DE10063896A1 - Verfahren und Regelkreis zur Regelung eines von einem Elektromotor abgegebenen Moments - Google Patents

Verfahren und Regelkreis zur Regelung eines von einem Elektromotor abgegebenen Moments

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DE10063896A1 DE2000163896 DE10063896A DE10063896A1 DE 10063896 A1 DE10063896 A1 DE 10063896A1 DE 2000163896 DE2000163896 DE 2000163896 DE 10063896 A DE10063896 A DE 10063896A DE 10063896 A1 DE10063896 A1 DE 10063896A1
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    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Regelkreis zur Regelung des von einem Elektromotor (13) abgegebenen Moments (M). Bei dem Elektromotor (13) sind ein momentenbildender Stromanteil (i¶sq¶) und ein flussbildender Stromanteil (i¶sd¶) miteinander verkoppelt. Dies ist beispielsweise bei elektrisch kommutierten Drehstrommaschinen der Fall. Um eine schnelle und genaue, aber dennoch einfach zu realisierende Momentenregelung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass eine Ansteuerspannung (u¶sq¶) für den Elektromotor (13) von einem dynamischen Momentenregler (19) der Momentenregelung unmittelbar ermittelt wird. Vorteilhafter Weise wird die Ansteuerspannung (u¶sq¶) aus dem Sollwert des Moments (M*) und einem Fehlersignal (e) ermittelt, wobei das Fehlersignal (e) eine Differenz eines Referenzwerts des Moments (M¶ref¶) und des Istwerts des Moments (M) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Regelkreis zur Regelung des von einem Elektromotor abgegebenen Moments. Bei dem Elektromotor sind ein momentenbildender Stromanteil und ein flussbildender Stromanteil miteinander verkoppelt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuergerät für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät dient zur Regelung des von einem als Elektromotor ausgebildeten Aktuators des Steer-by-Wire- Lenksystems abgegebenen Moments. Bei dem Elektromotor sind ein momentenbildender Stromanteil und ein flussbildender Stromanteil miteinander verkoppelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Speicherelement für ein Steuergerät eines Steer-by-Wire- Lenksystems eines Kraftfahrzeugs. Das Speicherelement ist bspw. als ein Read-Only-Memory, als ein Random-Access- Memory oder als ein Flash-Memory ausgebildet. Auf dem Speicherelement ist ein Computerprogramm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist.
Stand der Technik
Das Verfahren und der Regelkreis der eingangs genannten Art können zur Regelung des von einem in beliebigen Bereichen einsetzbaren Elektromotor abgegebenen Moments eingesetzt werden. Das Verfahren und der Regelkreis sind insbesondere bei Elektromotoren einsetzbar, bei denen ein momentenbildender Stromanteil und ein flussbildender Stromanteil miteinander verkoppelt sind, wie dies beispielsweise bei elektrisch kommutierten Drehstrommaschinen der Fall ist. Nachfolgend wird auf einen möglichen Einsatzbereich in einem Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug Bezug genommen. Dabei wird ein Moment geregelt, das von einem als Drehstrommaschine ausgebildeten Aktuator des Steer-by-Wire-Lenksystems abgegeben wird.
Es wird ausgegangen von einem Steer-by-Wire-Lenksystem, das einen elektrischen Lenksteller (Ventilaktuator (VA)-Motor) aufweist, der über ein Getriebe oder direkt an einem Drehstab einer Zahnstangen-Hydrolenkung angebracht ist. Ein Fahrerwunsch wird an einem Lenkrad des Lenksystems durch einen geeigneten Geber abgegriffen. Die Rückwirkungen von der Fahrbahn werden durch einen an dem Lenkrad angebrachten Lenkradsteller (Lenkradaktuator (LRA)-Motor) an den Fahrer übermittelt.
Der Lenksteller und der Lenkradsteller können grundsätzlich als Gleichstrom- oder als Drehstrommaschinen ausgebildet sein. Gleichstrommaschinen haben den Vorteil, dass sie einfach zu regeln sind, da über Anker- und Erregerstromkreis jeweils der momentenbildende und der flußbildende Stromanteil getrennt voneinander geregelt werden kann. Nachteilig wirkt sich bei Gleichstrommaschinen jedoch der Verschleiß an den Bürsten aus, wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit deutlich erhöhen kann. Aus Gründen der Zuverlässigkeit und Sicherheit werden deshalb in Steer-by-Wire-Lenksystemen zunehmend Drehstrommaschinen als Aktuatoren eingesetzt.
Der Strom einer Drehstrommaschine kann als Vektor in einem statorfesten αβ-Koordinatensystem oder in einem rotorflussfesten dq-Koordinatensystem dargestellt werden. In dem dq-System hat der Stromvektor eine momentenbildende Stromkomponente und eine flussbildende Stromkomponente. Im Gegensatz zu Gleichstrommaschinen ist die Regelung für elektrisch kommutierte Drehstrommaschinen sehr aufwendig, da hier der momentenbildende Stromanteil und der flussbildende Stromanteil miteinander verkoppelt sind.
Nach dem Stand der Technik wird zur Momentenregelung von Drehstrommaschinen, insbesondere wenn Schnelligkeit und Genauigkeit gefordert sind, eine der Momentenregelung unterlagerte Stromregelung eingesetzt. Die Stromregelung umfasst beispielsweise zwei getrennte PI-Stromregler und zusätzlich ein Entkopplungsnetzwerk, das den momentenbildenden und den flussbildenden Stromanteil in entsprechende Spannungskomponenten umwandelt und zusätzlich die Größen in dem dq-System voneinander unabhängig hält. Das Entkopplungsnetzwerk realisiert jedoch lediglich die Berechnung der Spannungskomponenten aus den strommäßigen Reglerausgangsgrößen und nimmt keine Entkopplung im regelungstechnischen Sinne vor. Die bekannte Reglerstruktur mit zwei PI-Reglern liefert deshalb nur im stationären, nicht jedoch im dynamischen Zustand, hinsichtlich Genauigkeit und Schnelligkeit der Regelung befriedigende Regelergebnisse. Ein weiterer Nachteil der Stromregelung mit zwei getrennten PI-Reglern liegt in der fehlenden mathematisch geschlossenen Darstellungsform des Reglerentwurfs. Dadurch ist eine Realisierung des Reglerentwurfs auf einem Rechner nicht systematisch und schwierig.
Aus dem Stand der Technik ist es des Weiteren bekannt, die der Momentenregelung unterlagerte Stromregelung als einen Mehrgrößenzustandsregler auszubilden. Eine derartige Stromregelung ist ausführlich in einer Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren und Regelkreis zur Regelung des Stroms eines Elektromotors" derselben Anmelder (internes Aktenzeichen EM 2000/0976; R.39098) beschrieben. Auf diese Patentanmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen. Die Eingangsgröße des Momentenreglers ist der Sollwert des Moments. Dieser Momentensollwert ist primär abhängig von der aktuellen Winkelstellung der lenkbaren Räder. Aus dem Sollmoment und einem an dem Elektromotor gemessenen Ist- Moment wird in dem Momentenregler eine Führungsgröße für die als Mehrgrößenzustandsregler ausgebildete Stromregelung gebildet. Die Führungsgröße der Stromregelung eines als Drehstrommotor ausgebildeten Elektromotors ist der Statorstromvektor. Da die anschließende Stromregelung in dem rotorflussfesten dq-Koordinatensystem vorgenommen wird, lässt sich die Führungsgröße is * der Stromregelung in zwei Komponenten unterteilen, in eine flussbildende Stromkomponente isd * und in eine momentenbildende Stromkomponente isq *.
Der Vorteil der Betrachtung des Elektromotors in dem rotorflussfesten dq-System ist, dass die momentenbildenden und flussbildenden Größen unabhängig voneinander vorgegeben werden können. In dem Mehrgrößenzustandsregler wird aus der vektoriellen Führungsgröße is * und der vektoriellen Regelgröße is eine vektorielle Stellgröße us gebildet, die auf die Regelstrecke wirkt. Die Regelstrecke umfasst üblicherweise den Elektromotor und einen Umrichter zur Ansteuerung des Elektromotors. Für die Momentenregelung ist lediglich der momentenbildende Stromanteil der Regelgröße isq von Bedeutung.
Das auftretende Moment M an einem Lenkrad eines Steer-by- Wire-Lenksystems wird entweder direkt an dem Elektromotor mit Hilfe eines Momentensensors gemessen oder aus der Stromkomponente isq berechnet. Die Berechnung des Moments M erfolgt mit Hilfe der Beziehung
M = 3/2 zpΨpisq
aus Polpaarzahl zp, Polradfluss Ψp und der momentenbildenden Stromkomponente isq. Dieses Moment M spürt der Fahrer an dem Lenkrad als Gegenmoment bei einer vorgegebenen Lenkradwinkeländerung. Das künstlich erzeugte Handmoment bzw. Rückstellmoment sollte sich möglichst nicht von dem bisher bekannten Rückstellmoment einer Hydrolenkung mit mechanischer Lenksäule unterscheiden.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Momentenregelung mit einer unterlagerten Stromregelung hat den Nachteil, dass eine Strommessung für den Istwert des Stroms is und eine Stromregelung notwendig sind. Außerdem ist eine digitale Realisierung von Stromregelungen aufgrund der geforderten Schnelligkeit der Stromregelung nur mit sehr kleinen Abtastzeiten bzw. mit Hilfe digitaler Signalprozessoren zur Beschleunigung der Signalverarbeitung möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor mit miteinander verkoppelten momentenbildenden und flussbildenden Stromanteilen eine Momentenregelung zu schaffen, die einerseits besonders schnell und hochgenau arbeitet und andererseits ohne großen Aufwand auch mit großen Abtastzeiten zu realisieren ist.
Zur Lösung diese Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren zur Momentenregelung der eingangs genannten Art vor, dass eine Ansteuerspannung für den Elektromotor von einem dynamischen Momentenregler der Momentenregelung unmittelbar ermittelt wird.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Momentenregelung wird auf den Einsatz einer der Momentenregelung unterlagerten Stromregelung verzichtet. Dabei muss der Momentenregler der erfindungsgemäßen Momentenregelung derart ausgelegt werden, dass er die Aufgaben sowohl des bisher eingesetzten Momentenreglers als auch des bisher eingesetzten Stromreglers übernehmen kann. Insbesondere muss der Momentenregler der erfindungsgemäßen Momentenregelung eine wesentlich höhere Schnelligkeit als der bisher eingesetzte Momentenregler aufweisen, da bei der erfindungsgemäßen Momentenregelung keine Stromregelung mehr zur Verfügung steht, die bisher für die hohe Schnelligkeit gesorgt hat. Die hohe Schnelligkeit des Momentenreglers der erfindungsgemäßen Momentenregelung kann beispielsweise durch den Einsatz eines dynamischen Momentenreglers erreicht werden, der die Messwerte zurückliegender Abtastzeiten berücksichtigt.
Als besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Momentenregelung lassen sich insbesondere anführen:
  • - auf Strommessungen zur Ermittlung eines Stromistwertes kann verzichtet werden;
  • - geringer Realisierungsaufwand, da nur noch Momentenregler und kein Stromregler mehr zu realisieren ist;
  • - Realisierung als zeitdiskreter Regler, der unmittelbar auf einem Mikroprozessor programmierbar ist;
  • - auch bei größeren Abtastzeiten einsetzbar;
  • - hohe Robustheit gegenüber Parameteränderungen bzw. unbekannten Nichtlinearitäten; und
  • - hohe Schnelligkeit in Bezug auf das Führungsverhalten und das Ausregeln von Störungen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerspannung aus dem Sollwert des Moments und einem Fehlersignal ermittelt wird, wobei das Fehlersignal die Differenz eines Referenzwerts des Moments und des Istwerts des Moments ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Referenzwert des Moments anhand eines gewählten Referenzmodells aus dem Sollwert des Moments ermittelt wird. Mit Hilfe des Referenzmodells wird dem geschlossenen Momentenregelkreis, der aus dem Momentenregler und der Regelstrecke besteht, ein gewünschtes Übertragungsverhalten, insbesondere ein gewünschtes dynamisches Verhalten, vorgegeben.
Vorteilhafterweise wird das Referenzmodell im diskreten Zeitbereich als
Mref(k) = -a1rMref(k -1) + b1rM*(k - 1)
gewählt. Als Referenzmodell wird also ein System mit PT1- Verhalten in diskreter Form gewählt.
Der Momentenregler wird vorzugsweise derart entworfen, dass das Fehlersignal asymptotisch konvergiert.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ausgangsspannung im diskreten Zeitbereich als

usq(k) = 1/b1[a1r M(k - 1) + b1rM*(k - 1) + a1M(k - 1) - b2usq(k - 1) - z(k) - kee(k)]
gewählt wird, mit motorabhängigen Parametern a1, b1, b2 und einer unbekannten Störung z, wobei der Istwert des Moments als
M(k) = -a1M(k - 1) + b1usq(k) + b2usq(k - 1) + z(k)
gewählt wird, mit einem Verstärkungsfaktor ke für das Fehlersignal e(k) = Mref(k) - M(k), und das dynamische Verhalten des Momentenreglers über den Verstärkungsfaktor eingestellt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die unbekannte Störung zum Zeitpunkt k mit Hilfe von um L Zeitschritte zurückliegenden Messwerten anhand der Gleichung
z(k) = M(k - L) + a1M(k - 1 - L) - b1usq(k - L) - b2usq(k - 1 - L)
ermittelt wird.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Momentenregelkreis der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Regelkreis Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Steuergerät zur Momentenregelung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass in dem Steuergerät Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert sind.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Speicherelements, das für ein Steuergerät eines Steer-by- Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Speicherelement ein Computerprogramm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Speicherelement abgespeichertes Computerprogramm realisiert, so dass dieses mit dem Computerprogramm versehene Speicherelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Als Speicherelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory, ein Random-Access-Memory oder ein Flash- Memory.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Computerprogramm, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, abläuft. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Computerprogramm auf einem Speicherelement, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steer-by- Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 eine Regelkreisstruktur einer erfindungsgemäßen Momentenregelung; und
Fig. 3 einen Aufbau der Momentenregelung aus Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Steer- by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Bei dem Steer-by-Wire-Lenksystem 1 wird auf eine konventionelle mechanische Lenksäule verzichtet. Die Aufgabe der mechanischen Lenksäule wird vielmehr mit Hilfe eines Lenkstellers 2 (Ventilaktuator (VA)-Motor) elektronisch realisiert. Über den Lenksteller 2 wird ein Ventil einer hydraulischen Lenkunterstützung betätigt. Zur Realisierung der hydraulischen Lenkunterstützung weist das Steer-by- Wire-Lenksystem 1 eine Hydraulikpumpe 3 auf, die eine Hydraulikflüssigkeit in einem Hydraulikkreislauf 4 fördert.
Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs teilt dem Steer-by-Wire- Lenksystem 1 seinen Lenkwunsch mittels eines Lenkrades 5 mit. Lenkwinkelsensoren 6, 7 erfassen den Fahrerlenkwunsch δLR und geben diesen an einen Block 8 "Sollwertbildung" weiter. In dem Block 8 wird der Fahrerlenkwunsch δLR in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v modifiziert. Dadurch kann eine geschwindigkeitsabhängige Lenkunterstützung realisiert werden. Am Ausgang des Blocks 8 liegt der Sollwert δLR * an und wird an einen Lenkregler 9 weitergeleitet. Der Lenksteller 2 ist über ein Getriebe oder direkt an einem Drehstab 10 einer Zahnstangenlenkung angebracht. Der Lenksteller 2 ist als eine elektrisch kommutierte Drehstrommaschine ausgebildet. Er wird von dem Lenkregler 9 mit Hilfe eines Umrichters 11 (VA-Umrichter) angesteuert.
Das durch den Wegfall der Lenksäule fehlende Straßengefühl, das durch das Rückstellmoment an den gelenkten Rädern 12 bzw. durch das Handmoment M an dem Lenkrad 5 ausgedrückt wird und von dem der Fahrerlenkwunsch stark abhängt, wird mit Hilfe eines Lenkradstellers 13 (Lenkradaktuator (LRA)- Motor) wieder hergestellt. Der Lenkradsteller 13 ist über ein Getriebe oder direkt an das Lenkrad 5 gekoppelt. Er wird von einem Lenkradregler 14 mittels eines Umrichters 15 (LRA-Umrichter) geregelt.
Das Sollhandmoment M* wird mit Hilfe der Winkeldifferenz δVA - δRitzel ermittelt. δVA ist der mit einem Winkelsensor 16 gemessene Winkel am Lenksteller 2. δRitzel ist der an einem Ritzel der Zahnstangenlenkung gemessene Winkel. Der Ritzelwinkel δRitzel wird mit einem an dem Ritzel angebrachten Winkelsensor 17 und/oder mit einem an einer Zahnstange der Zahnstangenlenkung angebrachten Weg- bzw. Winkelsensor 18 gemessen. Alternativ wird das Sollhandmoment M* aus dem Strom iVA des Lenkstellers 2 ermittelt. Das Sollhandmoment M* wird dem Lenkradregler 14 zugeführt, der den Lenkradsteller 13 so ansteuert, dass das Handmoment M auf das Lenkrad 5 übertragen wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Momentenregelung von Drehstrommaschinen, insbesondere von Steer-by-Wire- Aktuatoren, ohne den Einsatz von Stromreglern.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 ein Steuergerät 34 mit einem Mikroprozessor 35 auf. Auf dem Mikroprozessor 35 ist ein Computerprogramm ablauffähig, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm ist auf einem als Flash-Memory ausgebildeten Speicherelement 36 des Steuergeräts 34 abgespeichert und wird vor oder während der Ausführung des Verfahrens über eine Datenleitung 37 in den Mikroprozessor 35 geladen. Das Steuergerät 34 erhält eine Vielzahl von Zustandsgrößen 38 sowohl des Lenksytems 1 als auch anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie bspw. der Brennkraftmaschine. Anhand dieser Zustandsgrößen 38 erzeugt das Steuergerät 34 während der Abarbeitung des Computerprogramms bzw. während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Ansteuersignale 39 für Aktuatoren 2, 13 des Lenksytems 1 und unter Umständen auch für Aktoren anderer Fahrzeugkomponenten.
In Fig. 2 ist die Regelkreisstruktur einer erfindungsgemäßen Momentenregelung dargestellt. Die Momentenregelung ist beispielsweise in dem Lenkradregler 14 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 aus Fig. 1 realisiert. Ein dynamischer Momentenregler 19 liefert eine Ansteuerspannung us für die Regelstrecke 21 bestehend aus dem Umrichter 15 und dem Aktuator 13 unmittelbar, d. h. ohne den Einsatz einer unterlagerten Stromregelung. Das hat den Vorteil, dass eine Strommessung für die Regelung nicht mehr notwendig ist. Der Momentenregler 19 ist als ein robuster Momentenregler (sog. robust torque controller, RTC) ausgebildet.
Der Aufbau der Momentenregelung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Momentenregler 19 liefert aus dem Sollwert M* und einem Fehlersignal e unmittelbar eine Ansteuerspannung usq für den Umrichter 15. Das Fehlersignal e wird aus einer Differenz eines Referenzwerts des Moments Mref und dem Istwert des Moments M gebildet.
Mit Hilfe eines Referenzmodells 20 wird dem geschlossenen Regelkreis, der den RTC-Momentenregler 19 und die Regelstrecke 21 umfasst, ein gewünschtes Übertragungsverhalten vorgegeben. Als Referenzmodell 20 wird ein System mit PT1-Verhalten in diskreter Form mit der nachfolgenden Gleichung gewählt:
Mref(k) = -a1rMref(k -1) + b1rM*(k - 1) (1)
Eine Regelstrecke 21 der Momentenregelung umfasst den Umrichter 15 und den Lenkradsteller 13. Nach der Überführung der Regelstrecke 21 in den diskreten Zeitbereich ergibt sich:
M(k) = -a1M(k - 1) + b1usq(k) + b2usq(k - 1) + z(k) (2)
wobei über z(k) Störungen und Parameterunsicherheiten der Regelstrecke 21 Berücksichtigung finden. a1, b1, b2 sind motorabhängige Parameter.
Der robuste Momentenregler 19 wird derart entworfen, dass das Fehlersignal
e(k) = Mref(k) - M(k) (3)
asymptotisch konvergiert.
Durch Einsetzen der Gl. 1 und Gl. 2 in die Gl. 3 und einem anschließenden Auflösen der Gleichung nach der Ansteuerspannung usq ergibt sich:
usq(k) = 1/b1[a1rM(k - 1) + b1rM*(k - 1) + a1M(k - 1) - b2usq(k - 1) - z(k) - kee(k)] (4)
wobei ke einen Verstärkungsfaktor für das Fehlersignal e (Regelabweichung) darstellt. Der flussbildende Anteil usd der Ansteuerspannung wird gleich Null gesetzt.
Die unbekannte Störung z zum Zeitpunkt k wird mit Hilfe von um L Zeitschritte zurückliegenden Messwerten bestimmt. Für die Störung z ergibt sich damit:
z(k) = M(k - L) + a1M(k - 1 - L) - b1usq(k - L) - b2usq(k - 1 - L) (5)
Für die Stellgröße usq ergibt sich damit:
Da der Momentenregler von vorn herein auf der Basis eines diskreten Referenzmodells 20 entworfen wurde, kann der Regelalgorithmus aus Gl. 6 direkt mit einem Mikroprozessor 35 ohne Rücksicht auf den Einfluss der Abtastzeit realisiert werden. Bei der Realisierung des Regelalgorithmus wird lediglich die Momenteninformation verwendet.

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung des von einem Elektromotor (13) abgegebenen Moments (M), wobei bei dem Elektromotor (13) ein momentenbildender Stromanteil (isq) und ein flussbildender Stromanteil (isd) miteinander verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerspannung (usq) für den Elektromotor (13) von einem dynamischen Momentenregler (19) der Momentenregelung unmittelbar ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung (usq) aus dem Sollwert des Moments (M*) und einem Fehlersignal (e) ermittelt wird, wobei das Fehlersignal (e) die Differenz eines Referenzwerts des Moments (Mref) und des Istwerts des Moments (M) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert des Moments (Mref) anhand eines Referenzmodells (20) aus dem Sollwert des Moments (M*) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmodell (20) im diskreten Zeitbereich als
Mref(k) = -a1rMref(k -1) + b1rM*(k - 1)
gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenregler (19) derart entworfen wird, dass das Fehlersignal (e(k) = Mref(k) - M(k)) asymptotisch konvergiert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (usq) im diskreten Zeitbereich als
usq(k) = 1/b1[-a1rM(k - 1) + b1rM*(k - 1) + a1M(k - 1) - b2usq(k - 1) - z(k) - kee(k)]
gewählt wird, mit motorabhängigen Parametern (a1, b1, b2) und einer unbekannten Störung (z), wobei der Istwert des Moments (M) als
M(k) = -a1M(k - 1) + b1usq(k) + b2usq(k - 1) + z(k)
gewählt wird, mit einem Verstärkungsfaktor (ke) für das Fehlersignal (e),
und das dynamische Verhalten des Momentenreglers (19) über den Verstärkungsfaktor (ke) eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unbekannte Störung (z) zum Zeitpunkt (k) mit Hilfe von um L Zeitschritte zurückliegenden Messwerten anhand der Gleichung
z(k) = M(k - L) + a1M(k - 1 - L) - b1usq(k - L) - b2usq(k - 1 - L)
ermittelt wird.
8. Regelkreis zur Regelung des von einem Elektromotor (13) abgegebenen Moments (M), wobei bei dem Elektromotor (13) ein momentenbildender Stromanteil (isq) und ein flussbildender Stromanteil (isd) miteinander verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
9. Steuergerät (34) für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur Regelung des von einem als Elektromotor (13) ausgebildeten Aktuators des Steer-by- Wire-Lenksystems abgegebenen Moments (M), wobei bei dem Elektromotor (13) ein momentenbildender Stromanteil (isq) und ein flussbildender Stromanteil (isd) miteinander verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (34) Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 realisiert sind.
10. Speicherelement (36), insbesondere Read-Only-Memory, Random-Access-Memory oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (34) eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Computerprogramm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor (35), ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.
11. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor (35), abläuft.
12. Computerprogramm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem Speicherelement (36), insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
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