DE102011085491A1

DE102011085491A1 - Verfahren zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler

Info

Publication number: DE102011085491A1
Application number: DE201110085491
Authority: DE
Inventors: Hyungbin Ihm; Taeyoung Chung; Byunghoon Yang
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-06-06
Also published as: CN102487265B; CN102487265A; KR20120059956A; KR101294566B1; US20120143549A1; JP5824279B2; US8898030B2; JP2012118049A

Abstract

Offenbart sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler. Die Vorrichtung schätzt adaptiv einen Positionsfehler, welcher in der Positionsinformation eines Rotors von einem Motor enthalten ist, welcher von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler digitalisiert wird, und subtrahiert den geschätzten Positionsfehler von der gemessenen Positionsinformation des Rotors, und berechnet dabei eine kompensierte Positionsinformation. Eine Regressionsgleichung und ein rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats, welches auf die Regressionsgleichung angewandt wird, werden für die adaptive Schätzung der Positionsinformation verwendet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren eines Positionsfehlers, welcher in einer Positionsinformation enthalten ist, welche von einem Koordinatenwandler gemessen wurde, welcher ein Positionssensor ist, der für eine Motorsteuerung verwendet wird.
Beschreibung der zugehörigen Technik
Falls ein Permanentmagnet-erregter Synchronmotor von einer Vektorsteuerung angetrieben wird, dann werden genaue Positionsinformationen von dessen Rotor benötigt. Für gewöhnlich kann ein Resolver bzw. ein Koordinatenwandler (zum Beispiel ein Drucksensor) zum Erkennen der absoluten Position des Rotors verwendet werden. Aufgrund eines Unterschieds bei den Übersetzungsverhältnissen des Koordinatenwandlers treten unsymmetrische Anregungssignale, die Existenz von Induktivität harmonischer Komponenten und eine Störung einer Signalverarbeitungsschaltung, ein Magnitudenungleichgewicht der Signale auf, und verursacht dadurch eine periodische Fehlerkomponente bei der Positionsinformation. Da die Leistung der Motorsteuerung herabgesetzt ist, sind Koordinatenwandler demzufolge im Hinblick auf deren Einsatzmöglichkeit und Effektivität in dem Hochleistungsbereich eingeschränkt.
Um einen derartigen Positionsfehler in dem Koordinatenwandler zu verringern, kann die Fehlerinformation, welche zuvor von einem präzisen Positionssensor gemessen wird, in eine Tabelle eines Speichers, zum Beispiel einem ROM (nur-lese Speicher) geschrieben werden, und ein Positionsfehler kann dann basierend auf der Fehlerinformation kompensiert werden (im Folgenden ”die erste zugehörige Technik”).
Alternativ dazu können die Ausgabesignale des Koordinatenwandlers unter Verwendung einer Regressionsgleichung modelliert werden, und ein rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats kann dann dazu verwendet werden, um einen Modellparameter zu schätzen, so dass ein Fehler zwischen den Modellwerten und den gemessenen Signalen minimiert wird, und dabei die Ausgangssignale des Koordinatenwandlers kompensiert werden (im Folgenden „die zweite zugehörige Technik”).
Bei der ersten zugehörigen Technik wird eine Messoperation benötigt, um die Fehlerdaten zu erfassen, welche in einer Tabelle in dem Speicher gespeichert werden, und derartige Fehlerdaten, welche für ein Produktmuster erfasst wurden, spiegeln die Abweichung zwischen Produkten nicht wider. Aus diesem Grund muss bei der ersten zugehörigen Technik eine individuelle Nullpunkteinstellung für jedes Produkt durchgeführt werden, was auf diese Weise zusätzliche Berechnungen erfordert, welche die Effizienz verringern und die gesamte Geschwindigkeit des Prozesses.
Bei der zweiten zugehörigen Technik werden die Ausgangssignale des Koordinatenwandlers direkt von einem geschätzten Signalmodell kompensiert. Da die Signale hochfrequente AC-Werte sind und ein komplizierter analoger elektrischer Schaltkreis oder ein digitales Signalverarbeitungssystem für den Kompensationsprozess benötigt wird, ist es jedoch nicht einfach, diese Lösung zu implementieren. Des Weiteren kann eine genaue Kompensation nur dann erreicht werden, wenn die gemessene Positionsinformation mit der berechneten Fehlerinformation synchronisiert ist. Aus diesem Grund muss für jedes Produkt eine individuelle Nullpunkteinstellung durchgeführt werden, ähnlich zu derjenigen aus der ersten zugehörigen Technik, was somit wieder zusätzliche Berechnungen erfordert, welche die Effizienz verringern und die gesamte Geschwindigkeit des Prozesses.
Die in diesem Abschnitt zur Beschreibung der zugehörigen Technik offenbarten Informationen dienen nur zum Erleichtern des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form des Vorschlags gehalten werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bildet, welcher dem Fachmann bereits bekannt ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Bemühen gemacht, eine Vorrichtung zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler zur Verfügung zu stellen, durch das Verwenden eines Ausgangssignals von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler, welcher nicht die Verwendung von einem Ausgangssignal des Koordinatenwandlers benötigt.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler zur Verfügung, wobei die Vorrichtung einen Schätzer für einen Positionsfehler aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler Positionsinformationen zu empfangen, welche auf einen Rotor von einem Motor bezogen sind, welcher von dem Koordinatenwandler detektiert wird. Insbesondere ist der Koordinatenwandler-Digitalwandler dazu eingerichtet, die Positionsinformation zu digitalisieren und einen Positionsfehler adaptiv zu schätzen, welcher in der Positionsinformation enthalten ist. Zusätzlich dazu subtrahiert ein Kompensator für den Positionsfehler den geschätzten Positionsfehler von der Positionsinformation, und berechnet eine kompensierte Positionsinformation.
Der Schätzer für den Positionsfehler kann einen Schätzabschnitt für die Drehzahlwelligkeit aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, eine Drehzahlwelligkeit durch das Subtrahieren einer Ideal-Drehzahl von einem Wert zu erfassen, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird. Diese Ideal-Drehzahl kann durch das Entfernen einer Frequenzkomponente von einer Welligkeit, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, aus dem Wert erhalten werden, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wurde. Der Schätzer für den Positionsfehler weist des Weiteren einen Parameterschätzabschnitt auf, welcher dazu eingerichtet ist, ein rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats auf eine Regressionsgleichung anzuwenden, welche die Drehzahlwelligkeit, die Positionsinformation und die Ideal-Drehzahl enthält, und unbekannte Parameter schätzt, welche in der Regressionsgleichung enthalten sind. Des Weiteren erzeugt ein Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler eine Gleichung für das Positionsfehlermodell durch das Verwenden der geschätzten unbekannten Parameter und der Positionsinformation, und schätzt den Positionsfehler aus der Gleichung für das Positionsfehlermodell.
Die Regressionsgleichung kann durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt werden: ω_Welligkeit(i) = ωcosΘ_i·Ψ 0 / 1 – ωsinΘ_i·Ψ 0 / 2 + 2ωcos2Θ_i·Ψ 0 / 3 – 2ωsin2Θ_i·Ψ 0 / 4, wobei ω_Welligkeit(i) eine Drehzahlwelligkeit für die i-te Positionsinformation θ_i darstellt, ω die Ideal-Drehzahl darstellt, und Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 die bekannten Parameter darstellen.
Die Gleichung für das Positionsfehlermodell kann durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt werden: Θ_GP(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1p + cosΘ_i·Ψ 0 / 2p + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3p + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4p, wobei Θ_GP(i) einen geschätzten Positionsfehler für die i-te Positionsinformation darstellt.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein System zur Verfügung, welches die Vorrichtung, einen Koordinatenwandler und einen Koordinatenwandler-Digitalwandler aufweist.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, welches von der Vorrichtung ausgeführt wird und ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, in welchem ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens aufgezeichnet ist.
In vorteilhafter Weise ist es möglich, die Kompensation des Positionsfehlers für den Koordinatenwandler auf einfache Weise zu implementieren, und dabei eine Abweichung zwischen Produkten automatisch zu adaptieren. Demzufolge kann die Verschlechterung der Leistung der Motorsteuerung, welche von einem Positionsfehler verursacht wird, verhindert werden und die maximale Steuerungsleistung kann erzielt werden. Zum Beispiel kann die Pulsation des Stroms und des Drehmoments minimiert werden, eine Welligkeit der Drehzahlmessung kann verringert werden, um eine Steuerungsfunktion zu verbessern, welche die Drehzahlinformation verwendet, und eine Stromwelligkeit kann minimiert werden, um die verfügbare effektive Spannung zu erhöhen, um dabei einen maximalen Ausgabebereich sicherzustellen.
Da die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Art einer Software implementiert werden kann, welche von einem Prozessor, einem Steuergerät oder dergleichen ohne von einer externen getrennten physikalischen Einheit abhängig zu sein, ausgeführt wird, ist es zudem möglich, den Positionsfehler des Koordinatenwandlers bei geringeren Kosten einfacher zu kompensieren. Da ein teurer hochpräziser Positionssensor nicht verwendet zu werden braucht, um die Leistungsfähigkeit des Koordinatenwandler sicherzustellen, ist es des Weiteren möglich, ein Hochleistungssystem für einen Koordinatenwandler sogar zu geringeren Kosten zu implementieren.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung besitzen weitere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich werden aus oder detaillierter in den beigefügten Zeichnungen weitergebildet werden, welche hierin enthalten sind und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, welche zusammen zum Erklären von bestimmten Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein detailliertes Konfigurationsdiagramm eines Messabschnitts für die Drehzahlwelligkeit von 1.
3 ist ein detailliertes Konfigurationsdiagramm von einem Parameterschätzabschnitt von 1.
4 ist ein detailliertes Konfigurationsdiagramm von einem Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler von 1.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6A bis 6D sind Schaubilder, welche experimentelle Ergebnisse gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Es versteht sich, dass die angefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, und eine irgendwie vereinfachte Repräsentation von unterschiedlichen bevorzugten Merkmalen, welche für die grundsätzlichen Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, darstellen. Die speziellen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel bestimmter Abmaße, Orientierungen, Steilen und Gestaltungen, werden zum Teil von der bestimmten beabsichtigten Anwendung und der Verwendungsumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung über die mehreren Figuren der Zeichnungen hinweg.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun im Detail auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und unten stehend beschrieben sind. Während die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil, soll(en) die Erfindung/Erfindungen nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen umfassen, sondern ebenfalls unterschiedliche Alternativen, Abwandlungen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein können, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt sind.
Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder „Fahrzeug...” oder andere ähnliche Ausdrücke, sie wie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen mit einschließt, wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich allradangetriebene Offroader (SUV), Busse, Lastwagen, unterschiedliche Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und dieser schließt Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid Elektrofahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus Ressourcen mit Ausnahme von Erdöl erzeugt wurden) mit ein. Wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Kraftquellen besitzt, zum Beispiel sowohl mit Benzin angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
1 veranschaulicht eine Vorrichtung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler weist einen Schätzer für einen Positionsfehler 12 und einen Kompensator für den Positionsfehler 16 auf. Der Schätzer für den Positionsfehler 12 weist einen Messabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13, einen Parameterschätzabschnitt 14 und einen Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15 auf. Ein System 1 zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler weist des Weiteren einen Koordinatenwandler 20 und einen Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 auf.
Der Koordinatenwandler 20 erfasst die absolute Position von einem Rotor von einem Motor, wie zum Beispiel einem Permanentmagnet-erregten Synchronmotor. Für diesen Betrieb wird der Koordinatenwandler 20 von einer Referenzspannung für die Anregung betrieben, welche von einem Anregungsverstärker 22 verstärkt wird. Die Positionsinformation, welche von dem Koordinatenwandler 20 erfasst wird, wird als ein Sinussignal und ein Cosinussignal an den Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 ausgegeben.
Der Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 digitalisiert und gibt die Positionsinformation aus. Die digitalisierte Positionsinformation θ wird jeweils in den Messabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13, den Parameterschätzabschnitt 14, den Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15, und den Kompensationsabschnitt für den Positionsfehler 16 eingegeben. Der Kompensationsabschnitt für den Positionsfehler 16 subtrahiert einen Positionsfehler Θ_GP, welcher von dem Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15 geschätzt wird, von dem gemessenen Positionsfehler θ, und berechnet die kompensierte Positionsinformation θ_k.
2 veranschaulicht die detaillierte Konfiguration des Messabschnitts für die Drehzahlwelligkeit 13 von 1. Der Messabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13 weist eine Ableitungseinheit für die Positionsinformation 131, eine Berechnungseinheit für die Ideal-Drehzahl 133, und eine Berechnungseinheit für die Drehzahlwelligkeit 135 auf. Die Ableitungseinheit für die Positionsinformation 131 leitet die Positionsinformation θ ab und erfasst die Drehzahlinformation ω'. Die Berechnungseinheit für die Ideal-Drehzahl 133 weist einen Tiefpassfilter (TPF) auf, um eine Ideal-Drehzahl ω zu berechnen. Die Berechnungseinheit für die Drehzahlwelligkeit 135 subtrahiert die Ideal-Drehzahl ω von der Drehzahlinformation ω' und berechnet und gibt eine Drehzahlwelligkeit aus.
Die Ableitungseinheit für die Positionsinformation 131 subtrahiert die vorherige Positionsinformation Z^–1 von der Positionsinformation θ, welche von dem Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 empfangen wurde, und erfasst ein Positionsinkrement x. Dann führt die Ableitungseinheit für die Positionsinformation 131 eine Modulo-Operation an dem Positionsinkrement x aus (mod(x, 2π)), und erfasst die kompensierte Positionsinformation. Des Weiteren teilt die Ableitungseinheit für die Positionsinformation 131 die kompensierte Positionsinformation durch eine Abtastzeit T_S und erfasst die Drehzahlinformation ω'. In diesem Fall stellt Z^–1 eine Abtastung von einem früheren Zeitpunkt in einem diskreten Zeitsystem dar, welches als ein z-Bereich bezeichnet wird. Aus diesem Grund können zwei Abtastungen von einem früheren Zeitpunkt durch Z^–2 dargestellt werden. Zwischenzeitlich kann ein Fehler in dem Ableitungswert auftreten, um einen Unstetigkeitspunkt 0 oder 2π, da die Positionsinformation, welche von dem Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 ausgegeben wird, einen eingeschränkten Bereich von 0 bis 2π besitzt, Da die Modulo-Operation an dem Positionsinkrement x wie oben stehend beschrieben durchgeführt wird, kann ein derartiger Fehler jedoch kompensiert werden.
Die Drehzahlinformation ω', welche auf eine solche Art und Weise erfasst wird, gibt einen Effekt des Positionsfehlers wieder. Deshalb muss die Ideal-Drehzahl ω, von welcher der Effekt des Positionsfehlers ausgeschlossen wird, angepasst werden, um eine Drehzahlwelligkeit ω_Welligkeit zu messen. Die Ideal-Drehzahl ω wird durch das Entfernen einer Frequenzkomponente der Welligkeit, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, von der Drehzahlinformation erfasst, welche durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird. Die Berechnungseinheit für die Positionsinformation 133 berechnet die Ideal-Drehzahl ω, aus welcher die Frequenzkomponente der Welligkeit entfernt wird, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, durch das Anwenden des TPF, in welchem eine Grenzfrequenz festgelegt ist, um eine Drehzahlkomponente um den Positionsfehler zu entfernen. Die Berechnungseinheit für die Drehzahlwelligkeit 135 berechnet die Drehzahlwelligkeit durch das Subtrahieren der Ideal-Drehzahl ω von der Drehzahlinformation ω' und gibt die berechnete Drehzahlwelligkeit aus.
3 veranschaulicht die detaillierte Konfiguration des Parameterschätzabschnitts 14 von 1. Der Parameterschätzabschnitt 14 weist eine Erzeugungseinheit für eine Regressionsgleichung 141 und eine Berechnungseinheit für einen Parameter-geschätzten Wert 143 auf. Die Erzeugungseinheit für eine Regressionsgleichung 141 erzeugt eine Regressionsgleichung in Übereinstimmung mit den folgenden Ausdrücken, durch das Verwenden der Ideal-Drehzahl ω, welche von dem Schätzabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13 empfangen wird, und der Positionsinformation θ, welche von dem Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 empfangen wird. [Ausdruck 1]
[Ausdruck 2]

Θ_E(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1 + cosθ_i·Ψ 0 / 2 + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3 + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4 + Ψ 0 / 5

[Ausdruck 3]

ω_Welligkeit(i) = ωcosΘ_i·Ψ 0 / 1 – ωcosΘ_i·Ψ 0 / 2 + 2ωcos2Θ_i·Ψ 0 / 3 – 2ωsin2Θ_i·Ψ 0 / 4 = Ψ^T(Θ)Ψ⁰

In den Ausdrücken 1 bis 3 stellt Ψ einen unbekannten Parameter dar, und i stellt eine i-te Ordnung dar. In den Ausdrücken 2 und 3 zeigt eine hochgestellte 0 von Ψ an, dass der entsprechende Parameter kein Wert basierend auf einem allgemeinen Ausdruck ist, wie zum Beispiel Ausdruck 3, sondern ein tatsächlicher Wert. In Ausdruck 3 stellt T eine transponierte Matrix dar.
Ausdruck 1 zeigt an, dass der Positionsfehler θ_E(i) als eine Fourier-Reihe ausdrückt werden kann. Ausdruck 2 wird durch das Überlegen erhalten, dass die Magnituden einer Grundwelle und einer zweiten harmonischen Welle in den meisten Fällen bei dem Positionsfehler höher sind. Das heißt, Ausdruck 2 wird durch das Annähern von Ausdruck 1 an die zwei Frequenzkomponenten erhalten. Ausdruck 3 wird durch das Ableiten von Ausdruck 2 erhalten.
Wenn schließlich Ausdruck 3 auf eine solche Art und Weise erhalten wird, wendet die Berechnungseinheit für einen Parameter-geschätzten Wert 143 ein rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats auf Ausdruck 3 an, und berechnet jeweils die geschätzten Werte (Ψ 0 / 1p , Ψ 0 / 2p , Ψ 0 / 3p , und Ψ 0 / 4p ) für die unbekannten Parameter (Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 ). Die geschätzten Werte für die unbekannten Parameter (Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 ) sind ein Satz von Parametern, welche durch das Anwenden des rekursiven Verfahrens des kleinsten Fehlerquadrats derart bestimmt werden, so dass das Quadrat eines Fehlers zwischen der Drehzahlwelligkeit ω_Welligkeit aus der Messung und der Drehzahlwelligkeit ω_Welligkeit von der Schätzung minimiert wird.
4 veranschaulicht die detaillierte Konfiguration des Modellierungsabschnitts für den Positionsfehler 15 von 1. Der Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15 wendet den Satz von unbekannten Parametern (Ψ 0 / 1p , Ψ 0 / 2p , Ψ 0 / 3p , und Ψ 0 / 4p ), welcher von dem Parameterschätz-abschnitt 14 geschätzt wurde, und die Positionsinformation θ auf Ausdruck 4 an, und berechnet einen geschätzten Wert θ_GP des geschätzten Positionsfehlers.
[Ausdruck 4]

Θ_GP(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1p + cosΘ_i·Ψ 0 / 2p + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3p + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4p

Der Kompensationsabschnitt für den Positionsfehler 16 subtrahiert den Positionsfehler θ_GP, welcher von dem Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15 geschätzt wird, von dem gemessenen Positionsfehler θ, und berechnet die kompensierte Positionsinformation θ_k.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Wenn die Positionsinformation von einem Rotor von einem Motor, welche von dem Koordinatenwandler 20 erkannt wird, ausgegeben wird (S501), dann digitalisiert der Koordinatenwandler-Digitalwandler 30 die Positionsinformation (S502). Die digitalisierte Positionsinformation θ wird jeweils dem Messabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13, dem Parameterschätzabschnitt 14, dem Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15, und dem Kompensationsabschnitt für den Positionsfehler 16 bereitgestellt.
Bei Schritt S503 misst der Messabschnitt für die Drehzahlwelligkeit 13 eine Drehzahlwelligkeit ω_Welligkeit in Übereinstimmung mit dem oben stehend beschriebenen Verfahren. Bei Schritt S504 schätzt der Parameterschätzabschnitt 14 unbekannte Parameter, welche in der Regressionsgleichung enthalten sind, durch die Verwendung der Positionsinformation θ, der Ideal-Drehzahl ω und der Drehzahlwelligkeit ω_Welligkeit in Übereinstimmung mit dem oben stehend beschriebenen Verfahren, Bei Schritt S505 schätzt der Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler 15 einen Positionsfehler unter Verwendung der geschätzten unbekannten Parameter Ψ_p und die Positionsinformation θ in Übereinstimmung mit dem oben stehend beschriebenen Verfahren. Bei Schritt S506 erfasst der Kompensationsabschnitt für den Positionsfehler 16 die kompensierte Positionsinformation θ_k durch das Subtrahieren des geschätzten Positionsfehlers θ_GP von der Positionsinformation θ in Übereinstimmung mit dem oben stehend beschriebenen Verfahren.
Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren gemäß dem Ablaufdiagramm von 5 und ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, in welchem ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gespeichert ist. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann als ein computerlesbarer Datenträger auf einem computerlesbaren Medium enthalten sein, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche von einem Prozessor, einem Steuergerät oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele des computerlesbaren Mediums umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flash-drives, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in zu einem Netzwerk gekoppelten Computersystemen vertrieben werden, so dass die computerlesbaren Datenträger auf eine verteilte Art und Weise gespeichert und ausgeführt werden.
6A bis 6D sind Schaubilder, welche ein experimentelles Ergebnis zeigen, welches durch das Anwenden des Verfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein tatsächliches Motorsystem erhalten wurde. Das in diesem Experiment eingesetzte Motorsystem ist ein Motorsystem, welches bei dem HYUNDAI SONATA HYBRID (Projektname: YF) und KIA OPTIMA HYBRID (Projektname: TF) angewandt wurde, welches in dem nordamerikanischen Markt eingeführt werden wird.
6A zeigt, dass die unbekannten Parameter mit der Zeit zu einem konstanten Positionsfehler konvergieren.
6B zeigt Änderungen bei der Drehzahlwelligkeit vor und nach der Kompensation des Positionsfehlers in Übereinstimmung mit der Zeit. In Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann erkannt werden, dass die Variation bei der Drehzahlwelligkeit nach der Kompensation des Positionsfehlers im Vergleich zu der Variation der Drehzahlwelligkeit vor der Kompensation des Positionsfehlers signifikant verringert ist.
6C zeigt die Werte, welche aus drei Exemplaren eines Fahrzeugs geschätzt wurden. Für die Ergebnisse des Experiments kann erkannt werden, dass 80% der Drehzahlwelligkeit verringert wurde (100 U/min → 24 U/min), und die Parameter wurden adaptiv für die Verteilung zwischen den Exemplaren eines Fahrzeugs geschätzt.
6D zeigt den Vergleich des Positionsfehlers zwischen den Exemplaren eines Fahrzeugs. Man erkennt, dass es keine Abweichung des Positionsfehlers zwischen den Exemplaren eines Fahrzeugs gibt, welche von der Position des Rotors des Motors abhängt.
Die vorstehenden Beschreibungen der speziellen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Veranschaulichung und der Beschreibung vorgestellt. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf die präzise offenbarten Formen zu beschränken, und es sind offensichtlich viele Abänderungen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erklären, um auf diese Weise andere Fachmänner zu befähigen, unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie unterschiedliche Alternativen und deren Abänderungen, herzustellen und zu gebrauchen. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die hierbei angehängten Patentansprüche und deren Äquivalente festgelegt sein.

Claims

Vorrichtung zum adaptiven Kompensieren eines Positionsfehlers von einem Koordinatenwandler, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Schätzer für einen Positionsfehler, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler Positionsinformationen zu empfangen, welche auf einen Rotor von einem Motor bezogen sind, welcher von dem Koordinatenwandler detektiert wird, wobei der Koordinatenwandler-Digitalwandler dazu eingerichtet ist, die Positionsinformation zu digitalisieren und einen Positionsfehler adaptiv zu schätzen, welcher in der Positionsinformation enthalten ist; und ein Kompensator für den Positionsfehler, welcher dazu eingerichtet ist, den geschätzten Positionsfehler von der Positionsinformation zu subtrahieren, und eine kompensierte Positionsinformation zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schätzer für den Positionsfehler aufweist: einen Schätzabschnitt für die Drehzahlwelligkeit, welcher dazu eingerichtet ist, eine Drehzahlwelligkeit durch das Subtrahieren einer Ideal-Drehzahl von einem Wert zu erfassen, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird, wobei die Ideal-Drehzahl durch das Entfernen einer Frequenzkomponente von einer Welligkeit, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, aus dem Wert erhalten wird, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird; einen Parameterschätzabschnitt, welcher dazu eingerichtet ist, ein rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats auf eine Regressionsgleichung anzuwenden, welche die Drehzahlwelligkeit, die Positionsinformation und die Ideal-Drehzahl enthält, und unbekannte Parameter zu schätzen, welche in der Regressionsgleichung enthalten sind; und einen Modellierungsabschnitt für den Positionsfehler, welcher dazu eingerichtet ist, eine Gleichung für das Positionsfehlermodell durch das Verwenden der geschätzten unbekannten Parameter und der Positionsinformation zu erzeugen, und den Positionsfehler aus der Gleichung für das Positionsfehlermodell zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Regressionsgleichung durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: ω_Welligkeit(i) = ωcosΘ_i·Ψ 0 / 1 – ωsinΘ_i·Ψ 0 / 2 + 2ωcos2Θ_i·Ψ 0 / 3 – 2ωsin2Θ_i·Ψ 0 / 4, wobei ω_Welligkeit(i) eine Drehzahlwelligkeit für die i-te Positionsinformation θ_i darstellt, ω die Ideal-Drehzahl darstellt, und Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 die bekannten Parameter darstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Gleichung für das Positionsfehlermodell durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: Θ_GP(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1p + cosΘ_i·Ψ 0 / 2p + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3p + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4p, wobei Θ_GP(i) einen geschätzten Positionsfehler für die i-te Positionsinformation darstellt.
Ein System, umfassend: einen Koordinatenwandler, welcher dazu eingerichtet ist, eine Positionsinformation eines Rotors von einem Motor zu detektieren; einen Koordinatenwandler-Digitalwandler, welcher dazu eingerichtet ist, die Positionsinformation zu empfangen, welche von dem Koordinatenwandler detektiert wurde, und die Positionsinformation zu digitalisieren; einen Schätzer für einen Positionsfehler, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler Positionsinformationen zu empfangen, und einen Positionsfehler adaptiv zu schätzen, welcher in der Positionsinformation enthalten ist; und einen Kompensator für den Positionsfehler, welcher dazu eingerichtet ist, den geschätzten Positionsfehler von der Positionsinformation zu subtrahieren, und eine kompensierte Positionsinformation zu berechnen.
Ein computer-lesbares Medium, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche von einem Steuergerät ausgeführt werden, umfassend: Programmanweisungen, welche Positionsinformationen eines Rotors von einem Motor empfangen, welcher von dem Koordinatenwandler detektiert wird, von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler, welcher die Positionsinformationen digitalisiert; Programmanweisungen, welche eine Drehzahlwelligkeit durch das Subtrahieren einer Ideal-Drehzahl von einem Wert messen, welcher durch das Ableiten der empfangenen Positionsinformation erhalten wird, wobei die Ideal-Drehzahl durch das Entfernen einer Frequenzkomponente von einer Welligkeit, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, aus dem Wert erhalten wird, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird; Programmanweisungen, welche unbekannte Parameter schätzen, welche in einer Regressionsgleichung enthalten sind, durch das Anwenden eines rekursives Verfahren des kleinsten Fehlerquadrats auf die Regressionsgleichung, welche die Drehzahlwelligkeit, die Positionsinformation und die Ideal-Drehzahl enthält; Programmanweisungen, welche eine Gleichung für das Positionsfehlermodell durch das Verwenden der geschätzten unbekannten Parameter und der Positionsinformation erzeugen, und den Positionsfehler aus der Gleichung für das Positionsfehlermodell schätzen; und Programmanweisungen, welche eine kompensierte Positionsinformation durch das Subtrahieren des geschätzten Positionsfehlers von der Positionsinformation berechnen.
Computer-lesbares Medium nach Anspruch 6, wobei die Regressionsgleichung durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: ω_Welligkeit(i) = ωcosΘ_i·Ψ 0 / 1 – ωsinΘ_i·Ψ 0 / 2 + 2ωcos2Θ_i·Ψ 0 / 3 – 2ωsin2Θ_i·Ψ 0 / 4, wobei ω_Welligkeit(i) eine Drehzahlwelligkeit für die i-te Positionsinformation θ_i darstellt, ω die Ideal-Drehzahl darstellt, und Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 die bekannten Parameter darstellen.
Computer-lesbares Medium nach Anspruch 7, wobei die Gleichung für das Positionsfehlermodell durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: Θ_GP(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1p + cosΘ_i·Ψ 0 / 2p + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3p + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4p, wobei Θ_GP(i) einen geschätzten Positionsfehler für die i-te Positionsinformation darstellt.
Verfahren, mit den Schritten: Empfangen von einem Steuergerät von Positionsinformationen eines Rotors von einem Motor, welcher von einem Koordinatenwandler detektiert wird, von einem Koordinatenwandler-Digitalwandler, welcher die Positionsinformationen digitalisiert; Messen von dem Steuergerät einer Drehzahlwelligkeit durch das Subtrahieren einer Ideal-Drehzahl von einem Wert, welcher durch das Ableiten der empfangenen Positionsinformation erhalten wird, wobei die Ideal-Drehzahl durch das Entfernen einer Frequenzkomponente von einer Welligkeit, welche von dem Positionsfehler verursacht wird, aus dem Wert erhalten wird, welcher durch das Ableiten der Positionsinformation erhalten wird; Schätzen von dem Steuergerät von unbekannten Parametern, welche in einer Regressionsgleichung enthalten sind, durch das Anwenden eines rekursiven Verfahrens des kleinsten Fehlerquadrats auf die Regressionsgleichung, welche die Drehzahlwelligkeit, die Positionsinformation und die Ideal-Drehzahl enthält; Erzeugen von dem Steuergerät einer Gleichung für das Positionsfehlermodell durch das Verwenden der geschätzten unbekannten Parameter und der Positionsinformation, und Schätzen des Positionsfehlers aus der Gleichung für das Positionsfehlermodell; und Berechnen von dem Steuergerät einer kompensierten Positionsinformation durch das Subtrahieren des geschätzten Positionsfehlers von der Positionsinformation.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Regressionsgleichung durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: ω_Welligkeit(i) = ωcosΘ_i·Ψ 0 / 1 – ωsinΘ_i·Ψ 0 / 2 + 2ωcos2Θ_i·Ψ 0 / 3 – 2ωsin2Θ_i·Ψ 0 / 4, wobei ω_Welligkeit(i) eine Drehzahlwelligkeit für die i-te Positionsinformation θ_i darstellt, ω die Ideal-Drehzahl darstellt, und Ψ 0 / 1 , Ψ 0 / 2 , Ψ 0 / 3 , und Ψ 0 / 4 die bekannten Parameter darstellen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Gleichung für das Positionsfehlermodell durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: Θ_GP(i) = sinΘ_i·Ψ 0 / 1p + cosΘ_i·Ψ 0 / 2p + sin2Θ_i·Ψ 0 / 3p + cos2Θ_i·Ψ 0 / 4p, wobei Θ_GP(i) einen geschätzten Positionsfehler für die i-te Positionsinformation darstellt.