DE102008006098A1

DE102008006098A1 - Drehmomentschätzeinrichtung für IPM-Motoren

Info

Publication number: DE102008006098A1
Application number: DE102008006098A
Authority: DE
Inventors: Brian A. Torrance Welchko; Silva Redondo Beach Hiti; Steven E. Torrance Schulz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-09-04
Also published as: CN101295954A; CN101295954B; US7774148B2; JP2008286779A; US20080183405A1

Abstract

In einer Ausführungsform eines Verfahrens umfasst das Verfahren das Messen von Strömen und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, und das Bestimmen einer Blindleistung im Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses und das Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses. Außerdem umfasst das Verfahren das Schätzen eines Drehmoments im Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beschreibung des Standes der Technik
Die Fluss- und Drehmomentschätzung bei Elektromotoren ist grundlegend, um das Ausgangsdrehmoment, das erzeugt wird, zu steuern. Sämtliche der bekannten veröffentlichten Schätzeinrichtungen bzw. Schätzfunktionen setzen die Kenntnis der Motorinduktanzen und des Magnetflusses voraus. Da sich der Magnetfluss mit der Temperatur verändert und sich die d-Achseninduktanz mit dem Magnetfluss verändert, kann sich ein schlechter Schätzwert ergeben.
Flussschätzeinrichtungen können weitgehend in strombasierte Modelle und spannungsbasierte Modelle eingeteilt werden. Siehe beispielsweise P. L. Jansen und R. D. Lorenz, "A physically insightful approach to the design and accuracy assessment of flux observers for field oriented induction motor drives", IEEE. Trans. Industry Applications, Bd. 30, Nr. 1, S. 101–110, Jan./Feb. 1994. Strombasierte Modelle sind dem Wesen nach Modelle mit offenem Regelkreis und empfindlich gegenüber Induktanz- und Permanentmagnetflussunbestimmtheiten. Spannungsbasierte Modelle sind dem Wesen nach Modelle mit geschlossenem Regelkreis und empfindlich gegenüber Parameterunbestimmtheiten beim Widerstand. Wenn Flussbeobachtungseinrichtungen bzw. Flussbeobachtungsfunktionen für Maschinen mit innenliegendem Permanentmagneten (IPM) formuliert werden, basieren sie häufig auf der Luftspalt-Leistungsrückkopplung, was einem spannungsbasierten Modell entspricht. Siehe beispielsweise R. Krishnan und P. Vijayraghavan, "Parameter compensation of permanent magnet synchronous machines through airgap power feedback", in Proc. IEEE IECON, 1995, Bd. 1, S. 411–416. Im Allgemeinen werden spannungsbasierte Modelle bei höheren Drehzahlen verwendet, während strombasierte Modelle im Allgemeinen bei niedrigeren Drehzahlen verwendet werden. Die beiden Verfahren können auf zahlreiche Arten so kombiniert werden, dass über den gesamten Drehzahlbereich ein Schätzwert existiert.
Eine alternative Lösung beinhaltet ein strom- und spannungsbasiertes Modell mit Blindleistungsrückkopplung. Siehe beispielsweise R. Krishnan und P. Vijayraghavan, "Fast estimation and compensation of rotor flux linkage in permanent magnet synchronous machines", in Proc. IEEE International Symposium an Industrial Electronics, 1999, Bd. 2, S. 661–666.
Drehmomentschätzeinrichtungen können bei einem Fahrzeug-Zugkraftübertragungssystem vorteilhaft verwendet werden. In 1 umfasst ein herkömmliches Fahrzeug-Zugkraftübertragungssystem einen PWM-Wechselrichter 2 (Pulsweitenmodulator-Wechselrichter 2), der über Leitungen 4 einen Mehrphasen-Wechselstrommotor 6 antreibt. Die durch die Leitungen 4 wiedergegebene Anzahl von Leitungen ist durch die Anzahl von Phasen, die bei dem Wechselstrommotor 6 verwendet wird, definiert. Ein Dreiphasen-Wechselstrommotor würde beispielsweise drei Leitungen 4 besitzen. In den Leitungen 4 befinden sich Strom- und Spannungssensoren 8. Die Anzahl von Stromsensoren und Spannungssensoren in den Strom- und Spannungssensoren 8 ist wiederum durch die Anzahl von Phasen, die bei dem Wechselstrommotor 6 verwendet wird, definiert. Die Ausgänge der Strom- und Spannungssensoren 8 sind über Leitungen 10 mit einem Transformationsprozessor 12 gekoppelt. Die durch die Leitungen 10 wiedergegebene Anzahl von Verbindungen ist wiederum durch die Anzahl von Phasen, die bei dem Wechselstrommotor 6 verwendet wird, definiert, in diesem Beispiel drei für Spannungen und drei für Ströme.
In dem Beispiel eines Dreiphasensystems befördern die drei Phasenströme (i_as, i_bs und i_cs), die durch die Stromsensoren 8 gemessen werden, typischerweise sinusförmige Stromwellenformen, wenn sie in einem auf den Stator des Wechselstrommotors bezogenen stationären Rahmen betrachtet werden, wobei dieser Referenzrahmen als der stationäre Rahmen bezeichnet wird. In dem Transformationsprozessor 12 werden diese Dreiphasenströme in einen auf den Rotor des Wechselstrommotors bezogenen synchronen Rahmen transformiert, wobei dieser Referenzrahmen als der synchrone (d. h. mit dem Rotor synchrone) Rahmen bezeichnet wird. Die an die Wicklungen des Motors angelegten Ströme könnten in Kombination als Stromvektor betrachtet werden. In dem stationären Rahmen würde sich der Stromvektor mit dem Rotor drehen. In dem synchronen Rahmen ist der Stromvektor typischerweise nicht drehend, wenn sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet. Es ist daher zweckmäßig, jedoch nicht notwendig, den Stromvektor in dem synchronen Rahmen in kartesischen Koordinaten d-q wiederzugeben, wobei die Achse d zweckmäßigerweise so gewählt ist, dass sie eine auf den Magnetfluss in dem innenliegenden Permanentmagneten IPM ausgerichtete Richtung repräsentiert, während die Achse q zweckmäßigerweise so gewählt ist, dass sie eine zu dem Magnetfluss in dem IPM orthogonale Richtung repräsentiert. Der in dem d-q-Koordinatensystem ausgedrückte Stromvektor verändert sich im Allgemeinen entweder langsam oder ist konstant. Die Komponenten des Stromvektors in dem d-q-Koordinatensystem des synchronen Rahmens werden aus den drei Strommesswerten in dem stationären Rahmen unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 berechnet:
wobei der Rotorwinkel θ_r die aus der mechanischen Rotorposition und der Motorpolanzahl berechnete elektrische Rotorposition ist. Der Rotorwinkel θ_r wird durch einen Sensor (nicht gezeigt) gemessen. Der kartesischen Koordinaten zuzuordnende d-q-Referenzrahmen ist mit der Drehung der mechanischen Rotorposition synchron. Die tiefgestellten Indizes a, b und c repräsentieren den Strommesswert in der Phase a, b und c. Der tiefgestellte Index r repräsentiert die berechneten Stromdaten in dem synchronen Rahmen (der sich synchron mit dem Rotor dreht). Die tiefgestellten Indizes d und q repräsentieren die berechneten Stromdaten auf der d-Achse bzw. der q-Achse.
Die Ausgaben des Transformationsprozessors 12 sind die gemessenen d-q-Ströme (i r / d und i r / q), wie sie in 1 durch 14 und 16 gezeigt sind. Die gemessenen d-q-Ströme (i r / d und i r / q) werden in den Prozessor 100 eingekoppelt. Ein analoger Prozess wird verwendet, um dem Prozessor 100 gemessene Spannungen bereitzustellen, die in dem synchronen Rahmen in kartesischen Koordinaten ausgedrückt sind.
Der Prozessor 100 erfüllt verschieden Funktionen, die Fluss- und Drehmomentschätzungen umfassen.
Durch den Prozessor 100 verarbeitete Signale sind in d-q-Koordinaten auf den synchronen Rahmen bezogen. Beispielsweise werden geschätzte Befehlsspannungen durch den Prozessor 100 verarbeitet und in d-q-Koordi naten auf den synchronen Rahmen bezogen. Die verarbeiteten Signale werden in einem Derotationsprozessor 46, noch immer in d-q-Koordinaten, in einen stationären Referenzrahmen umgesetzt.
In dem Prozessor 100 erzeugte momentane Spannungsbefehle (V_{d out} ^r* und V_{q out} ^r*), die von dem Prozessor 100 ausgegeben werden, werden in den Derotationsprozessor 46 eingekoppelt, um die Spannungsbefehle in d-q-Koordinaten in einem synchronen (d. h. sich drehenden Rahmen) in Spannungsbefehle, noch immer in d-q-Koordinaten, jedoch in einem stationären (d. h. auf den Stator bezogenen) Rahmen, in dem sich die Spannungsbefehle wie folgt drehen, umzusetzen.
Die d- und q-Ausgaben von dem Derotationsprozessor 46 werden zur Weiterverarbeitung in einen weiteren Prozessor 48 eingekoppelt. Der derotierte Spannungsbefehl (V_{d out} ^s* und V_{q out} ^s*), der sich nun in dem stationären Referenzrahmen dreht, wird durch den weiteren Prozessor 48 verarbeitet.
Die Ausgaben des weiteren Prozessors 48 werden in den Prozessor für inverse Transformation 50 eingekoppelt. In dem hier beschriebenen Dreiphasenbeispiel setzt der Prozessor für inverse Transformation 50 eine Stationärrahmendarstellung eines Drehspannungsbefehls von dem weiteren Prozessor 48 wie folgt in eine Dreiphasen-Sinusformnotation des Spannungsbefehls um.
Die Ausgaben des Prozessors für inverse Transformation 50 werden in den PWM-Wechselrichter 2 eingekoppelt, um den Wechselstrommotor 2 zu steuern.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer Ausführungsform eines Verfahrens umfasst das Verfahren das Messen (entweder mittels eines physikalischen Sensors oder Ersetzungen durch virtuelle Software) von Strömen und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, und das Bestimmen einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses und das Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses. Außerdem umfasst das Verfahren das Schätzen eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss.
In einer Ausführungsform einer Drehmomentschätzeinrichtung umfasst die Drehmomentschätzeinrichtung eine Eingabe, einen Speicher und einen Prozessor. Der Prozessor ist zusammen mit dem Speicher betreibbar, um gemessene Ströme und Spannungen einzugeben, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, und um in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen eine Blindleistung zu bestimmen. Der Prozessor ist ferner zusammen mit dem Speicher betreibbar, um einen zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Fluss zu schätzen und einen mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Fluss zu schätzen. Der Prozessor ist außerdem zusammen mit dem Speicher betreibbar, um in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss ein Drehmoment zu schätzen.
In einer Ausführungsform eines maschinenlesbaren Mediums umfasst das maschinenlesbare Medium Sätze von Anweisungen, die in einer Maschine, die einen Prozessor und eine Eingabe umfasst, ausführbar sind. Eine erste Sammlung der Sätze von Anweisungen ist ausführbar, um zu veranlassen, dass der Prozessor Operationen ausführt, die das Messen von Strömen und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, und das Bestimmen einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen umfassen. Die erste Sammlung ist außerdem ausführbar, um zu veranlassen, dass der Prozessor weitere Operationen ausführt, die das Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses und das Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses umfassen. Die erste Sammlung ist außerdem ausführbar, um zu veranlassen, dass der Prozessor zusätzliche Operationen ausführt, die das Schätzen eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss umfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden Figuren genau beschrieben.
1 ist ein verallgemeinerter Blockschaltplan eines herkömmlichen Zugkraftübertragungssystems.
2 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Schätzen des Drehmoments.
3 ist ein Blockschaltplan eines Systems zum Durchführen des in 2 gezeigten Verfahrens.
Genaue Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Ein Nachteil des strom- und spannungsbasierten Drehmomentschätzeinrichtungsmodells mit Blindleistungsrückkopplung ist der, dass es auf einer impliziten Kenntnis einer konstanten Permanentmagnetflussverkettung beruht. Die Erfinder haben entdeckt, dass bei Hochleistungsanwendungen, die sehr unterschiedlichen Betriebstemperaturbedingungen unterliegen, die Permanentmagnetflussverkettung nicht als konstant betrachtet werden kann. Überdies wird bei Flussschätzeinrichtungen typischerweise Eisenverlusten nicht Rechnung getragen. obwohl sie die Drehmomentabgabe des Motors wesentlich reduzieren können. Siehe beispielsweise T. Senjyu, T. Shimabukuro, N. Urasaki und K. Uezato, "Vector control of PMSM with on-line parameter measurement including stator iron loss", in Proc. IEEE IECON, 1996, Bd. 3, S. 1717–1722.
Eine verbessere Fluss- und Drehmomentschätzeinrichtung basiert auf der Blindleistung, die unempfindlich gegenüber Eisenverlusten ist und keine bekannten konstanten Werte des Permanentmagnetflusses voraussetzt. Die verbesserte Schätzeinrichtung ist um den stabilsten Systemausdruck, den q-Achsenfluss, konfiguriert, so dass sich ein genauerer Schätzwert ergibt. Der q-Achsenfluss ist jener Fluss, der zur Richtung des innenliegenden Permanentmagneten IPM in dem Rotor orthogonal ist. Das Verwenden eines angenommenen, bekannten q-Achsenflusses und das Aufbauen einer Schätzeinrichtung um die gemessene Blindleistung sind in der elektrotechnischen Literatur unbekannt.
Ein Modell eines IPM-Motors in dem synchronen Referenzrahmen lautet:
wobei r_fe eine Näherung für den Eisenverlustausdruck ist. Die synchronen Flüsse ergeben sich als λrq = Lqirq (6) λrd = Ldird + Ψmag (7)wobei sich das elektromagnetische Moment ergibt als T = 32 P(λrd irq – λrq ird ) (8)wobei P die Anzahl von Polpaaren ist.
Ein Nutzen des Gründens einer Flussschätzeinrichtung um die Blindleistung ist der, dass die Blindleistung vollkommen unabhängig von irgendwelchen ohmschen Verlusten ist, da die Wirkleistung und die Blindleistung um 90° zueinander phasenverschoben sind. Somit kann die Blindleistung auf der Grundlage der an den Klemmen gemessenen Eigenschaften oder der befohlenen Wechselrichter-Arbeitszyklen berechnet werden, da Wechselrichterverluste dem Wesen nach ohmsche Verluste sind.
Aus den Stationärrahmengrößen (d. h. den bezüglich des Stators gemessenen Größen) ergibt sich die Blindleistung als:
wobei sich die Phasen-Blindleistungen ergeben als
Bei dem synchronen Referenzrahmen (d. h. den bezüglich des Rotors gemessenen Größen) ergibt sich die Blindleistung als q = 32 (νrq ird – νrd irq ). (11)
Die Gleichungen (9) und (10) stellen ein Verfahren zum Berechnen der momentanen Blindleistung in dem System bereit, wenn die Spannungs- und Strommesswerte auf den stationären Rahmen bezogen sind. Die Gleichung (11) stellt ein Verfahren zum Berechnen der momentanen Blindleistung in dem System bereit, wenn die Spannungs- und Strommesswerte auf den synchronen Rahmen bezogen sind. Für das Ziel der Flussschätzung und dann, wenn die gemessenen Spannungen und Ströme bei dem synchronen Rahmen in kartesischen Koordinaten ausgedrückt sind, kann die Blindleistung auch bestimmt werden anhand von q = 32 ωe(λrq irq + λrd ird ). (12)
Die Gleichung (12) repräsentiert ein unterbestimmtes System, da es zwei Unbekannte (den q-Achsenfluss und den d-Achsenfluss), jedoch nur eine Gleichung enthält. Es wird vorausgesetzt, dass der Wert der Blindleistung, q, in (12) bekannt ist und entweder mittels der Gleichungen (9) und (10) oder der Gleichung (11) oder anderer mathematischer Äquivalente bestimmt worden ist.
Bei Betrachtung der durch die Gleichungen (6) und (7) gegebenen Flüsse bietet der q-Achsenfluss eine Gelegenheit für eine zweite Gleichung, um das System eindeutig lösbar zu machen. Da sich der Magnetfluss mit der Temperatur verändert und die d-Achseninduktanz durch die lokale Sättigung der Rotorbrücken stark beeinflusst wird, kann sich der d-Achsenfluss über den Betriebsbereich des Systems weitgehend verändern. Im Gegensatz dazu ist der q-Achsenfluss aus einem Induktanzausdruck zusammengesetzt, der in erster Linie durch die Rotorgeometrie beeinflusst wird. Die q-Achseninduktanz ist einer Sättigung und einer Kreuzsättigung mit dem d-Achsenstrom unterworfen, jedoch wird sie durch Änderungen des Magnetflusses typischerweise nur minimal beeinflusst. Folglich kann der q-Achsenfluss als bekannte, unabhängige Größe der Magnetflusstemperatur beschrieben und betrachtet werden. Der geschätzte q-Achsenfluss kann dann in der folgenden Weise als Funktion der q-Achsen- und d-Achsenströme und/oder einer Nenntemperatur geschrieben werden als λ ^rq = f(irq , ird , tempnom) (13)
Das Anwenden der Gleichung (13) für den Schätzwert des q-Achsenflusses und das Auflösen der Gleichung (12) nach dem d-Achsenfluss ergibt die geschätzte d-Achsenflussverkettung als
Die durch (14) gegebene geschätzte d-Achsenflussverkettung zeigt, dass das Verfahren bei niedrigen Drehzahlen und/oder niedrigen Werten des d-Achsenstroms unzuverlässig wird. Unter diesen Bedingungen muss eine andere Flussschätzeinrichtung verwendet werden. Das geschätzte Drehmoment kann gefunden werden als T ^ = 32 P(λ ^rd irq – λ ^rq ird ) (15)
Die Gleichung (15) repräsentiert den vorgeschlagenen Schätzwert des Motordrehmoments auf der Grundlage der Blindleistung und einer im Voraus beschriebenen q-Achsenflussverkettung.
In 2 umfasst eine Ausführungsform eines Verfahrens das Messen bei 110 von Strömen und Spannungen, die in einen Motor (6, 1), der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, und das Bestimmen bei 120 einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen bei 130 eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses und das Schätzen bei 140 eines mit der Achse der innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses. Außerdem umfasst das Verfahren das Schätzen bei 150 eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und des ersten und des zweiten Flusses.
In einem Beispiel der Ausführungsform des Verfahrens berechnet das Bestimmen bei 120 einer Blindleistung die Blindleistung in Ansprechen auf in dem stationären Rahmen ausgedrückte gemessene Ströme und Spannungen, wie oben mit Bezug auf die Gleichungen (9) und (10) besprochen worden ist.
In einem zweiten Beispiel der Ausführungsform des Verfahrens berechnet das Bestimmen bei 120 einer Blindleistung die Blindleistung, wie oben mit Bezug auf die Gleichung (11) besprochen worden ist, gemäß q = 32 (νrq ird – νrd irq ), wobei q die bestimmte Blindleistung ist, ν r / q und ν r / d gemeinsam die gemessenen Spannungen in in einem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
In einem dritten Beispiel der Ausführungsform des Verfahrens definiert das Schätzen bei 130 des ersten Flusses den Schätzwert für den ersten Fluss als einen in Ansprechen auf die gemessenen Ströme ausgewählten vorgegebenen Fluss. Der zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonale erste Fluss jedes einzelnen Motors wird durch die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten, i r / q und i r / d, sehr genau beschrieben. In einer Version ist eine Funktion, die von den gemessenen Strömen abhängt. durch Regression oder andere Mittel definiert. Dann wird der erste Fluss entsprechend jener Funktion berechnet. In einer anderen Version kann der Bereich des zulässigen Stroms für jeden der gemessenen Ströme in eine vorgegebene Anzahl von Speicherstellen (bins) unterteilt werden. Dann wird jeder momentane gemessene Strom in einem einzelnen bin platziert, wobei jene Platzierung zu einem Index in einer Tabelle wird. Der zweidimensionale Index, der den gemessenen Strömen entspricht, wird dann dazu verwendet, den ersten Fluss in einer Tabelle nachzuschlagen. Es können andere äquivalente Mittel verwendet werden. Alternativ kann ein dreidimen sionaler Index, der irgendeine Nenntemperatureingabe umfasst, verwendet werden.
In einem vierten Beispiel der Ausführungsform des Verfahrens misst das Messen bei 110 außerdem eine Drehzahl und umfasst das Schätzen bei 140 des zweiten Flusses das Berechnen des zweiten Flusses in Ansprechen auf die Blindleistung, die gemessenen Ströme, die Drehzahl und den Schätzwert für den ersten Fluss.
In einer Version des vierten Beispiels der Ausführungsform des Verfahrens berechnet das Berechnen des zweiten Flusses
wobei λ ^rd der geschätzte zweite Fluss ist, q die bestimmte Blindleistung ist, i r / q und i r / d gemeinsam die Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und ω_r die gemessene Drehzahl ist.
In einem fünften Beispiel der Ausführungsform des Verfahrens definiert der Motor (6, 1) eine vorgegebene Anzahl von Polpaaren und das geschätzte Drehmoment wird berechnet als T ^ = 32 P(λ ^rd irq – λ ^rq ird )wobei T ^ das geschätzte Drehmoment ist, wobei P die vorgegebene Anzahl von Polpaaren ist, λ ^rq und λ ^rd der geschätzte erste Fluss bzw. der geschätzte zweite Fluss sind und i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
Die hier beschriebenen Verfahren sind am häufigsten in einem Universalrechner implementiert, wobei die Drehmomentschätzeinrichtung gerade ein Teil des Prozessors 100 von 1 ist. Typischerweise ist in 3 ein solcher Prozessor als System 210 gezeigt. Das System 210 umfasst einen Bus 220, um Kommunikationen zwischen einem Prozessor 212, einem Speicher 214, einer Eingabeschaltung 216 und einer Ausgabeschaltung 218 zu ermöglichen. Ein solches System kann in einer gedruckten Verdrahtungsanordnung (PWA) implementiert sein, wobei die Hauptkomponenten an der PWA montiert sind. In Abhängigkeit von den spezifischen Programmierungsanforderungen und der Geschwindigkeit des Prozessors könnte das System 210 in einer einzigen integrierten Schaltung oder einem Paar zusammenhängender integrierter Schaltungen implementiert sein. Andere Implementierungen könnten anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) umfassen.
In jedem Fall umfasst die Drehmomentschätzeinrichtung einen Eingang 216 zum Empfangen gemessener Daten von Sensoren, einen Speicher 214 zum Aufbewahren von Prozessoranweisungen und Daten, die den letzen Schätzwert des Drehmoments umfassen, und einen Prozessor 212, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um viele der Operationen der Drehmomentschätzeinrichtung auszuführen. Diese Operationen umfassen das Eingeben gemessener Ströme und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, das Bestimmen einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen, das Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotor orthogonalen ersten Flusses, das Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses und das Schätzen eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss. Der Speicher 214 kann in einen flüchtigen Speicher wie etwa einen DRAM oder einen statischen RAM und in einen nicht flüchtigen Speicher, typischerweise irgendeinen maschinenlesbaren Speicher wie etwa einen ROM, einen PROM, einen Flash-Speicher, einen CD ROM, eine DVD, eine Floppydisk oder irgendeinen magnetischen oder elektrostatische Aufbewahrungsspeicher, unterteilt sein.
Da nun bevorzugte Ausführungsformen einer neuartigen Drehmomentschätzeinrichtung (die als veranschaulichend und nicht als einschränkend gedacht sind) beschrieben worden sind, ist anzumerken, dass von Fachleuten im Lichte der obigen Lehren Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Daher können selbstverständlich Änderungen an den bestimmten Ausführungsformen der offenbaren Erfindung vorgenommen werden, die im Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, liegen.
Da nun die Erfindung mit den Einzelheiten und der durch das Patentrecht geforderten Genauigkeit beschrieben worden ist, wird das, was beansprucht und durch die Patenturkunde geschützt werden soll, in den angehängten Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- P. L. Jansen und R. D. Lorenz, "A physically insightful approach to the design and accuracy assessment of flux observers for field oriented induction motor drives", IEEE. Trans. Industry Applications, Bd. 30, Nr. 1, S. 101–110, Jan./Feb. 1994 [0002]
- R. Krishnan und P. Vijayraghavan, "Parameter compensation of permanent magnet synchronous machines through airgap power feedback", in Proc. IEEE IECON, 1995, Bd. 1, S. 411–416 [0002]
- P. Vijayraghavan, "Fast estimation and compensation of rotor flux linkage in permanent magnet synchronous machines", in Proc. IEEE International Symposium an Industrial Electronics, 1999, Bd. 2, S. 661–666 [0003]
- T. Senjyu, T. Shimabukuro, N. Urasaki und K. Uezato, "Vector control of PMSM with on-line parameter measurement including stator iron loss", in Proc. IEEE IECON, 1996, Bd. 3, S. 1717–1722 [0020]

Claims

Verfahren, umfassend: Messen von Strömen und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden; Bestimmen einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen; Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses; Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses; und Schätzen eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen die Blindleistung in Ansprechen auf in dem stationären Rahmen ausgedrückte gemessene Ströme und Spannungen berechnet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen die Blindleistung gemäß q = 32 (νrq ird – νrd irq ) berechnet, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei ν r / q und ν r / d gemeinsam die gemessenen Spannungen in in einem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen des ersten Flusses den Schätzwert für den ersten Fluss als einen in Ansprechen auf die gemessenen Ströme ausgewählten vorgegebenen Fluss definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Messen außerdem eine Drehzahl misst; und das Schätzen des zweiten Flusses das Berechnen des zweiten Flusses in Ansprechen auf die Blindleistung, die gemessenen Ströme, die Drehzahl und den Schätzwert für den ersten Fluss umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Berechnen des zweiten Flusses
berechnet, wobei λ ^rd der geschätzte zweite Fluss ist, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei i r / q und i r / d gemeinsam die Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und wobei ω_r die gemessene Drehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Motor eine vorgegebene Anzahl von Polpaaren definiert; und das geschätzte Drehmoment als T ^ = P(λ ^rd irq – λ ^rq ird ) berechnet wird, wobei T ^ das geschätzte Drehmoment ist, wobei P die vorgegebene Anzahl von Polpaaren ist, wobei λ ^rq und λ ^rd der geschätzte erste Fluss bzw. der geschätzte zweite Fluss sind und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
Drehmomentschätzeinrichtung, umfassend: eine Eingabe; einen Speicher; und einen Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um gemessene Ströme und Spannungen einzugeben, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden, um in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen eine Blindleistung zu bestimmen, um einen zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Fluss zu schätzen, um einen mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Fluss zu schätzen und um in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss ein Drehmoment zu schätzen.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um die Blindleistung zu bestimmen, betreibbar ist, um die Blindleistung in Ansprechen auf in dem stationären Rahmen ausgedrückte gemessene Ströme und Spannungen zu berechnen.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um die Blindleistung zu bestimmen, betreibbar ist, um die Blindleistung gemäß q = 32 (νrq ird – νrd irq )zu berechnen, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei ν r / q und ν r / d gemeinsam die gemessenen Spannungen in kartesischen Koordinaten in einem synchronen Rahmen bilden und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in kartesischen Koordinaten in dem synchronen Rahmen bilden.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um den ersten Fluss zu schätzen, den Schätzwert für den ersten Fluss als einen in Ansprechen auf die gemessenen Ströme ausgewählten vorgegebenen Fluss definiert.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei: der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher zum Messen betreibbar ist, außerdem betreibbar ist, um eine Drehzahl zu messen; und der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um den zweiten Fluss zu schätzen, das Berechnen des zweiten Flusses in Ansprechen auf die Blindleistung, die gemessenen Ströme, die Drehzahl und den geschätzten ersten Fluss umfasst.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um den zweiten Fluss zu berechnen, betreibbar ist, um
zu berechnen, wobei λ ^rd der geschätzte zweite Fluss ist, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei i r / q und i r / d gemeinsam die Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und wobei ω_r die gemessene Drehzahl ist.
Drehmomentschätzeinrichtung nach Anspruch 8, wobei: der Motor eine vorgegebene Anzahl von Polpaaren definiert; und der Prozessor, der zusammen mit dem Speicher betreibbar ist, um ein Drehmoment zu schätzen, betreibbar ist, um T ^ = 32 P(λ ^rd irq – λ ^rq ird )zu berechnen, wobei T ^ das geschätzte Drehmoment ist, wobei P die Anzahl von Polpaaren ist, wobei λ ^rq und λ ^rd der geschätzte erste Fluss bzw. der geschätzte zweite Fluss sind und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
Maschinenlesbares Medium, das Sätze von Anweisungen, die in einer Maschine, die einen Prozessor und eine Eingabe umfasst, ausführbar sind, umfasst, wobei eine erste Sammlung der Sätze von Anweisungen ausführbar ist, um zu veranlassen, dass der Prozessor Operationen ausführt, die umfassen: Messen von Strömen und Spannungen, die in einen Motor, der einen innenliegenden Permanentmagneten aufweist, eingekoppelt werden; Bestimmen einer Blindleistung in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und Spannungen; Schätzen eines zu einer Achse des innenliegenden Permanentmotors orthogonalen ersten Flusses; Schätzen eines mit der Achse des innenliegenden Permanentmotors ausgerichteten zweiten Flusses; und Schätzen eines Drehmoments in Ansprechen auf die gemessenen Ströme und den ersten und den zweiten Fluss.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen die Blindleistung in Ansprechen auf in dem stationären Rahmen ausgedrückte gemessene Ströme und Spannungen berechnet.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen die Blindleistung gemäß q = 32 (νrq ird – νrd irq ) berechnet, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei ν r / q und ν r / d gemeinsam die gemessenen Spannungen in in einem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei das Schätzen des ersten Flusses den Schätzwert für den ersten Fluss als einen in Ansprechen auf die gemessenen Ströme ausgewählten vorgegebenen Fluss definiert.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei: das Messen außerdem eine Drehzahl misst; und das Schätzen des zweiten Flusses das Berechnen des zweiten Flusses in Ansprechen auf die Blindleistung, die gemessenen Ströme, die Drehzahl und den Schätzwert für den ersten Fluss umfasst.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 19, wobei das Berechnen des zweiten Flusses
berechnet, wobei λ ^rd der geschätzte zweite Fluss ist, wobei q die bestimmte Blindleistung ist, wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden und wobei ω_r die gemessene Drehzahl ist.
Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei: der Motor eine vorgegebene Anzahl von Polpaaren definiert; und das geschätzte Drehmoment als T ^ = 32 P(λ ^rd irq – λ ^rq ird )berechnet wird, wobei T ^ das geschätzte Drehmoment ist, wobei P die vorgegebene Anzahl von Polpaaren ist, wobei λ ^rq und λ ^rd der geschätzte erste Fluss bzw. der geschätzte zweite Fluss sind und wobei i r / q und i r / d gemeinsam die gemessenen Ströme in in dem synchronen Rahmen ausgedrückten kartesischen Koordinaten bilden.