DE102008007100A1 - Device i.e. pre-controller, for e.g. linear actuator, in field-oriented co-ordinate system, has synchronous machine, where manipulated variable over plugged by device over integral divider of electrical angle in circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromregelung oder Momentenregelung, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt.The The present invention relates to an apparatus and a method for current regulation or torque control, a computer program as well a computer program product.
Stand der TechnikState of the art
Synchronmaschinen werden in den meisten Fällen im feldorientierten Koordinatensystem geregelt.synchronous machines are in most cases in the field-oriented coordinate system regulated.
In der feldorientierten Regelung regeln zwei unabhängige Stromregler den Längsstrom Id und den Querstrom Iq. Zum Erfolg dieser Regelung muss die Synchronmaschine möglichst gut zwei Voraussetzungen erfüllen. Zum einen muss die magnetische Flussdichte im Luftspalt der unbestromten Maschine über eine elektrische Umdrehung sinusförmig sein. Dies wird als Grundwellenmodell bezeichnet. Des weiteren muss an jedem Ort in der Maschine die magnetische Feldstärke proportional zur magnetischen Flussdichte sein. Dies wird als Linearität bezeichnet.In field-oriented control, two independent current regulators regulate the longitudinal current I d and the cross-current I q . For the success of this scheme, the synchronous machine must meet two conditions as well as possible. On the one hand, the magnetic flux density in the air gap of the no-current machine must be sinusoidal over one electrical revolution. This is called a fundamental wave model. Furthermore, at any location in the machine, the magnetic field strength must be proportional to the magnetic flux density. This is called linearity.
Sind beide Bedingungen erfüllt, so gilt, dass die durch die Drehung des Rotors induzierte Spannung (EMK) rein sinusförmig und in ihrer Amplitude proportional zur Drehzahl ist. Ferner sind die Induktivitäten konstant. Das Drehmoment der Maschine ist proportional zum Querstrom Iq im feldorientierten Koordinatensystem. Die durch die Drehung des Rotors induzierte Spannung (EMK) stellt im feldorientierten Koordinatensystem eine Gleichspannung dar, die in ihrer Höhe proportional zur Drehzahl ist.If both conditions are satisfied, then the induced by the rotation of the rotor voltage (EMF) is purely sinusoidal and in amplitude proportional to the speed. Furthermore, the inductances are constant. The torque of the machine is proportional to the cross-flow I q in the field-oriented coordinate system. The induced by the rotation of the rotor voltage (EMF) is in the field-oriented coordinate system, a DC voltage, which is proportional to the speed in height.
Im feldorientierten Koordinatensystem ergibt sich aus dem Grundwellenmodell das folgende Differentialgleichungssystem.in the field-oriented coordinate system results from the fundamental wave model the following differential equation system.
Neben
dem PI-Regler
Bei realen Synchronmaschinen sind die oben genannten Bedingungen nicht in allen Betriebspunkten erfüllt. So wird zum Beispiel bei hohen Strömen das Eisen an einzelnen Orten der Maschine gesättigt. Dies hat eine Verzerrung des Luftspaltfeldes zur Folge.at real synchronous machines are not the above conditions fulfilled in all operating points. For example At high currents, the iron at individual locations of the machine saturated. This has a distortion of the air gap field result.
Aus Kostengründen können bei Maschinen sehr einfach geformte Permanentmagnete auf den Rotor geklebt und weiterhin die Statornuten nicht geschrägt werden. Das hat zur Folge, dass die durch die Drehung des Rotors induzierte Spannung nicht sinusförmig ist. Ähnliches ist der Fall bei gewissen Motoren, welche in der Vergangenheit als sogenannte Brushless DC-Maschinen mit rechteckförmigen Phasenströmen betrieben wurden und aus diesem Grunde mit einer trapezförmigen induzierten Spannung EMK konstruiert wurden.Out Cost reasons can be very simple with machines molded permanent magnets glued to the rotor and continue the Stator slots are not beveled. As a result, that the voltage induced by the rotation of the rotor is not sinusoidal. The same is the case with certain Motors, which in the past as so-called brushless DC machines operated with rectangular phase currents and for this reason induced with a trapezoidal Voltage EMK were constructed.
Bei der Regelung in feldorientierten Koordinaten machen sich diese Abweichungen einer realen Maschine von dem idealen, linearen Grundwellenmodell auf verschiedene Weise bemerkbar. So treten beispielsweise bei vielen Maschinen bei hohen Strömen Oszillationen in den Sromregelkreisen auf, welche mit dem Sechsfachen der elektrischen Drehzahl schwingen. Dies entspricht der sechsten Oberschwingung. Bei Maschinen mit nicht-sinusförmigen induzierten Spannungen (EMK) treten diese Schwingungen bereits im unbestromten Zustand auf. Bei niedrigen Drehzahlen vermögen es die Stromregler, diese Oszillationen auf ein akzeptables Maß zu unterdrücken. Bei hohen Drehzahlen hingegen reicht die Bandbreite der Stromregler oftmals nicht aus und die Amplituden der sechsten Oberschwingungen nehmen störende Ausmaße an.In the case of control in field-oriented coordinates, these deviations of a real machine from the ideal, linear fundamental wave model manifest themselves in various ways. For example, in many machines at high currents, oscillations occur in the sirloop control circuits, which oscillate at six times the electrical speed. This corresponds to the sixth harmonic. In machines with non-sinusoidal induced voltages (EMF), these vibrations already occur in the unbe power up state. At low speeds, the current regulators are able to suppress these oscillations to an acceptable level. At high speeds, however, the bandwidth of the current controller is often insufficient, and the amplitudes of the sixth harmonics take on disturbing proportions.
Ein weiterer Effekt ist das Auftreten von Rastmomenten und/oder Momentenwelligkeit. Das Motormoment ist in solchen Szenarien nicht mehr proportional zum Querstrom. Falls das Drehmoment des Motors gemessen oder durch einen Beobachter geschätzt werden kann, kann ein Momentenregler implementiert werden, der ähnlich zum Querstromregler strukturiert ist, jedoch die Regelabweichung des Drehmoments zum Eingang hat.One Another effect is the occurrence of cogging torque and / or torque ripple. The engine torque is no longer proportional in such scenarios to the cross flow. If the torque of the motor is measured or by an observer can be appreciated, a torque controller be implemented, which structured similar to the cross-flow controller is, however, has the deviation of the torque to the input.
Aus Sicht der Stromregler können die Oszillationen als zyklische Störspannungen aufgefasst werden. Möglichkeiten zur Kompensation dieser Störspannungen werden in der Literatur nicht vorgestellt.Out View of the current regulator, the oscillations as cyclic Interference voltages are understood. options to compensate for these interference voltages are in the literature not presented.
Aus Sicht eines Momentenreglers können die Rastermomente und die Momentenwelligkeit als Störmomente formuliert werden.Out View of a torque controller, the grid moments and the torque ripple are formulated as disturbance torques.
Die bekannten Methoden zur Momentenwelligkeitskompensation wirken durch eine Beeinflussung des Stromsollwertes, welcher der Bandbreite und der Parametrierung des Stromregelkreises unterliegt.The known methods for torque ripple compensation act through an influence of the current setpoint, which of the bandwidth and the parameterization of the current loop is subject.
Weiterhin
gibt es Konzepte zur Kompensation periodischer Störmomente
oder Störkräfte, die auch auf den Sollwert des
Stromreglers wirken. Solche Konzepte sind beispielsweise in der
Die bekannten Konzepte wirken durch Beobachter oder Filter, die bei sich schnell ändernden Drehzahlen oder Strömen zu unerwünschten Nebeneffekten führen. Außerdem wird auf die Sollströme und nicht direkt auf Spannungen eingewirkt. Dadurch ergibt sich eine Abhängigkeit von der Stromreglerparameterisierung.The Known concepts work through observers or filters fast changing speeds or currents lead to undesirable side effects. Furthermore is on the nominal currents and not directly on voltages acted. This results in a dependence on the Stromreglerparameterisierung.
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromregelung oder Momentenregelung, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.In front In this background, the present invention provides a device and a method for current regulation or torque control, a computer program and a computer program product according to the independent ones Claims presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Ansatz eignet sich zur Stromregelung bzw. Momentenregelung von Synchronmaschinen. Insbesondere lässt sich eine Glättung der Stromwelligkeit oder Momentenwelligkeit bei feldorientiert geregelten Synchronmaschinen erzielen.Of the inventive approach is suitable for current regulation or torque control of synchronous machines. In particular, lets a smoothing of the current ripple or torque ripple achieve in field-oriented controlled synchronous machines.
Der erfindungsgemäße Ansatz eignet sich zum einen zur Kompensation der Stromoszillationen oder zur Kompensation der Momentenwelligkeit und der Rastmomente.Of the inventive approach is suitable for a to compensate for the current oscillations or to compensate for the Torque ripple and the cogging moments.
Vorteilhafterweise wird dabei direkt auf die Motorspannung eingewirkt. Der erfindungsgemäße Ansatz ist somit unabhängig von Strom- oder Momentenreglereinstellungen. Die Kompensation kann durch das vorsteuernde Aufschalten von Kompensationsspannungen aus Kennfeldern erfolgen. Dadurch muss nicht die Dynamik von Beobachtern berücksichtigt werden.advantageously, is acted directly on the motor voltage. The inventive Approach is thus independent of current or torque controller settings. Compensation can be achieved by pre-triggering compensation voltages made of maps. This does not require the dynamics of observers be taken into account.
Wird zu einem Momentenregler eine Momentenglättung implementiert, können durch eine Referenzfahrt die Stromoszillationen automatisch berücksichtigt werden.Becomes implemented a torque smoothing for a torque controller, can by a reference trip the current oscillations be automatically taken into account.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist alle Mittel zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf.A Device according to the invention has all means for carrying out a method according to the invention Procedure on.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Stromregelung oder Momentenregelung, um in einem Stromregelkreis oder Momentenregelkreis der Synchronmaschine mindestens eine, in feldorientierten Koordinaten über einen ganzzahligen Teiler des elektrischen Winkels sinusförmige Stellgröße aufzuschalten.The present invention provides a device and a method for current regulation or torque control to sinusoidal in a current control loop or torque control loop of the synchronous machine at least one, in field-oriented coordinates over an integer divisor of the electrical angle Switch on the manipulated variable.
Ferner kann eine Frequenz der mindestens einen Stellgröße einem ganzzahligen Vielfachen einer elektrischen Drehzahl und/oder Geschwindigkeit der Synchronmaschine entsprechen.Further may be a frequency of at least one manipulated variable an integer multiple of an electrical speed and / or Speed of the synchronous machine correspond.
Eine Amplitude und eine Phasenlage der mindestens einen über einen ganzzahligen Teiler des elektrischen Winkels sinusförmigen Stellgröße kann durch Kennfelder und/oder durch analytische Funktionen der Drehzahl und/oder des Längs- und/oder Querstroms und/oder des Ist-Moments und/oder des Soll-Moments der Synchronmaschine abgebildet werden.A Amplitude and a phase angle of at least one over an integer divider of the electrical angle sinusoidal Manipulated variable can by maps and / or by analytical functions of the rotational speed and / or the longitudinal and / or cross-current and / or the actual torque and / or the desired torque of the Synchronous machine can be imaged.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Stromregelung oder Momentenregelung einer Synchronmaschine mit einem parallel geschalteten zeitdiskreten Filter mit einem konjugiert-komplexen Polstellenpaar, wobei das Polstellenpaar in seinem Argument mit einem ganzzahlig Vielfachen einer elektrischen Drehzahl und/oder Geschwindigkeit der Synchronmaschine nachführbar ist.The The present invention further provides an apparatus and a Method for current regulation or torque control of a synchronous machine with a time-discrete filter connected in parallel with a complex conjugate Polstellenpaar, where the Polstellenpaar in his argument with an integer multiple of an electrical speed and / or Speed of the synchronous machine is trackable.
Das Filter kann ausgebildet sein, um eine Kompensationsspannung zur Glättung einer Stromwelligkeit in einem Längs- und/oder Querstromregelkreis oder zur Glättung von Momentenwelligkeit in einem Momentenregelkreis der Synchronmaschine aufzuschalten.The Filter may be configured to provide a compensation voltage for Smoothing of a current ripple in a longitudinal and / or cross-flow control loop or for smoothing torque ripple aufzuschalten in a torque control loop of the synchronous machine.
Vorteilhafterweise
werden die Amplitude und die Phasenlage der Sinusspannung der Stellgröße
mittels eines Kennfelds bestimmt, wobei die Bestimmung der Kennfelder
in einer Referenzfahrt mit zur Regelung parallelgeschaltetem Filter
(siehe bspw.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm mit Programmcodemitteln ist dazu ausgelegt, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn dieses Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, durchgeführt wird.The Computer program according to the invention with program code means is designed to handle all steps of the invention Procedure to perform when using this computer program on a computer or a corresponding computing unit, in particular a device according to the invention is performed.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, wenn dieses Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, durchgeführt wird.The Computer program product according to the invention with program code means, stored on a computer-readable medium are, is to carry out the invention Procedure provided when this computer program on a computer or a corresponding arithmetic unit, in particular an inventive Device is performed.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The Invention is based on embodiments in the drawings schematically and will be described below with reference to the drawings described in detail.
Figurenbeschreibungfigure description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Oberwellenkompensation bzw. Oberwellenmodifikation in den Längs- und Querstromregelkreisen einer feldorientiert geregelten Synchronmaschine. Die Kompensation ist für Oberwellen beliebiger Ordnung geeignet, und wird im Folgenden beispielhaft für die Kompensation der sechsten Oberschwingung einer rotativen Synchronmaschine erklärt. Die eigentliche Kompensation bzw. Modifikation im Normalbetrieb kann über das Aufschalten von vorsteuernden Sinusspannungen, deren Amplituden und Phasenlagen entweder aus Kennfeldern oder aus analytischen Ausgleichsfunktionen drehzahl-, querstrom- und längsstromabhängig angepasst werden erfolgen.The The present invention is concerned with harmonic compensation or harmonic modification in the longitudinal and cross-flow control loops a field-oriented controlled synchronous machine. The compensation is suitable for harmonics of any order, and will in the following example for the compensation of the sixth Harmonics of a rotary synchronous machine explained. The actual compensation or modification in normal operation can be achieved by switching on pre-controlling sinusoidal voltages, their amplitudes and phase angles either from maps or off Analytical compensation functions dependent on speed, cross-flow and longitudinal flow be adjusted.
Die Generierung der Kennfelder- bzw. Ausgleichsfunktionen kann während einer Referenzfahrt erfolgen, bei der die Zustände von stromreglerparallelen drehzählabhängig nachgeführten Filtern direkt in Kennfeldstützpunkte umgerechnet werden können. Während der Referenzfahrt kann die zu untersuchende Maschine in einer modifizierten Stromregelung betrieben werden und über einen Antriebsmotor geschwindigkeitsgeregelt werden.The Generation of the map or compensation functions can during a reference run, in which the states of Current controller-parallel rotation counter-dependent tracked Filtering directly into Kennfeldstützpunkte be converted can. During the reference journey, the too operating machine operated in a modified current control be speed controlled by a drive motor become.
Analog lassen sich die Oberwellen im Querstrom auch dahingehend modifizieren, dass Rastmomente und/oder Momentenwelligkeiten der Maschine kompensiert werden können.Analogous can the harmonics in cross-flow also be modified to that effect that cogging moments and / or torque ripples of the machine compensated can be.
Vorteil der beschriebenen Verfahren ist, dass die Kompensation bzw. Modifikation über die Aufschaltung einer zusätzlichen Spannung erfolgen und somit unabhängig von der Bandbreite des Strom- bzw. Momentenreglers erfolgen kann.advantage the method described is that the compensation or modification over the connection of an additional voltage is done and thus independent of the bandwidth of the current or torque controller can be done.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Kompensation beliebiger Oberschwingungen in den Stromregelkreisen durch Vorsteuerung. Oberschwingungen haben eine Frequenz, die dem ganzzahligen Vielfachen der elektrischen Drehzahl entspricht. Die maschinentypspezifischen Parameter der Vorsteuerung können dabei während einer Referenzfahrt aus den Stromreglern parallelgeschalteten Störgrößenfiltern extrahiert werden.According to one Embodiment allows the invention Approach a compensation of any harmonics in the current control circuits by pilot control. Harmonics have a frequency that is integer multiples of the electrical speed corresponds. The Machine type specific parameters of the pilot control can during a reference run from the current regulators parallel interference filters be extracted.
Im folgen wird der erfindungsgemäße Ansatz zur Oberschwingungskompensation am Beispiel der K-ten Oberwelle mit einem Längsstromsollwert von NULL beschrieben.in the will follow the inventive approach to harmonic compensation using the example of the Kth harmonic with a longitudinal current setpoint described by NULL.
Es wird angenommen, dass die K-te Oberwelle jeweils als Störspannung (Ud,Stör, Uq,Stör) auf die Regelkreise wirkt. Die Amplitude (Ad(Iq)·ωel, Aq(Iq)·ωel) der jeweiligen Störspannung ist aufgrund der lokalen magnetischen Sättigung querstromabhängig sowie drehzahlproportional. Wird der Längsstrom nicht zu NULL geregelt, beispielsweise im Feldschwächebetrieb, wird auch eine Längsstromabhängigkeit berücksichtigt.It is assumed that the K th harmonic acts as interference voltage (U d, disturbance , U q, disturbance ) on the control circuits. The amplitude (A d (I q ) · ω el , A q (I q ) · ω el ) of the respective noise voltage is due to the local magnetic saturation cross-dependent and speed proportional. If the longitudinal current is not regulated to zero, for example in field weakening mode, a longitudinal current dependency is also taken into account.
Die
Frequenz der Störsignale entspricht jeweils dem K-fachen
der elektrischen Drehzahl. Die Phasenlage (γd(Iq, ωel), γq(Iq, ωel)) der Störgrößen
ist drehzahl- und querstromabhängig. Wird der Längsstrom
nicht zu NULL geregelt, beispielsweise im Feldschwächebetrieb,
wird auch eine Längsstromabhängigkeit berücksichtigt.
Um
diese Störspannungen zu kompensieren, wird nun im Längs-
und im Querstromregelkreis die jeweilige Gegenspannung auf geschaltet.
Dabei wird aufgrund der Stellgrößenverzögerung um
einen Stromreglertakt im Block
Der
Block
Der
Block
Die
Blöcke
Der
Block
Der
Block
Während
wie bei der in den
Die
in den
Die
Amplitude
Es
können mehrere der Vorsteuerungen
Im Folgenden wird die Parametrierung der Oberwellenkompensation beschrieben.in the The following describes the parameterization of harmonic compensation.
Kernstück
der Oberwellenkompensation sind die folgenden Funktionen zur Abbildung
der Amplituden und Phasenlagen der Kompensationsspannungen:
Die Abbildung erfolgt primär durch Kennfelder. Die Kennfelder können jedoch auch zum Beispiel über die Gaußsche Methode der kleinsten Fehlerquadratsumme in Ausgleichsfunktionen, beispielsweise Polgnome überführt werden.The Illustration is done primarily by maps. The maps but also for example about the Gaussian Least squares method in balancing functions, For example, polynomials are transferred.
In
jedem Fall werden zuerst die Kennfelder ermittelt. Dies kann in
einer Referenzfahrt erfolgen, bei der die zu vermessende Synchronmaschine,
der Prüfmotor, in Stromregelung mit modifizierten Stromreglern
betrieben wird und über einen Antriebsmotor mit vorgegebener
Drehzahl gedreht wird, wie es nachfolgend in
Im Folgenden wird die Modifizierung der Stromregler zur Kennfelddatengenerierung beschrieben.in the The following is the modification of the current controller for map data generation described.
Die
Stromregelung des Prüfmotors wird dahingehend modifiziert,
dass parallel zu dem jeweiligen PI-Stromregler des Längszweiges
Der
Block
Der
Block
Die Störgrößenkompensationsfilter haben folgende drehzahlabhängige zeitdiskrete Übertragungsfunktion: wobei TI A die Stromreglerabtastzeit und ZGF(z) ein frei wählbares Zählerpolynom zweiter Ordnung in z ist. Das Zählerpolynom wird anhand von Stabilitätsbetrachtungen bestimmt und wird unter Umständen auch drehzahlabhängig nachgeführt. Das Filter zeichnet sich dadurch aus, dass es ein konjugiert-komplexes Polstellenpaar auf dem Umfang des Einheitskreises in der z-Ebene besitzt, welches in seinem Argument als ein K-faches von ωel·TI A nachgführt wird. K ist eine ganze Zahl und entspricht der Ordnung der zu kompensierenden bzw. zu modifizierenden Oberschwingung.The disturbance compensation filters have the following speed-dependent time-discrete transfer function: where T I A is the current regulator sampling time and Z GF (z) is a second order arbitrary numerator polynomial in z. The numerator polynomial is determined on the basis of stability considerations and under certain circumstances is also tracked depending on the speed. The filter is characterized by having a conjugate-complex pole pair on the circumference of the unit circle in the z-plane, which is traced in its argument as a K-fold of ω el · T I A. K is an integer and corresponds to the order of the harmonic to be compensated or modified.
Im eingeschwungenen Zustand beider Stromregler bei konstanter Maschinendrehzahl und konstanten Sollströmen kompensiert die Ausgangsspannungen UF d und UF q der Filter die Störspannungen Ud,stör bzw. Uq,stör.In the steady state of both current controller at a constant engine speed and constant setpoint currents, the output voltages U F d and U F q of the filter compensates the interference voltages U d, disturbance or U q, noise .
Die
Das
zeitdiskrete Filter
Es können mehrere dieser Filter parallel geschaltet werden, um Oberschwingungen unterschiedlicher Ordnung gleichzeitig zu kompensieren. Die Besonderheit dieses Filters ist, dass es direkt eine Kompensationsspannung generiert, welche die Stromwelligkeit im Längs- und Querstromregelkreis glättet.It several of these filters can be switched in parallel, to compensate for harmonics of different order at the same time. The peculiarity of this filter is that it is directly a compensation voltage generates the current ripple in the longitudinal and cross-circuit loop smoothes.
Der
Verlauf des Filterzustands qd2 bzw. qq2 entspricht dem invertierten und um einen
Reglertakt verzögerten Verlauf des Zustands qd1 bzw.
qq1:
Aus den Filterzuständen qd1, qd2 sowie qq1 und qq2 des autonomen Filters können für den jeweiligen Betriebspunkt (Iq, ωel und unter Umständen Id) zu jedem Zeitpunkt aus den Gleichungen Gl. 9 bis Gl. 12 die Parameter der beiden Kompensationsspannungen berechnet werden: K... Ordnung der zu kompensierenden Oberschwingung.From the filter states q d1 , q d2 as well as q q1 and q q2 of the autonomous filter, for the respective operating point (I q , ω el and possibly I d ) the equations Eq. 9 to Eq. 12 the parameters of the two compensation voltages are calculated: K ... Order of the harmonic to be compensated.
Diese Auswertung wird für verschiedene Querströme und unter Umständen für verschiedene Längsströme bei unterschiedlichen Drehzahlen durchgeführt und bildet jeweils eine Stützstelle für die zu generierenden Kennfelder. Die Stützstellen, bestehend aus Amplitude und Phasenlage der Kompensationsspannungen, werden dann in Kennfeldern zusammengefasst oder in geeignete Ausgleichsfunktionen überführt.These Evaluation is made for different cross currents and possibly for different longitudinal currents performed at different speeds and forms one support point each for the to be generated Maps. The support points, consisting of amplitude and Phase position of the compensation voltages, are then in maps summarized or converted into suitable compensation functions.
Zur
Synthese des Filterausgangs im eingeschwungenen Zustand (Vorsteuerung)
kann entsprechend den Gleichungen Gl. 9 bis Gl. 12 eine Kennfelddatengenerierung
aus den Zuständen (qd1, qd2 bzw. qq1, qq2) eines oder mehrerer Filters
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Kompensation von Momentenwelligkeit oder Rastmomenten im Momentenregler durch ein vorsteuerndes Aufschalten einer oder mehrerer Sinusspannungen. Die maschinentypspezifischen Parameter der Vorsteuerung können dabei während einer Referenzfrequenz aus zu dem Momentenregler parallelgeschalteten Störgrößenfiltern extrahiert werden. Das Ist-Moment kann dabei aus diversen Beobachtern, aus Maschinenmodellen oder aus Messwerttabellen stammen.According to a further embodiment, the inventive approach allows Kompen sation of torque ripple or cogging torque in the torque controller by a vorsteuerndes intrusion of one or more sinusoidal voltages. The machine-type-specific parameters of the precontrol can be extracted during a reference frequency from disturbance-size filters connected in parallel to the torque controller. The actual moment can come from various observers, from machine models or from measured value tables.
Im Folgenden wird ein Ansatz zur Rastmoment- bzw. Momentenwelligkeitskompennsation am Beispiel der K-ten Oberwelle mit einem Längsstromsollwert von NULL beschrieben.in the The following is an approach to Rastmoment- and Momentenwelligkeitskompennsation using the example of the Kth harmonic with a longitudinal current setpoint described by NULL.
Es
wird angenommen, dass ein Ist-Moment der Maschine für eine
Momentenregelung zur Verfügung steht. In diesem Fall kann
der Querstromregler
Um dieses Störmoment zu kompensieren, wird nun im Momentenregelkreis eine entsprechende Spannung aufgeschaltet, die das Störmoment kompensiert. Phase und Amplitude der Kompensationsspannung werden dabei abhängig von der Maschinendrehzahl und dem Ist-Moment nachgeführt.Around To compensate for this disturbance torque is now in the torque control loop a corresponding voltage is applied, the disturbing torque compensated. Phase and amplitude of the compensation voltage depending on the engine speed and the actual torque tracked.
Der
Block
Der
Block
Im
Längsstromzweig ist weiterhin eine Oberwellenkompensation
sinnvoll, wie sie anhand der
Die
Generierung der Kennfelder kann analog zu den anhand der
Das zur Momentenregelung der Synchronmaschine parallel geschaltete zeitdiskrete Filter weist ein konjugiertkomplexes Polstellenpaar auf. Das Polstellenpaar wird in seinem Argument mit einem ganzzahlig Vielfachen der elektrischen Drehzahl und/oder Geschwindigkeit nachgeführt. Es können mehrere dieser Filter parallel geschaltet werden, um Oberschwingungen unterschiedlicher Ordnung gleichzeitig zu kompensieren.The for the torque control of the synchronous machine parallel discrete time discrete Filter has a complex conjugate pair of poles. The pole pair is in his argument with an integer multiple of the electrical Tracking speed and / or speed. It can several of these filters are connected in parallel to harmonics different order at the same time to compensate.
Die
zur Momontenregelung der Synchronmaschine parallel geschaltete Vorsteuerung
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Bei der Synchronmaschine kann es sich beispielsweise um einen Linearantrieb oder um eine rotative Maschine handeln. Die Maschine kann durch Permanentmagnete oder elektrisch erregt werden. Auch ein Betrieb der Maschine in Feldschwächung ist möglich. Wird der Längsstrom im Feldschwächebetrieb nicht zu NULL geregelt, so erweitert sich die Abhängigkeit der Kennfelder bzw. Ausgleichsfunktionen der Gleichungen Gl. 9 bis Gl. 12 um die zusätzliche Abhängigkeit vom Längsstrom. Wird eine elektrisch erregte Synchronmaschine in Feldschwächung betrieben, so ergibt sich zusätzlich eine Abhängigkeit der Kennfelder vom Rotorstrom.The described embodiments are chosen by way of example and can be combined with each other. In the synchronous machine For example, it can be a linear drive or a act rotary machine. The machine can be powered by permanent magnets or electrically excited. Also operating the machine in Field weakening is possible. Becomes the longitudinal flow not controlled to ZERO in field weakening, so extended the dependence of the maps or compensation functions the equations Eq. 9 to Eq. 12 for the additional dependency from the longitudinal flow. Is an electrically excited synchronous machine operated in field weakening, this results in addition a dependence of the maps of the rotor current.
In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die folgenden Terme und Abkürzungen verwendet:
- eId
- Regelabweichung des Längsstromreglers
- eIq
- Regelabweichung des Querstromreglers
- eM
- Regelabweichung des Momentenreglers
- TI A
- Stromreglertaktzeit
- z
- Operator der z-Transformation
- ΨR
- Rotorflossverkettung
- Ld, Lq
- Längs- und Querinduktivität
- ωel
- Elektrische Drehzahl/Geschwindigkeit
- fel
- Elektrischer Winkel/Lage
- Id, Iq
- Längs- und Querstrom
- Ud,stör, Uq,stör
- Periodische Störspannung im Längs- bzw. Querstromregelkreis
- Mstör
- Periodisches Störmoment
- Ad, Aq
- Amplitude der Störspannung im Längs- bzw. Querstromregelkreis
- AM
- Amplitude des Störmoments
- γd, γq
- Phasenlage der Störspannung im Längs- bzw. Querstromregelkreis
- γM
- Phasenlage des Störmoments
- γ*d, γ*q
- Phasenlage der Kompensationsspannung im Längs- bzw. Querstromregelkreis
- γ*M
- Phasenlage der Spannung zur Kompensation des Störmoments
- A*M
- Amplitude der Spannung zur Kompensation des Störmoments
- e Id
- Control deviation of the flow controller
- e Iq
- Control deviation of the cross-flow controller
- e M
- Control deviation of the torque controller
- T I A
- Current controller cycle time
- z
- Operator of the z transformation
- Ψ R
- Rotor Floss concatenation
- L d , L q
- Longitudinal and transverse inductance
- ω el
- Electrical speed / speed
- f el
- Electrical angle / position
- I d , I q
- Longitudinal and cross flow
- U d, sturgeon , U q, sturgeon
- Periodic interference voltage in the longitudinal or cross-circuit control loop
- M sturgeon
- Periodic disturbance torque
- A d , A q
- Amplitude of the interference voltage in the longitudinal or cross-circuit control loop
- A M
- Amplitude of the disturbance moment
- γ d , γ q
- Phase of the interference voltage in the longitudinal or cross-circuit control loop
- γ M
- Phase position of the disturbance moment
- γ * d , γ * q
- Phase angle of the compensation voltage in the longitudinal or cross-circuit control loop
- γ * M
- Phase of the voltage to compensate for the disturbance torque
- A * M
- Amplitude of the voltage for compensation of the disturbance torque
- 11
- LängsstromreglerLongitudinal current controller
- 22
- Zeitverzögerung um einen Stromreglertakt aufgrund der Rechenzeit (z–1)Time delay by one current controller cycle due to the computing time (z -1 )
- 33
- Querinduktivität (Lq)Transverse inductance (L q )
- 44
- QuerstromreglerCross-flow regulator
- 55
- Längsinduktivität (Ld)Longitudinal inductance (L d )
- 66
- Rotorflussverkettung (ΨR)Rotor flux linkage (Ψ R )
- 77
- Momentenreglertorque controller
- 88th
- Ordnung K der zu kompensierenden/manipulierenden Oberwelleorder K of the harmonic to be compensated / manipulated
- 99
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Phasenlage γ*d in Abhängigkeit von Querstrom und elektrischer DrehzahlCharacteristic map or compensation function for mapping the phase position γ * d as a function of cross-flow and electrical speed
- 1010
- Bildet den Kosinus des Eingangssignalsforms the cosine of the input signal
- 1111
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Amplitude Ad in Abhängigkeit von Querstrom und elektrischer DrehzahlMap or compensation function for mapping the amplitude A d as a function of the cross-flow and electrical speed
- 1212
- Regelstrecke d-Stromzweigcontrolled system d-current branch
- 1313
- Vorsteuerung zur Kompensation der Störspannung bzw. Stromwelligkeit im Längsstromregelkreisfeedforward for compensation of the interference voltage or current ripple in the longitudinal flow control loop
- 1414
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Phasenlage γ*q in Abhängigkeit von Querstrom und elektrischer DrehzahlCharacteristic map or compensation function for mapping the phase position γ * q as a function of cross-current and electrical speed
- 1515
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Amplitude Aq in Abhängigkeit von Querstrom und elektrischer DrehzahlCharacteristic map or compensation function for mapping the amplitude A q as a function of cross-flow and electrical speed
- 1616
- Vorsteuerung zur Kompensation der Störspannung bzw. Stromwelligkeit im Querstromregelkreisfeedforward for compensation of the interference voltage or current ripple in the cross-flow control loop
- 1717
- Regelstrecke q-Stromzweigcontrolled system q current branch
- 1818
- Drehzahlabhängig nachgeführtes Störgrößenkompensationsfilter im LängsstromzweigSpeed Dependent tracked disturbance compensation filter in the longitudinal flow branch
- 1919
- Drehzahlabhängig nachgeführtes Störgrößenkompensationsfilter im QuerstromzweigSpeed Dependent tracked disturbance compensation filter in the crossflow branch
- 2020
- Nachgeführter Filterkoeffizienttracked filter coefficient
- 2121
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Phasenlage γ*M, in Abhängigkeit von Ist-Moment und elektrischer DrehzahlCharacteristic map or compensation function for mapping the phase position γ * M , as a function of actual torque and electrical speed
- 2222
- Kennfeld oder Ausgleichsfunktion zur Abbildung der Amplitude A*M in Abhängigkeit von Ist-Moment und elektrischer DrehzahlMap or compensation function for mapping the amplitude A * M as a function of actual torque and electrical speed
- 2323
- Vorsteuerung zur Kompensation des Störmoments bzw. Momentenwelligkeit im Momentenregelkreisfeedforward for compensation of the disturbance torque or torque ripple in torque control loop
- 2424
- Maschinenspezifischer Zusammenhang zwischen Querstrom und Gleichanteil des IstmomentsSpecific equipment Relationship between cross-flow and DC component of the actual torque
- 3131
- Antriebsmotordrive motor
- 3232
- Kupplungclutch
- 3333
- Prüfmotortest engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 4026091 A1 [0017] - DE 4026091 A1 [0017]
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