DE102012219681A1 - Verfahren zum Regeln eines Innenpermanentmagnet-Synchronmotors - Google Patents

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Mu Shin Kwak
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Abstract

Ein Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors zum Maximieren der Nutzung von Spannungen einer Batterie durch Spannungsphasenregelung innerhalb eines Bereiches mit einem schwachen Magnetfluss und zum Erzielen einer Kompensation eines Drehmomentfehlers durch einen Drehmomentkompensator beim Ansteuern des Permanentmagnet-Synchronmotors für Hybridfahrzeuge ist offenbart. Insbesondere regelt das Verfahren einen Permanentmagnet-Synchronmotor derart, dass die Spannungsnutzung in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss durch Verwenden einer Spannung nahe der maximalen Spannung durch eine Spannungsphasenregelung maximiert werden kann, welche magnetflussbasierte Kennfelddaten verwendet, indem ein Drehmomentbefehl und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung als Eingänge empfangen werden, und ein Drehmomentfehler unter Verwendung eines Drehmoment-Kompensationsfilters kompensiert werden kann, wenn eine Motorkonstante in dem schwachen Magnetfluss durch einen dem Umstand entsprechenden Parameter verändert wird, wenn der in einem Hybridfahrzeug und Elektrofahrzeug montierte Permanentmagnet-Synchronmotor angesteuert wird.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors und genauer ein System und Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors zum Maximieren der Nutzung der Spannung, welche durch eine Batterie erzeugt wird, über Spannungsphasenregelung innerhalb eines Bereiches mit einem schwachen Magnetfluss und zum Erzielen einer Kompensation eines Drehmomentfehlers durch einen Drehmomentkompensator beim Ansteuern des Permanentmagnet-Synchronmotors für ein Hybridfahrzeug.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Im Allgemeinen ist ein Synchronmotor mit eingebettetem Permanentmagnet bzw. Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) eine Synchronmotorart, bei welcher sich ein Permanentmagnet im Rotorkern befindet. IPMSMs werden augrund ihrer/ihres ausgezeichneten Beständigkeit bei hohen Drehzahlen und Fahrverhaltens bei hohen Drehzahlen oft für industrielle Zwecke oder in Hybridelektrofahrzeugen verwendet.
  • 6 zeigt beispielsweise ein Blockdiagramm, welches ein bestehendes Regelverfahren für einen IPMSM veranschaulicht. Eine Regelvorrichtung für einen PMSM 10 versorgt einen PWM-Inverter mit einer Endmagnetfluss-Achsen-Befehlsspannung (D-Achsen-Befehlsspannung) Vdsr* und einer Endrotationskraft-Achsen-Befehlsspannung (Q-Achsen-Befehlsspannung) Vqsr* und enthält einen Strombefehlgenerator 12, einen Stromregler 14 zum Regeln des Stroms, einen Lichtmodulator (nicht gezeigt) und einen Rückkopplungsregler 16.
  • Der Strombefehlgenerator 12 erzeugt einen Magnetfluss-Achsen-Befehlsstrom (D-Achsen-Befehlsstrom) idsr* und einen Rotationskraft-Achsen-Befehlsstrom (Q-Achsen-Befehlsstrom) iqsr* basierend auf dem maximalen Magnetfluss |λ|max der Ergebnisse des Steuerns der Befehlsrotationskraft Te* und des schwachen Magnetflusses.
  • Der Stromregler 14 erzeugt eine primäre Magnetfluss-Achsen-Befehlsspannung (D-Achsen-Befehlsspannung) (Vdsr*) und eine primäre Rotationskraft-Achsen-Befehlsspannung (Q-Achsen-Befehlsspannung) (Vqsr*) basierend auf dem Magnetfluss-Achsen-Befehlsstrom (D-Achsen-Befehlsstrom) (idsr*) und einem Rotationskraft-Achsen-Befehlsstrom (Q-Achsen-Befehlsstrom) (iqsr*) vom Strombefehlgenerator 12.
  • Zudem führt der Rückkopplungsregler 16 eine PI-stromreglungsbasierte Regelung des schwachen Magnetflusses zum Regeln des Magnetflusses im Permanentmagnet-Synchronmotor 10 durch und erzeugt eine Deduktion bzw. Ableitung eines maximalen Magnetflusses proportional zur D-Achsen-Befehlsspannung Vdsr* und Q-Achsen-Befehlsspannung Vqsr*. Wenn die D-Achsen-Befehlsspannung Vdsr* und Q-Achsen-Befehlsspannung Vqsr* vom Stromregler 14 rückgekoppelt werden, gibt in diesem Fall ein Generator 16a für den Mittelwert eines Quadrats der Rückkopplungssteuerung 16 einen Ausgangswert aus, der durch die Gleichung 1 zum Ausdruck gebracht ist.
  • [Gleichung 1]
    Figure 00020001
  • Der durch die Gleichung 1 zum Ausdruck gebrachte Ausgangswert wird durch einen Subtrahierer 16b des Rückkopplungsreglers 16 von der maximalen kombinierten Spannung
    Figure 00020002
    subtrahiert, wobei Vdc eine Gleichstromzwischenkreisspannung ist, welche an den PWM-Inverter 18 angelegt ist, und der Rückkopplungsregler 16 gibt die subtrahierte Ausgangsspannung als Rotorwinkelgeschwindigkeit Δi r* / ds des Permanentmagnet-Synchronmotors aus.
  • 7 zeigt die maximale Nutzung der Spannung während der PI-stromregelungsbasierten Regelung des schwachen Magnetflusses des Permanentmagnet-Synchronmotors. Genauer geben die Bezugsnummern V1 bis V6 Spannungen an, welche durch eine Vektorsumme der angelegten D-Achsen-Spannung Vdsr* und angelegten Q-Achsen-Spannung Vqsr* repräsentiert sind, die Fläche eines in einer hexagonalen Fläche einbeschriebenen Kreises gibt einen Bereich an, in welchem eine lineare Spannungssynthese ermöglicht wird, und
    Figure 00030001
    gibt eine maximale linear synthetisierte Spannung an, welche innerhalb der Kreisfläche verfügbar ist. Zudem gibt die hexagonale Fläche einen Bereich an, in welchem die Spannungssynthese durch eine Raumvektor-Pulsweitenmodulation (Raumvektor-PWM) verfügbar ist, und eine schraffierte Fläche, welche eine Kreisfläche in der hexagonalen Fläche ausschließt, gibt einen Bereich einer nichtlinearen Spannungsmodulation an.
  • Wenn bei einem bestehenden Permanentmagnet-Synchronmotor eine Spannung erzeugt und eine Drehmomentregelung innerhalb des Spannungsbegrenzungskreises (die Kreisfläche) als linearer Spannungsbereich, d. h. die maximale synthetisierte Spannung
    Figure 00030002
    wo die lineare Spannungssynthese zum Zweck der stabilen Stromregelung ermöglicht wird, durchgeführt wird, gibt es verschiedene Probleme, wie im Folgenden beschrieben.
  • Erstens, da Spannungen in der Fläche in dem im Sechseck einbeschriebenen Kreis, wie in 2 gezeigt, als Bezugsspannung für einen schwachen Magnetfluss verwendet werden, nimmt die Spannungsnutzung um ca. 10% im Vergleich dazu ab, wenn die Spannungen in der hexagonalen Fläche genutzt werden. Zweitens, da der Inverter keine präzise Spannung erzeugen kann, wenn die maximale synthetisierte Spannung mehr als die maximale Spannung
    Figure 00040001
    im Spannungsbegrenzungskreis (die Fläche im Kreis) beträgt und von dem in das Sechseck einbeschriebenen Kreis (die Kreisfläche) während der Spannungsmodulation abweicht, wird die Linearität der Ausgangsspannung (die maximale synthetisierte Spannung) gebrochen und eine instabile Drehmomentregelung tritt auf. Folglich ist es schwierig einen Synchronmotor während des Betriebes des Motors mit hohen Drehzahlen stabil zu regeln.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Folglich erfolgte die vorliegende Erfindung zum Lösen der oben erwähnten Probleme, welche im Stand der Technik auftreten, und die vorliegende Erfindung liefert ein System und Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors derart, dass die Spannungsnutzung in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss durch Verwenden einer Spannung in der Nähe der maximalen Spannung durch eine Spannungsphasenregelung maximiert werden kann, welche magnetflussbasierte Kennfelddaten verwendet, indem ein Drehmomentbefehl und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung als Eingänge empfangen werden. Ferner kann ein Drehmomentfehler unter Verwendung eines Drehmoment-Kompensationsfilters kompensiert werden, wenn eine Motorkonstante im schwachen Magnetfluss durch einen dem Umstand entsprechenden Parameter verändert wird, wenn der in ein Hybridfahrzeug und Elektrofahrzeug montierte Permanentmagnet-Synchronmotor angesteuert wird.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System und Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors geliefert, um eine Befehlsspannung (ν * / dq_MVSC), welche von einem Regelmodus eines Modulationsspannungs-Skalierungsreglers (engl. Modulating Voltage Scale Controller, MVSC) ausgegeben wird, bei einer Drehmomentregelung in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss zu verwenden. Genauer wird ein Strombefehl (I * / dq) unter Verwendung einer Einheit für magnetflussbasierte Kennfelddaten erzeugt, welche einen Drehmomentbefehl (T * / e) und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung
    Figure 00050001
    als Eingänge aufweist. In einem Bereich mit einem konstanten Drehmoment eines Synchronmotors wird in einen Stromvektorregelungs-Modus (Current Vector Control mode) als Stromregelmodus geschaltet oder in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors wird in den MVSC-Regelmodus als Spannungsphasenregelungsmodus geschaltet.
  • Vorzugsweise enthalten das System und Verfahren ferner das Empfangen eines Stromausgangs von einem IPMSM und eines Spannungsausgangs von einem Spannungsgenerator durch ein Drehmomentfehler-Kompensationsfilter, um eine Drehmomentfehler-Kompensationsspannung auszugeben; und das Addieren der Drehmomentkompensationsspannung zu einer Spannung, welche von einem inversen Modell-Kennfeld ausgegeben wird, so dass ein Drehmomentfehler durch das inverse Modell-Kennfeld in Form einer Spannung kompensiert wird, wie in der folgenden Gleichung veranschaulicht ist: Δν ^d_D ≅ –ωrΔL ^qIq Δν ^d_D ≅ –ωr(ΔL ^qiq + Δλ ^pm), ^ wobei ΔL ^dq eine d-q-Achsen-Induktivitätsänderung, Δλ ^pm eine Verkettungsflussänderung, ωr eine Rotorwinkelgeschwindigkeit und ^ eine Variable ist.
  • Vorteilhafterweise kann die maximale Spannung selbst bei dem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors verwendet werden und der Kupferverlust eines Motors verringert werden, was zu verbesserten Kraftstoffverhältnissen und Höchstleistungen eines Hybridfahrzeugs und Elektrofahrzeugs selbst bei einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors führt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben erwähnten und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen genommen wurde, in welchen:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, welches ein Regelverfahren eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 2 ein Blockdiagramm ist, welches eine Kompensation eines Drehmomentfehlers im Regelverfahren eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 3 ein Blockdiagramm ist, welches eine Technik zum Verbessern der Spannungsnutzung und eine Technik zum Kompensieren eines Drehmomentfehlers im Regelverfahren eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • die 4 und 5 Signalformdiagramme sind, welche einen Test des Verfahrens zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; und
  • die 6 und 7 schematische Ansichten sind, welche ein bestehendes Verfahren zum Regeln eines Innenpermanentmagnet-Synchronmotors veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend wird auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert Bezug genommen werden, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht und nachstehend beschrieben sind. Zwar wird die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, aber es wird klar sein, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, welche innerhalb des Wesens und Bereiches der Erfindung enthalten sein können, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
  • Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, welche Geländefahrzeuge (engl. Sports Utility Vehicle, SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, welche eine Vielzahl an Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, welche aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Zudem kann die Regellogik der vorliegenden Erfindung als nicht-transitorische, computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Datenträger ausgeführt werden, welcher ausführbare Programmbefehle enthält, welche durch einen Prozessor, eine Regelung oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele computerlesbarer Datenträger enthalten Festwertspeicher, Direktzugriffsspeicher, Compact-Disc-Festwertspeicher (CD-ROMs), Magnetbänder, Disketten, Speichersticks, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das computerlesbare Aufnahmemedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt wird ein Strombefehl Idq* unter Verwendung einer Einheit 100 für magnetflussbasierte Kennfelddaten erzeugt, welche einen Drehmomentbefehl Te* und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung
    Figure 00080001
    als Eingänge aufweist. Dann wird ein Modus basierend auf einem Bereich mit einem konstanten Drehmoment und einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss eines Synchronmotors in einen Stromregelmodus (einen CC-Modus) und einen Spannungsphasenregelungs- bzw. VPC-Regelmodus (VPC-Modus) geschaltet.
  • Insbesondere wird der Stromregelmodus in einen Stromvektorregelmodus 102 (nachstehend als CVC-Regelmodus bezeichnet) in dem Bereich mit einem konstanten Drehmoment des Synchronmotors geschaltet und ein Spannungsphasenregelungsmodus in einen Modulationsspannungs-Skalierungsreglermodus 104 (nachstehend als MVSC-Regelmodus bezeichnet) in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss geschaltet.
  • In diesem Fall erzeugt ein inverses Modell-Kennfeld 106 im MVSC-Regelmodus einen Spannungsbefehl Vdq* unter Verwendung des Strombefehls, welcher durch die Kennfelddateneinheit 100 erzeugt wurde, und der erzeugte Spannungsbefehl wird mit einer bestimmten Verstärkung KH(> 2) multipliziert, damit ein Spannungsgenerator 108 eine innerhalb eines Sechsecks begrenzte Spannung erzeugt.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte zum Bilden eines Reglers, welcher die maximale Spannung eines Hybridfahrzeugs zum Zweck des Erzielens einer breiteren Leistungsdichte als ein breiter operativer Bereich verwendet, so dass die auf maximales Drehmoment pro Ampere (engl. Maximum Torque Per Ampere, MTPA) ausgelegte CVC-Regelung einen minimalen Kupferverlust unter einem Bezugsdrehzahlzustand erzielt und eine Motorregelung durch den MVSC-Regelmodus in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors erfolgt.
  • D. h., die vorliegende Erfindung erfolgte zum Liefern eines Motorregelalgorithmus, welcher in einem Hybridfahrzeug und Elektrofahrzeug verwendet wird, welche einen Innenpermanentmagnet-Synchronmotor verwenden, so dass zunächst Spannungen im Wesentlichen nahe der maximalen Spannung durch Verwenden einer Einheit für magnetflussbasierte Kennfelddaten, welche den Drehmomentbefehl und die Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung als Eingänge aufweist, während des Ansteuerns in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss und des MVSC-Regelmodus als Spannungsphasenregelung verwendet werden, und dass ein Drehmomentfehler unter Verwendung eines Drehmomentfehler-Kompensationsfilters kompensiert werden kann, wenn eine Motorkonstante durch Temperatur oder andere Faktoren in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss verändert wird.
  • Die 1 und 3 sind Blockdiagramme, welche ein System und Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein Beispiel zum Verwenden der maximalen Spannung der komplexen Art für den Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (nachstehend als IPMSM bezeichnet) veranschaulichen.
  • Zunächst werden das Befehlsdrehmoment T * / e und ein umgekehrter Befehlsfluss
    Figure 00100001
    in die Kennfelddateneinheit 100 als Nachschlagetabelle eingegeben, welche für den Bereich mit einem schwachen Magnetfluss und das MTPA gebildet ist, und die Kennfelddateneinheit 100 erzeugt einen Strombefehl Idq*. In diesem Fall führt die Kennfelddateneinheit 100 das Abbilden auf einer linearen Spannungsbegrenzung für die CVC im CVC-Regelmodus durch und ein Rückkopplungsstrom Idq wird durch einen Proportional-Integral-Stromregler (PI-Stromregler) geregelt, um einem Befehlsstromvektor I * / dq zu folgen. Dann wird ein Befehlsspannungsvektor durch die Stromregelung ν * / dq_CVC zum IPMSM innerhalb der Spannungsbegrenzung übertragen.
  • Im Gegensatz dazu wird im MVSC-Regelmodus die Befehlsspannung ν * / dq_mdl unter Verwendung eines bezugssynchronrahmenbasierten Spannungsmodells, d. h. ein inverses Modell-Kennfeld 106 M ^ν(s), berechnet und die Gleichung derselben wird durch die folgenden Gleichungen 2 und 3 zum Ausdruck gebracht.
  • [Gleichung 2]
    • ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q + ωrλ ^pm, wobei Ldq die d-q-Achsen-Induktivität, λpm ein Verkettungsfluss eines Permanentmagneten (PM), ωr eine Rotorwinkelgeschwindigkeit und „^” eine Variable ist. Zudem befindet sich die Befehlsspannung ν * / dq_mdl immer im Bereich der linearen Spannungsbegrenzung, da die Befehlsspannung ν * / dq_mdl anhand des CVC-basierten Befehlsstroms I * / dq berechnet wird.
  • Zum Verbessern der Spannungsnutzung im Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors wird die Befehlsspannung ν * / dq_mdl während einer Drehmomentdiskontinuität mit einer skalaren Verstärkung KH multipliziert, so dass sich die Befehlsspannung ν * / dq_mdl zur Außenseite der Kreisfläche ausdehnt, welche in das Sechseck einbeschrieben ist, und auf eine hexagonale Spannungsbegrenzung unter Verwendung einer Minimalgrößenfehler-Übermodulation (minimum magnitude-error over-modulation) geregelt wird, um als Befehlsspannung ν * / dq_MVSC ausgegeben zu werden.
  • Die Befehlsspannung ν * / dq_MVSC, welche in der hexagonalen Fläche erzeugt wird, wird für die Motordrehmomentregelung im Bereich mit einem schwachen Magnetfluss verwendet, wenn die CVC inaktiviert ist und die maximale Spannungsnutzung und eine Spannungsauswahl in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss erzielt werden können.
  • Da in Bezug auf 7 die in das Sechseck einbeschriebene Kreisfläche ein Bereich ist, wo die lineare Spannungssynthese ermöglicht wird und
    Figure 00110001
    die maximale synthetisierte Spannung angibt, wobei die Spannungen in der Kreisfläche linear synthetisiert werden können, nimmt gemäß dem bestehenden Regelverfahren die Spannungsnutzung um ca. 10% im Verhältnis zu Spannungen in der hexagonalen Fläche ab, da die Bezugsspannung für einen schwachen Magnetfluss in der in die hexagonale Fläche einbeschriebenen Kreisfläche verwendet wird.
  • Im Gegensatz dazu, ist zum Verbessern der Spannungsnutzung in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors, da der Regelmodus in den MVSC-Regelmodus in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss geschaltet wird, so dass sich die Befehlsspannung ν * / dq_mdl zur Außenseite der in die hexagonale Fläche einbeschriebenen Kreisfläche ausdehnt und unter Verwendung der Minimalgrößenfehler-Übermodulation auf die hexagonale Spannungsbegrenzung geregelt wird, um als eine Befehlsspannung ν * / dq_MVSC ausgegeben zu werden, die maximale Spannungsnutzung in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss verfügbar.
  • Insbesondere wird im MVSC-Regelmodus keine präzise Drehmomentregelung ausgeführt, da es Faktoren gibt, wie beispielsweise eine Flussänderung eines PM aufgrund einer hohen gesättigten Luftfeuchtigkeit und Temperatur, und da die Auswirkung eines Widerstandfehlers eines Stators auf die Drehmomentregelung bei einer hohen Drehzahl berücksichtigt werden sollte. Dazu ist eine Nachschlagetabelle basierend auf gemessenen Werten eines Normalzustands einer Motorspannung, eines Motorstroms, einer Gleichstromzwischenkreisspannung, einer Rotordrehzahl und eines Ist-Drehmoments erstellt und ein Kompensationsmodell für die präzise Drehmomentregelung erstellt, wenn der MVSC-Regelmodus ausgeführt wird.
  • Beispielsweise wird ein auf einer Spannungsvariable basiertes Filter, d. h. ein Drehmomentfehler-Kompensationsfilter 120 (von den Erfindern dieser Anmeldung auch als Zustandsfilter bezeichnet) zum Kompensieren eines Drehmomentfehlers gebildet, wie in den 2 und 3 gezeigt. Insbesondere sind eine Ausgangsseite des IPMSM 110 und eine Ausgangsseite des Spannungsgenerators 109 mit einer Eingangsseite eines Drehmomentfehler-Kompensationsfilters 120 verbunden und eine Ausgangsseite des Fehler-Kompensationsfilters 120 mit dem inversen Modell-Kennfeld 106 des MVSC-Regelmodus 104 verbunden.
  • Das Drehmomentfehler-Kompensationsfilter 120 gibt eine Spannung aus, welche eine d-q-Achsen-Induktivitätsänderung ΔL ^dq bei einer hohen Drehzahl des Motors und einen Verkettungsfluss des PM Δλ ^pm als folgende Gleichung 3 enthält.
  • [Gleichung 3]
    • Δν ^d_D ≅ –ωrΔL ^qiq Δν ^q_D ≅ –ωr(ΔL ^did + Δλ ^pm), wobei ΔL ^dq eine d-q-Achsen-Induktivitätsänderung, Δλ ^pm eine Verkettungsflussänderung, ωr eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors und „^” eine Variable ist.
  • Die ausgegebene d-q-Achsen-Induktivitätsänderung ΔL ^pm und die Verkettungsflussänderung Δλ ^pm werden zu einer Spannung addiert, welche von dem inversen Modell-Kennfeld 106 ausgegeben wird, so dass der Drehmomentfehler durch das inverse Modell-Kennfeld 106 in Form einer Spannung kompensiert wird.
  • 5 veranschaulicht Ergebnisse einer Leistungsprüfung zwischen dem CVC-Regelmodus und dem MVSC-Regelmodus der vorliegenden Erfindung, wobei die Signalformen von oben nach unten eine Rotorgeschwindigkeit, ein d-Achsen-Strom und ein Drehmoment sind, welches durch einen Drehmomentsensor gemessen wird.
  • Im Test wird der d-Achsen-Strom graduell gesenkt, um den Verkettungsfluss des Motors im CVC-Regelmodus zu verringern und plötzlich erhöht, wenn ein Modus geschaltet wird, da eine Statorspannung auf die hexagonale Abgrenzung im MVSC-Regelmodus erhöht wird. In diesem Fall tritt keine Änderung des Drehmoments auf, wenn der Regelmodus in den MVSC-Regelmodus und CVC-Regelmodus geschaltet wird, und dies bedeutet, dass das Drehmoment selbst unter dem Zustand gleichmäßig geregelt wird, in welchem ein Motorparameter durch die Drehmomentkompensation des Drehmomentfehler-Kompensationsfilters 120 geändert wird.
  • 6 veranschaulicht die Ergebnisse eines Tests in Bezug auf die veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Rotorgeschwindigkeit ωr, welche durch Verändern der Winkelgeschwindigkeit des Rotors von 0 auf 2200 U/min gemessen wird, einen d-Achsen-Strom, einen q-Achsen-Strom und einen Statorstrom zeigt, wobei (a) den CVC-Regelmodus und (b) den MVSC-Regelmodus angibt.
  • Die Größe des d-Achsen-Stroms im MVSC-Regelmodus ist gering, da die maximale Spannung verwendet wird, während der q-Achsen-Strom im Wesentlichen dem des CVC-Regelmodus gleicht, und folglich kann der Statorstrom im MVSC-Regelmodus um ca. 33% im Verhältnis zum CVC-Regelmodus verringert werden. Diese Ergebnisse bedeuten, dass eine Leistungsdichte der Erfindung ohne einen Integrator des PI-Stromreglers verbessert werden kann und die Regelung, wie beispielsweise die komplexe Verstärkungsregelung für die sechsstufige Modulation, und die Gleichstromsammelschienenspannung maximiert werden können.
  • Zwar wurde die Erfindung in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, aber für jemanden mit technischen Fähigkeiten wird klar sein, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Details in derselben vorgenommen werden können ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung abzuweichen, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors zum Verwenden einer Befehlsspannung (ν * / dq_MVSC), welche von einem Regelmodus eines Modulationsspannungs-Skalierungsreglers (MVSC) ausgegeben wird, bei einer Motordrehmomentregelung in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss, aufweisend: Erzeugen eines Strombefehls (I * / dq) durch einen Regler unter Verwendung einer Einheit für magnetflussbasierte Kennfelddaten, welche einen Drehmomentbefehl (T * / e) und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung
    Figure 00150001
    als Eingänge aufweist; und Schalten durch den Regler in einen Regelmodus der Stromvektorregelung (CVC) als Stromregelmodus in einem Bereich mit einer konstanten Drehzahl eines Synchronmotors oder in den MVSC-Regelmodus als Spannungsphasenregelungsmodus in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im CVC-Regelmodus ein Rückkopplungsstrom (Idq) durch einen Stromregler geregelt wird einem Befehlsstromvektor (I * / dq) zu folgen und ein Befehlsspannungsvektor (ν * / dq_CVC) durch den Stromregler zu einem Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) innerhalb einer Spannungsbegrenzung übertragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der MVSC-Regelmodus Folgendes aufweist: eine Befehlsspannung (ν * / dq_mdl) wird durch ein inverses Modell-Kennfeld (M ^ν(s)) als die folgende Gleichung berechnet: ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q + ωrλ ^pm; und Multiplizieren einer skalaren Verstärkung (KH) mit der Befehlsspannung (ν * / dq_mdl), so dass die Befehlsspannung (ν * / dq_mdl) in eine hexagonale Spannungsbegrenzung geregelt und als die Befehlsspannung (ν * / dq_MVSC) ausgegeben wird, wobei Ldq eine d-q-Achsen-Induktivität, λpm ein Verkettungsfluss eines Permanentmagneten (PM), ωr eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors und ^ eine Variable ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Empfangen eines von einem IPMSM ausgegebenen Stroms und einer von einem Spannungsgenerator ausgegebenen Spannung durch ein Drehmomentfehler-Kompensationsfilter, um eine Drehmomentfehler-Kompensationsspannung als folgende Gleichung auszugeben: Δν ^d_D ≅ –ωrΔL ^qIq Δν ^d_D ≅ –ωr(ΔL ^qiq + Δλ ^pm); und Addieren der Drehmoment-Kompensationsspannung zu einer Spannung, welche von einem inversen Modell-Kennfeld ausgegeben wird, so dass ein Drehmomentfehler durch das inverse Modell-Kennfeld in Form einer Spannung kompensiert wird, wobei ΔL ^dq eine d-q-Achsen-Induktivitätsänderung, Δλ ^pm eine Verkettungsflussänderung, ωr eine Rotorwinkelgeschwindigkeit und ^ eine Variable ist.
  5. Nicht-transitorisches, computerlesbares Medium, welches Programmbefehle enthält, welche durch einen Regler zum Regeln eines Permanentmagnet-Synchronmotors ausgeführt werden, um eine Befehlsspannung (ν * / dq_MVSC), welche von einem Regelmodus eines Modulationsspannungs-Skalierungsreglers (MVSC) ausgegeben wird, bei einer Motordrehmomentregelung in einem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss zu verwenden, wobei das computerlesbare Medium Folgendes aufweist: Programmbefehle, welche einen Strombefehl (I * / dq) unter Verwendung einer Einheit für magnetflussbasierte Kennfelddaten erzeugen, welche einen Drehmomentbefehl (T * / e ) und eine Motordrehzahl/Batterieausgangsspannung
    Figure 00170001
    als Eingänge aufweist; und Programmbefehle, welche in einen Regelmodus der Stromvektorregelung (CVC) als Stromregelmodus in einem Bereich mit einem konstanten Drehmoment eines Synchronmotors oder in den MVSC-Regelmodus als Spannungsphasenregelungsmodus in dem Bereich mit einem schwachen Magnetfluss des Synchronmotors schalten.
  6. Nicht-transitorisches, computerlesbares Medium nach Anspruch 5, wobei im CVC-Regelmodus ein Rückkopplungsstrom (Idq) durch einen Stromregler geregelt wird einem Strombefehlsvektor (I * / dq) zu folgen und ein Befehlsspannungsvektor (ν * / dq_CVC) durch die Stromregelung zu einem Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) innerhalb einer Spannungsbegrenzung übertragen wird.
  7. Nicht-transitorisches, computerlesbares Medium nach Anspruch 5, wobei der MVSC-Regelmodus Folgendes aufweist: eine Befehlsspannung (ν * / dq_mdl) wird durch ein inverses Modell-Kennfeld (M ^ν(s)) als die folgende Gleichung berechnet: ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q ν * / d_mdl ≅ –ωrL ^qI * / q + ωrλ ^pm; und Multiplizieren einer skalaren Verstärkung (KH) mit der Befehlsspannung (ν * / dq_mdl), so dass die Befehlsspannung (ν * / dq_mdl) in eine hexagonale Spannungsbegrenzung geregelt wird und als die Befehlsspannung (ν * / dq_MVSC) ausgegeben wird; wobei Ldq die d-q-Achsen-Induktivität, λpm ein Verkettungsfluss eines Permanentmagneten (PM), ωr eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors und ^ eine Variable ist.
  8. Nicht-transitorisches, computerlesbares Medium nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Programmbefehle, welche einen Stromausgang von einem IPMSM und einen Spannungsausgang von einem Spannungsgenerator verwenden, um eine Drehmomentfehler-Kompensationsspannung als folgende Gleichung auszugeben: Δν ^d_D ≅ –ωrΔL ^qIq Δν ^d_D ≅ –ωr(ΔL ^qiq + Δλ ^pm); und Programmbefehle, welche die Drehmomentkompensationsspannung zu einer Spannung addieren, welche von einem inversen Modell-Kennfeld ausgegeben wird, so dass ein Drehmomentfehler durch das inverse Modell-Kennfeld in Form einer Spannung kompensiert wird, wobei ΔL ^dq eine d-q-Achsen-Induktivitätsänderung, Δλ ^pm eine Verkettungsflussänderung, ωr eine Rotorwinkelgeschwindigkeit und ^ eine Variable ist.
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