补偿
US8653768B2 (en) 2010-09-16 2014-02-18 Abb Technology Ag Flux offset compensation for a rotating electrical machine
RU2566499C2 (ru) * 2010-09-16 2015-10-27 Абб Текнолоджи Аг Коррекция смещения магнитного потока для вращающейся электрической машины
CN102403945B (zh) * 2010-09-16 2016-12-14 Abb技术有限公司 旋转电机的通量偏移补偿
CN106788080A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法
CN106788080B (zh) * 2017-01-16 2019-02-01 哈尔滨工业大学 一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3518589C2 (de)
DE69731060T2 (de) Verfahren und Gerät zur Berechnung und Steuerung von nicht-linearen Störungen in einem Rückführsteuerungssystem
DE3105792C2 (de) Wechselrichter-Steuerschaltung
DE10214622B4 (de) Sensorlose Regelung für einen Asynchronmotor
DE102005036848B4 (de) Verfahren und Einrichtung zur Bewegungsführung eines bewegbaren Maschinenelements einer Maschine
DE102004001764B4 (de) Ausgleich der Reibung in einem Lenksystem eines Fahrzeuges
EP1183579B1 (de) Regelungssystem mit modellgestützter sicherheitsüberwachung eines elektronisch geregelten stellers im kraftfahrzeug
DE102011009935B4 (de) Verfahren zum Ansteuern eines optimalen Betriebspunktes bei einer Synchronmaschine und eine umrichtergespeiste Synchronmaschine
DE19643909B4 (de) Motorsteuervorrichtung
EP0127158B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Flussvektors einer Drehfeldmaschine aus Ständerstrom und Ständerspannung und deren Anwendung
DE3018200A1 (de) Steuerung fuer ein hubschrauber-hoehenruder
DE102014118741B4 (de) Motorsteuervorrichtung
DE10206191A1 (de) Verfahren zur feldorientierten Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine mit Reluktanzmoment
DE19523971B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Induktionsmotors
DE10019152A1 (de) Regelungssystem mit modellgestützter Sicherheitsüberwachung eines elektronisch geregelten Stellers im Kraftfahrzeug
DE3015196A1 (de) Anordnung und verfahren zum betreiben eines wechselstrommotors bei hohem schlupf
DE10020136A1 (de) Verfahren zum Steuern und Regeln eines drehgeberlosen Antriebs und Steuer- und Regelungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE4418997C2 (de) Feldorientierte Regelung für einen über einen Spannungs-Pulswechselrichter gespeisten Drehstrommotor
DE4107362C2 (de) Verfahren zum stoßfreien Zuschalten eines Umrichters auf eine sich mit unbekannter Drehzahl drehende Drehstromasynchronmaschine
EP1229411B1 (de) Steuerungsverfahren sowie Regelungsstruktur zur Bewegungsführung, Vorsteuerung und Feininterpolation von Objekten in einem Drehzahlreglertakt, der schneller als der Lagereglertakt ist
EP0110095B1 (de) Sollwertgeber für eine Antriebsregelungseinrichtung
EP3449564B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum steuern einer elektromaschine
EP3144754A1 (de) Dämpfung von lastschwingungen ohne zusätzliche messmittel an der lastseite
DE102015220364A1 (de) Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zum Steuern eines Notfallbetriebs einer Drehfeldmaschine mit einer Mehrzahl von Phasen bei einer Fehlfunktion wenigstens einer Phase der Drehfeldmaschine
EP1226472A1 (de) Verfahren zur ermittlung von zeitkonstanten eines referenzmodelles in einer kaskadierten regelungsanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
ON Later submitted papers
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection