DE102011088244A1 - Method for operating e.g. permanent magnet synchronous motor at inverter of e.g. electrical powertrain of motor car, involves setting pulse-width modulation default values to provide corrected values of phases for adjusting voltage vector - 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. As a semiconductor or current valves in the inverter MOSFETs, IGBTs, thyristors, GTOs, etc. are usually used.
In diesen Schalterhalbleitern im Wechselrichter sowie den zugehörigen Freilauf- bzw. Rücklaufdioden entstehen Spannungsabfälle, die aus dem durchfließenden Strom sowie aus der Vorwärtsspannung in diesen Stromventilen resultieren. Diese Spannungsabfälle verursachen Potentialverschiebungen im Wechselrichter, was zur Verfälschung des beabsichtigten Spannungsvektors in der Drehfeldmaschine und somit zu Spannungsverzerrungen führt. In these switch semiconductors in the inverter and the associated freewheeling or flyback diodes arise voltage drops, resulting from the current flowing through and from the forward voltage in these flow control valves. These voltage drops cause potential shifts in the inverter, which leads to the falsification of the intended voltage vector in the induction machine and thus to voltage distortions.
Um diese Potentialverschiebungen im Wechselrichter zu kompensieren, ist es für geregelte Antriebssystemen bekannt, die Phasenströme zu messen, um eine Rückkopplung aufbauen zu können, wobei eine genaue Ermittlung des Nulldurchgangs beachtlich ist. In order to compensate for these potential shifts in the inverter, it is known for controlled drive systems to measure the phase currents in order to be able to build up a feedback, whereby an accurate determination of the zero crossing is considerable.
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 Potentialverschiebungen im Wechselrichter insbesondere ohne Messung der Maschinenströme 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 potential shifts in the inverter, in particular without measuring the machine currents.
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. Den Leistungsschaltern sind hierbei Freilauf- bzw. Rücklaufdioden zugeordnet, insbesondere je eine Freilauf- bzw. Rücklaufdiode. 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. The circuit breakers here freewheeling or flyback diodes are assigned, in particular depending on a freewheeling or flyback diode. 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 PWM-Vorgabewerte für je eine Phase ermittelt, z. B. berechnet. Die PWM-Vorgabewerte drücken Tastverhältnisse für ausgewählte Schalter der Halbbrücken aus, i.e. je Phase, und werden für den Wechselrichter bzw. dessen Treiberstufe bereitgestellt. 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 PWM default values are determined for each phase, z. B. calculated. The PWM default values express duty cycles for selected switches of the half-bridges, i.e.. per phase, and are provided for the inverter or its driver stage.
Der Wechselrichter ist allgemein mittels PWM-Vorgabewerten für die jeweiligen PWM-Perioden betreibbar, welche die Kompensation der Potentialverschiebung bereits implementieren, z. B. im Rahmen von PWM-Vorgabewerten, welche von einer Regelung mit Strommessung erzeugt werden. The inverter is generally operable by means of PWM default values for the respective PWM periods which already implement the potential shift compensation, e.g. 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 PWM-Vorgabewerten für die jeweiligen PWM-Perioden betreibbar, welche – als weitgehend idealisierte PWM-Vorgabewerte, z. B. bereitgestellt im Rahmen einer feldorientierten Steuerung – noch einer Korrektur zur Kompensation der Potentialverschiebung bedürfen und einer solchen nachfolgend als korrigierte PWM-Vorgabewerte für den Wechselrichter bereitgestellt werden können. Dies wird nachfolgend näher erläutert. Furthermore, the inverter and in this respect an induction machine within the scope of the present invention by means of PWM default values for the respective PWM periods can be operated, which - as largely idealized PWM default values, z. B. provided in the context of a field-oriented control - still require a correction to compensate for the potential shift and such can be provided below as corrected PWM default values for the inverter. This will be explained in more detail below.
Erfindungsgemäß wird – um eine Potentialverschiebung an den Leistungsschaltern des Wechselrichters und der Rücklaufdioden derselben kompensieren zu können – korrespondierend mit einer jeweiligen Schaltperiode ein Phasenstromwert je Phase nachgebildet, wobei in Abhängigkeit des nachgebildeten Phasenstromwerts der Phase, ein PWM-Vorgabewertfehler der Phase ermittelt und mit dem PWM-Vorgabewert der Phase zur Bereitstellung eines korrigierten PWM-Vorgabewerts der Phase zur Einstellung des Spannungsvektors in Beziehung gesetzt wird. According to the invention - in order to compensate for a potential shift on the circuit breakers of the inverter and the flyback diodes - corresponding to a respective switching period, a phase current value per phase simulated, depending on the reproduced phase current value of the phase, a PWM default value error of the phase determined and the PWM Phase of the phase for providing a corrected PWM default value of the phase for adjusting the voltage vector is related.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der PWM-Vorgabewertfehler je Phase bevorzugt 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, d.h. nach Betrag und Vorzeichen, insbesondere im Hinblick auf ihren zeitlichen Verlauf, und welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere infolge einer Filterung der Sollstromvorgaben gewonnen werden können, kann vorteilhaft eine Strommessung der Phasenströme an der Drehfeldmaschine zur Kompensation der Potentialverschiebung entfallen. Insbesondere für eine feldorientierte Steuerung ist dies äußerst vorteilhaft. In the method according to the invention, the PWM standard value error per phase is preferably determined based on a phase current value of the phase simulated by means of desired current specifications or current setpoints, in particular by means of filtering of nominal current specifications. By utilization by means of nominal current presets or current setpoints of simulated phase currents, i. phase current values mimicking those actual phase current values on / in the induction machine, i. in terms of magnitude and sign, in particular with regard to their time course, and which can be obtained in the context of the present invention, in particular as a result of filtering the target current specifications, can advantageously account for a current measurement of the phase currents of the induction machine to compensate for the potential shift. This is extremely advantageous, in particular for field-oriented control.
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 bzw. Einstellung der Zeitkonstante des Tiefpassfilters nachgebildet 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 by any suitable choice or adjustment of the time constant of the low-pass filter can be emulated.
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 PWM-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 the PWM default values per phase are determined on the basis of the setpoint current specifications or current setpoint values.
Vorgesehen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Drehfeldmaschine während des Verfahrens gemäß einer feldorientierten Steuerung (FOS), 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 within the scope of the present invention, it is preferred that the induction machine be operated in a controlled manner during the process according to a field-oriented control (FOS), 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.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein nachgebildeter Phasenstromwert zur Ermittlung des PWM-Vorgabewertfehlers der Phase je mit einem Schwellwert verglichen wird, insbesondere um zu bestimmen, ob der jeweilige nachgebildete Phasenstromwert positiv bzw. größer Null oder negativ bzw. nicht positiv ist, i.e. kleiner gleich Null. Der PWM-Vorgabewertfehler je Phase kann hiernach in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ermittelt werden, insbesondere je nach Vorzeichen und Betrag. In the context of the method according to the invention, it is provided that a simulated phase current value for determining the PWM standard value error of the phase is in each case compared with a threshold value, in particular in order to determine whether the respective simulated phase current value is positive or greater than zero or negative or not positive, ie less than zero. The PWM default value error per phase can hereafter be determined as a function of the comparison result, in particular depending on the sign and magnitude.
Weiterhin ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, zur Ermittlung des PWM-Vorgabewertfehlers je Phase Spannungsabfälle der Phase, i.e. einen Leistungsschalter-Spannungsabfall und einen Dioden-Spannungsabfall, auf dem nachgebildeten Phasenstromwert der Phase basierend zu ermitteln. Die ermittelten Spannungsabfälle der Phase sind hierbei insbesondere Spannungsabfälle an den stromführenden Bauelemente, i.e. je eines Leistungsschalters und je der Rücklaufdiode des komplementären Leistungsschalters der Phase. Furthermore, it is provided in the context of the method according to the invention, for the determination of the PWM default value error per phase, voltage drops of the phase, i. determining a circuit breaker voltage drop and a diode voltage drop based on the replicated phase current value of the phase. The determined voltage drops of the phase are in this case in particular voltage drops at the current-carrying components, ie. each of a circuit breaker and each of the return diode of the complementary circuit breaker of the phase.
Insbesondere in Abhängigkeit des PWM-Vergleichsergebnisses und der ermittelten Spannungsabfälle kann nunmehr der Vorgabewertfehler je Phase bestimmt werden, wozu im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere nachfolgende Gleichungen 1) und 2) genutzt werden können. In particular, as a function of the PWM comparison result and the determined voltage drops, the default value error per phase can now be determined, for which purpose in the context of the present invention, in particular following equations 1) and 2) can be used.
Der PWM-Vorgabewertfehler je Phase kann gemäß der Gleichung 1) ermittelt werden, falls durch den Schwellwertvergleich bestimmt ist, dass der nachgebildete Phasenstromwert der Phase positiv ist, oder gemäß der Gleichung 2) ermittelt werden, falls durch den Schwellwertvergleich bestimmt ist, dass der nachgebildete Phasenstromwert der Phase nicht positiv, alternativ z.B. negativ, ist. In den Gleichungen 1) und 2) bezeichnet ΔPWMpotF1,2,3 den ermittelten PWM-Vorgabewertfehler je Phase, PWMpotF1,2,3 den PWM-Vorgabewert je Phase, UT1,2,3 den Leistungsschalter-Spannungsabfall je Phase, UD1,2,3 den Dioden-Spannungsabfall je Phase und Udc die Zwischenkreisspannung, i.e. des Wechselrichters. The PWM default value error per phase can be calculated according to equation 1) if it is determined by the threshold comparison that the replicated phase current value of the phase is positive, or according to equation 2) are determined, if it is determined by the threshold comparison, that the replicated phase current value of the phase is not positive, alternatively, for example negative. In Equations 1) and 2), ΔPWM potF1,2,3 designates the determined PWM default value error per phase, PWM potF1,2,3 the PWM default value per phase, U T1,2,3 the circuit breaker voltage drop per phase, U D1,2,3 the diode voltage drop per phase and U dc the DC link voltage, ie the inverter.
Nach Ermittlung des jeweiligen PWM-Vorgabewertfehlers kann dieser zur Ermittlung des korrespondierenden korrigierten PWM-Vorgabewerts, mittels welchem die Kompensation der Potentialverschiebung implementiert wird, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem korrespondierenden PWM-Vorgabewert für diese Phase in Beziehung gesetzt werden, insbesondere addiert werden. Nachfolgend kann der entsprechend korrigierte PWM-Vorgabewert zur Einstellung des verzerrungsfreien Spannungsvektors für den weiteren Betrieb der Drehfeldmaschine ausgegeben werden, insbesondere bei iterativer Anwendung des Verfahrens je ein korrigierter PWM-Vorgabewert je Phase für sämtliche zu stellende Spannungsvektoren. Once the respective PWM default value error has been determined, the latter can be related, in particular added, to the corresponding PWM default value for this phase in order to determine the corresponding corrected PWM default value, by means of which the compensation of the potential shift is implemented. Subsequently, the correspondingly corrected PWM default value can be output for setting the distortion-free voltage vector for the further operation of the induction machine, in particular for iterative application of the method one corrected PWM default value per phase for all voltage vectors to be set.
Um zu vermeiden, dass ein korrigierter PWM-Vorgabewert, welcher kleiner Null Prozent oder größer hundert Prozent ermittelt wurde, i.e. einen innerhalb einer PWM-Periode nicht wiedergebbaren Wert annimmt, an den Wechselrichter ausgegeben wird, kann dieser vor Ausgabe an den Wechselrichter auf Null Prozent bzw. hundert Prozent begrenzt werden. In order to avoid that a corrected PWM default value, which was less than zero percent or greater than one hundred percent, was determined, i.e. assumes a value that can not be displayed within a PWM period to which the inverter is output, this can be limited to zero percent or one hundred percent before output to the inverter.
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 PWM-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 PWM 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 PWM-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 PWM 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 PWM-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. B. a controller or a Control of a device according to the invention, in particular, for example, the same control or regulation, which also calculates the PWM 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, d. H. for carrying out an actuating function of the drive train, for example for performing gearshifts in a multi-gear vehicle transmission, for coupling / uncoupling drive shafts, for carrying out a starting operation of an internal combustion engine etc. Also preferably, the induction machine serves as a traction drive (drive motor) in the vehicle drive train, d. H. for generating a drive 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 korrespondierend mit einem Tastverhältnis je PWM-Periode gesteuert werden.
Bei einem PWM-Vorgabewert von 100% soll sich ein Umschalter SU bzw. SV bzw. SW für die gesamte Dauer einer PWM-Periode in der Position +1 befinden, d. h. die Drehfeldmaschine
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Die Steuerstruktur
mechanischen Winkels θmech entsprechendi.e. basierend auf der Winkelinformation eines Positionsgebers
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 is z. B. determined by means of stored characteristics.
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 ΔPWMpotF1 bzw. ΔPWMpotF2 bzw. ΔPWMpotF3 wird durch die Funktionseinheit
Weiterhin werden durch die Funktionseinheit
In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses, Bezugszeichen
Ergibt der Schwellwertvergleich, Bezugszeichen
In den Gleichungen 5) und 6) bezeichnet ΔPWMpotF1,2,3 hierbei den ermittelten PWM-Vorgabewertfehler je Phase (U, V, W), PWM1,2,3 den PWM-Vorgabewert PWM1, PWM2, PWM3 je Phase U, V, W, UT1,2,3 den Leistungsschalter-Spannungsabfall je Phase U, V, W, UD1,2,3 den Dioden-Spannungsabfall je Phase U, V, W und Udc die Zwischenkreisspannung am Wechselrichter
Durch nachfolgendes Addieren, Bezugszeichen
Ein korrigierter PWM-Vorgabewert PWM1n, PWM2n, PWM3n, welcher kleiner Null Prozent oder größer hundert Prozent ist, wird hierbei vor Ausgabe an den Wechselrichter
Angemerkt sei, dass die Drehfeldmaschine
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Kompensation der Potentialverschiebung unter Verzicht auf Stromsensorik ermöglicht, einhergehend mit einem reduzierten Kostenaufwand für Sensoren, A/D-Wandler, Platinenfläche, z.B. für den Einsatz in Servolenkungen. Durch die Kompensation der Potentialverschiebung wird zum einen eine bessere Akustik gewährleistet – insoweit als Oberschwingungen im Strom gedämpft werden –, zum anderen kann die Spannung besser ausgenutzt werden. Das Verfahren ist bei Traktionsantrieben mit ungenauer Strommessung im großen Strombereich und insbesondere großem Drehzahlbereich verwendbar. Selbstverständlich sind weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.In the context of the present invention, a compensation of the potential shift without the use of current sensors is made possible, together with a reduced cost for sensors, A / D converters, board surface, e.g. for use in power steering systems. By compensating for the potential shift, on the one hand, better acoustics are guaranteed - insofar as harmonics are damped in the current - and, on the other hand, the voltage can be better utilized. The method can be used in traction drives with inaccurate current measurement in the large current range and in particular large speed range. Of course, further applications are conceivable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1‘1, 1 '
- Wechselrichter inverter
- 22
- Zwischenkreis DC
- 33
- 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 - 2424
-
Eingang
25 entrance 25 - 2525
- Funktionseinheit functional unit
- 2626
-
Ausgang
25 output 25 - 2727
- Filter filter
- 2828
-
Eingang
27 entrance 27 - 2929
-
Ausgang
27 output 27 - 3030
- Funktionseinheit functional unit
- 3131
-
Eingang
30 entrance 30 - 3232
-
weiterer Ausgang
15 anotherexit 15 - 3333
-
weiterer Eingang
30 anotherentrance 30 - 3434
-
Ausgang
30 output 30 - 3535
-
weiterer Eingang
25 anotherentrance 25 - 3636
- Schwellwertvergleich thresholding
- 3737
- Vergleichsergebnis comparison result
- 3838
- Vergleichsergebnis comparison result
- 3939
- Ermittlung Spannungsabfälle Determination of voltage drops
- 4040
-
weiterer Eingang
25 anotherentrance 25 - 4141
- Ermittlung korrigierter PWM-Vorgabewerte Determination of corrected PWM default values
- 4242
- Begrenzung limit
- S1 ... S6S1 ... S6
- Leistungsschalter breakers
- D1 ... D6D1 ... D6
- Freilaufdiode Freewheeling diode
- U, V, WAND MANY MORE
- Phasen phases
Claims (16)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011088244A DE102011088244A1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for operating e.g. permanent magnet synchronous motor at inverter of e.g. electrical powertrain of motor car, involves setting pulse-width modulation default values to provide corrected values of phases for adjusting voltage vector |
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DE102011088244A DE102011088244A1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for operating e.g. permanent magnet synchronous motor at inverter of e.g. electrical powertrain of motor car, involves setting pulse-width modulation default values to provide corrected values of phases for adjusting voltage vector |
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---|---|
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-
2011
- 2011-12-12 DE DE102011088244A patent/DE102011088244A1/en not_active Withdrawn
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