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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Steuern von Wechselstrommotoren
(AC-Motoren) und betrifft insbesondere Systeme und Verfahren zum
Steuern von synchronen Permanentmagnetmotoren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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AC-Motoren
werden bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, welche Fahrzeuganwendungen umfassen,
und AC-Induktionsmotoren sind wünschenswert,
da sie einen einfachen, robusten Aufbau, eine leichte Wartbarkeit
und einen kosteneffektiven Preis aufweisen. Die bei Fahrzeuganwendungen
verwendeten AC-Motoren werden typischerweise derart gesteuert (z.B. über einen
Spannungszwischenkreisumrichter), dass die Motorphasenströme sinusförmig sind.
Ein Versorgen des AC-Motors mit einem sinusförmigen Eingangsstrom erzeugt
typischerweise das höchste
Durchschnittsdrehmoment ohne zusätzliche
niederfrequente Oberwellen, welche eine Quelle von Drehmomentpulsen
in den AC-Motoren sein können.
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Bei
Vortriebsanwendungen für
ein Elektrofahrzeug (EV von electric vehicle)/Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug
(FCEV von fuel cell electric vehicle)/Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV
von hybrid electric vehicle) besteht eine Entwurfsüberlegung
darin, die Verwendung einer verfügbaren
DC-Busspannung zu maximieren. Bei einer Verwendung eines Vortriebantriebs systems
auf der Grundlage einer Induktionsmaschine wird normalerweise ein
sechsstufiger Schaltbetrieb implementiert, um die DC-Busspannung
bei Operationen in einem hohen Drehzahlbereich zu verwenden. Aufgrund
des Vorhandenseins von Schlupf (d.h. der Differenz zwischen der
Rotorfrequenz und der Statorfrequenz) ist der sechsstufige Betrieb
mit der Induktionsmaschine typischerweise einfach zu implementieren.
Der Schlupf kann beispielsweise durch ein Steuern der Phase der
Statorspannungen gesteuert werden.
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Einige
AC-Motoren sind Permanentmagnetmotoren, die entworfen sind, um eine
sinusförmig
gestaltete Wellenform des gegenelektromagnetischen Felds (EMF) aufzuweisen.
Synchrone Permanentmagnetmotoren (SPMM) weisen typischerweise Eigenschaften
einer hohen Energiedichte und eines hohen Wirkungsgrads auf und
sind daher für
Vortriebsanwendungen für
EV/FCEV/HEV gut geeignet. Das Schlupfkonzept trifft nicht auf SPMM-Antriebssysteme zu,
weil SPMMs keinen messbaren Schlupf aufweisen. Zusätzlich spricht
die Größe des Statorstroms
auf die absolute Phase der Statorspannung bezüglich des Rotorwinkels an und
daher ist ein Implementieren einer sechsstufigen Steuerung für SPMMs
komplex. Sechsstufige Steuerungsalgorithmen weisen typischerweise
komplizierte Übergangsalgorithmen
zwischen dem herkömmlichen
Vektorsteuerungsalgorithmus und dem sechsstufigen Steuerungsalgorithmus
auf. Diese Übergangsalgorithmen
fügen weitere Komplexität zu einer
Implementierung der sechsstufigen Steuerung für SPMMs hinzu.
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Entsprechend
ist es wünschenswert,
ein Verfahren zur Steuerung von Permanentmagnetmotor-Antriebssystemen
bereitzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, ein Verfahren
zur Steuerung von SPMM-Antriebssystemen bereitzustellen, welches
die DC-Busspannung optimal nutzt, während es eine Statorstromsteuerung
beibehält.
Zusätzlich
ist es wün schenswert,
ein Steuerungssystem für
Permanentmagnetmotor-Antriebssysteme
bereitzustellen. Darüber
hinaus werden andere wünschenswerte
Eigenschaften und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden
genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet
und Hintergrund offenbar werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
werden Verfahren und ein System zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors
bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren
zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors bereitgestellt, das die
Schritte eines Nachstellens eines ersten Strombefehls in Ansprechen
auf einen Spannungsfehler zur Erzeugung eines ersten nachgestellten
Stroms, eines Begrenzens sowohl des ersten nachgestellten Stroms
als auch des zweiten Strombefehls unter einen Maximalstrom, eines
Umwandelns des ersten nachgestellten Stroms in ein erstes Potential,
eines Umwandelns des zweiten Strombefehls in ein zweites Potential, und
eines Versorgens des Permanentmagnetmotors mit den ersten und zweiten
Potentialen umfasst. Der Spannungsfehler wird von einem zweiten
Strombefehl während
einer Spannungssättigung
des Permanentmagnetmotors abgeleitet.
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Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren
zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors bereitgestellt, das die
Schritte eines Nachstellens eines ersten Strombefehls in Ansprechen
auf einen ersten Spannungsfehler zur Erzeugung eines ersten nachgestellten
Stroms, eines Nachstellens des zweiten Strombefehls in Ansprechen
auf einen zweiten Spannungsfehler zur Erzeugung eines zweiten nachgestellten
Stroms, eines Begrenzens sowohl des ersten nachgestellten Stroms
als auch des zweiten nachgestellten Stroms unter einen Maximalstrom,
eines Umwandelns des ersten nachgestellten Stroms in ein erstes Potential,
eines Umwandelns des zweiten nachgestellten Stroms in ein zweites
Potential, und eines Versorgens des Permanentmagnetmotors mit den
ersten und zweiten Potentialen umfasst. Der erste Spannungsfehler
wird von einem zweiten Strombefehl während einer Spannungssättigung
des Permanentmagnetmotors abgeleitet. Der zweite Spannungsfehler
wird von dem ersten Strombefehl während der Spannungssättigung
des Permanentmagnetmotors abgeleitet.
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Es
wird ein Steuerungssystem bereitgestellt, um eine Eingangsspannung
an einen Permanentmagnetmotor zu regeln, welcher einen Sättigungsstrom
aufweist. Der Controller umfasst ein erstes Stromkompensationsmodul,
ein zweites Stromkompensationsmodul und ein Umformungsmodul. Das
erste Stromkompensationsmodul ist ausgestaltet, um einen ersten
Fehler von einem ersten Strombefehl zu subtrahieren, um einen ersten
nachgestellten Strom zu erzeugen, und um den ersten nachgestellten
Strom auf einen ersten Maximalstrom zu begrenzen, um einen ersten
begrenzten Strom zu erzeugen. Das zweite Stromkompensationsmodul ist
ausgestaltet, um einen zweiten Strombefehl auf einen zweiten Maximalstrom
zu begrenzen, um einen zweiten begrenzten Strom zu erzeugen. Der
zweite Maximalstrom ist von dem ersten Maximalstrom und dem Sättigungsstrom
abgeleitet. Das Umformungsmodul ist mit den ersten und zweiten Stromkompensationsmodulen gekoppelt,
um den ersten begrenzten Strom in eine erste Eingangsspannung umzuwandeln,
und um den zweiten begrenzten Strom in eine zweite Eingangsspannung
umzuwandeln. Der erste Fehler wird erzeugt, während der zweite begrenzte
Strom in die zweite Eingangsspannung umgewandelt wird.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den nachfolgenden
Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente bezeichnen, und
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1 ein
Blockdiagramm eines Steuerungssystems für einen Permanentmagnetmotor
gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Steuerungssystems für einen Permanentmagnetmotor
gemäß einer anderen
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Diagramm ist, das Spitzendrehmomente darstellt, welche zur Erläuterung
der Arbeitsweise des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung
nützlich
sind;
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4 ein
Diagramm ist, das Spitzenleistungen darstellt, welche zur Erläuterung
der Arbeitsweise des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung
nützlich
sind;
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5 ein
Diagramm ist, das Systemwirkungsgrade darstellt, welche zur Erläuterung
der Arbeitsweise des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung
nützlich
sind;
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6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
nachfolgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und
ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen
der Erfindung zu beschränken.
Darüber
hinaus ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine explizite oder
implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen
Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden
genauen Beschreibung dargestellt ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Steuerungssystem und ein Verfahren
zur Steuerung permanentmagnetmotorbasierender Antriebssysteme. Das
Steuerungssystem umfasst allgemein ein d-Achsenstromkompensationsmodul,
ein q-Achsenstromkompensationsmodul und ein Umformungsmodul, das
mit den beiden Stromkompensationsmodulen gekoppelt ist. Das d-Achsenstromkompensationsmodul
modifiziert eine d-Achsenstromreferenz, um einen Spannungssättigungsfehler
zu minimieren, und diese Modifikation basiert teilweise auf einer
Spannungsbegrenzung, die auf den q-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehl
angewendet wird. Das q-Achsenstromkompensationsmodul kann auch ausgestaltet
sein, um die q-Achsenstromreferenz
zu modifizieren, um den Spannungssättigungsfehler zu minimieren,
und diese Modifikation basiert teilweise auf einer Spannungsbegrenzung,
die auf den d-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehl angewendet wird.
Zusätzlich werden
die Stromreferenzen (z.B. d- und q-Achse) durch das jeweilige Stromkompensationsmodul
begrenzt, um zu verhindern, dass die Größen der Stromreferenzen eine
vorbestimmte Maximalstromgröße überschreiten.
Das Umformungsmodul wandelt die modifizierten Stromreferenzen in
entsprechende Spannungsreferenzen um, mit welchen ein Permanentmagnetmotor
versorgt wird.
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Die
Spannungsgleichung für
einen synchronen Permanentmagnetmotor (SPMM) ist wie folgt:
wobei R
s der
Widerstand je Phase des SPMM ist, L
d die
d-Achseninduktivität
ist, ω
r die Rotordrehzahl des SPMM ist, L
q die q-Achseninduktivität ist, λ
f die
Flusskopplung des Permanentmagneten ist, i der Strom ist und v die
Spannung ist. Die Bedeutungen von Tieferstellung und Hochstellung
sind wie folgt:
- – Tieferstellung a, b und c:
Quantität
in der Phase a, b bzw. c;
- – Tieferstellung
d und q: Quantität
in den d- bzw. q-Rahmen;
- – Tieferstellung
s: Quantität
von Statorwicklungen;
- – Hochstellung
s: Quantität
in dem Stationärrahmen;
- – Hochstellung
r: Quantität
in dem synchronen (rotierenden) Referenzrahmen; und
- – Hochstellung
*: Quantität,
die ein Befehl ist.
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Unter
der Annahme, dass die tatsächlichen
d- und q-Achsenströme
dem befohlenen Wert folgen, kann der bei einer Spannungssättigung
erzeugte Spannungsfehler (Δν
ds r, Δν
qs r) ausgedrückt werden als
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Die
Fehlerfunktion für
ein Gradientenabstiegsverfahren ist definiert als:
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Bei
einer Verwendung des Gradientenabstiegsverfahrens wird der d- und
q-Achsenstrom zur Minimierung der Fehlerfunktion aus einer partiellen
Ableitung der Fehlerfunktion ermittelt
wobei α eine Steuerungsverstärkung zur
Bestimmung der Konvergenzgeschwindigkeit ist.
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Um
Versatzfehlerbeiträge
zu vermeiden, wird der Integrierer durch ein Tiefpassfilter und
ein Bandpassfilter ersetzt.
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Die
Steuerungseingaben an die d- und q-Achsenreferenzen sind wie folgt:
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Die
d- und q-Achsenstromreferenzen werden modifiziert zu
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Zusätzlich zu
diesem Controlleralgorithmus wird die Stromgröße für den q-Achsenstrom bei einem
Betrieb des Steuerungssystems oder Algorithmus innerhalb eines Maximalwerts
begrenzt. Diese Funktion maximiert die Stromnutzung, ohne die Nennwerte
des Umrichters und des Motors zu überschreiten.
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Um
zu verhindern, dass die Stromgröße eine
vorbestimmte Maximalstromgröße I
s_max überschreitet,
ist der Grenzwert für
den q-Achsenstrom wie folgt:
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Auf 1 Bezug
nehmend ist ein Steuerungssystem 10 für einen (nicht gezeigten) Permanentmagnetmotor
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Steuerungssystem 10 empfangt
synchrone Referenzrahmenstrombefehle (ir* ds, ir* qs)
und umfasst einen ersten Summierer 12, einen ersten Strombegrenzer 14,
der mit dem Summierer 12 gekoppelt ist, einen zweiten Strombegrenzer 16,
einen zweiten Summierer 18, der mit dem zweiten Strombegrenzer 16 gekoppelt
ist, einen dritten Summierer 20, der mit dem ersten Strombegrenzer 14 gekoppelt
ist, einen vierten Summierer 22, der mit dem Summierer 18 gekoppelt
ist, erste und zweite Synchronrahmen-Proportional-Integral-Stromregler (PI-Stromregler) 24 und 26,
die mit den dritten bzw. vierten Summierern 20 bzw. 22 gekoppelt
sind, fünfte
und sechste Summierer 28 und 30, die mit den PI-Stromreglern 24 bzw. 26 gekoppelt
sind, einen synchron zu stationär
Referenzrahmenumformungsblock 32, der mit den fünften und
sechsten Summierern 28 und 30 gekoppelt ist, einen Spannungsbegrenzer 34,
der mit dem Umformungsblock 32 gekoppelt ist, einen stationär zu synchron
Referenzrahmenumformungsblock 36, der mit dem Spannungsbegrenzer 34 gekoppelt
ist, ein Tiefpassfilter 42, ein Verstärkungsmodul 38, das
einen mit dem Tiefpassfilter 42 gekoppelten Eingang und
einen mit dem Summierer 12 gekoppelten Ausgang aufweist,
ein Bandpassfilter 44 und ein Verstärkungsmodul 46, das
einen mit dem Bandpassfilter 44 gekoppelten Eingang und
einen mit dem Summierer 18 gekoppelten Ausgang aufweist.
Eine oder mehrere der Komponenten des Steuerungssystems 10 können in
Software oder Firmware, Hardware, wie z.B. einer anwendungsspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC), einer elektronischen Schaltung, einem
Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einem
Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme
ausführen,
einer Schaltungslogikschaltung und/oder anderen geeigneten Komponenten, oder
einer Kombination daraus ausgeführt
sein.
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Die
Summierer 12 und 20, das Verstärkungsmodul 38, das
Tiefpassfilter 42 und der Strombegrenzer 14 bilden
zusammen das d-Achsenstromkompensationsmodul. Bei der Verwendung
in diesem Kontext bezieht sich der Begriff "Modul" auf ein ASIC, eine elektronische Schaltung,
einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und
einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme
ausführen,
eine Schaltungslogikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten,
welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Tiefpassfilter 42 filtert
ein Signal ωrLs(vr* qs – vr qs), bei dem ein
q-Achsensynchronreferenzrahmenspannungsbefehl (vr * qs) von dem Summierer 30 abgetastet
wird und eine gemessene q-Achsensynchronreferenzrahmenspannung (vr qs) von dem Umformungsblock 36 abgetastet
wird. Die Steuerungsverstärkung
(α) wird
anschließend
bei dem Verstärkungsmodul 38 auf
das gefilterte Signal angewendet, um einen Kompensationsstrom zu
erzeugen, und der Summierer 12 modifiziert die d-Achsenstromreferenz
(ir * ds)
mit diesem Kompensationsstrom. Der Strombegrenzer 14 begrenzt
die Größe des resultierenden
Stroms zwischen einen minimalen d-Achsenstrom (–ir * ds_max) und Null,
um eine modifizierte d-Achsenstromreferenz (ir * ds_m) zu erzeugen.
Der Summierer 20 vergleicht die modifizierte d-Achsenstromreferenz
(ir* ds_m) mit einem
gemessenen d-Achsenstrom (ir ds),
um ein Fehlersignal zu erzeugen, mit welchem der Synchronrahmen-PI-Stromregler 24 versorgt
wird.
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Der
Strombegrenzer
16, die Summierer
18 und
22,
das Verstärkungsmodul
46 und
das Bandpassfilter
44 bilden zusammen das q-Achsenstromkompensationsmodul.
Das Bandpassfilter
44 filtert ein Signal ω
rL
s(v
r* ds – v
r ds), bei dem ein
synchron rotierender d-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehl (v
r* ds) von dem Summierblock
28 abgetastet
wird und eine gemessene synchron rotierende d-Achsenreferenzrahmenspannung
(v
r ds) von dem Umformungsblock
36 abgetastet
wird. Die Steuerungsverstärkung
(α) wird
anschließend bei
dem Verstärkungsmodul
46 auf
das gefilterte Signal angewendet, um einen Kompensationsstrom zu
erzeugen, und der Summierer
18 modifiziert die q-Achsenstromreferenz
(i
r* qs) um diesen
Kompensationsstrom. Der Strombegrenzer
16 begrenzt die
Größe des resultierenden
Stroms innerhalb eines maximalen q-Achsenstroms
um eine modifizierte q-Achsenstromreferenz
(i
r* qs_m) zu erzeugen.
Der Summierer
22 vergleicht die modifizierte q-Achsenstromreferenz
(i
r* qs_m) mit einem
gemessenen q-Achsenstrom (i
r qs),
um ein Fehlersignal zu erzeugen.
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Die
PI-Stromregler 24, 26, die Summierer 28 und 30,
die Umformungsblöcke 32 und 36 und
der Spannungsbegrenzer 34 bilden zusammen das Umformungsmodul.
Die PI-Stromregler 24 bzw. 26 werden mit den Fehlersignalen
von den Summierern 20 und 22 versorgt und die
Summierer 28 und 30 addieren Optimalwertspannungsreferenzen
(vr ds_ff, vr qs_ff), um synchron
rotierende d- bzw. q-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehle (vr * ds,
vr* qs) zu erzeugen.
Der Umformungsblock 32 wandelt die synchron rotierenden
Referenzrahmenspannungsbefehle (vr * ds, vr* qs) in stationäre Referenzrahmenspannungsbefehle
um, mit welchen der Spannungsbegrenzer 34 versorgt wird.
Der Spannungsbegrenzer 34 kann eine Vielzahl von Spannungssteuerungstechniken
(z.B. eine Pulsweitenmodulation (PWM)) auf den stationären Referenzrahmenspannungsbefehlen (vs * ds,
vs* qs) implementieren
und gibt jeweils gemessene stationäre Referenzrahmenspannungen
(vs ds, vs qs) aus. Der Umformungsblock 36 wandelt
die gemessenen stationären
Referenzrahmenspannungen (vs ds,
vs qs) jeweils in
gemessene synchrone Referenzrahmenspannungen (vr ds bzw. vr qs) um. Ein (nicht gezeigter) 2-auf-3 Umformungsblock
kann verwendet werden, um die zweiphasigen Spannungskomponenten
(z.B. vs ds, vs qs) in dreiphasige
Spannungskomponenten umzuwandeln.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems
50 für einen
Permanentmotor gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst
das d-Achsenstromkompensationsmodul die Summierer
12 und
20,
den Strombegrenzer
14, einen Summierer
56, ein
Rotordrehzahlmodul
52, das mit dem Summierer
56 gekoppelt
ist, ein Tiefpassfilter
54, das mit dem Rotordrehzahlmodul
52 gekoppelt
ist und das Verstärkungsmodul
38.
Der q-Achsenstrom wird innerhalb des maximalen q-Achsenstroms
begrenzt, aber nicht durch
das q-Achsenstromkompensationsmodul modifiziert (z.B. durch das
Signal ω
rL
s(v
r * ds – v
r ds)).
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Wie
voranstehend hinsichtlich des in 1 gezeigten
Steuerungssystems 10 erwähnt wurde, wird der synchron
rotierende q-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehl (vr* qs) von dem Summiererblock 30 abgetastet und
die gemessene synchron rotierende q-Achsenreferenzrahmenspannung
(vr qs) wird von
der Umformung 36 abgetastet. Der Summierer 56 vergleicht
den synchron rotierenden q-Achsenreferenzrahmenspannungsbefehl (vr* qs) mit der gemessenen
synchron rotierenden q-Achsenreferenzrahmenspannung
(vr qs), um einen
Spannungsfehler zu erzeugen. Das Rotordrehzahlmodul 52 wendet
die Rotordrehzahl (ωr) auf diesen Spannungsfehler an, das Tiefpassfilter 54 filtert
den Spannungs fehler und das Verstärkungsmodul 38 wendet
die Steuerungsverstärkung
(α) auf
das gefilterte Signal an, um einen Kompensationsstrom zu erzeugen.
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3 ist
ein Diagramm, das Spitzendrehmomentkurven darstellt, die zur Erläuterung
der Arbeitsweise der in 1 bzw. 2 gezeigten
Steuerungssysteme 10, 50 nützlich sind. 4 ist
ein Diagramm, das Spitzenleistungskurven darstellt, die zur Erläuterung
der Arbeitsweise der in 1 bzw. 2 gezeigten
Steuerungssysteme 10, 50 nützlich sind. 5 ist
ein Diagramm, das Systemwirkungsgradkurven zeigt, die zur Erläuterung
der Arbeitsweise der in 1 bzw. 2 gezeigten
Steuerungssysteme 10, 50 nützlich sind. Die Steuerungssysteme
der vorliegenden Erfindung ("vorgeschlagenes
Verfahren") wurden
unter Verwendung eines Axialfluss-SPMM-Radnabenmotors mit 25 kW getestet und
mit den nachfolgenden Steuerungsverfahren verglichen: "Verfahren 1", eine Stromsteuerung
bis zu einer linearen Bereichsgrenze; "Verfahren 2", eine Stromsteuerung bis zu etwa 97
% einer Sechsstufenspannungsgrenze; und ein Sechsstufenbetrieb ("Sechs Stufen"). Die Verfahren
1 und 2 verwenden einen herkömmlichen
synchronen Stromregler mit Anti-Drall. Im Fall der Verfahren 1 und
2 modifiziert eine Feldabschwächungssteuerung
die Stromreferenz, um die Spannungsgröße bei etwa 90 % bzw. etwa
97 % der Sechsstufenspannungsgrenze zu begrenzen. Wie in 3 gezeigt
ist, ist das Spitzendrehmoment, das von den Steuerungssystemen der
vorliegenden Erfindung und dem sechsstufigen Steuerungsverfahren
erzeugt wird, für
alle getesteten Drehzahlfälle
nahezu gleich. Wie in 4 gezeigt ist, ist die von den
Steuerungssystemen der vorliegenden Erfindung erzeugte Spitzenleistung
größer als
die Spitzenleistungen, die unter Verwendung der Verfahren 1 und
2 erzeugt wurden. Zusätzlich
ist die von den Steuerungssystemen der vorliegenden Erfindung erzeugte
Spitzenleistung im Wesentlichen gleich der Spitzenleistung, die
von dem sechsstufigen Steuerungsverfahren erzeugt wird. Wie in 5 gezeigt
ist, ist der Systemwirkungsgrad der Steuerungssysteme der vorliegenden
Erfindung nahezu gleich dem des sechsstufigen Steuerungsverfahrens.
Bei höheren
Drehzahlen ist der aus den Steuerungssystemen der vorliegenden Erfindung
resultierende Systemwirkungsgrad verglichen mit dem sechsstufigen
Steuerungsverfahren ein wenig größer, was
geringere Oberwellenverluste bei den Steuerungssystemen der vorliegenden
Erfindung anzeigt. Folglich stellen die Steuerungssysteme der vorliegenden
Erfindung einen ähnlichen
Leistungspegel wie das sechsstufige Steuerungsverfahren bereit,
während
sie die Vorteile eines Steuerungsverfahrens vom Vektortyp, wie z.B.
einen hohen Systemwirkungsgrad, ein Beibehalten einer Stromsteuerung
bei Betriebsbedingungen, ein Fehlen eines Übergangsalgorithmus, eine schnelle
transiente Leistung, eine geringere Erzeugung von Raumoberwellen,
ein geringeres hörbares
Geräusch
und eine einfache Implementierung aufweisen.
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6 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens
100 zur Steuerung eines
Permanentmagnetmotors gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei Schritt
105 wird ein erster
Strombefehl (z.B. i
r * ds) in Ansprechen auf einen ersten Spannungsfehler
(z.B. v
r* qs – v
r qs) nachgestellt,
um einen ersten nachgestellten Strom zu erzeugen. Der erste Spannungsfehler
wird von einem zweiten Strombefehl (z.B. i
r* qs) während
einer Spannungssättigung
des Permanentmagnetmotors abgeleitet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
weist der Permanentmagnetmotor eine Spannungsbegrenzung aufgrund
einer DC-Verbindungsspannung eines Umrichters auf, der mit dem Permanentmagnetmotor
arbeitet. Vor dem Schritt
105 wird der erste Spannungsbefehl
aus dem zweiten Strombefehl erzeugt und der erste Spannungsfehler
wird aus dem ersten Spannungsbefehl und der Maximalspannung ermittelt.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Korrekturfaktor ω
rL
s(v
r* qs – v
r* qs) ermittelt,
der Korrekturfaktor wird tiefpassgefiltert, um einen gefilterten Wert
zu erzeugen, eine vorbestimmte Steuerungsverstärkung wird auf den gefilterten
Wert angewendet, um eine Stromnachstellung zu erzeugen, und die
Stromnachstellung wird von dem ersten Strombefehl subtrahiert, um
den ersten nachgestellten Strom zu erzeugen. Bei Schritt
110 wird
der zweite Strombefehl in Ansprechen auf einen zweiten Spannungsfehler
(z.B. v
r* ds – v
r ds) nachgestellt,
um einen zweiten nachgestellten Strom zu erzeugen. Der zweite Spannungsfehler
wird von dem ersten Strombefehl während der Spannungssättigung des
Permanentmagnetmotors abgeleitet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
wird ein Korrekturfaktor ω
rL
s(v
r* ds – v
r * ds)
ermittelt, der Korrekturfaktor wird bandpassgefiltert, um einen
gefilterten Wert zu erzeugen, eine vorbestimmte Steuerungsverstärkung wird
auf den gefilterten Wert angewendet, um eine Stromnachstellung zu
erzeugen, und die Stromnachstellung wird von dem zweiten Strombefehl
subtrahiert, um den zweiten nachgestellten Strom zu erzeugen. Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird der Schritt
110 weggelassen.
Bei Schritt
115 wird sowohl der erste nachgestellte Strom
als auch der zweite nachgestellte Strom unter einen Maximalstrom
begrenzt. Beispielsweise wird der erste nachgestellte Strom zwischen
einem ersten vorbestimmten Minimalstrom (z.B. –i
r * ds_max) und Null
begrenzt, um eine erste begrenzte Stromreferenz (i
r * ds_m) zu erzeugen,
und der zweite nachgestellte Strom wird zwischen
begrenzt, wobei I
s_max der Maximalstrom ist. Bei Schritt
120 wird
der erste nachgestellte Strom in ein erstes Potential (z.B. v
s ds) umgewandelt.
Bei Schritt
125 wird der zweite nachgestellte Strom in
ein zweites Potential (z.B. v
s qs)
umgewandelt. Bei Schritt
130 wird der Permanentmagnetmotor
mit den ersten und zweiten Potentialen versorgt. Das Verfahren kann
ferner ein Umwandeln des ersten nachgestellten Stroms in einen ersten
Spannungsreferenzbefehl (z.B. v
r * ds), ein Umwandeln
des zweiten nachgestellten Stroms in einen zweiten Spannungsreferenzbefehl
(z.B. v
r* qs) und
ein Begrenzen sowohl des ersten als auch des zweiten Spannungsreferenzbefehls
auf die Maximalspannung des Permanentmagnetmotors umfassen.
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Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass
eine riesige Anzahl von Variationen existiert. Es ist auch festzustellen,
dass die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen
nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang,
die Anwendbarkeit oder Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner
Weise zu beschränken.
Die voranstehende genaue Beschreibung wird Fachleuten stattdessen
eine bequeme Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform
oder beispielhaften Ausführungsformen
bereitstellen. Es ist zu verstehen, dass bei der Funktion und Anordnung
von Elementen verschiedene Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
und deren gesetzlichen Entsprechungen dargelegt ist.
