DE102008042931A1 - Method and device for field-oriented control of a synchronous machine - Google Patents

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Karl-Bernhard Lederle
Gunther Goetting
Axel Jacob
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine. Dabei erfolgt eine Ermittlung eines Querstrom-Sollwertes, eines Längsstrom-Sollwertes, eines Querstrom-Istwertes und eines Längsstrom-Istwertes. Die genannten Werte werden einem Regler zugeführt, der eine Längsspannungskomponente und eine Querspannungskomponente ermittelt. Diese werden in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems umgewandelt und dann an einen Pulswechselrichter weitergeleitet. Eine Regelung der Synchronmaschine erfolgt durch die Ausgangssignale des Pulswechselrichters. Die Ermittlung des Querstrom-Sollwertes und des Längsstrom-Sollwertes erfolgt derart, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.The invention relates to a method and a device for field-oriented control of a synchronous machine. In this case, a determination of a cross-flow setpoint, a longitudinal flow setpoint, a cross-flow actual value and a longitudinal flow actual value takes place. The values mentioned are fed to a controller which determines a longitudinal voltage component and a transverse voltage component. These are converted into voltages of a multi-phase three-phase system and then forwarded to a pulse inverter. A control of the synchronous machine is performed by the output signals of the pulse inverter. The determination of the cross-current setpoint value and of the longitudinal current setpoint value takes place in such a way that the sum of the losses in each operating point of the synchronous machine is minimized.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.The The invention relates to a method and a device for field-oriented Control of a synchronous machine.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Antrieben, die im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen verwendet werden, Synchronmaschinen einzusetzen. Dabei wird in vielen Fällen eine feldorientierte Regelung verwendet. Bei einer derartigen feldorientierten Regelung wird der Betrieb der Synchronmaschine durch zwei charakteristische Ströme beschrieben, den Längsstrom und den Querstrom. Ferner ist es bereits bekannt, im sogenannten Feldschwächbetrieb die bei der Berechnung der Sollwerte für den Längsstrom und den Querstrom verfügbaren Freiheitsgrade derart zu nutzen, dass die ohmschen Verluste minimiert werden. Dieses Vorgehen basiert auf der Annahme, dass bei Werkzeugmaschinen die ohmschen Verluste dominant sind bzw. dass wegen der optimierten Bauformen der in den Werkzeugmaschinen verwendeten Synchronmaschinen andere Verlustmechanismen gegenüber den ohmschen Verlusten vernachlässigbar sind.It is already known in electrical drives related to used with machine tools to insert synchronous machines. In many cases, this is a field-oriented regulation used. In such field-oriented control of the Operation of the synchronous machine by two characteristic currents described, the longitudinal flow and the cross flow. Further is it is already known, in the so-called field weakening the in the calculation of the setpoints for the longitudinal flow and the crossflow available degrees of freedom so use that the ohmic losses are minimized. This procedure is based on the assumption that in machine tools the ohmic losses are dominant or because of the optimized designs in the Machine tools used synchronous machines other loss mechanisms negligible compared to the ohmic losses are.

Bei einem Einsatz von Synchronmaschinen in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise als Antriebsaggregat in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb, kann im Allgemeinem aufgrund der zahlreichen Einschränkungen des jeweils vorhandenen Bauraums keine im Hinblick auf die Verluste optimale Bauform der Synchronmaschine gewählt werden. Dies führt dazu, dass auch andere Verlustmechanismen, beispielsweise Eisenverluste und Verluste im Magnetmaterial, eine nicht vernachlässigbare Rolle spielen.at a use of synchronous machines in a motor vehicle, for example as a drive unit in a vehicle with hybrid drive, can in General due to the numerous limitations of the each available space no in terms of losses optimum design of the synchronous machine can be selected. This causes other loss mechanisms, such as iron loss and losses in the magnetic material, a not negligible Role-play.

Aus der DE 198 49 889 A1 ist bereits ein Verfahren zur leistungs- und wirkungsgradoptimierten Regelung von Synchronmaschinen bekannt. Bei diesem Verfahren werden wenigstens drei Regelbereiche definiert, innerhalb derer die Regelung des Generators nach unterschiedlichen Kriterien erfolgt. Die Festlegung der Regelbereiche erfolgt insbesondere drehzahlabhängig und abhängig von der gewünschten Sollleistung. Die Regelung erstreckt sich dabei sowohl auf den Erregerstrom als auch auf den Ständerstrom und wird mittels verschiedener, miteinander Informationen austauschender Regler durchgeführt.From the DE 198 49 889 A1 A method for power and efficiency-optimized control of synchronous machines is already known. In this method, at least three control ranges are defined, within which the control of the generator takes place according to different criteria. The determination of the control ranges is in particular speed-dependent and dependent on the desired target performance. The control extends both to the excitation current and the stator current and is carried out by means of different, mutually exchanging information controller.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist den Vorteil auf, dass die Freiheitsgrade bei der Ermittlung der Sollwerte für den Längsstrom und den Querstrom in jedem Betriebspunkt derart genutzt werden, dass die jeweilige Summe aller Verluste minimiert ist.One Method with the features specified in claim 1 has the Advantage on that the degrees of freedom in the determination of the setpoints for the longitudinal flow and the cross flow in each Operating point can be used so that the respective sum of all Losses is minimized.

Ein geringerer Verlust beim Betrieb einer Synchronmaschine wirkt sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Antriebs aus. Wird ein Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb verwendet, bei dem die Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie zum Großteil vom Verbrennungsmotor geliefert wird, dann macht sich ein verbesserter Wirkungsgrad des Antriebs durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch bemerkbar.One less loss when operating a synchronous machine affects beneficial to the efficiency of the drive. Becomes a procedure according to the invention, for example in a motor vehicle used with hybrid drive, where the energy to charge the vehicle battery for the most part is supplied by the internal combustion engine, then makes an improved efficiency of the drive by a lower fuel consumption noticeable.

Ein verbesserter Wirkungsgrad hat des weiteren einen geringeren Wärmeeintrag in die Synchronmaschine zur Folge. Dies bedeutet, dass die Dauergrenzlinie der Synchronmaschine, die eine erlaubte dauerhafte thermische Maximalbelastung beschreibt, hin zu höheren Leistungen bzw. hö heren Drehmomenten verschoben werden kann. Dies erlaubt im zeitlichen Mittel bessere Fahrleistungen. Des Weiteren ist ein kurzzeitiger Betrieb oberhalb dieser Dauergrenzlinie ohne Schädigung der Synchronmaschine aufgrund des verbesserten Wirkungsgrades der Synchronmaschine häufiger möglich als beim Stand der Technik.One improved efficiency also has a lower heat input in the synchronous machine result. This means that the duration limit line the synchronous machine, which allows a permanent permissible maximum thermal load describes towards higher powers or higher torques can be moved. This allows better on average over time Driving performance. Furthermore, a short-term operation above this Continuous limit line without damage to the synchronous machine due the improved efficiency of the synchronous machine more often possible as in the prior art.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren.Further advantageous properties of the invention will become apparent from the exemplary explanation with reference to the figures.

Zeichnungdrawing

Die 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine. Die 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Mikrocomputers, der die Sollwerte für den Querstrom und den Längsstrom bereitstellt. Die 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wahl eines Betriebspunktes aus jeweils einer Drehmomentkennlinie. Die 4 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.The 1 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine. The 2 shows a sketch for explaining the operation of a microcomputer, which provides the setpoints for the cross-flow and the longitudinal flow. The 3 shows a diagram illustrating the choice of an operating point of each of a torque characteristic. The 4 shows a more detailed block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine.

Beschreibungdescription

Die 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.The 1 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine.

Diese Regelung beruht auf einer Istwertmessung der Phasenströme eines 3-Phasen-Drehstromsystems und einer auf den gemessenen Istwerten beruhenden Ermittlung einer Längs- und einer Querkomponente der Regelspannung bezüglich der Rotorlage.These Control is based on an actual value measurement of the phase currents a 3-phase three-phase system and one based on the measured actual values Determination of a longitudinal and a transverse component of the control voltage with respect to the rotor position.

Bei dieser Regelung werden die aus dem 3-Phasen-Drehstromsystem der Synchronmaschine abgeleiteten Phasenströme ia, ib, ic unter Berücksichtigung des Feldwinkels α in einem Park-Transformator 13 in die Ströme Id_ist und Iq_ist eines rechtwinkligen Koordinatensystems umgewandelt. Der Strom Id_ist stellt dabei den Istwert für den Längsstrom der Maschine dar. Der Strom Iq_ist bezeichnet den Istwert für den Querstrom der Maschine.In this control, the phase currents ia, ib, ic derived from the 3-phase three-phase system of the synchronous machine are calculated in consideration of the field angle α in a park transform mator 13 converted into the currents Id_ist and Iq_ist of a rectangular coordinate system. The current Id_ist represents the actual value for the longitudinal flow of the machine. The current Iq_ist designates the actual value for the cross-flow of the machine.

Der Längsstrom-Istwert Id_ist und der Querstrom-Istwert Iq_ist werden einem Regler R zugeführt. Dieser erhält als weitere Eingangssignale einen Längsstrom-Sollwert Id_soll und einen Querstrom-Sollwert Iq_soll, die von einem in der 1 nicht dargestellten Sollwertgeber zur Verfügung gestellt werden. Bei diesem Sollwertgeber handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrocomputer 14, dessen Arbeitsweise im Zusammenhang mit den 2 und 3 erläutert wird.The longitudinal current actual value Id_ist and the cross current actual value Iq_ist are fed to a regulator R. This receives as a further input signals a longitudinal current setpoint Id_soll and a cross-current setpoint Iq_soll, the one in the 1 setpoint generator not shown are provided. This setpoint generator is preferably a microcomputer 14 whose working method in connection with the 2 and 3 is explained.

Der Regler R ermittelt aus seinen Eingangssignalen Id_soll, Iq_soll, Id_ist und Iq_ist eine Längsspannungskomponente ud und eine Querspannungskomponente uq, die als Regelspannungskomponenten einem inversen Park-Transformator 6 zugeführt werden. Dieser hat die Aufgabe, die im rechtwinkligen Koordinatensystem vorliegenden Regelspannungskomponenten ud und uq in Regelspannungskomponenten ua, ub und uc eines 3-Phasen-Drehstromsystems umzuwandeln. Diese werden in einem Pulswechselrichter 7 in Ansteuerimpulse für die Synchronmaschine 8 umgewandelt.The controller R determines from its input signals Id_soll, Iq_soll, Id_ist and Iq_ist a longitudinal voltage component ud and a transverse voltage component uq, which are used as control voltage components in an inverse park transformer 6 be supplied. Its task is to convert the control voltage components ud and uq present in the rectangular coordinate system into control voltage components ua, ub and uc of a 3-phase three-phase system. These are in a pulse inverter 7 in drive pulses for the synchronous machine 8th transformed.

Der Mikrocomputer, der das Sollwertsignal Id_soll für den Längsstrom und das Sollwertsignal Iq_soll für den Querstrom bereitstellt, ermittelt diese Sollwertsignale derart, dass die bestehenden Freiheitsgrade in jedem Betriebspunkt so ausgenutzt sind, dass die Summer aller Verluste im jeweiligen Betriebspunkt minimiert ist. Dies wird nachfolgend anhand der 2 und 3 näher erläutert.The microcomputer, which provides the setpoint signal Id_soll for the longitudinal flow and the setpoint signal Iq_soll for the crossflow, determines these setpoint signals such that the existing degrees of freedom at each operating point are utilized so that the sum of all losses in the respective operating point is minimized. This will be explained below with reference to 2 and 3 explained in more detail.

Die 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise des Mikrocomputers 14. Diesem Mikrocomputer werden als Eingangsgrößen eine Information M_soll über ein ge wünschtes Drehmoment, eine Information über die Drehzahl n der Synchronmaschine und eine Information über die Zwischenkreisspannung U der Synchronmaschine zugeführt. Der Mikrocomputer 14 ermittelt unter Verwendung eines Kennfeldes, welches in einem Speicher 14a des Mikrocomputers abgespeichert ist, Sollwerte Id_soll für den Längsstrom und Iq_soll für den Querstrom und stellt diese Sollwerte ausgangsseitig bereit.The 2 shows a sketch for explaining the operation of the microcomputer 14 , This microcomputer are supplied as input quantities information M_soll about a ge desired torque, information about the speed n of the synchronous machine and information about the intermediate circuit voltage U of the synchronous machine. The microcomputer 14 determined using a map, which in a memory 14a of the microcomputer, setpoints Id_soll for the longitudinal flow and Iq_soll for the crossflow and provides these setpoints on the output side.

Das genannte Kennfeld wurde im Voraus dadurch ermittelt, dass die vom Pulswechselrichter 7 aufgenommene elektrische Leistung ermittelt wird, indem ein jeweils geeigneter Strom und eine zugehörige Spannung gemessen und miteinander multipliziert werden. Die Ströme Id und Iq werden entlang einer Kennlinie, die einem vorgegebenen Drehmoment der Synchronmaschine entspricht, zwischen vorgegebenen Grenzwerten Lim 1 und Lim 2 variiert. Dies ist in der 3 veranschaulicht. Diese zeigt ein Diagramm, in welchem längs der Ordinate der Querstrom Iq und längs der Abszisse der Längsstrom Id aufgezeichnet ist. Die Kurven M1, M2, M3 und M4 sind jeweils einem vorgegebenen Drehmoment zugeordnet, wobei die genannte Variation zwischen den Grenzen Lim 1 und Lim 2 vorgenommen wird. Diese sind in der 3 nur bei der Kurve M1 veranschaulicht und begrenzen den in der Praxis nutzbaren Bereich der jeweiligen Kennlinie.The characteristic map mentioned above was determined in advance by that of the pulse inverter 7 recorded electrical power is determined by a respective suitable current and an associated voltage are measured and multiplied together. The currents Id and Iq are varied between predetermined limit values Lim 1 and Lim 2 along a characteristic which corresponds to a predetermined torque of the synchronous machine. This is in the 3 illustrated. This shows a diagram in which along the ordinate of the transverse current Iq and along the abscissa of the longitudinal flow Id is recorded. The curves M1, M2, M3 and M4 are each associated with a predetermined torque, wherein said variation between the limits Lim 1 and Lim 2 is made. These are in the 3 illustrated only in the curve M1 and limit the usable range in practice of the respective characteristic.

Jede derartige Drehmomentkennlinie repräsentiert eine Schar von Betriebspunkten, die alle das gleiche Drehmoment an der Welle der Synchronmaschine erzeugen. Aus dieser Schar von Betriebspunkten wird derjenige ermittelt, der sich durch den geringsten Gesamtverlust auszeichnet.each such torque characteristic represents a crowd from operating points, all the same torque at the shaft generate the synchronous machine. Out of this crowd of operating points the one who determines himself by the least total loss is determined distinguished.

Das Wertepaar von Strömen Id und Iq, das eine minimale Leistungsaufnahme des Pulswechselrichters ergibt, wird als Betriebspunkt für das vorgegebene Drehmoment vermerkt. Dieses Vorgehen wird für den gesamten Betriebsbereich der Synchronmaschine wiederholt, d. h. für eine Vielzahl von Drehmomenten, Drehzahlen und Zwischenkreisspannungen.The Value pair of currents Id and Iq, the minimum power consumption of the pulse inverter, is used as the operating point for the specified torque is noted. This procedure is for the entire operating range of the synchronous machine is repeated, d. H. for a variety of torques, speeds and DC link voltages.

Ergebnis dieses Vorgehens ist ein Kennfeld mit einer Vielzahl von Stützstellen, wobei jede dieser Stützstellen ein im Hinblick auf eine Minimierung aller Verluste optimiertes Wertepaar für den Querstrom und den Längsstrom enthält: (Id, Iq) = f(M, n, U). The result of this procedure is a characteristic map with a large number of interpolation points, each of these interpolation points containing an optimized value pair for the transverse flow and the longitudinal flow with a view to minimizing all losses: (Id, Iq) = f (M, n, U).

Dieses Kennfeld wird im Speicher 14a des Mikrocomputers 14 nichtflüchtig hinterlegt und steht im späteren Betrieb zur Ermittlung des jeweils optimalen Wertepaares für Id_soll und Iq_soll zur Verfügung, wobei der Mikrocomputer das jeweils optimale Wertepaar aus seinen Eingangsgrößen M soll, n und U ermittelt. Bei Bedarf kann auch eine Interpolation zwischen den genannten Stützstellen erfolgen.This map is stored in memory 14a of the microcomputer 14 is deposited non-volatile and is available in later operation for determining the respectively optimal value pair for Id_soll and Iq_soll, wherein the microcomputer determines the respectively optimum value pair from its input variables M soll, n and U. If required, interpolation between the named interpolation points can also take place.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, alle relevanten Verlustmechanismen formelmäßig darzustellen und diese Formeln im Speicher 14a des Mikrocomputers 14 zu hinterlegen. Im Betrieb erfolgt dann unter Verwendung der abgespeicherten Formeln eine Ermittlung des Wertepaares für Id_soll und Iq_soll, bei welchem die geringsten Gesamtverluste auftreten. Bei Verwendung von derartigen Formeln sind der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform notwendige Interpolationsmechanismus und eine messtechnische Untersuchung einer Vielzahl von Betriebspunkten nicht notwendig.An alternative embodiment is to formally represent all relevant loss mechanisms and these formulas in memory 14a of the microcomputer 14 to deposit. In operation, then using the stored formulas, a determination of the value pair for Id_soll and Iq_soll, in which the lowest total losses occur. When using such formulas, the interpolation mechanism necessary in the above-described embodiment and a metrological examination of a plurality of operating points are not necessary.

Eine weitere Alternative besteht darin, die vorstehend angegebene formelmäßige Darstellung derart zu modifizieren, dass der komplexe formelmäßige Zusammenhang durch einen einfacheren Zusammenhang näherungsweise beschrieben wird, beispielsweise durch eine Approximation durch ein Polynom der Ordnung x. Dies erlaubt eine Ermittlung der Sollwerte für den Querstrom und den Längsstrom mit einem verringerten Bedarf an Rechnerressourcen. Des weiteren vermeidet dies den bei der formelmäßigen Darstellung möglicherweise auftretenden Fall, dass für den Längsstrom und den Querstrom am Ort des Verlustminimums keine geschlossene formelmäßige Darstellung existiert.Another alternative is to use the formula given above such that the complex formulaic relationship is approximately described by a simpler context, for example by an approximation by a polynomial of order x. This allows a determination of the setpoints for the cross flow and the longitudinal flow with a reduced demand for computer resources. Furthermore, this avoids the case possibly occurring in the formulaic representation that there is no closed formulaic representation for the longitudinal flow and the transverse flow at the location of the loss minimum.

Die 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine, in welchem ein mögliches Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten Regler in detaillierterer Form dargestellt ist. Diese Regelung beruht auf einer Istwertmessung der Phasenströme eines 3-Phasen-Drehstromsystems und einer auf den gemessenen Istwerten beruhenden Ermittlung einer Längs- und einer Querkomponente der Regelspannung bezüglich der Rotorlage.The 4 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine, in which a possible embodiment of the in the 1 shown regulator is shown in more detail. This control is based on an actual value measurement of the phase currents of a 3-phase three-phase system and a determination of a longitudinal and a transverse component of the control voltage with respect to the rotor position based on the measured actual values.

Bei dieser Regelung werden die aus dem 3-Phasen-Drehstromsystem der Synchronmaschine abgeleiteten Phasenströme ia, ib, ic unter Berücksichtigung des Feldwinkels α in einem Park-Transformator 13 in die Ströme Id_ist und Iq_ist eines rechtwinkligen Koordinatensystems umgewandelt. Der Strom Id_ist stellt dabei den Istwert für den Längsstrom der Maschine dar. Der Strom Iq_ist bezeichnet den Istwert für den Querstrom der Maschine.In this control, the phase currents ia, ib, ic derived from the 3-phase three-phase system of the synchronous machine are calculated in consideration of the field angle α in a parking transformer 13 converted into the currents Id_ist and Iq_ist of a rectangular coordinate system. The current Id_ist represents the actual value for the longitudinal flow of the machine. The current Iq_ist designates the actual value for the cross-flow of the machine.

Der Längsstrom-Istwert Id_ist wird über ein Überlagerungsglied 12 einem Längsstromregler 1 zugeführt, der Querstrom-Istwert Iq_ist als Istwert einem Querstromregler 2. Das Überlagerungsglied 12 erhält als weiteres Eingangssignal ein Rückkopplungssignal, welches aus der Ausgangsgröße uq' eines stationären Entkopplungsnetzwerks 5 erhalten wird. Das stationäre Entkopplungsnetzwerk 5 erfüllt neben der für die Regelung wichtigen Entkopplung auch noch die Aufgabe, in Zusammenarbeit mit den Ausgangsbegrenzern 3 und 4 und einem Anti-Windup-Verfahren am Längsstromregler 1 eine Feldschwächung im oberen Drehzahlbereich zu erzielen. Diese Feldschwächung der Synchronmaschine bei höheren Drehzahlen ist erforderlich, weil sonst die induzierte Maschinenspannung größer wäre als die maximale Stromrichterausgangsspannung. Letztere ist durch die Versorgungsspannung, bei der es sich um die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs handelt, begrenzt. Bei diesem Feldschwächbetrieb wird der Stromrichter im übersteuerten Zustand betrieben, so dass die Stromrichterausgangsspannung nicht mehr sinusförmig ist.The longitudinal current actual value Id_ist is via an overlay element 12 a flow regulator 1 supplied, the cross-current actual value Iq_ist as the actual value of a cross-flow controller 2 , The overlay link 12 receives as a further input signal a feedback signal, which from the output uq 'of a stationary decoupling network 5 is obtained. The stationary decoupling network 5 In addition to the decoupling that is important for the regulation, it also fulfills the task in cooperation with the output limiters 3 and 4 and an anti-windup method on the flow regulator 1 to achieve a field weakening in the upper speed range. This field weakening of the synchronous machine at higher speeds is required because otherwise the induced machine voltage would be greater than the maximum power converter output voltage. The latter is limited by the supply voltage, which is the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle. In this field weakening operation, the power converter is operated in the overdriven state, so that the power converter output voltage is no longer sinusoidal.

Dem Sollwerteingang des Längsstromreglers 1 wird ein von einem Längsstrom-Sollwertgeber generiertes Sollwertsignal und dem Sollwerteingang des Querstromreglers 2 ein von einem Querstrom-Sollwertgeber generiertes Sollwertsignal zugeführt, wobei diese Sollwertgeber von einem in der 1 nicht gezeichneten Mikrocomputer gebildet sind.The setpoint input of the flow controller 1 is a setpoint signal generated by a linear current setpoint generator and the setpoint input of the crossflow controller 2 supplied by a cross-flow setpoint generator setpoint signal, these setpoint from one in the 1 not drawn microcomputer are formed.

Am Ausgang des Längsstromreglers 1 wird eine Stellgröße Id* für den Längsstrom und am Ausgang des Querstromreglers 2 eine Stellgröße Iq* für den Querstrom zur Verfügung gestellt. Diese Stellgrößen werden einem Entkopplungsnetzwerk 5 zugeführt, welches unter Verwendung der genannten Stellgrößen eine Längsspannungskomponente ud' und eine Querspannungskomponente uq' für die Regelspannung der Synchronmaschine ermittelt.At the output of the flow regulator 1 becomes a manipulated variable Id * for the longitudinal current and at the output of the cross-flow controller 2 a manipulated variable Iq * provided for the cross-flow. These manipulated variables become a decoupling network 5 supplied, which determines a longitudinal voltage component ud 'and a transverse stress component uq' for the control voltage of the synchronous machine using said manipulated variables.

Diese Regelspannungskomponenten ud' und uq', bei denen es sich um Regelspannungskomponenten in einem rechtwinkligen Koordinatensystem handelt, werden über die Ausgangsbegrenzer 3 bzw. 4 einem inversen Park-Transformator 6 zugeführt. Dieser hat die Aufgabe, die im rechtwinkligen Koordinatensystem vorliegenden begrenzten Regelspannungskomponenten ud und uq in Regelspannungskomponenten ua, ub und uc des 3-Phasen-Drehstromsystems umzuwandeln. Diese werden in einem Pulswechselrichter 7 in Ansteuerimpulse für die Synchronmaschine 8 umgewandelt.These control voltage components ud 'and uq', which are control voltage components in a rectangular coordinate system, are passed through the output limiters 3 respectively. 4 an inverse park transformer 6 fed. Its task is to convert the limited control voltage components ud and uq present in the rectangular coordinate system into control voltage components ua, ub and uc of the 3-phase three-phase system. These are in a pulse inverter 7 in drive pulses for the synchronous machine 8th transformed.

Die am Ausgang des Entkopplungsnetzwerks 5 ausgegebene Querspannungskomponente uq' der Regelspannung wird einem Betragsbildner 10 zugeführt, welcher den Betrag |uq'| der genannten Querspannungskomponente ermittelt.The at the output of the decoupling network 5 output transverse voltage component uq 'of the control voltage is an amount former 10 which is the amount | uq '| determined the said transverse stress component.

Das Ausgangssignal des Betragsbildners 10 wird als Eingangssignal für einen Schwellwertschalter 11 verwendet. Überschreitet der Betrag |uq'| einen vorgegebenen Schwellenwert, dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 11 der Wert 0 ausgegeben. Unterschreitet der Betrag |uq'| den vorgegebenen Schwellenwert, dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 11 der Wert 1 ausgegeben.The output of the absolute value generator 10 is used as an input to a threshold switch 11 used. If the amount exceeds | uq '| a predetermined threshold, then becomes the output of the threshold switch 11 the value 0 is output. If the amount falls below | uq '| the predetermined threshold, then at the output of the threshold 11 the value 1 is output.

Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung eines Entkopplungsnetzwerks, in welchem ein stationäres Maschinenmodell abgelegt ist, sind in der DE 100 44 181.5 der Anmelderin beschrieben.Exemplary embodiments for the design of a decoupling network in which a stationary machine model is stored are shown in FIG DE 100 44 181.5 the applicant described.

Der Mikrocomputer, der das Sollwertsignal Id_soll für den Längsstrom und das Sollwertsignal Iq_soll für den Querstrom bereitstellt, ermittelt diese Sollwertsignale – wie es bereits oben im Zusammenhang mit den 1–3 erläutert wurde – derart, dass die bestehenden Freiheitsgrade in jedem Betriebspunkt so ausgenutzt sind, dass die Summe aller Verluste im jeweiligen Betriebspunkt minimiert ist.The microcomputer, which provides the setpoint signal Id_soll for the longitudinal flow and the setpoint signal Iq_soll for the crossflow, determines these setpoint signals - as already described above in connection with FIGS 1 - 3 has been explained - such that the existing degrees of freedom are exploited in each operating point so that the sum of all losses is minimized in each operating point.

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Claims (13)

Verfahren zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine mit folgenden Schritten: – Ermittlung eines Querstrom-Sollwertes (Iq_soll), – Ermittlung eines Längsstrom-Sollwertes (Id_soll), – Ermittlung eines Querstrom-Istwertes (Iq_ist), – Ermittlung eines Längsstrom-Istwertes (Id_ist), – Zuführen des Querstrom-Sollwertes, des Längsstrom-Sollwertes, des Querstrom-Istwertes und des Längsstrom-Istwertes an einen Regler, – Ermittlung einer Längsspannungskomponente und einer Querspannungskomponente mittels des Reglers, – Umwandeln der ermittelten Längsspannungskomponente und der ermittelten Querspannungskomponente in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems, – Zuführen der Spannungen an einen Pulswechselrichter und – Regelung der Synchronmaschine durch die Ausgangssignale des Pulswechselrichters, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Querstrom-Sollwertes (Iq_soll) und des Längsstrom-Sollwertes (Id_soll) derart erfolgt, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.Method for field-oriented control of a synchronous machine with the following steps: - determination of a cross-current setpoint (Iq_soll), - determination of a longitudinal flow setpoint (Id_soll), - determination of a crossflow actual value (Iq_ist), - determination of a longitudinal flow actual value (Id_ist), Feeding the crossflow setpoint value, the longitudinal flow setpoint value, the crossflow actual value and the longitudinal flow actual value to a controller, determining a longitudinal voltage component and a transverse voltage component by means of the controller, converting the determined longitudinal voltage component and the determined transverse voltage component into voltages of a multiphase component Three-phase system, - supplying the voltages to a pulse inverter and - regulating the synchronous machine by the output signals of the pulse inverter, characterized in that the determination of the cross-current setpoint (Iq_soll) and the longitudinal current setpoint (Id_soll) is such that the sum of the losses is minimized at each operating point of the synchronous machine. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betriebspunkt durch eine Drehzahl (n), ein Drehmoment (M) und eine Zwischenkreisspannung (U) gekennzeichnet ist.Method according to claim 1, characterized in that that each operating point by a speed (n), a torque (M) and a DC link voltage (U) is marked. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Querstrom-Sollwertes und des Längstrom-Sollwertes unter Verwendung eines Mikrocomputers (14) erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the cross-flow setpoint and the longitudinal current setpoint using a microcomputer ( 14 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom-Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung eines Kennfeldes ermittelt, wobei dieses Kennfeld eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die folgende Beziehung erfüllen: (Iq_soll, Id_soll) = f(M, n, U),wobei Iq_soll ein Querstrom-Sollwert, Id_soll ein Längsstrom-Sollwert, M ein Drehmoment, n eine Drehzahl und U eine Zwischenkreisspannung ist.Method according to claim 3, characterized in that the microcomputer ( 14 ) determines the cross flow setpoint and the longitudinal flow setpoint using a map, this map containing a plurality of records satisfying the relationship: (Iq_soll, Id_soll) = f (M, n, U), where Iq_soll is a cross-current setpoint, Id_soll is a longitudinal current setpoint, M is a torque, n is a speed and U is an intermediate circuit voltage. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom-Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung von Formeln ermittelt, die die Summe der Verluste beschreiben.Method according to claim 3, characterized in that the microcomputer ( 14 ) determines the crossflow set point and the longitudinal setpoint using formulas that describe the sum of the losses. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom-Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung einer Näherung ermittelt, die die Summe der Verluste beschreibt.Method according to claim 3, characterized in that the microcomputer ( 14 ) determines the cross current setpoint and the longitudinal current setpoint using an approximation that describes the sum of the losses. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom-Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung eines die Summe der Verluste näherungsweise beschreibenden Polynoms ermittelt.Method according to claim 6, characterized in that the microcomputer ( 14 ) determines the cross-flow set point and the longitudinal flow setpoint using a polynomial approximating the sum of the losses. Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine, mit – einem Sollwertgeber (14) für einen Querstrom und einen Längsstrom, – einem Istwertgeber (13) zur Bereitstellung eines Querstrom-Istwertes und eines Längsstrom-Istwertes, – einem Regler (R) zur Ermittlung einer Längsspannungskomponente und einer Querspannungskomponente, – einem Wandler (6) zur Umwandlung der Längsspannungskomponente und der Querspannungskomponente in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems und – einem Pulswechselrichter, dessen Ausgang mit der Synchronmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (14) ausgebildet ist, um einen Querstrom-Sollwert und einen Längsstrom-Sollwert derart bereitzustellen, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.Device for field-oriented control of a synchronous machine, with - a setpoint generator ( 14 ) for a cross-flow and a longitudinal flow, - an actual value generator ( 13 ) for providing a cross-current actual value and a longitudinal current actual value, - a controller (R) for determining a longitudinal voltage component and a transverse voltage component, - a converter ( 6 ) for converting the longitudinal voltage component and the transverse voltage component into voltages of a multi-phase three-phase system and - a pulse inverter whose output is connected to the synchronous machine, characterized in that the setpoint generator ( 14 ) is configured to provide a cross current setpoint and a longitudinal current setpoint such that the sum of the losses at each operating point of the synchronous machine is minimized. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber ein Mikrocomputer (14) ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the setpoint generator is a microcomputer ( 14 ). Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem ein Kennfeld abgespeichert ist, welches eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die jeweils die folgende Beziehung erfüllen: (Iq_soll, Id_soll) = f(M, n, U),wobei Iq_soll ein Querstrom-Sollwert, Id_soll ein Längsstrom-Sollwert, M ein Drehmoment, n eine Drehzahl und U eine Zwischenkreisspannung ist.Device according to claim 9, characterized in that the microcomputer ( 14 ) a memory ( 14a ) in which a map is stored containing a plurality of data sets each satisfying the following relationship: (Iq_soll, Id_soll) = f (M, n, U), where Iq_soll is a cross-current setpoint, Id_soll is a longitudinal current setpoint, M is a torque, n is a speed and U is an intermediate circuit voltage. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem Formeln abgespeichert sind, die die Summe der Verluste beschreiben.Device according to claim 9, characterized in that the microcomputer ( 14 ) a memory ( 14a ), in which formulas are stored which describe the sum of the losses. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem eine Näherung abgespeichert ist, die die Summe der Verluste beschreibt.Device according to claim 9, characterized in that the microcomputer ( 14 ) a memory ( 14a ), in which an approximation is stored, which describes the sum of the losses. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem ein Polynom abgespeichert ist, das die Summe der Verluste beschreibt.Apparatus according to claim 12, characterized in that the microcomputer ( 14 ) a memory ( 14a ), in which a polynomial is stored which describes the sum of the losses.
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