DE102009000609A1

DE102009000609A1 - Stromregler und Verfahren und System zur Stromregelung für Wechselstrommotoren

Info

Publication number: DE102009000609A1
Application number: DE102009000609A
Authority: DE
Inventors: Bonho Bae; Nitinkumar R. Patel; Steven E. Schulz; James M. Nagashima; Jung-Sik Yim; Seung Ki Sul
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: DE102009000609B4; CN101557196B; US7843162B2; CN101557196A; US20090230900A1

Abstract

Verfahren und Systeme sind zum Regeln eines Wechselstrommotors über einen Inverter geliefert. Das Verfahren enthält das Bestimmen eines verzögerungskompensierten Offsets basierend auf einem synchronen Rahmenstrom, Erzeugen eines Stromfehlers basierend auf einem synchronen Rahmenstrom und einem Befehlsstrom, Erzeugen eines Spannungsfehlers basierend auf einem Anti-Windup-Offset und dem Stromfehler, Erzeugen einer Befehlsspannung basierend auf dem verzögerungskompensierten Offset und dem Spannungsfehler und Versorgen des Inverters mit der Befehlsspannung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Regeln von Wechselstrommotoren und insbesondere Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur Stromregelung von Wechselstrommotoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Synchrone Rahmenstromregler werden häufig zur Stromregelung von Wechselstrommotoren, wie beispielsweise Drehstrom-Elektromotoren bzw. Dreiphasen-Elektromotoren, eingesetzt. Durch Bereitstellen einer dynamischen Regelung über einen breiten Frequenzbereich eignen sich synchrone Rahmenstromregler für viele industrielle Anwendungen. Bei digitalen Implementierungen herkömmlicher Stromregler neigt die Stabilität dieser Stromregler dazu abzunehmen, da das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz oder Synchronfrequenz des Wechselstrommotors abnimmt. Beispielsweise neigen die Verzögerungen bei der digitalen Implementierung, die erhöhten Unterschwingungen bei der Spannungssynthese unter Verwendung der Pulsweitenmodulation (PWM) oder Ähnliches dazu, Instabilität einzubringen.
Ein Elektromotor mit einer hohen Polanzahl ist insbesondere für Hybridfahrzeuganwendungen (z. B. Hybridfahrzeuge oder Ähnliches) zum Erzeugen eines hohen Drehmoments innerhalb eines begrenzten Volumens nützlich. Eine erhöhte Polanzahl erhöht im Allgemeinen die mit dem Wechselstrommotor assoziierte Grundfrequenz, während die mit der Stromregelung assoziierte Schalt- und Abtastfrequenz im Allgemeinen aufgrund von Beschränkungen der Schaltleistungsvorrichtung und des Durchsatzes des Prozessors beschränkt ist. Bei maximaler Drehzahl kann das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz, f_samp/f_fund, üblicherweise sehr gering sein (beispielsweise kleiner als ein Verhältnis von ungefähr zehn (10)).
Wenn das Verhältnis weniger als ungefähr zehn (10) beträgt, kann eine diskrete Zeitbereichsregelung einen ausreichend ausgeprägten Einfluss auf den synchronen Rahmenstromreglerhaben. Zudem können die mit dem Stromreglerassoziierten inneren Stromschleifen aufgrund von digitalen Verzögerungen instabil werden. Mit der asynchronen PWM assoziierte Unterschwingungen werden vorherrschender, wenn das Verhältnis weniger als ungefähr einundzwanzig (21) beträgt.
Folglich ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme zum Regeln eines Wechselstrommotors zu liefern, welche die Stromregelung bei erhöhten Motordrehzahlen stabilisieren. Zudem wird erwünscht, Verfahren und Systeme zur Stromregelung eines Wechselstrommotors zu liefern, welche mit einem äußerst geringen Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz arbeiten können. Zudem werden andere erwünschte Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen offensichtlich werden, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund genommen wurden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verfahren und Systeme zum Regeln eines Wechselstrommotors werden bereitgestellt. Der Wechselstrommotor kann basierend auf einem Befehlsstrom zum Erzeugen eines Statorstroms betrieben werden. In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Regeln eines Wechselstrommotors über einen Inverter geliefert, welches Folgendes enthält, aber nicht unbedingt darauf beschränkt ist: Bestimmen eines verzögerungskompensierten Offsets basierend auf einem synchronen Rahmenstrom, Erzeugen eines Stromfehlers basierend auf dem Synchronen Rahmenstrom und dem Befehlsstrom, Erzeugen eines Spannungsfehlers basierend auf einem Anti-Windup-Offset, einer Querkopplungskomponente bzw. einem Querkopplungsausdruck und dem Stromfehler, wobei der Anti-Windup-Offset mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung des Inverters assoziiert wird, Erzeugen einer Befehlsspannung basierend auf dem verzögerungskompensierten Offset und dem Spannungsfehler und Versorgen des Inverters mit der Befehlsspannung. Der Synchrone Rahmenstrom wird vom Statorstrom abgeleitet.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Stromregler zum Regeln eines Wechselstrommotors über eine Befehlsspannung in Erwiderung auf einen Befehlsstrom vorgesehen. Der Wechselstrommotor kann zum Erzeugen eines Statorstroms mit einer Grundfrequenz basierend auf der Befehlsspannung betrieben werden. Der Stromregler enthält einen Eingang, welcher zum Empfangen des Befehlsstroms und eines synchronen Rahmenstroms vorgesehen ist, einen Ausgang, welcher zum Liefern der Befehlsspannung vorgesehen ist, und einen mit dem Eingang und Ausgang gekoppelten Prozessor, aber ist nicht unbedingt darauf beschränkt. Der Synchrone Rahmenstrom basiert auf dem Statorstrom. Der Prozessor ist zum Abtasten des Befehlsstroms und synchronen Rahmenstroms mit einer Abtastfrequenz und Erzeugen der Befehlsspannung basierend auf dem Befehlsstrom und Synchrone Rahmenstrom vorgesehen. Die Befehlsspannung wird für eine Verzögerung und einen Anti-Windup-Offset kompensiert, wobei die Verzögerung erheblicher wird, da das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz abnimmt, und der Anti-Windup-Offset mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung assoziiert wird.
In einer anderen Ausführungsform ist ein System zum Regeln eines Wechselstrommotors geliefert. Das System enthält einen Inverter mit einem Ausgang aufweist, welcher zum Koppeln mit dem Wechselstrommotor vorgesehen ist, und einem mit dem Inverter gekoppelten Controller, aber ist nicht unbedingt darauf beschränkt. Der Inverter ist zum Erzeugen einer Wechselspannung basierend auf einer Befehlsspannung und zudem zum Antreiben des Wechselstrommotors mit einer Grundfrequenz mit der Wechselspannung vorgesehen. Der Wechselstrommotor erzeugt einen Statorstrom basierend auf der Wechselspannung. Der Controller weist eine Abtastfrequenz auf und ist zum Erzeugen einer Befehlsspannung basierend auf einem Befehlsstrom und Synchrone Rahmenstrom vorgesehen. Die Befehlsspannung wird für eine Verzögerung und einen Anti-Windup-Offset kompensiert, wobei die Verzögerung erheblicher wird, da das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz abnimmt. Der Synchrone Rahmenstrom basiert auf dem Statorstrom und der Anti-Windup-Offset wird mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung assoziiert.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren der Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und es zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Regeln eines Wechselstrommotors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines Stromcontrollers nach einer Ausführungsform;
3 ein Blockdiagramm eines Stromcontrollers nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine grafische Darstellung der Befehlsströme und Ist-Ströme, welche eine Stromregelung nach einer Ausführungsform veranschaulicht; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines Wechselstrommotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und soll die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung nicht beschränken. Zudem besteht keine Absicht durch eine zum Ausdruck gebrachte oder implizierte Theorie gebunden zu sein, welche im vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung aufgezeigt ist.
Systeme, Verfahren und Stromregler sind zum Regeln eines Wechselstrommotors über eine Stromregelung vorgesehen. In einer Ausführungsform wird die Stromregelung mittels komplexer Vektoren mit aktivem Dämpfungswiderstand zum Regeln des Wechselstrommotors verwendet. Zum Verbessern der Regelung des Wechselstrommotors verwendet diese Stromregelung zumindest eine Stromvorhersage, eine Tiefpassfilterung und/oder einen Anti-Windup-Offset. Zwar werden die beispielhaften Systeme, Stromregler und Verfahren in Bezug auf einen Wechselstrommotor beschrieben, aber diese Systeme, Stromregler und Verfahren können auch auf andere Elektromotoren angewendet werden.
In Bezug auf 1 wird ein System 10 zum Regeln eines Wechselstrommotors 18 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 10 enthält einen Controller 12 mit einem Synchronen Rahmenstromregler 14, ein Transformationsmodul 20 mit einem Eingang, welcher mit einem Ausgang des Stromcontrollers 14 gekoppelt ist, und einen Inverter 16 (z. B. einen Pulsweitenmodulations-(PWM-)Spannungsquelleninverter) mit einem Eingang, welcher mit einem Ausgang des Transformationsmoduls 20 gekoppelt ist, und einem Ausgang, welcher mit dem Wechselstrommotor 18 gekoppelt ist, aber ist nicht unbedingt darauf beschränkt. Der Stromregler 14 erzeugt im Allgemeinen Befehlsspannungen und versorgt den Inverter 16 durch das Transformationsmodul 20 mit den Befehlsspannungen. Der Inverter 16 erzeugt in Erwiderung auf die Befehlsspannungen Wechselspannungen, welche zum Antreiben des Wechselstrommotors 18 verwendet werden. Folglich werden Statorströme in den Wicklungen des Wechselstrommotors 18 erzeugt.
In einer Ausführungsform erzeugt der Stromregler 14 kartesische Befehlsgleichspannungen (z. B. eine d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_ds ^r*) und q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_qs ^r*)). Das Transformationsmodul 20 wandelt die kartesischen Befehlsgleichspannungen in dreiphasige Befehlswechselspannungen um (z. B. eine Befehlsspannung (v_as ^*) einer ersten Phase, eine Befehlsspannung (v_bs ^*) einer zweiten Phase und eine Befehlsspannung (v_cs ^*) einer dritten Phase) und versorgt den Inverter 16 mit den dreiphasigen Befehlswechselspannungen. Der Inverter 16 erzeugt basierend auf einem Versorgungspotential (V_dc) und den dreiphasigen Befehlsspannungen Wechselspannungen (z. B. dreiphasige Wechselspannungen), welche zum Antreiben des Wechselstrommotors 18 verwendet werden. Der Inverter 16 kann auch die Menge der am Wechselstrommotor 18 angelegten Wechselspannung verändern (beispielsweise kann der Inverter 16 die Spannung unter Verwendung von PWM verändern) und lässt folglich zu, dass der Controller 12 den Wechselstrommotor regelt. Beispielsweise kann die Spannungsmenge, welche der Inverter 16 an den Wechselstrommotor 18 anlegt, durch einen Modulationsindex angezeigt werden und die PWM zwischen vorbestimmten Modulationsindexbegrenzungen hergestellt werden. In einer Ausführungsform wird die asynchrone PWM zum Verändern der Menge der am Wechselstrommotor 18 angelegten Wechselspannung verwendet, obwohl auch andere PWM-Techniken verwendet werden können.
Das System 10 kann zudem ein Rückwärtstransformationsmodul 22 zum Transformieren von Wechselstromsignalen (z. B. dreiphasige Sinusstatorströme (z. B. i_as, i_bs und i_cs)) in kartesische Gleichstromsignale (z. B. einen d-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_ds ^r) und einen q-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_qs ^r)) zur Verwendung durch den Stromregler 14 enthalten. In einer Ausführungsform kann ein Detektor (nicht gezeigt), welcher das Rückwärtstransformationsmodul 22 enthält, mit dem Wechselstrommotor 18 gekoppelt werden, um die Wechselstromsignale abzutasten und diese und andere gemessenen Größen (z. B. von einer Vielzahl an Systemausgängen) an den Controller 12 anzulegen. Beispielsweise kann der Detektor ein Versorgungspotential (beispielsweise ein Batteriepotential oder eine Sammelschienengleichspannung (V_dc)), die Phasenströme (z. B. einen Statorstrom (i_as) einer ersten Phase, einen Statorstrom (i_bs) einer zweiten Phase und einen Statorstrom (i_cs) einer dritten Phase, obwohl die Messung von zwei der Phasenströme für eine Y-verbundene Maschine ohne Neutralleiter ausreichend sein kann), eine Motordrehzahl (ω_r) des Wechselstrommotors 18, einen Rotorphasenwinkel (θ_r) des Wechselstrommotors 18 oder ähnliches messen.
Der Controller 12 führt eines oder mehrere Programme (beispielsweise zum Optimieren der Befehlsströme für einen vorbestimmten Regelparameter oder ähnliches) aus, um Betriebseingänge (z. B. modifizierte Befehlsströme, Befehlsspannungen, Drehmomentbefehle oder ähnliches) zu bestimmen, welche zum Regeln des Wechselstrommotors 18 über den Stromregler 14 verwendet werden. Eine oder mehrere der Komponenten des Controllers 12 können in Software oder Firmware, Hardware, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, ein Prozessor (Gemeinschaftsprozessor, dedizierter Prozessor oder Gruppenprozessor) und einem Speicher ausgeführt werden, welche ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine Kombinationslogikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten oder eine Kombination derselben ausführen. In einer Ausführungsform ist der Controller 12 in ein oder mehrere Verarbeitungsmodule unterteilt, welche mit einer oder mehreren Operationen des Controllers assoziiert werden. Der Stromregler 14 kann beispielsweise als eines dieser Verarbeitungsmodule implementiert werden. Obwohl nicht gezeigt, kann der Controller 12 zusätzliche Module enthalten, wie beispielsweise eine Befehlsstromquelle, ein Drehmomentmodul, ein Feldschwächungs-Spannungsregelmodul oder ähnliches. Zudem können ein oder mehrere verschiedene Verarbeitungsmodule des Controllers 12 sowie eine oder mehrere Operationen des Controllers 12 als separate Komponenten des Antriebssystems 10 oder mit anderen Komponente des Antriebssystems 10 verbunden ausgeführt werden.
Zum Erzeugen der Befehlsgleichspannungen (v_ds ^r*, v_qs ^r*) verwendet der Stromregler 14 mehrere Eingänge. In einer Ausführungsform wird der Stromregler 14 zusätzlich zu den d-Achsen- und q-Achsen-Synchronrahmenstatorströmen (i_ds ^r, i_qs ^r) durch den Controller 12 mit Befehlsströmen (z. B. ein d-Achsen- Synchronrahmenbefehlsstrom (i_ds ^r*) und ein q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom (i_qs ^r*)), Klemmspannungen aufgrund der Spannungsbegrenzungen des Inverters (z. B. eine d-Achsen-Synchronrahmenklemmspannung (v_ds ^r _Clamped), welche die d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_ds ^r*) minus der Ist-d-Achsen-Synchronrahmenausgangsspannung des Inverters ist, und eine q-Achsen-Synchronrahmenklemmspannung (v_qs ^r _Clamped), welche die q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_qs ^r*) minus der Ist-q-Achsen-Synchronrahmenausgangsspannung des Inverters ist) und Vorwärtsregelungskomponenten bzw. Vorwärtsregelungsausdrücken (z. B. eine d-Achsen-Synchronrahmenvorwärtsregelungsspannung (v_ds ^r _Feedforward) und eine q-Achsen-Synchronrahmenvorwärtsregelungsspannung (v_qs ^r _Feedforward)) versorgt.
Der Controller 12 kann beispielsweise die Befehlsströme aus einer Befehlsstromtabelle abfragen, welche in einem Speicher des Controllers 12 gespeichert ist. Die Befehlsstromtabelle ist vorzugsweise für einen oder mehrere vorbestimmte Regelparameter (z. B. Systemeffizienz) optimiert und kann von einer beliebigen Anzahl an Modellen zum Optimieren des/der erwünschten Regelparameter(s) abgeleitet werden. Zudem kann die Befehlsstromtabelle basierend auf Spannungs- und Strombegrenzungen des Wechselstrommotors 18 derart vorbestimmt werden, dass die Befehlsstromquelle eine angemessene Menge an d-Achsen- und q-Achsen-Strömen an den Wechselmotor 18 anlegt, um ein erwünschtes Drehmoment zu erzeugen (beispielsweise mit einer hohen Effizienz) und die Stromregelungsstabilität aufrechtzuerhalten). Die Spannungsbegrenzungen des Inverters können basierend auf der Versorgungsspannung vorbestimmt werden und die Vorwärtsregelungsausdrücke können durch den Controller 12 basierend auf dem d-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_ds ^r) und q-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_qs ^r) bestimmt werden.
2 ist ein Blockdiagramm eines Stromcontrollers 30, wie beispielsweise der in 1 gezeigte Stromregler 14, nach einer Ausführungsform. Der Controller 30 ist ein Controller zur Stromregelung mittels komplexer Vektoren, welcher einen d-Achsen-Regelabschnitt 32 und einen q-Achsen-Regelabschnitt 34 mit einer Querkopplung dieser Abschnitte aufweist. Der d-Achsen-Regelabschnitt 32 empfängt den d-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_ds ^r) und den d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom (i_ds ^r*) und der q-Achsen-Regelabschnitt 34 empfängt den q-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom (i_qs ^r) und den q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom (i_qs ^r*). Beide Regelabschnitte 32 und 34 erzeugen eine Synchronrahmenbefehlsspannung (z. B. die d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_ds ^r*) und die q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_qs ^r*)) basierend auf einem Spannungsfehler, einem verzögerungskompensierten Offset, einem Proportionalausdruck und dem Vorwärtsregelungsausdruck. Der Spannungsfehler basiert zumindest teilweise auf einem Stromfehler, Querkopplungsausdruck und Anti-Windup-Offset.
Zum Erzeugen des verzögerungskompensierten Offsets enthält jeder der Regelabschnitte 32 und 34 einen Signalverarbeitungsblock (z. B. einen d-Achsen-Signalverarbeitungsblock (46) bzw. einen q-Achsen-Signalverarbeitungsblock (66)) mit einem Eingang zum Empfangen des Synchronrahmenstatorstroms (z. B. i_ds ^r bzw. i_qs ^r) und einen Dämpfungswiderstandsblock (R_damp) mit einem Eingang, welcher mit einem Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 46 bzw. 66 gekoppelt ist. Der d-Achsen-Signalverarbeitungsblock 46 gibt einen verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom (i^r _ds') aus und R_damp wird an i^r _ds' angelegt, um einen verzögerungskompensierten d-Achsen-Offset zu erzeugen. Der q-Achsen-Signalverarbeitungsblock 66 gibt einen verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom (i^r _qs') aus und R_damp wird an i^r _qs' angelegt, um einen verzögerungskompensierten q-Achsen-Offset zu erzeugen.
In einer Ausführungsform bestimmt der d-Achsen-Signalverarbeitungsblock 46 den verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom (
) anhand von
und der q-Achsen-Signalverarbeitungsblock 66 den verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom (
) anhand von
In der Gleichung (1) und (2) ist ω_r die Grundfrequenz des Wechselstrommotors (z. B. die Synchronfrequenz), λ_d und λ_q der d-Achsen- bzw. q-Achsen-Statorfluss, welche Funktionen der d-Achsen- und q-Achsen-Synchronrahmenstatorströme sind, L_d und L_q die d-Achsen- und q-Achsen-Statorinduktivitäten, welche auch Funktionen der d-Achsen- und q-Achsen-Synchronrahmenstatorströme sind, T_samp eine Abtastperiode des digitalen Controllers und k ein Abtastmoment (z. B. eine ganze Zahl).
Zusätzlich zum Bestimmen des jeweiligen verzögerungskompensierten Offsets kombiniert jeder der Regelabschnitte 32 und 34 über einen Addierblock 36 bzw. 56 den Synchronrahmenbefehlsstrom (i_ds ^r* bzw. i_qs ^r*) mit dem Synchronrahmenstatorstrom (i_ds ^r bzw. i_qs ^r), um einen Stromfehler (i_{d error} bzw. i_{q error}) zu erzeugen. Beispielsweise subtrahiert der Addierblock 36 i_ds ^r von i_ds ^r*, um einen d-Achsen-Stromfehler (i_{d error}) zu erzeugen, und der Addierblock 56 i_qs ^r von i_qs ^r*, um einen q-Achsen-Stromfehler (i_{q error}) zu erzeugen. In dieser Ausführungsform wird der Stromfehler zum Bestimmen des Proportionalausdrucks und eines Querkopplungsausdrucks zusätzlich zum Spannungsfehler verwendet.
Für jeden Regelabschnitt 32 und 34 wird ein Anti-Windup-Offset durch die Anwendung einer Anti-Windup-Verstärkung (z. B. eine d-Achsen-Anti-Windup-Verstärkung (K_ad) bzw. q-Achsen-Anti-Windup-Verstärkung (K_aq)) mit der Klemmspannung (v_ds ^r _Clamped bzw. v_qs ^r _Clamped) erzeugt. Ein Addierblock 38, 58 kombiniert den Anti-Windup-Offset mit dem entsprechenden Stromfehler des Regelabschnitts 32 und 34. Beispielsweise subtrahiert der Addierblock 38 einen d-Achsen-Anti-Windup-Offset von i_{d error} und der Addierblock 58 einen q-Achsen-Anti-Windup-Offset von i_{q error}. Eine Integralverstärkung (z. B. eine d-Achsen-Integralverstärkung (K_id) und eine q-Achsen-Integralverstärkung (K_iq)) wird auf den Ausgang das Addierblocks 38 bzw. 58 angewendet und das Ergebnis mit dem Querkopplungsausdruck über einen anderen Addierblock 40 bzw. 60 kombiniert. Der Addierblock 40 subtrahiert beispielsweise einen q-Achsen-Querkopplungsausdruck vom Ausgang der K_id und der Addierblock 60 addiert einen d-Achsen-Querkopplungsausdruck vom Ausgang der K_id. In dieser Ausführungsform wird der q-Achsen-Querkopplungsausdruck anhand der Anwendung der Motordrehzahl (ω_r) und einer q-Achsen-Proportionalverstärkung (K_pq) auf den q-Achsen-Stromfehler (i_{q error}) erzeugt und der d-Achsen-Querkopplungsausdruck anhand der Anwendung der Motordrehzahl (ω_r) und einer d-Achsen-Proportionalverstärkung (K_pd) auf den d-Achsen-Stromfehler (i_{d error}) erzeugt.
Die Ausgänge der Addierblöcke 40 und 60 werden durch einen Integrator 42 bzw. 62 integriert, um den Spannungsfehler zu erzeugen. Ein Proportionalausdruck wird durch die Anwendung einer Proportionalverstärkung (beispielsweise eine d-Achsen-Proportionalverstärkung (K_pd) und eine q-Achsen- Proportionalverstärkung (K_pq)) auf den entsprechenden Stromfehler erzeugt. Beispielsweise wird ein d-Achsen-Proportionalausdruck durch die Anwendung der K_pd auf den i_d
error und ein q-Achsen-Proportionalausdruck durch die Anwendung der K_pq auf den i_{q error} erzeugt. Zum Erzeugen der d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_ds ^r*) addiert ein Addierblock 44 den Ausgang des Integrators 42 mit dem Ausgang der K_pd und v_ds ^r _Feedforward und subtrahiert den verzögerungskompensierten d-Achsen-Offset. Zum Erzeugen der q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (v_qs ^r*) addiert ein Addierblock 64 den Ausgang des Integrators 62 mit dem Ausgang der K_pq und v_qs ^r _Feedforward und subtrahiert den verzögerungskompensierten q-Achsen-Offset.
3 ist ein Blockdiagramm eines Stromcontrollers 70 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf die 2 und 3 weist der Stromregler 70 ähnliche Komponenten wie der Stromregler 30 mit dem Zusatz von Tiefpassfiltern 76 und 78 zum Erzeugen der gefilterten Querkopplungsausdrücke auf. Beispielsweise filtert ein erstes Tiefpassfilter 76 den i_{q error} vor der Anwendung der ω_r und K_pd und ein zweites Tiefpassfilter den i_{d error} vor der Anwendung der ω_r und K_pq.
Bei der Implementierung können die digital abgetasteten Ströme (beispielsweise i_as, i_bs, i_cs) ein mit den realen Stromwerten kombiniertes Rauschen infolge des elektronischen Rauschens von einem Stromsensor, elektronischen Schaltungen, der PWM-Welligkeit oder ähnlichem aufweisen. Zum Abschwächen der möglichen Herabsetzung der Stromregeldynamiken aufgrund des Rauschens in dem/den abgetasteten Strom/Strömen werden die Tiefpassfilter 76 und 78 in die Querkopplungswege des Stromcontrollers 70 zum Filtern solch eines Rauschens eingebracht.
Wenn das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz weniger als ungefähr 21 beträgt, können die Unterschwindungen, welche sich aus der asynchronen PWM ergeben, bei herkömmlichen Stromcontrollern erheblich werden. Der Controller 30, 70 zur Stromregelung mittels komplexer Vektoren liefert eine gleichmäßige Leistung über einen breiten Frequenzbereich und weist eine verbesserte Robustheit gegenüber einer Parametervariation und Unterschwindungsstörung auf. Die Tiefpassfilter 76 und 78 minimieren zudem die mögliche Herabsetzung vom Rauschen bei der Stromabtastung. Bei Wechselstrommotoren mit einer hohen Polanzahl kann die erhöhte Polanzahl zu einem geringen Verhältnis (beispielsweise weniger als zehn (10)) der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz führen. Falls das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz über einen geringen Wert (beispielsweise weniger als ca. zehn (10)) hinaus abnimmt (z. B. da die Motordrehzahl zunimmt), werden Instabilitäten, die bei hohen Drehzahlen auftreten können, mit dem verzögerungskompensierten Offset gesichert. Beispielsweise kompensieren die Signalverarbeitungsblöcke 46 und 66 die Verzögerung, welche durch die digitale Implementierung des Controllers 12 eingeführt werden kann.
4 ist eine grafische Darstellung der Befehlsströme 80, 84 und Ist-Ströme 82, 86, welche die Stromregelung nach der Ausführungsform der 2 veranschaulicht. In Bezug auf die 2 und 4 verwenden der Controller 12 und der Stromregler 30 in dieser Ausführungsform die asynchrone PWM mit einem Verhältnis der Abtastfrequenz, oder Schaltfrequenz, zur Grundfrequenz von ca. sechs (6). Ein q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom 80 (z. B. i_qs ^r*), ein abgetasteter q-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom 82 (z. B. i_qs ^r), ein d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom 84 (z. B. i_ds ^r*) und ein abgetasteter d-Achsen-Synchronrahmenstatorstrom 86 (z. B. i_ds ^r) werden als Funktion der Zeit gezeigt. Zu einer Zeit T₀ verändern sich die d-Achsen- und q-Achsen-synchrone Rahmenstrombefehle schrittweise in Erwiderung auf einen Schritt-Drehmomentbefehl. Die d-Achsen- und q-Achsen-Synchronrahmenstatorströme 86, 82 verfolgen den d-Achsen- bzw. q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsstrom 84, 80 unter Verwendung des Stromcontrollers 30, obwohl das Verhältnis äußerst gering ist.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Regeln eines Wechselstrommotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wechselstrommotor kann basierend auf einem Befehlsstrom zum Erzeugen eines Statorstroms betrieben werden. Ein verzögerungskompensierter Offset wird basierend auf einem Synchronen Rahmenstrom bestimmt, wie bei Schritt 105 angezeigt. Der Synchrone Rahmenstrom wird vom Statorstrom abgeleitet. In einer Ausführungsform weist der Inverter eine Abtastperiode und einen Dämpfungswiderstand auf und ein verzögerungskompensierter Strom wird basierend auf der Abtastperiode und dem Synchronen Rahmenstrom vorhergesagt. Der verzögerungskompensierte Offset wird dann basierend auf dem verzögerungskompensierten Strom und dem Dämpfungswiderstand bestimmt.
In Bezug auf die 1, 2 und 5 kann der Wechselstrommotor 18 in einer Ausführungsform basierend auf einem d-Achsen-Befehlsstrom (z. B. i_ds ^r*) und einem q-Achsen-Befehlsstrom (z. B. i_qs ^r*) betrieben werden. In dieser Ausführungsform wird der verzögerungskompensierte d-Achsen-Strom (z. B. i^r _ds') basierend auf der Abtastperiode (z. B. T_samp) und dem d-Achsen-synchron Rahmenstrom (z. B. i_ds ^r) und ein verzögerungskompensierter q-Achsen-Strom (z. B. i^r _qs') basierend auf der Abtastperiode und einem q-Achsen-synchron Rahmenstrom (z. B. i_qs ^r) vorhergesagt. Ein verzögerungskompensierter d-Achsen-Offset wird basierend auf dem verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom und dem Dämpfungswiderstand (z. B. R_damp) und ein verzögerungskompensierter q-Achsen-Offset basierend auf dem verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom und dem Dämpfungswiderstand bestimmt. In einer anderen Ausführungsform wird der verzögerungskompensierte d-Achsen-Strom basierend auf dem d-Achsen-synchron Rahmenstrom und einem ersten Abtastfaktor und der verzögerungskompensierte q-Achsen-Strom basierend auf dem q-Achsen-synchron Rahmenstrom und einem zweiten Abtastfaktor berechnet. Der erste Abtastfaktor basiert auf einem q-Achsen-Statorfluss (z. B. λ_q) des Wechselstrommotors 18 und einer d-Achsen-Statorinduktivität (z. B. L_d) des Wechselstrommotors und der zweite Abtastfaktor auf einem d-Achsen-Statorfluss (z. B. λ_d) des Wechselstrommotors und einer q-Achsen-Statorinduktivität (z. B. L_q) des Wechselstrommotors. Der q-Achsen-Statorfluss, der d-Achsen-Statorfluss, die d-Achsen-Statorinduktivität und die q-Achsen-Statorinduktivität können jeweils eine Funktion des d-Achsen-Befehlsstroms und q-Achsen-Befehlsstroms sein.
Bei einer digitalen Implementierung wird beispielsweise der verzögerungskompensierte d-Achsen-Strom (i^r _ds'[k]) anhand von
und der verzögerungskompensierte q-Achsen-Strom (i^r _qs'[k]) anhand von
berechnet. In diesem Beispiel ist i^r* _ds[k] der d-Achsen-Befehlsstrom, i^r _ds[k] der d-Achsen-synchron Rahmenstrom, welcher basierend auf dem d-Achsen-Befehlsstrom erzeugt wurde, i^r* _qs[k] der q-Achsen-Befehlsstrom, i^r _qs[k], der q-Achsen-synchron Rahmenstrom, welcher basierend auf dem q-Achsen- Befehlsstrom erzeugt wurde, T_samp die Abtastperiode, v^r* _ds[k – 1] die d-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _ds[k – 1], v^r* _qs[k – 1] die q-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _qs[k – 1], R_s der äquivalente Statorwiderstand des Wechselstrommotors 18, ω_r die Grundfrequenz des Wechselstrommotors, λ_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) der d-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, λ_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) der q-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, L_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) die d-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors und L_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) die q-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors und k stellt den Abtastmoment (z. B. eine ganze Zahl) dar.
Ein Stromfehler (z. B. i_{d error} und i_{q error}) wird basierend auf dem Synchronen Rahmenstrom und Befehlsstrom erzeugt, wie beim Schritt 110 angegeben. Ein Spannungsfehler wird dann durch den Integrator basierend auf einem Anti-Windup-Offset und dem Stromfehler erzeugt, wie beim Schritt 115 angegeben. Der Anti-Windup-Offset wird mit einer Klemmspannung (z. B. v_ds ^r _Clamped und v_qs ^r _Clamped) des Inverters assoziiert. In einer Ausführungsform wird eine vorbestimmte Verstärkung (z. B. K_ad und K_aq) an die Klemmspannung angelegt, um den Anti-Windup-Offset zu erzeugen, und der Anti-Windup-Offset vom Stromfehler subtrahiert (beispielsweise über die Addierblöcke 38 und 58).
Eine Befehlsspannung wird basierend auf dem verzögerungskompensierten Offset und dem Spannungsfehler erzeugt, wie beim Schritt 120 angegeben. In einer Ausführungsform wird der Spannungsfehler (beispielsweise alle Ausgänge der Integratoren 42 und 62) mit einem Vorwärtsregelungsausdruck (z. B. v_ds ^r _Feedforward bzw. v_qs ^r _Feedforward) einem Proportionalausdruck (z. B. die Ausgänge der K_pd bzw. K_pq) und dem verzögerungskompensierten Offset (z. B. die jeweiligen Ausgänge des R_damp) kombiniert, um die Befehlsspannung (z. B. v_ds ^r* bzw. v_qs ^r*) zu erzeugen. Der Stromfehler (z. B. i_{d error} und i_{q error}) wird mit dem Anti-Windup-Offset (z. B. den Ausgängen der K_ad bzw. K_aq) kombiniert, um einen ersten Ausdruck zu erzeugen, eine Verstärkung (z. B. K_id bzw. K_iq) auf den ersten Ausdruck angewendet, um einen zweiten Ausdruck zu erzeugen, der zweite Ausdruck (beispielsweise über die Addierblöcke 40 bzw. 60) mit einem Querkopplungsausdruck (z. B. die Ausgänge der K_pq bzw. K_pd) kombiniert, um einen dritten Ausdruck zu erzeugen, und der dritte Ausdruck integriert (beispielsweise über die Integratoren 42 bzw. 62), um den Spannungsfehler zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform wird der q-Achsen-Stromfehler (z. B. i_{q error}) tiefpassgefiltert, um den q-Achsen-Querkopplungsausdruck (z. B. den Ausgang der K_pq) zu erzeugen, und der d-Achsen-Stromfehler (z. B. i_{d error}) tiefpassgefiltert, um den d-Achsen-Querkopplungsausdruck (z. B. den Ausgang der K_pd) zu erzeugen.
Der Inverter (beispielsweise der Inverter 16) wird dann mit der Befehlsspannung (z. B. V_ds ^r* und V_qs ^r*) versorgt, wie beim Schritt 125 angegeben.
Zwar wurde zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangehenden detaillierten Beschreibung aufgezeigt, aber es sollte eingesehen werden, dass eine große Anzahl an Variationen besteht. Es sollte auch eingesehen werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und den Berech, die Anwendbarkeit oder Konfiguration der Erfindung keineswegs beschränken sollen. Die vorangehende detaillierte Beschreibung wird Fachmännern eher einen zweckmäßigen Plan zum Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte klar sein, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den beiliegenden Ansprüchen und rechtmäßigen Äquivalenten derselben dargelegt ist.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Wechselstrommotors über einen Inverter, wobei der Wechselstrommotor basierend auf einem Befehlsstrom zum Erzeugen eines Statorstroms betreibbar ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen eines verzögerungskompensierten Offsets basierend auf einem synchronen Rahmenstrom, wobei der synchrone Rahmenstrom vom Statorstrom abgeleitet ist; Erzeugen eines Fehlers basierend auf dem synchronen Rahmenstrom und dem Befehlsstrom; Erzeugen einer Fehlerspannung basierend auf einem Anti-Windup-Offset und dem Fehlerstrom, wobei der Anti-Windup-Offset mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung des Inverters assoziiert ist; Erzeugen einer Befehlsspannung basierend auf dem verzögerungskompensierten Offset und dem Spannungsfehler; und Versorgen des Inverters mit der Befehlsspannung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Inverter eine Abtastperiode und einen Dämpfungswiderstand aufweist und wobei der Schritt des Bestimmens eines verzögerungskompensierten Offsets aufweist: Vorhersagen eines verzögerungskompensierten Stroms basierend auf der Abtastperiode und dem synchronen Rahmenstrom; und Bestimmen des verzögerungskompensierten Offsets basierend auf dem verzögerungskompensierten Strom und dem Dämpfungswiderstand.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Befehlsstrom einen d-Achsen-Befehlsstrom und einen q-Achsen-Befehlsstrom aufweist, der verzögerungskompensierte Strom einen verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom und einen verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom aufweist, der Rahmenstrom einen d-Achsen-synchronen Rahmenstrom und einen q-Achsen-synchronen Rahmenstrom aufweist und der Schritt des Vorhersagens aufweist: Berechnen des verzögerungskompensierten d-Achsen-Stroms basierend auf dem d-Achsen-synchronen Rahmenstrom und einem ersten Abtastfaktor, des d-Achsen-synchronen Rahmenstroms basierend auf dem d-Achsen-Befehlsstrom, des ersten Abtastfaktors basierend auf einem q-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors und einer d-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors; und Berechnen des verzögerungskompensierten q-Achsen-Stroms basierend auf dem q-Achsen-synchronen Rahmenstrom und einem zweiten Abtastfaktor, des q-Achsen-synchrone Rahmenstroms basierend auf dem q-Achsen-Befehlsstrom, des zweiten Abtastfaktors basierend auf einem d-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors und einer q-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der q-Achsen-Statorfluss, der d-Achsen-Statorfluss, die d-Achsen-Statorinduktivität und die q-Achsen-Statorinduktivität jeweils eine Funktion des d-Achsen-Befehlsstroms und q-Achsen-Befehlsstroms sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Berechnens des verzögerungskompensierten d-Achsen-Stroms (i^r _ds'[k]) das Berechnen von
wobei der Schritt des Berechnens des verzögerungskompensierten q-Achsen-Stroms (i^r _qs'[k]) das Berechnen von
wobei i^r _ds[k] der d-Achsen-synchrone Rahmenstrom, i^r _qs[k] der erzeugte q-Achsen-synchrone Rahmenstrom, T_samp eine Abtastperiode, v^r* _ds[k – 1] eine d-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _ds[k – 1], v^r* _qs[k – 1] eine q-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _qs[k – 1], R_s ein äquivalenter Statorwiderstand des Wechselstrommotors, ω_r eine Synchronfrequenz des Wechselstrommotors, λ_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) ein d-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, λ_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) ein q-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, L_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) eine d-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors und L_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) eine q-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors ist und k eine ganze Zahl darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines Spannungsfehlers aufweist: Anwenden einer vorbestimmten Verstärkung auf die Klemmspannung aufgrund der vorbestimmten Spannungsbegrenzung des Inverters zum Erzeugen eines Anti-Windup-Offsets; und Subtrahieren des Anti-Windup-Offsets vom Stromfehler.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Erzeugen der Befehlsspannung aufweist: Kombinieren des Spannungsfehlers mit einem vorwärtsverstärkenden Anteil, einem Proportionalanteil und dem verzögerungskompensierten Offset, um die Befehlsspannung zu erzeugen, wobei der vorwärtsverstärkende Anteil auf einer d-Achsen-Spannung basiert und der Proportionalanteil auf dem Stromfehler basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Befehlsstrom erste und zweite Befehlsströme aufweist, wobei der synchrone Rahmenstrom erste und zweite Synchronrahmenströme aufweist, wobei der Stromfehler erste und zweite Stromfehler aufweist, wobei der erste Stromfehler auf dem ersten Befehlsstrom und dem ersten synchrone Rahmenstrom basiert und der zweite Stromfehler auf dem zweiten Befehlsstrom und dem zweiten synchrone Rahmenstrom basiert, und wobei der Schritt des Erzeugens eines Spannungsfehlers aufweist: Kombinieren des ersten Stromfehlers mit dem Anti-Windup-Offset zum Erzeugen eines ersten Anteils; Anwenden einer Verstärkung auf den ersten Anteil zum Erzeugen eines zweiten Anteils; Kombinieren des zweiten Anteils mit einem Kreuz-oder-Querkopplungsanteils zum Erzeugen eines dritten Anteils, wobei der Querkopplungsanteil auf dem zweiten Stromfehler basiert; und Integrierten des dritten Anteils zum Erzeugen des Spannungsfehlers.
Verfahren nach Anspruch 8, welches zudem das Tiefpassfiltern des zweiten Stromfehlers zum Erzeugen des Querkopplungsanteils aufweist.
Stromregler zum Regeln eines Wechselstrommotors (AC-Motor) über eine Befehlsspannung ansprechend auf einen Befehlsstrom, wobei der Wechselstrommotor betrieben werden kann, um einen Statorstrom mit einer Grundfrequenz basierend auf der Befehlsspannung zu erzeugen, wobei der Stromregler aufweist: einen Eingang, welcher zum Empfangen des Befehlsstroms und eines synchronen Rahmenstroms vorgesehen ist, wobei der synchrone Rahmenstrom auf dem Statorstrom basiert; einen Ausgang, welcher zum Liefern der Befehlsspannung vorgesehen ist; und einen mit dem Eingang und dem Ausgang gekoppelten Prozessor, wobei der Prozessor dazu eingerichtet ist: den Befehlsstrom und den synchronen Rahmenstrom mit einer Abtastfrequenz abzutasten; und die Befehlsspannung basierend auf dem Befehlsstrom und dem synchronen Rahmenstrom zu erzeugen, wobei die Befehlsspannung für eine Verzögerung und einen Anti-Windup-Offset kompensiert wird, wobei der Anti-Windup-Offset mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung assoziiert wird.
Stromregler nach Anspruch 10, wobei der Prozessor zudem dazu eingerichtet ist: einen verzögerungskompensierten Strom basierend auf der Abtastfrequenz und dem synchronen Rahmenstrom vorherzusagen; einen verzögerungskompensierten Offset basierend auf dem verzögerungskompensierten Strom und einem vorbestimmen Dämpfungswiderstand zu bestimmen; und die Befehlsspannung für die Verzögerung mit dem verzögerungskompensierten Offset zu kompensieren.
Stromregler nach Anspruch 11, wobei der Befehlsstrom einen d-Achsen-Befehlsstrom und einen q-Achsen-Befehlsstrom aufweist, der verzögerungskompensierte Strom einen verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom und einen verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom aufweist, der synchrone Rahmenstrom einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom aufweist und der Prozessor zudem dazu eingerichtet ist: den verzögerungskompensierten d-Achsen-Strom basierend auf dem d-Achsen-Strom und einem ersten Abtastfaktor, den d-Achsen-Strom basierend auf dem d-Achsen-Befehlsstrom, den ersten Abtastfaktor basierend auf einem q-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors und einer d-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors zu berechnen; und den verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom basierend auf dem q-Achsen-Strom und einem zweiten Abtastfaktor, den q-Achsen-Strom basierend auf dem q-Achsen-Befehlsstrom, den zweiten Abtastfaktor basierend auf einem d-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors und einer q-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors zu berechnen.
Stromregler nach Anspruch 12, wobei der Prozessor zudem dazu eingerichtet ist: Berechnen des verzögerungskompensierten d-Achsen-Stroms (i^r _ds'[k]) anhand von
den verzögerungskompensierten q-Achsen-Strom (i^r _qs'[k]) aus
wobei i^r _ds[k] der d-Achsen-Strom, i^r _qs[k] der q-Achsen-Strom, T_samp eine Abtastperiode basierend auf der Abtastfrequenz, v^r* _ds[k – 1] eine d-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _ds[k – 1], v^r* _qs[k – 1] eine q-Achsen-Befehlsspannung basierend auf i^r* _qs[k – 1], R_s ein äquivalenter Statorwiderstand des Wechselstrommotors, ω_r eine Synchronfrequenz des Wechselstrommotors, λ_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) ein d-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, λ_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) ein q-Achsen-Statorfluss des Wechselstrommotors, L_d(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) eine d-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors und L_q(i^r* _ds[k], i^r* _qs[k]) eine q-Achsen-Statorinduktivität des Wechselstrommotors ist und k eine ganzzahlige Zahl darstellt.
Stromregler nach Anspruch 11, wobei der Prozessor zudem dazu eingerichtet ist: einen Stromfehler basierend auf dem synchrone Rahmenstrom und Befehlsstrom zu erzeugen; eine vorbestimmte Verstärkung auf die Klemmspannung aufgrund der vorbestimmten Spannungsbegrenzung zum Erzeugen des Anti-Windup-Offsets anzuwenden; den Anti-Windup-Offset vom Stromfehler zum Erzeugen eines Spannungsfehlers zu subtrahieren; und die Befehlsspannung basierend auf dem verzögerungskompensierten Offset und dem Spannungsfehler zu erzeugen.
Stromregler nach Anspruch 14, wobei der Befehlsstrom erste und zweite Befehlsströme aufweist, der synchrone Rahmenstrom erste und zweite Synchronrahmenströme aufweist, der Stromfehler erste und zweite Stromfehler aufweist, wobei der erste Stromfehler auf dem ersten Befehlsstrom und dem ersten synchrone Rahmenstrom basiert und der zweite Stromfehler auf dem zweiten Befehlsstrom und dem zweiten synchronen Rahmenstrom basiert und wobei der Prozessor zudem dazu eingerichtet ist: Kombinieren den ersten Stromfehler mit dem Anti-Windup-Offset zu kombinieren, um einen ersten Anteil zu erzeugen; eine Verstärkung auf den ersten Anteil zum Erzeugen eines zweiten Anteils anzuwenden; den zweiten Anteil mit einem Kreuz-oder-Querkopplungsausdruck zum Erzeugen eines dritten Anteils zu kombinieren, wobei der Querkopplungsausdruck auf dem zweiten Stromfehler basiert; und den dritten Anteil zu integrieren, um den Spannungsfehler zu erzeugen.
Stromregler nach Anspruch 15, wobei der Prozessor ein Tiefpassfilter zum Filtern des zweiten Stromfehlers aufweist, um den Querkopplungsausdruck zu erzeugen.
System zum Regeln eines Wechselstrommotors, wobei das System aufweist: einen Inverter mit einem Ausgang, welcher zum Koppeln mit dem Wechselstrommotor vorgesehen ist, wobei der Inverter zum Erzeugen einer Wechselspannung basierend auf einer Befehlsspannung und zudem zum Antreiben des Wechselstrommotors mit einer Grundfrequenz mit der Wechselspannung vorgesehen ist, wobei der Wechselstrommotor einen Statorstrom basierend auf der Wechselspannung erzeugt; und einen mit dem Inverter gekoppelten Controller, wobei der Controller eine Abtastfrequenz aufweist und zum Erzeugen einer Befehlsspannung basierend auf einem Befehlsstrom und einem synchrone Rahmenstrom vorgesehen ist, wobei die Befehlsspannung für eine Verzögerung und einen Anti-Windup-Offset kompensiert wird, der synchrone Rahmenstrom auf dem Statorstrom basiert und der Anti-Windup-Offset mit einer vorbestimmten Spannungsbegrenzung assoziiert wird.
System nach Anspruch 17, wobei der Inverter ein Inverter zur asynchronen Pulsweitenmodulation (PWM) ist, welcher einen mit dem Controller gekoppelten Eingang aufweist.
System nach Anspruch 18, wobei der Wechselstrommotor eine Polanzahl aufweist, welche größer als ungefähr sechs ist.
System nach Anspruch 17, wobei das Verhältnis der Abtastfrequenz zur Grundfrequenz weniger als ungefähr einundzwanzig beträgt.