DE102011088242A1 - Method for operating induction machine e.g. permanent magnet synchronous machine (PMSM) of drive system, involves determining corrected default value for each phase for adjusting voltage vector at inverter based on preset error value - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The present invention relates to a method for operating a rotating field machine according to the preamble of
Bei einem Wechselrichter, insbesondere einem Spannungszwischenkreis-Wechselrichter, können durch ein PWM-Modulationsverfahren die gewünschten Spannungen für eine mittels des Wechselrichters zu betreibende Drehfeldmaschine, z. B. eine permanenterregte Synchronmaschine (PMSM), mittels generierter PWM-Vorgabewerte eingestellt werden. Die generierten PWM-Vorgabewerte aus der Regelung oder der Steuerung zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsvektors ändern sich in Abhängigkeit der gewünschten Spannungsfrequenz und -amplitude. In an inverter, in particular a voltage source inverter, by a PWM modulation method, the desired voltages for a to be operated by means of the inverter induction machine, for. As a permanent-magnet synchronous machine (PMSM) can be set by means of generated PWM default values. The generated PWM default values from the controller or controller to produce a particular voltage vector will vary depending on the desired voltage frequency and amplitude.
Als Halbleiter bzw. Stromventile im Wechselrichter werden in der Regel MOSFETs, IGBTs, Thyristoren, GTOs usw. genutzt. Allen gemein ist, dass das Ausschalten nicht sprungförmig erfolgt, sondern eine gewisse Zeit entsprechend einer Totzeit t0 benötigt, d. h. bis alle Ladungen im Sperrbereich des Halbleiters ausgeräumt sind. Diese Totzeit hängt von den verwendeten Halbleitern ab. Diese Zeit liegt beim MOSFET beispielsweise unter 1µs und beim IGBT z.B. zwischen 1µs und 5µs. As a semiconductor or current valves in the inverter MOSFETs, IGBTs, thyristors, GTOs, etc. are usually used. All have in common that the switching off is not sudden, but a certain time corresponding to a dead time t 0 needed, ie until all charges are eliminated in the stopband of the semiconductor. This dead time depends on the semiconductors used. For example, this time is below 1μs for the MOSFET and between 1μs and 5μs for the IGBT, for example.
Im Wechselrichter dürfen die zwei komplementären Halbleiter, i.e. High-Side und Low-Side, in einer Phase niemals gleichzeitig eingeschaltet werden bzw. sein. Dies kann zum Kurzschluss des Zwischenkreises und folglich zur Zerstörung des Zwischenkreiskondensators sowie des Halbleiters führen. Aus diesem Grund wird in der Regel eine Verriegelungszeit bzw. Totzeit t0 zwischen dem Ausschalten eines Halbleiters und dem Einschalten des komplementären Halbleiters in der gleichen Phase berücksichtigt. In the inverter, the two complementary semiconductors, ie high-side and low-side, must never be switched on at the same time in one phase. This can lead to a short circuit of the DC link and consequently to the destruction of the DC link capacitor and of the semiconductor. For this reason, a lock time or dead time t 0 between switching off a semiconductor and switching on the complementary semiconductor in the same phase is generally taken into account.
Bei der Ansteuerung einer Maschine kann sich aufgrund dieser Totzeit eine Änderung des beabsichtigten Spannungsvektors ergeben, was zu Verzerrungen der Eingangsspannungen an der Maschine führt. Um diese Totzeit zu kompensieren wird im Stand der Technik, insbesondere im Zusammenhang mit Regelungen von Drehfeldmaschinen, welche die Phasenströme messen, um eine Rückkopplung im Regelkreis aufzubauen, vorgeschlagen, die je Phase gemessenen Phasenströme zu nutzen. Eine genaue Ermittlung des Nulldurchgangs ist hierbei sehr wichtig, da die Kompensation ansonsten zu falschen Ergebnissen führt. When driving a machine, this dead time may result in a change in the intended voltage vector, resulting in distortions of the input voltages to the machine. In order to compensate for this dead time, it is proposed in the prior art, in particular in connection with control systems of rotary field machines, which measure the phase currents to establish a feedback in the control loop, to use the phase currents measured per phase. An accurate determination of the zero crossing is very important here, since the compensation otherwise leads to incorrect results.
Im Zusammenhang mit Antriebssystemen, welche wie jenes gemäß
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine vorzuschlagen, welches vorteilhaft einfach die Kompensation der Totzeit im Wechselrichter ebenfalls ohne eine Messung der Phasenströme und Phasenspannungen ermöglicht. Proceeding from this, the present invention has the object to provide an alternative method for operating a rotating field machine, which advantageously allows easy compensation of the dead time in the inverter also without a measurement of the phase currents and phase voltages.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the features of
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine (PMSM) oder einer Asynchronmaschine, an einem Wechselrichter, insbesondere einem Spannungszwischenkreis-Wechselrichter. Ein solcher weist netzseitig einen Spannungszwischenkreis auf, welcher vorzugsweise mittels eines Zwischenkreis-Kondensators gebildet ist. Des Weiteren weist der Wechselrichter Leistungsschalter auf, z. B. MOSFETs oder IGBTs, welche in Halbbrücken einer Wechselrichter-Brückenschaltung als High-Side-Leistungsschalter oder Low-Side-Leistungsschalter angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Wechselrichter mittels einer B6-Brückenschaltung gebildet, welche von einer Treiberstufe insbesondere des Wechselrichters ansteuerbar ist. The invention proposes a method for operating a rotary field machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine (PMSM) or an asynchronous machine, to an inverter, in particular a voltage source inverter. Such has a voltage intermediate circuit on the network side, which is preferably formed by means of a DC link capacitor. Furthermore, the inverter has power switch, z. As MOSFETs or IGBTs, which are arranged in half-bridges of an inverter bridge circuit as a high-side power switch or low-side power switch. Preferably, the inverter is formed by means of a B6 bridge circuit, which can be controlled by a driver stage, in particular of the inverter.
Zum Betrieb der Drehfeldmaschine – welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere einen Stator und einen Rotor aufweist – an dem Wechselrichter, ist vorgesehen, an der Drehfeldmaschine Spannungsvektoren mittels des Wechselrichters durch geeignete Schaltstellungen der Leistungsschalter desselben einzustellen, insbesondere je einen Spannungsvektor – vorzugsweise einen Raumzeigermodulations-Spannungsvektor – während je einer Schaltperiode bzw. PWM-Periode. Hierfür werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Vorgabewerte für je eine Phase ermittelt, z. B. berechnet. Die Vorgabewerte können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Spannungs-Vorgabewerte oder bevorzugt PWM-Vorgabewerte sein, welch letztere Tastverhältnisse für ausgewählte Schalter der Halbbrücken ausdrücken, i.e. je Phase, und für den Wechselrichter bzw. dessen Treiberstufe bereitgestellt werden. For operation of the induction machine - which in the context of the present invention, in particular a stator and a rotor - on the inverter, is provided on the induction machine voltage vector by means of the inverter by suitable switching positions of the circuit breaker of the same, in particular one voltage vector - preferably a space vector modulation Voltage vector - during each one switching period or PWM period. For this purpose, in the context of the method according to the invention, default values for each phase are determined, for. B. calculated. The default values For the purposes of the present invention, they may be voltage default values or preferably PWM default values, which express the latter duty cycles for selected switches of the half bridges, ie per phase, and for the inverter or its driver stage.
Der Wechselrichter ist allgemein mittels Vorgabewerten für die jeweiligen Schaltperioden betreibbar, welche die Kompensation der Totzeit bereits implementieren, z. B. im Rahmen von PWM-Vorgabewerten, welche von einer Regelung mit Strommessung erzeugt werden. The inverter is generally operable by default values for the respective switching periods, which already implement the compensation of the dead time, z. B. in the context of PWM default values, which are generated by a regulation with current measurement.
Des Weiteren ist der Wechselrichter und insoweit eine Drehfeldmaschine im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels Vorgabewerten für die jeweiligen Schaltperioden betreibbar, welche – als weitgehend idealisierte Vorgabewerte, z. B. bereitgestellt im Rahmen einer feldorientierten Steuerung – noch einer Korrektur zur Totzeitkompensation bedürfen und einer solchen nachfolgend als korrigierte Vorgabewerte für den Wechselrichter bereitgestellt werden können. Die korrigierten Vorgabewerte können hierbei korrigierte Spannungs-Vorgabewerte oder bevorzugt korrigierte PWM-Vorgabewerte sein. Dies wird nachfolgend näher erläutert. Furthermore, the inverter and insofar an induction machine in the context of the present invention by means of default values for the respective switching periods can be operated, which - as largely idealized default values, eg. B. provided as part of a field-oriented control - still require a correction for dead time compensation and such can be provided below as corrected default values for the inverter. The corrected default values may here be corrected voltage default values or preferably corrected PWM default values. This will be explained in more detail below.
Um eine Totzeit der Halbleiterschalter des Wechselrichters insbesondere im Rahmen einer feldorientierten Steuerung zu kompensieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass korrespondierend mit einer jeweiligen Schaltperiode des Wechselrichters ein Vorgabewertfehler je Phase nach Vorzeichen und Betrag ermittelt wird, welcher mit dem Vorgabewert der Phase zur Bereitstellung eines korrigierten Vorgabewerts der Phase zur Einstellung des Spannungsvektors in Beziehung gesetzt wird. Der korrigierte Vorgabewert kann hiernach für den Wechselrichter bereitgestellt werden. In order to compensate for a dead time of the semiconductor switches of the inverter, in particular in the context of a field-oriented control, the invention provides that corresponding to a respective switching period of the inverter, a default value error per phase is determined by sign and magnitude, which with the default value of the phase to provide a corrected default value the phase for setting the voltage vector is related. The corrected default value can then be provided to the inverter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorgabewertfehler je Phase basierend auf einem mittels Sollstromvorgaben bzw. Stromsollwerten, insbesondere mittels Filterung von Sollstromvorgaben, nachgebildeten Phasenstromwert der Phase ermittelt. Durch Nutzung mittels Sollstromvorgaben bzw. Stromsollwerten nachgebildeter Phasenströme, d. h. von Phasenstromwerten, welche jenen tatsächlichen Phasenstromwerten an/in der Drehfeldmaschine nachgebildet sind bzw. entsprechen und welche insbesondere infolge einer Filterung der Sollstromvorgaben gewonnen werden können, kann vorteilhaft eine Strommessung der Phasenströme an der Drehfeldmaschine zur Kompensation der Totzeit entfallen. Insbesondere für eine feldorientierte Steuerung ist dies äußerst vorteilhaft. In the method according to the invention, the default value error per phase is determined based on a phase current value of the phase simulated by means of setpoint current specifications or current setpoint values, in particular by means of filtering of setpoint current specifications. By use by means of setpoint current specifications or current setpoints of simulated phase currents, d. H. of phase current values, which are simulated or correspond to those actual phase current values on / in the induction machine and which can be obtained in particular as a result of filtering the desired current specifications, can advantageously account for a current measurement of the phase currents on the induction machine to compensate for the dead time. This is extremely advantageous, in particular for field-oriented control.
Hierbei ist vorgesehen, die Vorgabewerte in Abhängigkeit ihres jeweiligen Typs für eine Totzeitkompensation zu korrigieren. D. h. Spannungs-Vorgabewerte werden insbesondere ausschließlich mit Spannungs-Vorgabewertfehlern zur Ermittlung korrigierter Spannungs-Vorgabewerte in Beziehung gesetzt, PWM-Vorgabewerte mit PWM-Vorgabewertfehlern zur Ermittlung korrigierter PWM-Vorgabewerte. In this case, it is provided to correct the default values as a function of their respective type for dead time compensation. Ie. In particular, voltage default values are related solely to voltage bias errors to determine corrected voltage bias values, PWM command values having PWM bias errors to determine corrected PWM bias values.
Vorgesehen ist weiterhin, dass das Vorzeichen des Vorgabewertfehlers je Phase aus dem Vorzeichen des nachgebildeten Phasenstromwerts der Phase ermittelt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Betrag des Vorgabewertfehlers, der jeweiligen Phase, insbesondere PWM-Vorgabewertfehler betreffend, basierend auf der Totzeit, i.e. der Totzeit der Halbleiterschalter des Wechselrichters, und einer Periodendauer ermittelt wird, im Falle eines Spannungs-Vorgabewertfehlers kann zusätzlich die Zwischenkreisspannung herangezogen werden. Die Periodendauer entspricht hierbei insbesondere einer Schaltperiodendauer des Wechselrichters. Der PWM-Vorgabewertfehler ∆PWM1,2,3 je Phase kann insbesondere gemäß der Gleichung 1: ermittelt werden. Der Spannungs-Vorgabewertfehler ∆U1,2,3 gemäß der Gleichung 2: It is further provided that the sign of the default value error per phase is determined from the sign of the replicated phase current value of the phase. Furthermore, it is provided that the amount of the default value error, the respective phase, in particular PWM default value error concerning based on the dead time, ie the dead time of the semiconductor switches of the inverter, and a period is determined, in the case of a voltage default value error, the intermediate circuit voltage can additionally be used become. The period corresponds in particular to a switching period of the inverter. The PWM default value error ΔPWM 1,2,3 per phase can be determined in particular according to Equation 1: be determined. The voltage default value error ΔU 1,2,3 according to Equation 2:
In den Gleichungen 1) und 2) bezeichnet sign(Is1,2,3Ref) das Vorzeichen des jeweiligen nachgebildeten Phasenstromwerts Is1Ref, Is2Ref, Is3Ref, t0 die Totzeit und TS die Periodendauer. UDC bezeichnet die Zwischenkreisspannung am Wechselrichter. In equations 1) and 2), sign (I s1,2,3Ref ) denotes the sign of the respective simulated phase current value I s1Ref , I s2Ref , I s3Ref , t 0 the dead time and T S the period duration . U DC designates the intermediate circuit voltage at the inverter.
Nach Ermittlung des jeweiligen Vorgabewertfehlers ∆PWM1,2,3 bzw. ∆Us1,2,3 kann dieser zur Ermittlung des korrespondierenden korrigierten Vorgabewerts, mittels welchem die Totzeitkompensation implementiert wird, mit dem korrespondierenden Vorgabewert für diese Phase in Beziehung gesetzt werden, insbesondere addiert werden. Anschließend kann die Ausgabe des korrigierten Vorgabewerts je Phase für bzw. an den Wechselrichter zur Einstellung eines Spannungsvektors ausgegeben werden, wobei die Totzeit nunmehr kompensiert ist. After determining the respective default value error ΔPWM 1,2,3 or ΔU s1,2,3 , this can be related to the corresponding default value for this phase to determine the corresponding corrected default value, by means of which the dead time compensation is implemented. in particular be added. Subsequently, the output of the corrected default value per phase can be output for or to the inverter for setting a voltage vector, wherein the dead time is now compensated.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein nachgebildeter Phasenstromwert je mittels Filterung der Sollstromvorgaben mit einem Tiefpassfilter bereitgestellt wird, insbesondere eines digitalen Filters. Hierbei werden die Sollstromvorgaben insbesondere als zeitdiskrete Größen bereitgestellt, zu deren Filterung das Tiefpassfilter im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt geeignet ist. Das Tiefpassfilter ist insbesondere ausgebildet, die Sollstromvorgaben mit einer zeitlichen Verzögerung zu beaufschlagen, wirkt insofern bevorzugt als zeitdiskretes PT1-Glied. Das Tiefpassfilter kann auf einfache Weise computerisiert gebildet sein. In the context of the present invention, it is provided that a simulated phase current value is always provided by means of filtering the nominal current specifications with a low-pass filter, in particular a digital filter. In this case, the setpoint current specifications are provided, in particular, as discrete-time variables, for the filtering of which the low-pass filter is preferably suitable in the context of the present invention. The low-pass filter is designed, in particular, to act on the setpoint current specifications with a time delay, insofar preferably acts as a time-discrete PT1 element. The low-pass filter can be formed in a simple manner computerized.
Mittels des Tiefpassfilters kann die Dynamik einer feldorientierten Steuerung oder Regelung, insbesondere einer feldorientierten Steuerung mit einstellbarer Dynamik durch je geeignete Wahl der Zeitkonstante des Tiefpassfilters nachgebildet werden. Die gefilterten Sollstromvorgaben bzw. die daraus erhaltenen nachgebildeten Phasenstromwerte entsprechen in ihrem Verlauf insoweit den tatsächlichen Phasenstromwerten der Phasen der Drehfeldmaschine. Da insoweit auch das Vorzeichen eines jeweiligen nachgebildeten Phasenstromwerts dem des tatsächlichen Maschinenstromwerts bzw. Phasenstroms entspricht kann ein solches erfindungsgemäß vorteilhaft zur Totzeitkompensation herangezogen werden. By means of the low-pass filter, the dynamics of a field-oriented control or regulation, in particular a field-oriented control with adjustable dynamics can be emulated by any suitable choice of the time constant of the low-pass filter. The filtered nominal current specifications or the simulated phase current values obtained therefrom correspond in their course to the actual phase current values of the phases of the induction machine. Since in this respect the sign of a respective simulated phase current value corresponds to that of the actual machine current value or phase current, such an invention can advantageously be used for dead time compensation.
Bevorzugt werden die Sollstromvorgaben zur Filterung in einem d,q-Zweigrößensystem bereitgestellt, insbesondere als zeitdiskrete Größen. Hierdurch ist eine unaufwändige Weiterverarbeitung ermöglicht. Nach Filterung können die nunmehr gefilterten Sollstromvorgaben in ein Dreigrößensystem zur Bereitstellung der nachgebildeten Phasenstromwerte je Phase transformiert werden. Vorgesehen ist hierbei, dass basierend auf den Sollstromvorgaben bzw. Stromsollwerten auch die Vorgabewerte je Phase ermittelt werden. The setpoint current specifications for filtering are preferably provided in a d, q two-size system, in particular as time-discrete variables. As a result, an unobtrusive further processing is possible. After filtering, the now-filtered target current specifications can be transformed into a three-digit system for providing the simulated phase current values per phase. It is envisaged here that based on the setpoint current specifications or current setpoint values, the default values per phase are also determined.
Vorgesehen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Drehfeldmaschine während des Verfahrens gemäß einer feldorientierten Steuerung, insbesondere mit einstellbarer Dynamik, gesteuert betrieben wird. Die Zeitkonstante eines Filters kann hierbei korrespondierend der Dynamik, insbesondere je der eingestellten Dynamik, gewählt werden. Daneben ist der Einsatz des Verfahrens auch bei Reglerstrukturen denkbar, welche von einer Strommessung keinen Gebrauch machen. Provided is within the scope of the present invention preferred that the induction machine is operated in a controlled manner during the process according to a field-oriented control, in particular with adjustable dynamics. The time constant of a filter can be selected corresponding to the dynamics, in particular depending on the set dynamics. In addition, the use of the method is also conceivable in controller structures which do not make use of a current measurement.
Das Verfahren kann mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, insbesondere einen Wechselrichter beinhaltet, und zum Betrieb des Wechselrichters die korrigierten Vorgabewerte bereitstellt. Eine solche Vorrichtung kann weitgehend computerisiert gebildet sein, z. B. mittels wenigstens eines µControllers oder Prozessors, insbesondere als Steuergerät. In Abhängigkeit der korrigierten Vorgabewerte kann der Wechselrichter eine mit diesem leistungsseitig verbundene Drehfeldmaschine ansteuern, welche bevorzugt Bestandteil eines mittels der Vorrichtung bildbaren Antriebssystems ist. The method can be carried out by means of a device which is designed to carry out the method, in particular includes an inverter, and provides the corrected default values for operating the inverter. Such a device can be formed largely computerized, z. B. by means of at least one μControllers or processor, in particular as a control unit. Depending on the corrected default values, the inverter can drive a rotating field machine connected to this power side, which is preferably part of a drive system that can be formed by means of the device.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Steuerstruktur zur feldorientierten Steuerung auf, insbesondere zur feldorientierten Steuerung mit einstellbarer Dynamik, wobei die Vorrichtung im Zuge der feldorientierten Steuerung korrigierte Vorgabewerte bereitstellt. Denkbar ist auch, die Steuerstruktur in eine Reglerstruktur zur feldorientierten Regelung zu implementieren, welche auf die Steuerstruktur ggf. umschaltbar ist. The device preferably has a control structure for field-oriented control, in particular for field-oriented control with adjustable dynamics, wherein the device provides corrected default values in the course of the field-oriented control. It is also conceivable to implement the control structure in a controller structure for field-oriented control, which is optionally switchable to the control structure.
Vorgesehen ist hierbei jeweils, dass die Vorrichtung ein wie vorstehend beschriebenes Filter bzw. dessen Funktionalität zur Filterung der Sollstromvorgaben bzw. für eine Nachbildung der Phasenströme aufweist. Die Zeitkonstante des Filters ist bevorzugt zur Modellierung der Dynamik der Steuerung eingestellt. It is envisaged in each case that the device has a filter as described above or its functionality for filtering the setpoint current specifications or for simulating the phase currents. The time constant of the filter is preferably set to model the dynamics of the controller.
Vorgeschlagen wird auch ein Antriebssystem mit einer Drehfeldmaschine und einem Wechselrichter, wobei das Antriebssystem zum Betrieb der Drehfeldmaschine gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet ist. It is also proposed a drive system with a rotating field machine and an inverter, wherein the drive system is designed for operation of the induction machine according to the method described above.
Das Verfahren, welches den Betrieb der Drehfeldmaschine ohne Phasenstromsensorik ermöglicht, ist insbesondere bei hohen Drehzahlen vorteilhaft anwendbar. Das Verfahren kann computerisiert durchgeführt werden, insbesondere kontinuierlich, z. B. mittels eines Mikrocontrollers, z. B. einer Steuerung oder einer Regelung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere z.B. derselben Steuerung oder Regelung, welche auch die Vorgabewerte berechnet. The method, which allows the operation of the induction machine without phase current sensor, is advantageously applicable especially at high speeds. The method can be carried out computerized, in particular continuously, z. B. by means of a microcontroller, for. A control or regulation of a device according to the invention, in particular e.g. same control or regulation, which also calculates the default values.
Das vorgeschlagene Verfahren, die Vorrichtung oder das Antriebssystem werden bevorzugt in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, insbesondere in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Die hiermit betriebene Drehfeldmaschine dient dabei bevorzugt zur Betätigung einer Aktorik des Antriebsstranges, d. h. zum Ausführen einer Stellfunktion des Antriebsstranges, beispielsweise zur Durchführen von Gangschaltungen in einem mehrgängigen Fahrzeuggetriebe, zum An-/Abkoppeln von Antriebswellen, zur Durchführung eines Startvorgangs eines Verbrennungsmotors etc. Ebenso bevorzugt dient die Drehfeldmaschine als Traktionsantrieb (Antriebsmotor) in dem Fahrzeugantriebsstrang, d. h. zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs. In letzterem Fall handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrofahrzeug oder ein Elektromotor-Verbrennungsmotor-Hybridfahrzeug. Die Drehfeldmaschine kann allerdings auch bevorzugt für eine anderweitige Aktorik des Kraftfahrzeugs dienen. Insbesondere kann die Drehfeldmaschine in einem Fahrzeuglenksystem zur elektromotorischen Lenkkraftunterstützung (elektrische Servolenkung) genutzt werden oder zur Verstellung einer Fahrwerkskomponente, wie beispielsweise eines elektrisch verstellbaren Fahrzeugfahrwerksstabilisators oder Fahrzeugfahrwerksquerlenkers. Das vorgeschlagene Verfahren, die Vorrichtung oder das Antriebssystem sind hierauf jedoch nicht beschränkt. So kann hiermit beispielsweise auch die Steuerung einer Drehfeldmaschine eines Aufzugsantriebs, eines Seilbahnantriebs, eines Werkzeugmaschineantriebs oder -stellsystems oder eines Windkraftanlagenstellsystems erfolgen. The proposed method, the device or the drive system are preferably used in a motor vehicle, in particular in a drive train of the motor vehicle. The hereby operated rotary field machine is preferably used for actuating an actuator of the drive train, ie for carrying out a control function of the drive train, for example, to perform gearshifts in a multi-gear vehicle transmission, for coupling / uncoupling drive shafts, for performing a startup of an internal combustion engine, etc. Also preferred the induction machine serves as a traction drive (drive motor) in the vehicle drive train, ie for generating a driving torque for propulsion of the motor vehicle. In the latter case, the motor vehicle is in particular an electric vehicle or an electric motor hybrid vehicle hybrid. However, the induction machine can also be used preferably for another actuator of the motor vehicle. In particular, the induction machine can be used in a vehicle steering system for electromotive steering power assistance (electric power steering) or for adjusting a suspension component, such as an electrically adjustable Fahrzeugfahrwerksstabilisators or vehicle suspension arm. However, the proposed method, the device or the drive system are not limited thereto. Thus, for example, the control of an induction machine of an elevator drive, a cable car drive, a machine tool drive or adjustment system or a wind turbine control system can be done.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Korrespondierende Elemente bzw. Funktionen im Stand der Technik sind mit gestrichenen Bezugszeichen versehen. In the following description of the figures, the same elements or functions are provided with the same reference numerals. Corresponding elements or functions in the prior art are provided with primed reference numerals.
Mittels der Schalter S1…S6 können über eine nicht dargestellte Treiberstufe des Wechselrichters
Ein Durchschaltzustand einer Halbbrücke für eine Phase U, V, W kann allgemein über einen PWM-Vorgabewert, welcher im Rahmen der
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Die Steuerstruktur
Die Funktionseinheit
Als FOS-Algorithmen, welche z. B. in einem Festspeicher der Funktionseinheit
In den Gleichungen A) und B) bezeichnet die Indizierung _k die Größen des aktuellen und _k-1 die Größen des vorhergehenden Abtastschritts der Dauer T und s den Statorbezug, d.h. eine Größe betreffend den Stator der Drehfeldmaschine
TEd bezeichnet eine Zeitkonstante resultierend aus Lsd/R und Lsd die Längskomponente der Induktivität der Ständer- bzw. Statorwicklung, TEq eine Zeitkonstante resultierend aus Lsq/R und Lsq die Querkomponente der Induktivität der Statorwicklung, IsdRef_k bzw. IsdRef_k-1 die Solllängsstromvorgabe, IsqRef_k bzw. IsqRef_k-1 die Sollquerstromvorgabe, R den ohmschen Wicklungswiderstand der Statorwicklung, ωel die elektrische Winkelgeschwindigkeit und Ψωel die als konstant angenommene Polrad- bzw. Rotorspannung für einen insbesondere sehr kleinen bzw. kurzen Abtastschritt der Dauer T, wobei Ψ den Polradfluss darstellt. Die Polradspannung wird z.B. mittels hinterlegter Kennlinien ermittelt. T Ed denotes a time constant resulting from L sd / R and L sd the longitudinal component of the inductance of the stator winding, T Eq a time constant resulting from L sq / R and L sq the transverse component of the inductance of the stator winding, I sdRef_k or I sdRef_k-1 is the nominal longitudinal current specification, I sq.ref_k or I sq.ref_k-1 is the set cross current specification, R is the ohmic winding resistance of the stator winding, ω el is the electrical angular velocity, and Ψω el is the pole rotor or rotor voltage assumed to be constant for a particularly very short or short sampling step duration T, where Ψ represents the pole wheel flux. The pole wheel voltage is determined, for example, by means of stored characteristic curves.
Der Wicklungswiderstand R ist z. B. hinterlegt oder wird im Einzelfall entsprechend der jeweiligen Drehfeldmaschine
Die d,q-Stromsollwerte bzw. Sollstromkomponenten IsdRef_k-1 und IsqRef_k-1 des jeweils vorangegangenen Abtastschritts, welche zum Lösen der Gleichung A) und B) in einem gegenwärtigen Abtastschritt _k erforderlich sind, werden z. B. ebenfalls in einem Speicher für die Funktionseinheit
Unter Verwendung der FOS-Algorithmen gemäß der Gleichungen A) und B) kann die Dynamik der feldorientierten Steuerung (FOS), welche mittels der Steuerstruktur
Die ermittelten Sollspannungskomponenten Usd_k, Usq_k werden an dem Ausgang
Der Funktionseinheit
Die Funktionseinheit
Zur Ermittlung der Sollspannungswerte Us1, Us2, Us3 im Mehrgrößen-Drehstromsystem wird der Funktionseinheit
Basierend auf den von der Funktionseinheit
Die Umwandlung der Sollspannungswerte Us1, Us2, Us3 zu PWM-Vorgabewerten PWM1, PWM2, PWM3 erfolgt durch eine Funktionseinheit in Form des PWM-Generators
Mit dem Ausgang
Um die korrigierten PWM-Vorgabewerte PWM1n, PWM2n, PWM3n geeignet bereitstellen zu können, weist die Steuerstruktur
Das Filter
Die gefilterten Sollstromvorgaben IsdRefF, IsqRefF werden an einem Ausgang
An einem Ausgang
Korrespondierend mit einer jeweiligen Schaltperiode des Wechselrichters
Zur Ermittlung des jeweiligen Vorgabewertfehlers ΔPWM1 bzw. ΔPWM2 bzw. ΔPWM3 löst die Funktionseinheit
Durch Addieren eines jeweils derart hinsichtlich seines Betrags und seines Vorzeichens ermittelten PWM-Vorgabewertfehlers ΔPWM1,2,3 je Phase mit dem je korrespondierenden PWM-Vorgabewert PWM1 bzw. PWM2 bzw. PWM3 wird nunmehr für jede Phase U, V, W ein neuer bzw. korrigierter PWM-Vorgabewert PWM1n bzw. PWM2n bzw. PWM3n bestimmt, welcher zur Ausgabe an den Wechselrichter
Angemerkt sei, dass die Drehfeldmaschine
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch eine Ausführungsform vorgesehen, bei welcher basierend auf den nachgebildeten Phasenstromwerten Is1Ref, Is2Ref, Is3Ref Spannungs-Vorgabewertfehler ermittelt werden, um diese mit Spannungs-Vorgabewerten zur Ausgabe von korrigierten Spannungs-Vorgabewerten in Beziehung zu setzen. Basierend auf den korrigierten Spannungs-Vorgabewerten können sodann PWM-Vorgabewerte erzeugt werden, welche zur Totzeitkompensation keiner weiteren Korrektur bedürfen. Hierzu kann statt der Funktionseinheit
Zur Ausgabe korrigierter Spannungs-Vorgabewerte Us1n, Us2n, Us3n durch die alternative Funktionseinheit an die Funktionseinheit
Hierbei bezeichnet ∆Us1,2,3 den Spannungs-Vorgabewertfehler, sign(Is1,2,3Ref) das Vorzeichen des jeweiligen, insbesondere mittels der Filterung erhaltenen, nachgebildeten Phasenstromwerts Is1Ref, Is2Ref, Is3Ref, und wobei t0 die Totzeit, TS die Periodendauer, welche insbesondere mit einer Schaltperiode des Wechselrichters korrespondiert, und UDC die Zwischenkreisspannung des Wechselrichters bezeichnet, welche der alternativen Funktionseinheit geeignet zur Verfügung gestellt wird. Here ΔU s1,2,3 designates the voltage default value error , sign (I s1,2,3Ref ) the sign of the respective, obtained in particular by means of the filtering, the simulated phase current value I s1Ref , I s2Ref , I s3Ref , and where t 0 the Dead time, T S, the period duration, which corresponds in particular with a switching period of the inverter, and U DC denotes the DC link voltage of the inverter, which is provided to the alternative functional unit suitably.
Die ermittelten Spannungs-Vorgabewertfehler Us1, Us2, Us3 können wiederum mit den Spannungs-Vorgabewerten Us1, Us2, Us3 in Beziehung gesetzt werden, so dass sich die korrigierten Spannungs-Vorgabewerte Us1n, Us2n, Us3n ergeben zu:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Totzeitkompensation unter Verzicht auf Stromsensorik ermöglicht, einhergehend mit einem reduzierten Kostenaufwand für Sensoren, A/D-Wandler, Platinenfläche, z. B. für den Einsatz in Servolenkungen. Durch den Verzicht auf Strommessung können die Probleme der Strommessung wie Rauschen, Offset, die zu Geräuschen und Drehmomentschwankungen führen, reduziert werden. Bei insbesondere niedrigen Drehzahlen kann eine Totzeitkompensation im Wechselrichter ohne Strommessung einhergehend mit einer erhöhten Genauigkeit durchgeführt werden. Das Verfahren ist bei Traktionsantrieben mit ungenauer Strommessung im kleinen Strombereich und kleinen Drehzahlbereich verwendbar. Selbstverständlich sind weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.In the context of the present invention, a deadtime compensation is made possible without the use of current sensors, along with a reduced cost for sensors, A / D converter, board surface, z. B. for use in power steering systems. By eliminating current measurement, current measurement issues such as noise, offset, noise, and torque fluctuations can all be reduced. In particular, at low speeds, a dead time compensation in the inverter without current measurement can be performed along with increased accuracy. The method can be used with traction drives with inaccurate current measurement in the small current range and low speed range. Of course, further applications are conceivable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1‘ 1, 1 '
- Wechselrichter inverter
- 2 2
- Zwischenkreis DC
- 3 3
- Zwischenkreiskondensator Link capacitor
- 4, 4‘ 4, 4 '
- Drehfeldmaschine Induction machine
- 5, 5‘ 5, 5 '
- Vorrichtung contraption
- 6, 6‘ 6, 6 '
- Antriebssystem drive system
- 7, 7‘ 7, 7 '
- Steuerstruktur tax structure
- 8, 8‘ 8, 8 '
- Funktionseinheit functional unit
- 9, 9‘ 9, 9 '
-
Eingang
8 entrance8th - 10, 10‘ 10, 10 '
-
weiterer Eingang
8 another entrance8th - 11, 11‘ 11, 11 '
- Positionssensor position sensor
- 12, 12‘ 12, 12 '
- Funktionseinheit functional unit
- 13, 13‘ 13, 13 '
- Verbindungsleitung connecting line
- 14, 14‘ 14, 14 '
-
Ausgang
8 output8th - 15, 15‘ 15, 15 '
- Funktionseinheit functional unit
- 16, 16‘ 16, 16 '
-
Eingang
15 entrance 15 - 17, 17‘ 17, 17 '
- Funktionseinheit functional unit
- 18, 18‘ 18, 18 '
-
Eingang
15 entrance 15 - 19, 19‘ 19, 19 '
-
Ausgang
15 output 15 - 20, 20‘ 20, 20 '
- Funktionseinheit functional unit
- 21, 21‘ 21, 21 '
-
Eingang
20 entrance 20 - 22, 22‘ 22, 22 '
-
weiterer Eingang
20 anotherentrance 20 - 23, 23‘ 23, 23 '
-
Ausgang
20 output 20 - 24 24
-
Eingang
25 entrance 25 - 25 25
- Funktionseinheit functional unit
- 26 26
-
Ausgang
25 output 25 - 27 27
- Filter filter
- 28 28
-
Eingang
27 entrance 27 - 29 29
-
Ausgang
27 output 27 - 30 30
- Funktionseinheit functional unit
- 31 31
-
Eingang
30 entrance 30 - 32 32
-
weiterer Ausgang
15 anotherexit 15 - 33 33
-
weiterer Eingang
30 anotherentrance 30 - 34 34
-
Ausgang
30 output 30 - 35 35
-
weiterer Eingang
25 anotherentrance 25 - S1... S6S1 ... S6
- Leistungsschalter breakers
- U, V, W AND MANY MORE
- Phasen phases
Claims (16)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102011088242A DE102011088242A1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for operating induction machine e.g. permanent magnet synchronous machine (PMSM) of drive system, involves determining corrected default value for each phase for adjusting voltage vector at inverter based on preset error value |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102011088242A DE102011088242A1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for operating induction machine e.g. permanent magnet synchronous machine (PMSM) of drive system, involves determining corrected default value for each phase for adjusting voltage vector at inverter based on preset error value |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=48464410
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Legal Events
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