DE102012205369A1

DE102012205369A1 - Method for operating induction machine with field-oriented control, involves determining whether operation-dependant maximum adjustable moment-forming stator cross-current as variable by solution of quadratic equation

Info

Publication number: DE102012205369A1
Application number: DE201210205369
Authority: DE
Inventors: Jan Reiners
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-02

Abstract

The method involves determining whether an operation-dependant maximum adjustable, moment-forming stator cross-currents (Isqmax 1, 2) as a variable by solution of a quadratic equation, where the equation comprises parameters. A characteristic of the variable and another variable is formed, and a characteristic model is provided in a control device of a permanent magnet synchronous machine i.e. induction machine (2). An adjustable torque variable (mM) is determined as another variable based on the operation-dependant maximum adjustable, moment-forming stator cross-current. The parameters are rotational frequency, maximum controlled stator voltage, magnet wheel flux (Psi P), stator resistor, inductor in longitudinal- and transverse axis (Lsd) with respect to the synchronous machine. An independent claim is also included for a device for operating a permanent magnet synchronous machine with field-oriented control during field weakening operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Permanentmagnet-Synchronmaschine bei feldorientierter Regelung im Feldschwächbetrieb und eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Permanentmagnet-Synchronmaschine. The present invention relates to a method for operating a permanent magnet synchronous machine in field-oriented control in field weakening operation and to an apparatus for field-oriented control of a permanent magnet synchronous machine.

Die feldorientierte Regelung einer Permanentmagnet-Synchronmaschine (PSM; auch bekannt als permanentmagneterregte Synchronmaschine) ist bekannt. Die Reglerstruktur besteht üblicherweise aus zwei Stromreglern für Längs- und Querstrom, gegebenenfalls einem Flussregler oder einer Flusssteuerung. Zur Regelung werden zumeist Parameter vernachlässigt, insbesondere der Statorwiderstand R_S, was zwar eine mathematische Vereinfachung erlaubt, jedoch physikalisch unpräzise ist. Insbesondere bei Maschinen, zum Beispiel für elektromechanische Servolenkungen, welche mit relativ geringer Versorgungsspannung, z.B. einer Zwischenkreisspannung kleiner 12 V und verhältnismäßig großer Leistung betrieben werden, zum Beispiel einer Wellenleistung bis zu 1,5 kW, ist ein solcher Spannungsabfall am Statorwiderstand nicht vernachlässigbar, da der Spannungsabfall am Statorwiderstand maßgeblich den stellbaren Strom und damit auch das erzielbare elektrische Moment beeinflusst. The field-oriented control of a permanent magnet synchronous machine (PSM, also known as a permanent magnet synchronous machine) is known. The controller structure usually consists of two current regulators for longitudinal and cross-flow, possibly a flow controller or a flow controller. For the most part parameters are neglected, in particular the stator resistance R _S , which, although a mathematical simplification allows, but is physically imprecise. In particular, in machines, for example for electromechanical power steering, which are operated with relatively low supply voltage, for example, a DC link voltage less than 12 V and relatively high power, for example, a shaft power up to 1.5 kW, such a voltage drop at the stator is not negligible, as the voltage drop at the stator resistance significantly affects the adjustable current and thus also the achievable electrical torque.

Neben der Vernachlässigung von Parametern zum Zwecke der Vereinfachung einer Regelung ist es bekannt, numerische Lösungen zur Ermittlung des stellbaren Maschinenmoments einer Permanentmagnet-Synchronmaschine zu nutzen, was jedoch sehr rechenintensiv und in Echtzeit auf einem Steuergerät kaum realisierbar ist. In addition to the neglect of parameters for the purpose of simplifying a control, it is known to use numerical solutions for determining the adjustable machine torque of a permanent magnet synchronous machine, which, however, is very computationally intensive and hardly realizable in real time on a control unit.

Die alternativ bekannten Lösungen unter Verwendung von Kennfeldern oder Kennlinienkonstrukten erfordern in ebenfalls nachteiliger Weise einen immensen zeitlichen Aufwand zum Messen der Kennfelder und sind darüber hinaus sehr speicherintensiv. The alternatively known solutions using maps or characteristic constructions also disadvantageously require an immense amount of time to measure the maps and are also very memory-intensive.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche diese Nachteile überwinden und eine einfache Ermittlung des stellbaren Maschinenmoments für den Feldschwächbetrieb insbesondere ohne Vernachlässigung von Parametern des Grundwellenmodells ermöglichen. Proceeding from this, the present invention has the object to provide a method and an apparatus which overcome these disadvantages and allow easy determination of the adjustable engine torque for the field weakening operation, in particular without neglecting parameters of the fundamental wave model.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. This object is achieved by the features of claim 1 and the features of claim 8.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb einer Permanentmagnet-Synchronmaschine bei feldorientierter Regelung im Feldschwächbetrieb. Insbesondere kann es sich um ein Verfahren zur Echtzeit-Bereitstellung eines betriebsabhängig maximal einstellbaren, momentenbildenden Ständer-Querstrom als eine erste Größe bzw. einer stellbaren Momentengröße als eine zweite Größe in dem Feldschwächbetrieb der Permanentmagnet-Synchronmaschine handeln. Dabei wird in einem ersten Schritt der betriebsabhängig maximal einstellbare, momentenbildende Ständer-Querstrom als die erste Größe durch Lösung einer quadratischen Gleichung ermittelt. Die quadratische Gleichung weist die Parameter auf:
Drehfrequenz, maximal ausgesteuerte Ständerspannung, Polradfluss, Statorwiderstand, Induktivitäten in Längs- und Querachse. Dabei sind diese Größen jeweils in Bezug auf die Permanentmagnet-Synchronmaschine zu verstehen, d.h. es handelt sich jeweils um einen Parameter dieser Synchronmaschine. The invention proposes a method for operating a permanent magnet synchronous machine in field-oriented control in field weakening operation. In particular, it can be a method for the real-time provision of a maximum dependent adjustable, torque-forming stator cross-current as a first variable or an adjustable torque quantity as a second variable in the field weakening mode of the permanent magnet synchronous machine. In this case, in a first step, the operating-dependent maximum adjustable, torque-forming stator cross-current is determined as the first variable by solving a quadratic equation. The quadratic equation has the parameters:
Rotational frequency, maximum output voltage, pole wheel flux, stator resistance, inductances in longitudinal and transverse axis. These variables are to be understood in each case with respect to the permanent magnet synchronous machine, that is, it is in each case a parameter of this synchronous machine.

Bei der stellbaren Momentengröße kann es sich insbesondere um ein betriebsabhängig maximal stellbares Drehmoment der Permanentmagnet-Synchronmaschine handeln oder eine dieses Drehmoment repräsentierende Größe. Also ein Drehmoment der Permanentmagnet-Synchronmaschine, das zu dem jeweils anliegenden Betriebspunkt innerhalb des Feldschwächbetriebs durch die Synchronmaschine maximal erzeugbar ist. Bei dem betriebsabhängig maximal einstellbaren, momentenbildenden Ständer-Querstrom kann es sich insbesondere um einen Querstrom handeln, der bei dem jeweils anliegenden Betriebspunkt der Synchronmaschine innerhalb des Feldschwächbetriebs die maximal stellbare Momentengröße hervorruft oder eine diesen Querstrom repräsentierende Größe. The variable torque variable can be, in particular, an operationally adjustable maximum torque of the permanent magnet synchronous machine or a variable representing this torque. So a torque of the permanent magnet synchronous machine, which is the maximum generated at the respective operating point within the field weakening operation by the synchronous machine. In the case of the maximum torque-dependent stator cross-flow which can be adjusted as a function of the operation, it can be, in particular, a cross-flow which produces the maximum variable torque magnitude at the respective operating point of the synchronous machine within the field weakening operation or a variable representing this cross-flow.

Bei der Drehfrequenz kann es sich insbesondere um eine Drehfrequenz eines Läufers (Rotors) der Permanentmagnet-Synchronmaschine oder eine hierzu äquivalente Größe handeln, beispielsweise eine Drehzahl, Winkelgeschwindigkeit oder Umfangsgeschwindigkeit dieses Läufers. Bei den Induktivitäten in Längs- und Querachse kann es sich insbesondere um eine Längs- bzw. Querinduktivität handeln, i.e. um eine Strang-Längs- bzw. Strang-Querinduktivität einer Ständerwicklung der Permanentmagnet-Synchronmaschine. The rotational frequency can in particular be a rotational frequency of a rotor of the permanent magnet synchronous machine or a variable equivalent thereto, for example a rotational speed, angular velocity or peripheral speed of this rotor. For the inductors in longitudinal and transverse axis may in particular be a longitudinal or transverse inductance, ie a strand-longitudinal or strand-transverse inductance of a stator winding of the permanent magnet synchronous machine.

Die Drehfrequenz kann hierbei insbesondere mittels eines Sensors gemessen oder aus Betriebsgrößen der Permanentmagnet-Synchronmaschine ermittelt werden. Die maximal ausgesteuerte Ständerspannung kann insbesondere aus einer verfügbaren Zwischenkreisspannung eines Umrichters der Permanentmagnet-Synchronmaschine ermittelt werden. Sie kann einer Versorgungsspannung der Permanentmagnet-Synchronmaschine, beispielsweise einer Batteriespannung, entsprechen. Der Polradfluss kann insbesondere gemessen und dann abhängig von einer Temperatur der Permanentmagnet-Synchronmaschine nachgeführt werden und/oder als Kennlinien in einem Steuergerät der Synchronmaschine gespeichert und hieraus ermittelbar sein. Der Statorwiderstand kann ebenfalls insbesondere gemessen und dann abhängig von einer Temperatur der Permanentmagnet-Synchronmaschine nachgeführt werden und/oder als Kennlinien in einem Steuergerät der Synchronmaschine gespeichert und hieraus ermittelbar sein. Die Induktivität der Längsachse und der Querachse kann jeweils insbesondere gemessen und dann abhängig von einem Längs- bzw. Queranteils eines insbesondere aktuellen Statorstromes der Permanentmagnet-Synchronmaschine nachgeführt werden und/oder als Kennlinien in einem Steuergerät der Synchronmaschine gespeichert und hieraus ermittelbar sein. The rotational frequency can in this case in particular be measured by means of a sensor or determined from operating variables of the permanent magnet synchronous machine. The maximum output stator voltage can be determined in particular from an available intermediate circuit voltage of an inverter of the permanent magnet synchronous machine. It can correspond to a supply voltage of the permanent magnet synchronous machine, for example a battery voltage. The Polradfluss can be measured in particular and then tracked depending on a temperature of the permanent magnet synchronous machine and / or stored as characteristics in a control unit of the synchronous machine and be determined from this. The stator resistance can also be measured in particular and then tracked as a function of a temperature of the permanent magnet synchronous machine and / or stored as characteristic curves in a control unit of the synchronous machine and can be determined therefrom. The inductance of the longitudinal axis and the transverse axis can in each case in particular be measured and then tracked depending on a longitudinal or transverse portion of a particular current stator current of the permanent magnet synchronous machine and / or stored as characteristics in a control unit of the synchronous machine and can be determined therefrom.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann vorteilhaft einfach der aktuelle, d.h. entsprechend der jeweiligen Betriebssituation der Synchronmaschine, maximal einstellbare, momentenbildende Ständer-Querstrom ermittelt werden, sowie optional das maximal stellbare Moment. Ein aufwändiges numerisches Verfahren oder die Generierung von Kennfeldern hierfür wird somit entbehrlich. Die bereitgestellte erste und/oder zweite Größe kann zur Sollwertbildung für einen Stromregler genutzt werden, i.e. für einen Querstromregler, welcher in einer Reglerstruktur aufgenommen sein kann, und die momentbildende Querstromkomponente nachfolgend auf beabsichtigte Weise eingestellt werden. Dies ermöglicht wiederum, einen Stromzeiger I_S im Feldschwächbetrieb nicht nur durch Minimierung des Strombetrags der Längsstromkomponente sondern auch durch Beeinflussung der Querstromkomponente minimieren zu können und somit, z.B. bei Einsatz im Kraftfahrzeug, die Energieversorgung zu entlasten. Statt eines – bei einer gegenwärtigen Spannung U – nicht stellbaren, geforderten Moments kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das maximal mögliche Moment gestellt werden. By virtue of the proposed method, it is advantageously possible to determine simply the current, ie torque-forming, stator-transverse current which is maximally adjustable, corresponding to the respective operating situation of the synchronous machine, and optionally the maximum adjustable torque. A complex numerical method or the generation of maps for this is thus unnecessary. The provided first and / or second variable can be used to set the setpoint for a current controller, ie for a cross-flow regulator, which can be accommodated in a controller structure, and the moment-forming cross-flow component can be subsequently set in the intended manner. This in turn makes it possible to minimize a current vector I _S in field weakening not only by minimizing the amount of current of the longitudinal current component but also by influencing the cross-flow component and thus, for example when used in the motor vehicle to relieve the power supply. Instead of - at a current voltage U - not adjustable, required torque can be set by the inventive method, the maximum possible moment.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der betriebsabhängig maximal einstellbare, momentbildende Ständer-Querstrom (d.h. die erste Größe) in dem ersten Schritt mittels der Gleichung 1):

oder einer dazu äquivalenten Gleichung ermittelt, wobei I_Sqmax1,2 den betriebsabhängig maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstrom bezeichnet, ω_S die Drehfrequenz, U_Smaxdie maximal ausgesteuerte Ständerspannung, Ψ_P den Polradfluss, R_Sden Statorwiderstand, und L_Sd sowie L_SqInduktivitäten in Längs- bzw. Querachse, jeweils in Bezug auf die Permanentmagnet-Synchronmaschine. In a preferred embodiment of the invention, the maximum dependent adjustable, torque-forming stator cross-flow (ie, the first variable) in the first step by means of equation 1):

or _equates to an equivalent equation, where I _{Sqmax1,2 designates} the maximum torque-dependent stator cross- _current which can be set as a function of operation, ω _S the rotational frequency, U _Smax the maximum _output voltage, Ψ _P the pole wheel flux, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq inductances in the longitudinal or transverse axis, in each case with respect to the permanent magnet synchronous machine.

Eine weitere bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass im Anschluss an den ersten Schritt mittels des dabei ermittelten betriebsabhängig maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstroms in einem zweiten Schritt die stellbare Momentengröße als die zweite Größe ermittelt wird. Die in dem ersten Schritt ermittelte erste Größe, d.h. der Ständer-Querstrom, kann gegenüber der im zweiten Schritt ermittelten zweiten Größe, d.h. dem stellbaren Drehmoment, in einer Stromregelung/-steuerungsvorrichtung der Synchronmaschine einfache eingebunden werden. Hingegen kann die im zweiten Schritt ermittelte zweite Größe, d.h. das stellbare Drehmoment, in einer übergeordneten Momentenregelung/-steuerung der Synchronmaschine, i.e. einem Steuergerät, einfacher eingebunden werden. Somit reduziert sich der jeweils benötigte Rechenaufwand. A further preferred embodiment of the method provides that, following the first step, the adjustable torque variable is determined as the second variable in a second step by means of the maximally adjustable, torque-forming stator crossflow determined in this case in a second step. The first quantity determined in the first step, i. the stator cross-current can be compared with the second variable determined in the second step, i. the adjustable torque to be integrated easily in a current control / control device of the synchronous machine. On the other hand, the second quantity determined in the second step, i. the adjustable torque, in a superordinate torque control of the synchronous machine, i. a control unit, are easier to integrate. This reduces the amount of computation required in each case.

In einer Ausführung der Erfindung erfolgt in dem zweiten Schritt dann mittels der Gleichung 2) m_M = 3 / 2Z_pΨ_PI_Sqmax1,2 oder einer dazu äquivalenten Gleichung die Ermittlung der stellbaren Momentengröße (d.h. die zweite Größe), wobei m_M das betriebsabhängig maximal stellbare Moment, I_Sqmax1,2 den maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstrom bezeichnet, ω_Sdie Drehfrequenz, U_Smaxdie maximal ausgesteuerte Ständerspannung, Ψ_P den Polradfluss, R_S den Statorwiderstand, und L_Sd sowie L_Sq Induktivitäten in Längs- bzw. Querachse sowie z_p die Polpaarzahl, jeweils in Bezug auf die Permanentmagnet-Synchronmaschine. In one embodiment of the invention, in the second step, then by means of the equation 2) m _M = 3 / 2Z _p Ψ _P I _Sqmax1,2 or an equation equivalent thereto, the determination of the adjustable torque magnitude (ie, the second size), where m _M _denotes the maximum _torque which can be set as a function of operation, I _Sqmax1,2 the maximum adjustable torque-forming stator cross-current, ω _S the rotational frequency, U _Smax the maximum _output Stator voltage, Ψ _P the Polradfluss, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq inductances in the longitudinal or transverse axis and z _p the number of pole pairs, each with respect to the permanent magnet synchronous machine.

Eine zu der Gleichung 1) oder 2) äquivalente Gleichung ergibt sich beispielsweise durch mathematische Umstellung eines oder mehrere der Gleichungsparameter der Gleichung 1) bzw. 2) (beispielsweise der Drehfrequenz, der maximal ausgesteuerten Ständerspannung, des Polradflusses etc.) oder durch Ersetzen eines oder mehrerer der Gleichungsparameter durch eine bekannte Gleichung zur Berechnung des bzw. der ersetzten Gleichungsparameter im Sinne einer mathematischen Substitution. An equation equivalent to Equation 1) or 2) is obtained, for example, by mathematically converting one or more of the equation parameters of Equation 1) or 2) (for example, the rotational frequency, the maximum modulated stator voltage, the pole wheel flux, etc.) or by replacing one or more several of the equation parameters by a known equation for the calculation of the replaced or the equation parameters in the sense of a mathematical substitution.

Da bei der Ermittlung des maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstroms bzw. der stellbaren Momentengröße eine quadratische Gleichung gelöst wird, können mehrere Lösungen für diese beiden Größen durch die Rechenoperation erhalten werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird daher nur diejenige der Lösungen für die erste und/oder zweite Größe (stellbare Momentengröße; maximal einstellbarer, momentbildender Ständer-Querstrom) bereitgestellt, welche mit dem aktuellen Betriebsquadranten der Synchronmaschine korrespondiert. Insbesondere wird nur diese Lösung der ersten und/oder zweiten Größe für eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung der Synchronmaschine, beispielsweise ein Steuergerät, bereitgestellt. Somit findet nach der Ermittlung der stellbaren Momentengröße bzw. des maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstroms ein Abgleich statt, welche der ermittelten Lösungen mit dem aktuellen Betriebsquadranten der Permanentmagnet-Synchronmaschine übereinstimmt, oder mit anderen Worten, welche der Lösungen in dem aktuellen Betriebsquadranten der Permanentmagnet-Synchronmaschine plausibel ist. Eine derartige Bereitstellung kann durch Korrelation der Lösung mit dem bekannten Betriebszustand der Drehfeldmaschine erfolgen, z.B. auch durch Vergleich mit einem Erwartungswert, insbesondere in einem Zwischenschritt zwischen erstem und zweitem Schritt. Since a quadratic equation is solved in the determination of the maximum adjustable torque-forming stator cross-current or the adjustable torque magnitude, several solutions for these two variables can be obtained by the arithmetic operation. In a preferred embodiment of the invention, therefore, only that of the solutions for the first and / or second variable (adjustable torque size, maximum adjustable, torque-forming stator cross-flow) is provided, which corresponds to the current operating quadrant of the synchronous machine. In particular, only this solution of the first and / or second size is provided for a device for field-oriented regulation of the synchronous machine, for example a control device. Thus, after the determination of the adjustable torque size or the maximum adjustable, torque-forming stator cross-current compensation takes place, which matches the solutions determined with the current operating quadrant of the permanent magnet synchronous machine, or in other words, which of the solutions in the current operating quadrant of the permanent magnet Synchronous machine is plausible. Such provision may be made by correlating the solution with the known operating condition of the induction machine, e.g. also by comparison with an expected value, in particular in an intermediate step between the first and second step.

Um kontinuierlich die erste und/oder zweite Größe bereitzustellen, ist vorgesehen, dass der erste und gegebenenfalls der zweite Schritt, insbesondere zur Echtzeit-Größenbereitstellung, wiederholt ausgeführt werden. Dies kann insbesondere innerhalb fester Zeitabstände erfolgen. In order to continuously provide the first and / or second size, it is provided that the first and, if appropriate, the second step, in particular for real-time size provision, are carried out repeatedly. This can be done in particular within fixed intervals.

Alternativ oder zusätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass mittels des Verfahrens eine Querstrom- oder eine Momentkennlinie gebildet wird, insbesondere ein Kennlinienmodell, welches z.B. für Simulationszwecke nutzbar ist. In einem solchen können für unterschiedliche Betriebszustände der Maschine die in ersten Schritten ermittelten Größen zu Kennlinien zusammengeführt sein, i.e. zu Grenzkennlinien in Bezug auf den Querstrom bzw. das Maschinenmoment, wobei die Größen je nach Bereitstellung im zweiten Schritt in ein solches Modell bzw. eine Kennlinie implementierbar sind. Mittels des Verfahrens können folglich auch Kennlinien im laufenden Maschinenbetrieb auf einfache Weise ermittelt werden. Bevorzugt erfolgt dies indem durch wiederholtes Durchführen des ersten und gegebenenfalls des zweiten Schrittes bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Synchronmaschine zumindest eine Kennlinie aus der dabei bestimmten ersten oder zweiten Größe gebildet wird, welche dann in einem Steuergerät, insbesondere der Vorrichtung zur feldorientierten Regelung der Synchronmaschine, hinterlegt wird. Alternatively or additionally, it can be provided in the context of the present invention that a cross-current or a torque characteristic is formed by means of the method, in particular a characteristic model, which is e.g. usable for simulation purposes. In one such, for different operating states of the machine, the quantities determined in first steps can be combined into characteristic curves, i. to boundary characteristics with respect to the cross-flow or the engine torque, the sizes can be implemented depending on the provision in the second step in such a model or a characteristic. Consequently, characteristic curves can also be determined in a simple manner by means of the method during ongoing machine operation. This is preferably done by at least one characteristic from the thereby determined first or second size is formed by repeatedly performing the first and optionally the second step at different operating conditions of the synchronous machine, which is then stored in a control device, in particular the device for field-oriented control of the synchronous machine ,

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Permanentmagnet-Synchronmaschine im Feldschwächbetrieb, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Reglerstruktur auf, an welche die ermittelte erste und/oder zweite Größe (die stellbare Momentengröße; der maximal einstellbare, momentbildende Ständer-Querstrom) bereitgestellt ist. In the context of the present invention, an apparatus for field-oriented control of a permanent magnet synchronous machine in field weakening operation is also proposed, wherein the apparatus is designed to carry out the method. The device preferably has a controller structure to which the determined first and / or second variable (the adjustable torque quantity, the maximum adjustable, torque-forming stator cross-flow) is provided.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass anhand der ermittelten ersten und/oder zweiten Größe (stellbare Momentengröße; maximal einstellbarer, momentbildender Ständer-Querstrom) ein Sollwert für einen Querstromregler gebildet ist. Dies kann auch Teil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens sein. In one embodiment of the invention, it is also provided that based on the determined first and / or second variable (adjustable torque size, maximum adjustable, torque-forming stator cross-flow), a desired value for a cross-flow regulator is formed. This may also be part of the method proposed according to the invention.

Die Vorrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, die jeweilige Größe computerisiert zu ermitteln, insbesondere mittels eines µControllers oder µProzessors, welcher in einem Steuergerät der Synchronmaschine aufgenommen sein kann, weiterhin insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches einen Programmcode zur Durchführung des Verfahrens aufweist. The device is preferably designed to determine the respective size in a computerized manner, in particular by means of a μcontroller or μprocessor, which can be accommodated in a control unit of the synchronous machine, furthermore in particular of a motor vehicle. In the context of the present invention, a computer program product is proposed which has a program code for carrying out the method.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, 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 figure of the drawings, which shows 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.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 exemplarisch und schematisch eine Vorrichtung mit einer Reglerstruktur zur Durchführung des Verfahrens. 1 exemplary and schematic of a device with a controller structure for performing the method.

1 zeigt exemplarisch und schematisch eine Vorrichtung 1 mit einer Reglerstruktur zur feldorientierten Regelung einer als permanentmagneterregte Synchronmaschine gebildeten Drehfeldmaschine 2 bei Feldschwächung, wobei die in 1 gezeigten Komponenten insbesondere sämtlich Bestandteil der Vorrichtung 1 sind. Die Vorrichtung 1 ermöglicht, die Drehfeldmaschine 2 derart zu betreiben, dass im Feldschwächbetrieb bei maximal möglicher Aussteuerung stets der minimal mögliche Längsstrombetrag eingestellt ist. Kann nach Einstellen des minimalen Längsstrombetrags die gestellte Spannung U_Sact, welche mit dem zu stellenden Spannungsraumzeiger U_S korrespondiert, noch nicht auf der vorgesehenen Trajektorie der maximalen Aussteuerung entsprechend U_Smax geführt werden, ist zusätzlich eine Beeinflussung der Querstromkomponente i_q dahingehend vorgesehen, dass diese entsprechend dem maximal stellbaren Moment m_M gestellt wird. 1 shows an example and schematically a device 1 with a regulator structure for field-oriented control of a rotating field machine formed as a permanent magnet synchronous machine 2 in field weakening, the in 1 components shown in particular all part of the device 1 are. The device 1 allows the induction machine 2 operate in such a way that in field weakening at maximum possible modulation always the minimum possible longitudinal flow is set. If the set voltage U _Sact , which corresponds to the voltage _space vector U _{S to be set} , can not yet be guided on the intended trajectory of the maximum modulation according to U _Smax , then the influence of the transverse _{current component} i _q is additionally provided in such a way that it _adjusts is set according to the maximum adjustable torque m _M.

Die Drehfeldmaschine 2 weist auf an sich bekannte Weise einen Ständer bzw. Stator und einen Läufer bzw. Rotor auf, wobei der Ständer eine Ständer-Drehfeldwicklung trägt, der Läufer die zur magnetischen Erregung vorgesehenen Permanentmagnete. Die maximal mögliche Ständerspannung U_Smax ist durch die Höhe der Zwischenkreisspannung begrenzt. The induction machine 2 has in known per se a stator or stator and a rotor or rotor, wherein the stator carries a stator rotary field winding, the rotor carries the magnetic excitation provided for permanent magnets. The maximum possible stator voltage U _Smax is limited by the height of the intermediate _circuit voltage.

In einem inneren Regelkreis weist die Reglerstruktur 1 einen Längsstromregler 3 und einen Querstromregler 4 auf. Diese erzeugen Ausgangsgrößen U_dStr bzw. U_qStr, über welche der zu stellende Spannungsraumzeiger U_S bzw. U_Sact festgelegt wird. Die Größen U_dStr bzw. U_qStr werden in einem nachgeordneten Entkopplungsnetzwerk 5 der Reglerstruktur, welches auf bekannte Weise gebildet sein kann, in ein ständerbezogenes Koordinatensystem transformiert. Über eine Transformationseinheit 6, welche eine 2/3-Transformation durchführt, werden die d/q-Ständer-Spannungskomponenten U_d, U_q in Vorgaben U_S123 für die Strangspannungen an einen Umrichter 7 ausgegeben, welcher darauf basierend die permanentmagneterregte Synchronmaschine 2 geeignet ansteuert, insbesondere pulsweitenmoduliert, d.h. den zu stellenden Spannungsraumzeiger U_S an der Drehfeldmaschine 2 stellt. In an inner loop, the controller structure 1 a flow regulator 3 and a cross-flow regulator 4 on. These generate output _quantities U _dStr or U _qStr , via which the voltage _space vector U _S or U _{Sact to be} set is determined. The variables U _dStr and U _qStr are in a downstream decoupling network 5 the controller structure, which may be formed in a known manner, transformed into a stator-related coordinate system. About a transformation unit 6 , which performs a 2/3 transformation, the d / q stator voltage components U _d , U _q in specifications U _S123 for the phase voltages to an inverter 7 output based on which the permanent magnet synchronous machine 2 suitably actuates, in particular pulse width modulated, ie the voltage space vector U _S to be set on the induction machine 2 provides.

An der Synchronmaschine 2 werden der Polradwinkel φ_r und die aktuellen Ständer-Strangströme I_S123 zur weiteren Verwendung in der Reglerstruktur abgegriffen. Mittels der Winkelinformationen oder, insbesondere nach einer Differentiation in dem Differenzierglied 8, erhaltenen Drehzahlinformation können die ermittelten Größen U_S123 betrags- und phasenrichtig an den Umrichter 7 ausgegeben werden. Die ermittelten Strangströme I_S123 werden einer weiteren 2/3-Transformation mittels einer Transformationseinheit 9 unterzogen, um Ist-Stromkomponenten I_d, I_q im d/q-Zweigrößensystem insbesondere für die Stromregelung zur Verfügung zu stellen. Anhand I_d, I_q sind insbesondere die Induktivitäten in Längs- und Querachse ermittelbar. Je eine Ist-Komponente I_d bzw. I_q wird hierbei an ein korrespondierendes Differenzglied 10 bzw. 11 eines d- bzw. eines q-Zweigs geführt, welches zusammen mit einem Soll-Wert i_dref bzw. i_qref je eine Regeldifferenz als Eingangsgröße für einen Stromregler bildet, d.h. für den Längsstromregler 3 bzw. den Querstromregler 4 des jeweiligen Zweigs. At the synchronous machine 2 the rotor angle φ _r and the current stator phase currents I _S123 are tapped for further use in the controller structure. By means of the angle information or, in particular after a differentiation in the differentiator 8th , Obtained speed information, the determined quantities U _S123 absolute and in-phase to the inverter 7 be issued. The determined phase currents I _S123 become a further 2/3 transformation by means of a transformation unit 9 in order to provide actual current components I _d , I _q in the d / q two-variable system, in particular for current regulation. On the basis of I _d , I _q in particular the inductances in the longitudinal and transverse axis can be determined. Depending on an actual component I _d or I _q is in this case to a corresponding difference element 10 respectively. 11 a d- or a q-branch out, which forms together with a desired value i _dref or i _qref depending on a control difference as an input variable for a current _controller , ie for the longitudinal flow _controller 3 or the cross-flow controller 4 of the respective branch.

Dem inneren Regelkreis überlagert weist die Reglerstruktur 1 einen Längsstrom-Sollwertregler 12, i.e. dem d-Zweig zugehörig, sowie einen Querstrom-Sollwertregler 13, i.e. dem q-Zweig zugehörig, auf, welche jeweils als begrenzend wirkende PI-Regler ausgeführt sind. Der Längsstrom-Sollwertregler 12 kann hierbei gemäß seiner vorgegebenen Regelfunktionalität bzw. Begrenzung, Werte zwischen 0A und dem maximal sinnvollen d-Strom bzw. Strombetrag von I_Sdmax = –|i_k|, wobei i_K dem Kurzschlussstrom der Maschine 2 entspricht, ausgeben (siehe Regelbereich mit dem Bezugszeichen 14), der Querstrom-Sollwertregler Werte zwischen 0 und minus unendlich (siehe Regelbereich mit dem Bezugszeichen 15). Superimposed on the inner control loop has the controller structure 1 a longitudinal current setpoint controller 12 , ie belonging to the d branch, as well as a cross current setpoint controller 13 , ie belonging to the q branch, which are each designed as limiting PI controllers. The longitudinal current setpoint controller 12 Here, according to its predetermined control functionality or limitation, values between 0A and the maximum meaningful d-current or current _amount of I _Sdmax = - | i _k |, where i _{K is} the short-circuit current of the machine 2 corresponds, output (see rule area with the reference numeral 14 ), the cross-flow setpoint values between 0 and minus infinity (see rule area with the reference numeral 15 ).

Den Sollwertreglern 12 bzw. 13 werden jeweils Sollwerte U_Smaxd bzw. U_Smaxq vorgegeben, welche Spannungskomponenten des an der Aussteuergrenze geführten einzustellenden Spannungszeigers U_S = U_Smax darstellen. Zur Vorgabe der Sollwerte U_Smaxd bzw. U_Smaxq für jeweils den Längsstrom- bzw. Querstrom-Sollwertregler 12 bzw. 13 wird vorliegend die Spannung U_S auf den inneren Kreis bzw. die Aussteuergrenze

begrenzt, wobei unter Berücksichtigung von Übermodulation, Blocktaktung und weiteren Einflüssen auf die reale Spannungsbildung im Wechselrichter bzw. Umrichter 7 ein Faktor x Eingang finden kann. Die maximal verfügbare Spannung ergibt somit zu

wobei U_d je die Zwischenkreisspannung am Umrichter 7 bezeichnet. The setpoint controllers 12 respectively. 13 In each case setpoint values U _Smaxd or U _{Smaxq are} specified, which represent voltage components of the voltage vector U _S = U _Smax to be set at the _{output limit} . For specifying the setpoint values U _Smaxd or U _Smaxq for the respective longitudinal flow or crossflow setpoint _controller 12 respectively. 13 In the present case, the voltage U _{S is} applied to the inner circuit or the drive limit

limited, taking into account overmodulation, block timing and other influences on the real voltage formation in the inverter or inverter 7 can find a factor x input. The maximum available voltage thus results

where U _d depending on the DC link voltage at the inverter 7 designated.

Basierend auf dieser maximal verfügbaren Spannung U_Smax wird ein Sollwert U_Smaxd als stellbare Spannung für den Längsstrom-Sollwertregler generiert, insbesondere berechnet, welcher kleiner als U_Smax gewählt ist. Vorteilhaft ist U_Smaxd gleich 0,95∙U_Smax gewählt, so dass eine ausreichende Regelreserve zum Einregeln von I_sd und I_sq, das heißt der Längs- und Querstromkomponenten des Ständerstromzeigers I_s, erhalten bleibt. Based on this maximum available voltage U _Smax a target value U _{Smaxd is generated} as an adjustable voltage for the longitudinal _current setpoint _controller , in particular calculated, which is selected smaller than U _Smax . Advantageously, U _{Smaxd is chosen} equal to 0.95 ∙ U _Smax , so that a sufficient control reserve for adjusting I _sd and I _sq , that is the longitudinal and transverse current components of the stator current indicator I _s , is maintained.

Ebenfalls basierend auf der maximal verfügbaren Spannung U_Smax wird als Sollwert für den Querstrom-Sollwertregler ein Sollwert U_Smaxq als stellbare Spannung vorgegeben, welcher kleiner oder gleich U_Smax gewählt sein kann, vorliegend gleich U_Smax. Für den Fall, dass U_Smaxq alternativ kleiner als U_Smax gewählt ist, kann die eingestellte Spannungsdifferenz als Regelreserve für den q-Stromregler vorgehalten werden. Also based on the maximum available voltage U _Smax is given as a setpoint for the cross-flow setpoint _controller, a setpoint U _Smaxq as an adjustable voltage, which may be less than or equal to U _Smax selected, in this case equal to U _Smax . In the event that U _{Smaxq is} alternatively selected smaller than U _Smax , the set voltage difference can be stored as a control reserve for the q current controller.

Die Reglerstruktur weist je Sollwert-Regler 12, 13 ein eingangsseitiges Differenzglied 16 bzw. 17 auf, an welches der Sollwert U_smaxd bzw. U_Smaxq für den Längsstrom- bzw. den Querstrom-Sollwertregler 14 bzw. 15 geführt ist. Weiterhin ist hierbei die aktuell gestellte Spannung U_Sact als Spannungszeigerlänge auf das jeweilige Differenzglied 16 bzw. 17 geführt, welche aus den Spannungs-Vorgabewerten U_d, U_q am Ausgang des Entkopplungsnetzwerks 5 mittels eines Vektoradditionsglieds 18 ermittelt wird. Aus dem jeweiligen Sollwert U_smaxd bzw. U_Smaxq sowie der aktuell gestellten Spannungszeigerlänge korrespondierend U_Sact wird für jeden Sollwertregler 12 bzw. 13 eine Regelabweichung bzw. eine Regeldifferenz mittels des jeweiligen Differenzglieds 16 bzw. 17 ermittelt, welche jeweils die Eingangsgröße für den Längsstrom- 14 bzw. Querstrom- 15 Sollwertregler bildet. The controller structure has per setpoint controller 12 . 13 an input-side differential element 16 respectively. 17 on, to which the setpoint U _smaxd or U _Smaxq for the longitudinal flow and the cross-flow setpoint _controller 14 respectively. 15 is guided. Furthermore, in this case the currently set voltage U _Sact is the voltage _{pointer length} to the respective differential _element 16 respectively. 17 guided, which from the voltage default values U _d , U _q at the output of the decoupling network 5 by means of a vector addition member 18 is determined. From the respective setpoint U _smaxd or U _Smaxq and the currently set voltage _{pointer length} corresponding to U _Sact becomes for each setpoint controller 12 respectively. 13 a control deviation or a control difference by means of the respective difference element 16 respectively. 17 determines which of the input variables for the longitudinal flow 14 or cross-flow 15 Setpoint controller forms.

Die Reglerstruktur 1 weist ferner einen Vergleicher 19 einschließlich einer Halte- bzw. „Hold“-Funktionalität auf, mittels welchem zur Beeinflussung der Querstrom-Komponente I_q der Querstrom-Sollwertregler 13 selektiv aktivierbar ist. Eine Aktivierung erfolgt hierbei, wenn der Längsstrom-Sollwertregler 13 den maximal sinnvollen d-Strombetrag erreicht hat und eine weitere Beeinflussung des Sollwerts i_dref nicht mehr möglich ist. Über die Halte- bzw. „Hold“-Funktionalität kann zudem der Längsstrom-Sollwertregler 13 angehalten werden, um diesen optimierten Wert für eine Dauer auszugeben. The controller structure 1 also has a comparator 19 including a holding or "hold" functionality, by means of which for influencing the cross-flow component I _{q of} the cross-flow setpoint controller 13 is selectively activated. Activation takes place here when the longitudinal current setpoint controller 13 has reached the maximum meaningful d-current _amount and further influencing the setpoint i _{dref is} no longer possible. The holding current or "hold" functionality can also be used for the longitudinal current setpoint controller 13 be paused to output this optimized value for a duration.

An den Eingang des Vergleichers 19 werden als Eingangsgrößen der maximal sinnvolle d-Strom entsprechen

und der aktuelle Sollwert i_dref für den d-Stromregler 13 geführt. Wird durch den Vergleich erkannt, dass eine weitere Beeinflussung der d-Komponente des Ständerstromes I_S gemäß der vorgesehenen Begrenzung nicht mehr zweckmäßig ist, wird der Querstrom-Sollwertregler 13 über die Aktivierungsleitung 20 aktiviert, welcher nunmehr die q-Komponente des Ständerstromes I_S beeinflussen bzw. reduzieren kann. Die Aktivierung kann alternativ entfallen. To the entrance of the comparator 19 will correspond to the maximum meaningful d-current as input variables

and the current setpoint i _dref for the d-current _controller 13 guided. If it is detected by the comparison that further influencing of the d-component of the stator current I _S according to the intended limit is no longer expedient, the cross-current setpoint controller will be used 13 via the activation line 20 activated, which can now influence or reduce the q-component of the stator current I _S. The activation can be omitted alternatively.

Der Ausgang des Längsstrom-Sollwertreglers 12, mittels welchem gemäß 1 der Sollwert i_dref für den Längsstromregler 3 eingestellt ist, ist auf oben beschriebenes Differenzglied 10 geführt. Für den Fall, dass der I-Anteil des PI-Reglers 12 schnell genug ist, kann eine Feldsteuerung 21 zur Einstellung des Sollwerts i_dref hierbei vorteilhaft entfallen. Zur Entlastung des Reglers 12 und/oder des Reglers 3 im d-Zweig kann die Fluss- bzw. Feldsteuerung 21 optional zusätzlich als Störgrößenaufschaltung vorgesehen sein, insbesondere über ein Summierglied 22. The output of the longitudinal current setpoint controller 12 , by means of which according to 1 the setpoint i _dref for the _{flow regulator} 3 is set to the above-described differential element 10 guided. In the event that the I component of the PI controller 12 fast enough, can field control 21 to set the desired value i _dref advantageously omitted. To relieve the regulator 12 and / or the regulator 3 in the d-branch can the flow or field control 21 optionally additionally be provided as feedforward control, in particular via a summing element 22 ,

Der Ausgang des Querstrom-Sollwertreglers 13 ist vorzeichenrichtig, dargestellt durch „±“, auf ein Summierglied 23 geführt. Auf das Summierglied 23 ist weiterhin der betriebsabhängig maximal einstellbare, momentbildende Ständer-Querstrom I_Sqmax1,2, (im Sinne der ersten erfindungsgemäß ermittelten Größe) als Ausdruck für das bei der aktuellen Betriebssituation bzw. Momentanforderung der Synchronmaschine 2 maximal stellbare Moment m_M (im Sinne der zweiten erfindungsgemäß ermittelten Größe) geführt. Mittels der Ausgangsgröße des Querstrom-Sollwertreglers 13 sowie der bereitgestellten ersten Größe I_Sqmax1,2 entsprechend dem maximal stellbaren Moment m_M wird hierbei durch das Summierglied 23 der Sollwert i_qref für den Querstromregler 4 gebildet. Dieser ist wiederum auf das oben beschriebene Differenzglied 11 geführt. The output of the crossflow setpoint controller 13 is the correct sign, represented by "±", on a summing element 23 guided. On the summator 23 Furthermore, the maximum dependent adjustable, moment-forming stator cross- _current I _Sqmax1,2, (in the sense of the first inventively determined size) as expression for the current operating _situation or instantaneous _{demand of the synchronous machine} 2 maximum adjustable moment m _M (in the sense of the second inventively determined size) out. By means of Output variable of the cross-flow setpoint controller 13 and the provided first variable I _Sqmax1,2 corresponding to the maximum adjustable torque m _M is in this case by the summing 23 the setpoint i _qref for the cross-flow _controller 4 educated. This in turn is based on the difference element described above 11 guided.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass der minimal mögliche Längsstrombetrag = |I_Sdmin| genau dann stellbar ist, wenn die gestellte Spannungszeigertrajektorie mit der Trajektorie der stellbaren Spannung, d.h. der Aussteuergrenze U_Smax, zusammenfällt. Hierauf basierend ist angestrebt, abhängig von der aktuell gestellten Spannungszeigerlänge U_Sact zunächst den Längsstrom i_sd derart einzustellen, dass der gestellte Spannungszeiger U_S auf der Trajektorie der maximal stellbaren Spannung U_Smax geführt wird. Reicht hierbei die stellbare Spannung trotz maximal zulässiger Feldschwächung nicht aus, so wird zusätzlich der Querstrom i_sq beeinflusst, bis die aktuell gestellte Spannung U_Sact bzw. U_S der maximal stellbaren Spannung U_Smax entspricht. In the context of the present invention, it has been recognized that the minimum possible longitudinal _{flow amount} = | I _Sdmin | is exactly adjustable when the Asked voltage _pointer trajectory coincides with the trajectory of the adjustable voltage, ie the control limit U _Smax . Based on this, it is _desirable , depending on the currently set voltage _{pointer length} U _Sact, first to set the longitudinal current i _{sd in} such a way that the stated voltage vector U _{S is} guided on the trajectory of the maximum adjustable voltage U _Smax . If, in this case, the adjustable voltage is insufficient despite the maximum permissible field weakening, the transverse current i _sq is additionally influenced until the currently set voltage U _Sact or U _S corresponds to the maximum adjustable voltage U _Smax .

Um den Längsstrombetrag zu minimieren, versucht die Reglerstruktur 1, die Regeldifferenz am Differenzglied 16 möglichst klein zu halten, wobei i_dref in Abhängigkeit der Regeldifferenz mittels des Sollwert-Reglers 12 im Betrag reduziert wird. Mit abnehmendem i_dref wird hierbei auch U_sact verkleinert. Ist eine Reduzierung von i_dref über den maximal sinnvollen

hinaus nicht mehr möglich, insofern keine weitere Spannungsverringerung der Spannung U_Sact mittels des Reglers 12, beispielsweise aufgrund eines geforderten Moments, wird der Reglerausgang des Reglers 12 auf diesem Wert gehalten, d.h. mittels der „Hold“-Funktionalität, welche durch das Funktionsglied 19 bereitgestellt ist. In order to minimize the longitudinal current amount, the controller structure tries 1 , the control difference at the difference element 16 keep as small as possible, where _dref depending on the control difference by means of the setpoint controller 12 is reduced in amount. With decreasing i _dref , U _{sact is also} reduced. Is a reduction of i _dref beyond the maximum meaningful

In addition, no longer possible, so far no further voltage _{reduction of} the voltage U _Sact means of the controller 12 , For example, due to a required torque, the controller output of the controller 12 held at this value, ie by means of the "hold" functionality, which by the function member 19 is provided.

Gleichzeitig mit dem Anhalten des Reglers 12 wird nunmehr der Regler 13 aktiviert, d.h. über die Aktivierungs-Signalleitung 20. Dies bewirkt, dass nunmehr der Regler 13 anstrebt, die Querstromkomponente über den Sollwert i_qref zu beeinflussen bis die aktuell gestellte Spannung U_Sact der maximal stellbaren Spannung U_Smax entspricht. Basierend auf der Regelabweichung am Eingang des Reglers 13 wird das via I_Sqmax1,2 vorgegebene Moment m_M hierbei über den Ausgang des Reglers 13 zur Einstellung des Sollwerts i_qref solange beeinflusst, bis die gestellte Spannung U_Sact der stellbaren Spannung U_Smax entspricht. Simultaneously with the stop of the controller 12 now becomes the controller 13 activated, ie via the activation signal line 20 , This causes now the controller 13 aims to influence the cross-flow _component on the setpoint i _qref until the currently set voltage U _Sact the maximum adjustable voltage U _Smax corresponds. Based on the control deviation at the input of the controller 13 In this case, the moment m _M preset via I _{Sqmax1,2 is} via the output of the controller 13 for adjusting the setpoint i _qref until the set voltage U _{Sact corresponds to} the variable voltage U _Smax .

Zur Bereitstellung der das maximal stellbare Moment m_M repräsentierenden ersten Größe für die Regelung der Querstromkomponente wird in einem ersten Schritt die Gleichung 1):

oder eine dazu äquivalente Gleichung gelöst, vorliegend mittels eines µControllers, welcher in einem Steuergerät der Vorrichtung 1 aufgenommen ist. In Gleichung 1) bezeichnet I_Sqmax1,2 den betriebsabhängig maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstrom bzw. den Grenz-Querstrom, ω_S die Drehzahl bzw. Drehfrequenz, U_Smax die maximal ausgesteuerte Ständerspannung, Ψ_P den Polradfluss, R_S den Statorwiderstand, und L_Sd sowie L_Sq Stator-Wirkinduktivitäten in Längs- bzw. Querachse, je in Bezug auf die Synchronmaschine. In order to provide the first variable representing the maximum variable torque m _M for the regulation of the cross-flow component, in a first step equation 1) is obtained:

or an equivalent equation, in this case by means of a μControllers, which is included in a control device of the device 1. In Equation 1), I _{Sqmax1,2 denotes} the maximum torque-dependent stator-dependent cross-current or limit cross-current, ω _S the rotational speed or rotational frequency, U _Smax the maximum _modulated stator voltage, Ψ _P the pole wheel flux, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq Stator effective inductances in the longitudinal or transverse axis, depending on the synchronous machine.

Die ermittelten Lösungen werden in dem Steuergerät der Vorrichtung 1 mit Betriebsparametern korreliert, welche mit dem tatsächlichen Betriebszustand der Drehfeldmaschine 2 korrespondieren. Aus den computerisiert ermittelten Lösungen wird auf der Korrelation basierend diejenige der ermittelten Größe ausgegeben, welche mit dem aktuellen Betriebsquadranten korrespondiert, vorliegend genau eine Lösung der Gleichung 1). Diese Größe wird an dem Summierglied 23 bereitgestellt. Somit kann die Vorrichtung 1 die Querstromkomponente entsprechend dieser Vorgabe regeln. Für jeden Abtastschritt werden hierbei korrespondierende Größen bereitgestellt, d.h. das Verfahren wird kontinuierlich wiederholt in einer Endlosschleife abgearbeitet.
Mittels der Gleichung 2) m_M = 3 / 2Z_pΨ_PI_Sqmax1,2 oder einer dazu äquivalenten Gleichung kann im zweiten Schritt alternativ oder zusätzlich eine Momenten-Größe bereitgestellt werden, wobei m_M das betriebsabhängig maximal stellbare Moment bzw. Grenzmoment, I_Sqmax1,2 den maximal einstellbaren, momentbildenden Ständer-Querstrom bezeichnet, ω_Sdie Drehzahl bzw. Drehfrequenz, U_Smax die maximal ausgesteuerte Ständerspannung, Ψ_P den Polradfluss, R_S den Statorwiderstand, und L_Sd sowie L_Sq Stator-Wirkinduktivitäten in Längs- bzw. Querachse sowie z_p die Polpaarzahl, je in Bezug auf die Synchronmaschine. The solutions determined are in the control device of the device 1 correlated with operating parameters, which with the actual operating state of the induction machine 2 correspond. Based on the computerized solutions, based on the correlation, that of the determined variable corresponding to the current operating quadrant is output, in the present case exactly one solution of equation 1). This size is at the summator 23 provided. Thus, the device 1 regulate the cross-flow component according to this specification. Corresponding variables are provided for each sampling step, ie the process is processed continuously and repeatedly in an endless loop.
By means of equation 2) m _M = 3 / 2Z _p Ψ _P I _Sqmax1,2 or an equation equivalent thereto, alternatively or additionally, a torque quantity can be provided in the second step, where m _M _denotes the maximum torque or limit _torque which can be set as a function of operation, I _Sqmax1,2 the maximum adjustable torque-forming stator cross-current, ω _S the rotational speed resp _Rotational frequency, U _Smax the maximum _output voltage, Ψ _P the pole wheel flux, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq stator active inductances in the longitudinal or transverse axis and z _p the number of pole pairs, depending on the synchronous machine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist hierbei zugrunde gelegt, dass zum Stellen des maximalen Querstroms I_Sqmax im Feldschwächbetrieb der maximale Feldschwächstrom vorzuhalten ist, entsprechend In the context of the present invention, this is based on the fact that for setting the maximum cross _current I _Sqmax in the field weakening operation, the maximum field weakening current is to be provided accordingly

Die vorliegende Erfindung ermöglicht auf vorteilhafte Weise, Maschinenparameter mit dem Betriebszustand der Maschine nachzuführen, woneben Sollwerte für die Stromregler begrenzt werden können. The present invention advantageously makes it possible to track machine parameters with the operating state of the machine, wonenben setpoint values for the current regulator can be limited.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Vorrichtung contraption
2 2: Drehfeldmaschine Induction machine
3 3: d-Stromregler d-current controller
4 4: q-Stromregler q current regulator
5 5: Entkopplungsnetzwerk Decoupling network
6 6: Transformationsglied matching pad
7 7: Leistungselektronik / Umrichter Power electronics / inverter
8 8th: Differenzierglied Differentiator
9 9: Transformationsglied matching pad
10 10: Differenzglied differential element
11 11: Differenzlied difference song
12 12: Längsstrom-Sollwertregler Longitudinal current setpoint controller
13 13: Querstrom-Sollwertregler Crossflow setpoint controller
14 14: Regelbereich control range
15 15: Regelbereich control range
16 16: Differenzglied differential element
17 17: Differenzglied differential element
18 18: Vektoraddition vector addition
19 19: Vergleichsglied comparator
20 20: Aktivierungs-Signal Enable signal
21 21: Feldsteuerung field control
22 22: Summationspunkt Summation point
23 23: Summationspunkt Summation point

Claims

Method for operating a permanent magnet synchronous machine ( 2 In field-controlled control in field weakening operation, in a first step an operation-dependent maximum adjustable moment-forming stator cross- _current (I _Sqmax1,2 ) is determined as a first quantity by solving a quadratic equation, the equation _comprising the parameters: rotational frequency (ω _S ), maximum _modulated stator voltage (U _Smax ), pole wheel flux (Ψ _P ), stator resistance (R _S ), inductances in the longitudinal and transverse axes (L _Sd , L _Sq ), in each case with respect to the synchronous machine ( 2 ).

The method of claim 1, wherein the maximum dependent adjustable, torque-generating stator cross- _current (I _Sqmax1,2 ) in the first step by means of the equation 1):

or an equivalent equation is determined, where I _{Sqmax1,2 denotes} the maximum torque-dependent stator-dependent stator cross-current, ω _S the rotational frequency, U _Smax the maximum _output stator voltage, Ψ _P the pole wheel flux, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq inductances in the longitudinal and transverse axes, each with respect to the synchronous machine ( 2 ).

The method of claim 1 or 2, wherein in a second step from the operation-dependent maximum adjustable, torque-forming stator cross- _current (I _Sqmax1,2 ) an adjustable torque size (m _M ) is determined as a second size.

The method of claim 3, wherein in the second step, the moment magnitude (m _M ) by means of equation 2):

m _M = 3 / 2Z _p Ψ _P I _Sqmax1,2

or an equation equivalent thereto, where m _M _denotes the maximum _torque which can be set as a function of operation, I _Sqmax1,2 the maximum adjustable torque-forming stator cross-current, ω _S the rotational frequency, U _Smax the maximum _output voltage, Ψ _P the pole wheel flux, R _S the stator resistance, and L _Sd and L _Sq inductances in the longitudinal and transverse axes and z _p the number of pole pairs, in each case with respect to the synchronous machine ( 2 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein that of the determined solutions of the first and / or second size (I _Sqmax1,2 ) is provided, which with the current operating _{quadrant of} the synchronous _machine ( 2 ) corresponds.

Method according to one of the preceding claims, wherein by repeatedly performing the first and optionally the second step at different operating conditions of the synchronous machine ( 2 ) at least one characteristic of the first and / or second variable (I _Sqmax1,2 , m _M ) is formed, in particular a characteristic model, which in a control unit of the synchronous _machine ( 2 ) is deposited.

Contraption ( 1 ) for the field-oriented control of a permanent magnet synchronous machine ( 2 ) in field weakening operation, in particular control device, characterized in that the device is designed for carrying out the method according to one of the preceding claims.

Contraption ( 1 ) according to claim 8, wherein the device ( 1 ) has a controller structure to which the determined first and / or second variable (m _M , I _Sqmax1,2 ) is provided.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 8 or 9, wherein based on the determined first and / or second variable (I _Sqmax1,2 ) a setpoint value (i _qref ) for a cross-flow _regulator ( 4 ) is formed.