DE102012223227A1 - Verfahren, Systeme und Geräte für das Erzeugen von Spannungsbefehlen, welche benutzt werden, um den Betrieb einer Permanentmagnet-Maschine zu steuern - Google Patents

Verfahren, Systeme und Geräte für das Erzeugen von Spannungsbefehlen, welche benutzt werden, um den Betrieb einer Permanentmagnet-Maschine zu steuern Download PDF

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Steven E. Schulz
Bon-Ho Bae
Konstantin S. Majarov
Yo Chan Son
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Abstract

Es werden Verfahren, Systeme und Geräte für das Erzeugen von Spannungsbefehlen bereitgestellt, welche benutzt werden, um den Betrieb einer Permanentmagnet-Maschine zu steuern. Beispielsweise wird ein Steuersystem bereitgestellt, welches Spannungsbefehlssignale erzeugt, um eine Permanentmagnet-Maschine während eines Übergangs von einem Anfangsbetriebszustands zu einem Endbetriebszustand zu steuern. Das Steuersystem beinhaltet einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen auszuführen, und einen Speicher, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen zu speichern, welche durch den Prozessor zugreifbar bzw. zugänglich sind. Die Software-Instruktionen weisen ein Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul auf. Basierend auf einer elektrischen Winkelfrequenz der Permanentmagnet-Maschine und Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignalen ist das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert, Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale zu erzeugen, welche sich entsprechend zu einem Anstieg während einer Übergangsperiode linear verändern, welche auf eine Anstiegszeit eingestellt ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/582,044, eingereicht am 30. Dezember 2011.
  • TECHNISCHER BEREICH
  • Der technische Bereich bezieht sich im Allgemeinen auf Techniken für das Steuern des Betriebs von Mehrphasensystemen, und spezieller ausgedrückt bezieht er sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um Spannungsbefehle zu erzeugen, welche benutzt werden, um eine Permanentmagnet-Maschine zu steuern.
  • HINTERGRUND
  • Elektrische Maschinen werden in einer großen Vielfalt von Applikationen benutzt. Zum Beispiel beinhalten Hybride/Elektrische Fahrzeuge (HEVs) typischer Weise ein elektrisches Traktionsantriebssystem, welches einen elektrischen Wechselstrom-(AC-)Motor beinhaltet, welcher durch einen Leistungswandler mit einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle, wie zum Beispiel einer Speicher-Batterie bzw. -Akku angetrieben wird. Motorwicklungen des elektrischen AC-Motors können an Wechselrichter-Untermodule eines Leistungswechselrichtermoduls (PIM) gekoppelt werden. Jedes Wechselrichter-Untermodul beinhaltet ein Paar von Schaltern, welche in einer komplementären Weise schalten, um eine schnelle Schaltfunktion durchzuführen, um die DC-Leistung in AC-Leistung zu wandeln. Diese AC-Leistung treibt den elektrischen AC-Motor, welcher umgekehrt eine Welle des HEV's Antriebsstranges antreibt.
  • Wie er hier benutzt wird, bezieht sich der Term „Mehrphasen” auf zwei oder mehr Phasen und kann benutzt werden, um sich auf elektrische Maschinen zu beziehen, welche zwei oder mehr Phasen besitzen. Eine elektrische Mehrphasenmaschine beinhaltet typischer Weise ein Mehrphasen-PWM-Wechselrichtermodul, welches eine oder mehrere Mehrphasen-AC-Maschine(n) treibt. Ein Beispiel einer derartigen Mehrphasenmaschine ist eine Dreiphasen-AC-Maschine. In einem Dreiphasensystem, treibt ein Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul eine oder mehrere Dreiphasen-AC-Maschine(n) an. Zum Beispiel implementieren einige herkömmliche HEVs zwei Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodule und zwei Dreiphasen-Permanentmagnet-AC-Maschinen, wobei jede durch einen entsprechenden der Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodule getrieben wird, an die es gekoppelt ist.
  • In vielen herkömmlichen Motorantriebssystemen werden die Wechselrichtermodule durch Schalten von Vektorsignalen getrieben, welche basierend auf Spannungsbefehlssignalen erzeugt sind. Beispielsweise können diese Spannungsbefehlssignale in einem herkömmlichen Motorantriebssystem, welches auf Geschlossenen-Regelkreis-Stromsteuertechniken beruht, basierend auf Rückkopplung oder gemessenen Statusströmen und Strombefehlen erzeugt sein, welche durch einen Stromregler bearbeitet werden.
  • Ein Nachteil, welcher mit Maschinenantriebssystemen verbunden ist, welche benutzt werden, um Permanentmagnet-Maschinen zu treiben, ist der, dass, wenn sie eine abrupte Änderung von einem Arbeitspunkt zu einem anderen erfahren, große transiente Ströme eingeführt werden können. Beispielsweise wird, wenn abrupt von einem Anfangszustand zu einem Dreiphasenkurzschluss übergegangen wird, ein großer transienter Strom eingeführt. Die transiente Stromamplitude kann leicht gleich dem charakteristischen Motorstrom sein oder ihn sogar zweimal übertreffen. Der transiente Strom präsentiert eine signifikante Belastung sowohl für den Motor als auch für den Wechselrichter. Zusätzlich weist der transiente Strom häufig eine Spitze nahe der negativen d-Achse der Maschine auf. Der negative d-Achse-Strom tendiert dazu, dem Permanentmagnetfluss entgegenzuwirken. Wenn der Strom ausreichend groß ist, kann dies zu einer Demagnetisierung der Rotormagneten führen.
  • Einer der am besten funktionierenden Magneten, welcher heute benutzt wird, ist der vom Seltene-Erde-NeFeB-Typ. Mehrere Zusätze werden benutzt, um die Eigenschaften des Magneten zu erhöhen. Einer davon ist Dysprosium, welches die Koerzitivität und die Robustheit des Magneten gegenüber Demagnetisierung erhöht. Unglücklicherweise ist Dysprosium sehr teuer. Wenn der große transiente negative d-Achse-Strom eliminiert werden kann, dann ist es möglich, den Dysprosium-Inhalt zu reduzieren und niedrigwertere Magnete ohne die Furcht vor Demagnetisierung zu benutzen. Damit können die Maschinenkosten signifikant reduziert werden.
  • Bei anderen Maschinengestaltungen werden Ferrit-Typ-Magnete angewendet, welche weniger kosten. Jedoch sind diese Magnete auch speziell gegenüber Demagnetisierung anfällig. Es wäre wünschenswert, die Bedrohung der Demagnetisierung zu reduzieren oder zu eliminieren, indem der große transiente negative d-Achse-Strom reduziert wird, wobei dies, wenn so verfahren werden würde, niedrigere Kosten für das Design, welches anzuwenden ist, bedeuten würde.
  • Schließlich wird ungeachtet des Magnettyps in jeder Permanentmagnet-Maschinengestaltung der negative Spitzen-D-Achse-Strom als eine Gestaltungsbegrenzung betrachtet. Der Konstrukteur muss die Rotorgeometrie optimieren, um eine Demagnetisierung des Magneten bei dem erwarteten negativen d-Achse-Spitzenstrom zu vermeiden. Wenn die Spitzenstromamplitude reduziert werden kann, dann erleichtert dies die Gestaltungseinschränkungen aufgrund der Demagnetisier-Bedenken, was möglicherweise eine verbesserte Drehmomentdichte und/oder einen verbesserten Wirkungsgrad gestattet.
  • Es wäre wünschenswert, verbesserte Verfahren, Systeme und Geräte bereitzustellen, um Spannungsbefehle zu erzeugen, welche benutzt werden, um eine Mehrphasen-Permanentmagnetmaschine zu steuern. Andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen ersichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um den Betrieb einer Permanentmagnet-Maschine in einem Maschinenantriebssystem zu steuern.
  • Entsprechend einer der veröffentlichten Ausführungsformen wird ein Steuersystem bereitgestellt, welches Spannungsbefehlssignale erzeugt, um eine Permanentmagnet-Maschine während eines Überganges von einem Anfangsbetriebszustand zu einem Endbetriebszustand zu steuern. Das Steuersystem beinhaltet einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen auszuführen, und einen Speicher, welcher konfiguriert ist, die Software-Instruktionen, welche für einen Prozessor zugänglich sind, zu speichern. Die Software-Instruktionen weisen ein Spannungsbefehl-Erzeugungsmodul auf. Basierend auf einer elektrischen Winkelfrequenz der Permanentmagnet-Maschine und auf Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignalen ist das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert, um rampenförmige bzw. stetig ansteigende Spannungsbefehlssignale zu erzeugen, welche sich jeweils linear entsprechend einem Anstieg während einer Übergangsperiode, welche auf eine Anstiegszeit eingestellt ist, ändern.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei ähnliche Ziffern ähnliche Elemente bezeichnen, und
  • 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Maschinenantriebssystems ist, entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen.
  • 2A ein Blockdiagramm ist, welches ein Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul darstellt, entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen.
  • 2B ein Satz von simulierten Graphen/Kurven ist, welche die Zeitdomäne-Antworten eines Zweite-Ordnung-Systems darstellen, wobei jede Kurve eine unterschiedliche Anstiegszeit (tr) besitzt, und wobei eine der Kurven eine optimale Anstiegszeit (tr) besitzt.
  • 2C ein simulierter Graph ist, welcher das Überschwingen eines Systems zweiter Ordnung als eine Funktion der Anstiegszeit (tr) darstellt.
  • 3 ein Ablaufdiagramm ist, welches das Bearbeiten darstellt, welches durch ein Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul der 2A durchgeführt wird, entsprechend einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen.
  • 4A ein Graph eines Rampenförmiges-d-Achse-Spannungsbefehl-Signals (Vd**) ist.
  • 4B ist ein Graph eines Rampenförmiges-q-Achse-Spannungsbefehl-Signals (Vq**).
  • 5 zwei Graphen zeigt, welche die dynamischen Antworten einer Maschine aufgrund eines abrupten Übergangs von einem Nullstrom-Anfangszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss bzw. während eines rampenförmigen Übergangs von einem Nullstrom-Anfangszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss jeweils darstellen.
  • 6A ein Satz von Graphen ist, welche Stationärer-Referenzrahmen-Statorströme (Ia, Ib, Ic) als eine Funktion der Zeit darstellen, wenn ein Dreiphasen-Kurzschluss angelegt wurde, indem Standard-Spannungsbefehlssignale benutzt werden.
  • 6B ein Satz von Graphen ist, welche Synchroner-Referenzrahmen-Ströme (Id, Iq) und die Stationärer-Rahmen-Stromvektoramplitude (Is) als eine Funktion der Zeit darstellen, wenn ein Dreiphasen-Kurzschluss angewendet wurde, wobei die rampenförmigen Spannungsbefehlssignale benutzt werden.
  • 7A ein Satz von Graphen ist, welcher Stationärer-Referenzrahmen-Statorströme (Ia, Ib, Ic) als eine Funktion der Zeit darstellen, wenn ein Dreiphasenkurzschluss angewendet wurde, wobei die rampenförmigen Spannungsbefehlssignale benutzt werden.
  • 7B ein Satz von Graphen ist, welcher die Synchroner-Referenzrahmen-Ströme (Id, Iq) und den stationären Phasenstrom (Is) als eine Funktion der Zeit darstellen, wenn ein Dreiphasenkurzschluss angewendet wurde, wobei die rampenförmigen Spannungsbefehlssignale benutzt werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Wie es hier benutzt wird, bedeutet das Wort „beispielhaft” „als ein Beispiel, ein Umstand oder eine Darstellung dienend”. Folgende detaillierte Beschreibung ist nur von ihrer Art her beispielhaft und ist nicht beabsichtigt die Erfindung oder die Anwendung und das Gebrauchen der Erfindung zu begrenzen. Die hier als „beispielhaft” beschriebene Ausführungsform ist nicht notwendiger Weise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen zu interpretieren. Alle Ausführungsformen, welche in dieser detaillierten Beschreibung beschrieben werden, sind beispielhafte Ausführungsformen, welche geliefert werden, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen oder zu gebrauchen und nicht, um den Umfang der Erfindung zu begrenzen, welcher durch die Ansprüche definiert ist. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgend eine ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorausgegangenen technischen Bereich, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung zitiert wird.
  • Bevor im Detail Ausführungsformen beschrieben werden, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung sind, sollte beobachtet werden, dass die Ausführungsformen in erster Linie hier in Kombinationen der Verfahrungsschritte und der Gerätekomponenten angesiedelt sind, welche sich auf das Steuern des Betriebs eines Mehrphasensystems beziehen. Es wird gewürdigt werden, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung implementiert werden können, indem Hardware, Software oder eine Kombination davon benutzt wird. Die Steuerschaltungen, welche hier beschrieben sind, weisen verschiedene Komponenten, Module, Schaltungen und andere Logik auf, welche unter Benutzung einer Kombination von analogen/oder digitalen Schaltungen, diskreten oder integrierten, analogen oder digitalen elektronischen Schaltungen oder Kombinationen davon implementiert werden können. Wie er hier benutzt wird, bezieht sich der Term „Modul” auf eine Einrichtung, eine Schaltung, eine elektrische Komponente und/oder auf eine auf Software basierende Komponente für das Durchführen einer Aufgabe. In einigen Implementierungen können die hier beschriebenen Steuerschaltungen implementiert werden indem eine oder mehrere Anwendungsspezifische Schaltungen (ASICs), eine oder mehrere Mikroprozessoren und/oder einer oder mehrere Digitalsignalprozessor-(DSP-)basierte Schaltungen benutzt werden, wenn ein Teil oder die gesamte Steuerlogik in derartigen Schaltungen implementiert wird. Es wird gewürdigt werden, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung einen oder mehrere herkömmliche Prozessoren und einzigartig gespeicherte Programminstruktionen aufweisen können, welche einen oder mehrere Prozessoren steuern, um, in Verbindung mit bestimmten Nichtprozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der Funktionen zum Steuern des Betriebs eines Mehrphasensystems, wie es hier beschrieben wird, zu implementieren. Demnach können diese Funktionen als Schritte eines Verfahrens interpretiert werden, um den Betrieb eines Mehrphasensystems zu steuern. Alternativ können einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert werden, welche keine gespeicherten Programminstruktionen besitzt, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen Schaltungen (ASICs), in welchem bzw. welchen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten Funktionen als maßgeschneiderte Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der zwei Vorgehensweisen genutzt werden. Demnach werden hier Verfahren und Mittel für diese Funktionen beschrieben. Außerdem wird erwartet, dass ein Fachmann, welcher möglicherweise keine Anstrengung und viele Gestaltungsmöglichkeiten scheut, welche zum Beispiel durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und ökonomische Betrachtungen motiviert sind, schließlich in der Lage sein wird, wenn er durch die Konzepte und Prinzipien geführt wird, welche hier veröffentlicht sind, derartige Softwareinstruktionen und Programme und ICs mit minimalem Experimentieren zu erzeugen.
  • Überblick
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte für das Steuern des Betriebes eines Mehrphasensystems, wenn die Mehrphasenmaschine in ihrem Übermodulationsbereich arbeitet. In einer beispielhaften Implementierung, welche nun beschrieben werden wird, kann die Mehrphasenmaschine in Betriebsumgebungen, wie z. B. einem Hybriden/Elektrischen Fahrzeug (HEV), implementiert sein. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass die gleichen oder ähnliche Techniken und Technologien im Kontext anderer Systeme angewendet werden können, in welchen es wünschenswert ist, Spannungsbefehle zu erzeugen, welch für das Steuern des Betriebes einer Mehrphasen-Permanentmagnet-Maschine benutzt werden. Diesbezüglich können alle Konzepte, welche hier veröffentlicht sind, allgemein bei „Fahrzeugen” angewendet werden, und wie er hier benutzt wird, bezieht sich der Term „Fahrzeug” gleichermaßen auf einen nicht lebenden Transportmechanismus, welcher eine AC-Maschine besitzt. Zusätzlich ist der Term „Fahrzeug” nicht durch eine spezielle Antriebstechnologie wie zum Beispiel Benzin oder Dieselkraftstoff begrenzt. Vielmehr beinhalten Fahrzeuge auch Hybridfahrzeuge, elektrische Batterie- bzw. Akku-Fahrzeuge, Wasserstofffahrzeuge und Fahrzeuge, welche betrieben werden, indem sie verschiedene andere alternative Kraftstoffe benutzen.
  • Wie er hier benutzt wird, bezieht sich der Term „Wechselstrom-AC-Maschine” im Allgemeinen auf „eine Einrichtung oder ein Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt wandelt. Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor sein kann (z. B. ein Gerät, welches benutzt wird, um elektrische AC-Energieleistung an seinem Eingang zu wandeln, um mechanische Energie oder Leistung herzustellen), ist eine AC-Maschine nicht darauf begrenzt, ein AC-Motor zu sein, sondern kann auch Generatoren umfassen, welche benutzt werden, um mechanische Energie oder Leistung an seinem primären Bewegungsglied in elektrische AC-Energie oder Leistung an seinem Ausgang zu wandeln. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder AC-Generator sein. Eine AC-Maschine ist eine elektrische Maschine, welche durch einen Wechselstrom angetrieben wird. Bei einigen Implementierungen beinhaltet eine AC-Maschine einen außenseitigen stationären Stator, welcher Spulen besitzt, welche mit Wechselstrom beliefert werden, um ein sich drehendes Magnetfeld herzustellen, und einen innenseitigen Rotor, welcher an der Ausgangswelle befestigt ist, welchem ein Drehmoment durch das sich drehende Feld gegeben wird. Abhängig von der Art des benutzten Rotors, können AC-Maschinen als synchrone AC-Maschinen oder asynchrone AC-Maschinen klassifiziert werden. Synchrone AC-Maschinen können Permanentmagnetmaschinen und Reluktanz- bzw. magnetische Maschinen beinhalten. Permanentmagnetmaschinen beinhalten in der Oberfläche befestigte Permanentmagnetmaschinen (SMPMMs) und innere Permanentmagnetmaschinen (IPMMs). Im Gegensatz dazu beinhalten asynchrone AC-Maschinen Induktionsmaschinen. In dieser Anmeldung werden Ausführungsformen beschrieben, in welchen die Maschine eine Synchronmaschine ist.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Motorantriebssystems 100 entsprechend den veröffentlichten Ausführungsformen. Das System 100 steuert eine Dreiphasen-AC-Maschine 120 über ein Dreiphasen-Pulsbreiten-moduliertes-(PWM-)Wechselrichtermodul 110, welches an die Dreiphasen-AC-Maschine 120 gekoppelt ist, so dass die Dreiphasen-AC-Maschine 120 effizient eine DC-Eingangsspannung (Vdc) 139 nutzen kann, welche dem Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 bereitgestellt wird, indem die Strom- und Spannungsbefehle eingestellt werden, welche die Dreiphasen-AC-Maschine 120 steuern. In einer speziellen Implementierung kann das Motorantriebssystem 100 benutzt werden, um das Drehmoment in einem HEV zu steuern.
  • In der folgenden Beschreibung einer speziellen nicht eingrenzenden Implementierung wird die Dreiphasen-AC-Maschine 120 als ein Dreiphasen-AC-angetriebener Motor 120 beschrieben und, spezieller ausgedrückt, als ein Dreiphasiger, Synchroner Permanentmagnet-AC-angetriebener Motor (oder weiter gefasst als ein Motor 120); jedoch sollte gewürdigt werden, dass die dargestellte Ausführungsform nur ein nicht eingrenzendes Beispiel der Arten von AC-Maschinen ist, an denen die veröffentlichten Ausführungsformen angewendet werden können, und außerdem, dass die veröffentlichten Ausführungsformen an jedem Typ von Synchronen-Mehrphasen-AC-Maschine angewendet werden können, welche weniger oder mehr Phasen beinhaltet.
  • Der Dreiphasen-AC-Motor 120 ist an das Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 über drei Wechselrichter-Pole gekoppelt und erzeugt mechanische Leistung (Drehmoment X Geschwindigkeit), basierend auf dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströmen (Ia...Ic) 122–124, welche von dem PWM-Wechselrichtermodul 110 empfangen werden. Bei einigen Implementierungen wird die Winkelposition (θe) 121 des Dreiphasen-AC-Motors 120 oder die „Welle-Position” gemessen, indem ein Positionssensor (nicht dargestellt) benutzt wird und bei anderen Implementierungen kann die elektrische Winkelposition (θe) 121 des Dreiphasen-AC-Motors 120 geschätzt werden, ohne einen Positionssensor zu nutzen, indem sensorlose Positions-Schätztechniken benutzt werden.
  • Das Motorantriebssystem 100 beinhaltet auch ein Spannungsbefehls-Erzeugungsgliedmodul 140, ein Synchron-zu-stationär-Transformationsmodul 102, ein αβ-Referenzrahmen-zu-abc-Referenzrahmen-(αβ-zu-abc-)Transformationsmodul 106, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Modul 108, einen Dreiphasen-PWM-Wechselrichter 110, ein abc-Referenz-Rahmen-zu-αβ-Referenzrahmen-(abc-zu-αβ-)Transformationsmodul 127 und ein Stationär-zu-Synchron-(STAT.-ZU-SYNC.-)Transformationsmodul 130.
  • Das Steuerglied 150 erzeugt und steuert den Status einer Kennung 152. Wenn die Kennung 152 nicht freigegeben ist, zeigt dies an, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 bereit ist, im Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, was bedeutet, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsglied-Modul 140 Standard-Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 als seine Ausgangssignale ausgeben wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Kennung 152 freigegeben ist, zeigt dies an, dass das Spannungsbefehls-Erzeugungsgliedmodul 140 bereit ist, im rampenförmigen Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, was bedeutet, dass das Spannungs-Erzeugungsgliedmodul 140 rampenförmige Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 als seine Ausgangssignale ausgeben wird.
  • Das Spannungsbefehls-Erzeugungsgliedmodul 140 empfängt ein Drehmoment-Befehlssignal (Te*) 136, eine elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138, welche im Block 137 erzeugt ist, basierend auf der Ableitung der elektrischen Winkelposition (θe) 121, die DC-Eingangsspannung (VDC) 139, ein synchrones Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132 und ein Synchroner-Referenzrahmen-Q-Achse-Stromsignal (Iq) 134 als Eingangssignale, zusammen mit möglicherweise einer Vielzahl von anderen Systemparametern, abhängig von der Implementierung. Wie in größerem Detail nachfolgend mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben wird, benutzt das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 abhängig von dem Status der Kennung 152 diese Eingangssignale, um entweder (1) Standard-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 oder (2) rampenförmige-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 zu erzeugen.
  • Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 127 empfängt die Dreiphasen-Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Ia...Ic) 122–124 und benutzt sie, um eine abc-Referenzrahmenzu-αβ-Referenzrahmen-Transformation durchzuführen, um die Dreiphasen-Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungsstatorströme 122–124 in Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129 zu transformieren. Die abc-zu-αβ-Transformation ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul 130 empfängt die Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129 und die elektrischen Winkelposition (θe) 121 und erzeugt (z. B. bearbeitet oder wandelt) diese Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129, um das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132 und das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 134 zu erzeugen. Der Prozess der Stationär-zu-Synchron-Wandlung ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 empfängt entweder die (1) Standard-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 oder (2) die rampenförmigen Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 als Eingangssignale zusammen mit der elektrischen Winkelposition (θe) 121 und kann diese Eingangssignale benutzen, um eine dq-zu-αβ-Transformation durchzuführen, um ein α-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vα*) 104 und ein β-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vβ*) 105 zu erzeugen. Die Stationärer-Referenzrahmen-α-Achse- und β-Achse-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 104, 105 sind in dem Stationären-Referenzrahmen und besitzen deshalb Werte, welche sich als eine Sinuswelle als eine Funktion der Zeit verändern. Der Prozess der Synchronen-zu-Stationären Wandlung ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Weiter mit Bezug auf 1 empfängt das αβ-zu-abc-Transformationsmodul 106 die Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 104, 105, und basierend auf diesen Signalen erzeugt es die Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 107 (auch als ”Phasen-Spannungsbefehlssignale” bezeichnet), welche an das PWM-Modul 108 gesendet werden. Die αβ-zu-abc-Transformation ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 ist an das PWM-Modul 108 gekoppelt. Das PWM-Modul 108 wird für das Steuern der Pulsbreitenmodulation (PWM) der Phasen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 107 benutzt. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 109 steuern die Schaltzustände der Schalter im PWM-Wechselrichter 110, um Dreiphasen-Spannungsbefehle bei jeder Phase A, B, C zu erzeugen. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 109 sind PWM-Wellenformen, welche einen speziellen Tastgrad (während jeder PWM-Periode) besitzen, welche durch die Tastgrad-Wellenformen bestimmt ist, welche intern bei dem PWM-Modul 108 erzeugt sind. Mit anderen Worten, die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 109 werden basierend auf den Tastgrad-Wellenformen erzeugt, welche intern bei dem PWM-Modul 108 erzeugt sind, um einen speziellen Tastgrad während jeder PWM-Periode zu besitzen. Das PWM-Modul 108 modifiziert die Phasen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 107 basierend auf den Tastgrad-Wellenformen (nicht in 1 dargestellt), um Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 109 zu erzeugen, welche es dem Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 bereitstellt. Der spezielle Modulationsalgorithmus, welcher in dem PWM-Modul 108 implementiert ist, kann irgendein bekannter Modulationsalgorithmus sein, wobei Raumvektor-Pulsbreitenmodulations-(SVPWM-)Techniken beinhaltet sind, um eine Pulsbreitenmodulation (PWM) zu steuern, um Wechselstrom-(AC-)Wellenformen zu erzeugen, welche die Maschine 120 bei variierenden Geschwindigkeiten basierend auf dem DC-Eingangssignal 139 treiben.
  • Das Dreiphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 empfängt die DC-Eingangsspannung (Vdc) und die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 109 und benutzt sie, um die Dreiphasen-Wechselstrom-(AC-)Spannungssignal-Wellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die Dreiphasen-AC-Maschine 120 bei variierenden Geschwindigkeiten (ωr) treiben.
  • Die Dreiphasenmaschine 120 empfängt die Dreiphasen-Spannungssignale, welche durch den PWM-Wechselrichter 110 erzeugt wurden, und erzeugt ein Motorausgangssignal an dem vorgegebenen Drehmoment Te* 136. In einer speziellen Implementierung umfasst die Maschine 120 eine Dreiphasen-Synchron-Maschine 120, die offenbarten Ausführungsformen können jedoch für jede synchrone Maschine, die eine beliebige Anzahl von Phasen hat, angewendet werden.
  • Obwohl nicht in 1 dargestellt, kann das System 100 auch ein Getriebe beinhalten, welches an eine Welle der Dreiphasen-AC-Maschine 120 gekoppelt ist und durch dieses getrieben wird. Die gemessenen Rückkopplungs-Statorströme (Ia–Ic) 122–124 werden erfasst, abgetastet und dem abc-zu-αβ-Transformationsmodul 127 bereitgestellt, wie oben beschrieben.
  • 2A ist ein Blockdiagramm, welches ein Spannungsbefehl-Erzeugungsglied-Modul 140 darstellt, entsprechend einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen.
  • Das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 beinhaltet ein Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 240, ein Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 270 und ein Auswahlmodul 295, um zwischen den Ausgangssignalen auszuwählen, welche durch das Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 240 und das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 270 erzeugt sind.
  • Das Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 240 beinhaltet ein Strombefehl-Erzeugungsgliedmodul 250 und ein Synchroner(SYNC.)-Rahmen-Stromregelmodul 260.
  • Das Strombefehl-Erzeugungsgliedmodul 250 empfängt ein Drehmoment-Befehlssignal (Te*) 136, die elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138, welche am Block 137 erzeugt ist, und die DC-Eingangsspannung (VDC) 139 als Eingangssignale, zusammen mit möglicherweise einer Vielzahl von anderen Systemparametern, abhängig von der Implementierung. Das Strombefehl-Erzeugungsgliedmodul 250 benutzt diese Eingangssignale, um einen d-Achse-Strombefehl (Id*) 252 und einen q-Achse-Strombefehl (Ig*) 254 zu erzeugen, welche idealerweise die Maschine 120 veranlassen, das befohlene Drehmoment (Te*) bei der elektrischen Winkelfrequenz (ωe) 138 zu erzeugen. Das Strombefehl-Erzeugungsgliedmodul 250 kann implementiert werden, wobei jegliche Gleichungen, Lookup-Tabellen bzw. Verweistabellen oder Algorithmen benutzt werden, welche in der Fachwelt bekannt sind, um die Eingangssignale in ein d-Achse-Strombefehlssignal (Id*) 252 und ein q-Achse-Strombefehlssignal (Iq*) 254 abzubilden. Die Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehlssignale (Id*...Iq*) 252, 254 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit bei einem stationären Zustand besitzen.
  • Das Synchroner-Rahmen-Stromregelmodul 260 empfängt das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132, das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 134, den d-Achse-Strombefehl (Id+) 252 und den q-Achse-Strombefehl (Iq*) 254 und benutzt diese Signale, um ein Standard-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd*) 262 und ein Standard-Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq*) 264 zu erzeugen. Die Standard-Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit für einen stationären Zustandsbetrieb besitzen. Da die Strombefehle DC-Signale in dem Synchronen Referenzrahmen sind, sind sie im Vergleich zu AC-Stationärer-Referenzrahmen-Strombefehlen leichter zu regeln. Der Prozess der Strom-zu-Spannungswandlung kann als ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied implementiert werden, welches in der Fachwelt bekannt ist und der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben wird.
  • Das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 270 beinhaltet einen Anfangszustand und ein Übergangs-Parameter-Berechnungsmodul 280 und ein Spannungsbefehl-Verlauf-Berechnungsmodul 290.
  • Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 empfängt die elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138, das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132 und das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 134 und benutzt dieses Signale, um einen ersten Satz von Werten zu erzeugen, welcher einen ersten Offset-Wert (a), einen erste Schleife (b) und eine Anstiegszeit (tr) 282 aufweist, und einen zweiten Satz von Werten, welcher einen zweiten Offset-Wert (c), eine zweite Schleife (d) und die Anstiegszeit (tr) 284 aufwiest.
  • Entsprechend zu den veröffentlichten Ausführungsformen wird eine optimale Übergangszeit, hier als eine ”Anstiegszeit (tr) bezeichnet, berechnet, um zu helfen, das Überschwingen zu reduzieren und die Ansprechbarkeit zu verbessern. Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann diese Anstiegszeit (tr) 284 berechnen, dass sie entweder (1) eine fundamentale elektrische Periode bzw. eine elektrische Grundperiode (Te), welche der Reziprokwert der elektrischen Winkelfrequenz (ωe) 138 ist, oder (2) eine maximale Anstiegszeit (tmax) ist, wenn die elektrische Grundperiode (Te) größer als die maximale Anstiegszeit (tmax) ist. Wenn die elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138 niedrig ist (z. B. bei oder unterhalb 318 rad/sec, welches einer Periode von 20 Millisekunden oder 50 Hertz entspricht), dann sollte die Anstiegszeit (tr) 284 an der maximalen Anstiegszeit (tmax) festgelegt sein.
  • 2B ist ein Satz von simulierten Graphen/Kurven, welche die Zeitdomäne-Antworten eines Sytsems zweiter Ordnung für eine geschwenkte Schritteingabe darstellen, wobei jede Kurve eine unterschiedliche Anstiegszeit (tr) besitzt. 2B stellt dar, dass die Kurve 200 eine optimale Anstiegszeit (tr) besitzt, welche gleich einer fundamentalen elektrischen Periode (Te) ist, welche 6,67 Millisekunden für das System ist, welches simuliert wird. Für sehr schnelle Anstiegszeiten (z. B. geringer als oder gleich zu 5 Millisekunden in diesem Beispiel) gibt es eine sehr großes Überschwingen, welches über und oberhalb von 1,75 Mal des stationären Werts ist. Wenn die Anstiegszeit (tr) auf den optimalen Wert gleich zu der elektrischen Grundperiode (Te) eingestellt ist, ist das Überschwingen auf 1,05 Mal des stationären Wertes beschränkt. Da die Anstiegszeit (tr) unterhalb der elektrischen Grundperiode (Te) verlangsamt wird, nimmt das Spitzenüberschwingen aktuell zu, bevor es wieder in die Nähe von 2 Mal der elektrischen Grundperiode (Te) abfällt. Dies zeigt, dass die zunehmende Anstiegszeit (tr) nicht immer zu einem niedrigeren Spitzenüberschwingen führt. Während der nächste Minimalpunkt (nahezu 2 Mal der elektrischen Grundperiode (Te)) ein geringfügig niedrigeres Überschwingen anbieten kann, ist es nicht eine signifikante Reduzierung und nicht der erhöhten Übergangszeit wert, verglichen mit dem optimalen Wert.
  • 2C ist ein simulierter Graph, welcher das Überschwingen eines Systems zweiter Ordnung als eine Funktion der Anstiegszeit (tr) der geschwenkten Stufeneingabe darstellt. 2C stellt die niedrigsten Werte des Überschwingens dar, welche bei der elektrischen Grundperiode (Te) und Vielfachen der elektrischen Grundperiode (Te) und Vielfachen der elektrischen Grundperiode (2Te) etc. auftreten.
  • Mit Bezug wieder auf 2A beinhaltet das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 ein Modul (nicht dargestellt), wie z. B. eine zweidimensionale Lookup-Tabelle, welche basierend auf dem Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132 und dem Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 134, einen Anfangswert für den d-Achse-Fluss (λd0) und einen Anfangswert für den q-Achse-Fluss (λq0) erzeugt, und einer anderen zweidimensionalen Lookup-Tabelle, welche basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz (ωe) 138 und den Anfangswerten für den d-Achse-Fluss (λd0) und den q-Achse-Fluss (λq0) einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd0**) vor dem Übergang erzeugt, und einen Anfangswert für das q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq0**) vor dem Übergang. Demnach können, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz (ωe) 138, das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 132 und das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 134, kann das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 die Anfangsbetriebszustände bestimmen, wobei der Anfangswert für den d-Achse-Fluss (λd0), der Anfangswert für den q-Achse-Fluss (λq0), der Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd0**) vor dem Übergang und der Anfangswert für das q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq0**) vor dem Übergang beinhaltet sind.
  • Zusätzlich kann, basierend auf einem gewünschten Endwert des Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignals (Id), das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 einen Endwert für den d-Achse-Fluss (λdf) und einen Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vdf**) erzeugen. In ähnlicher Weise, basierend auf einem gewünschten Endwert des Synchroner-Referenzrahmen-Q-Achse-Stromsignals (Iq), kann das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 einen Endwert für den q-Achse-Fluss (λqf) und einen Endwert des Q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vqf**) berechnen.
  • Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den ersten Offset-Wert (a) über Gleichung (1) wie folgt berechnen:
    Figure 00200001
  • Der erste Offset (a) wird durch den Term dλd/dt bestimmt, welcher gleich zu der Differenz zwischen dem End-d-Achse-Fluss (λdf) und dem Anfangs-d-Achse-Fluss (λd0) ist, dividiert durch die Anstiegszeit (tr) 284.
  • Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den ersten Anstieg (b) durch die Gleichung (2) wie folgt berechnen:
    Figure 00200002
  • Der erste Anstieg (b) wird berechnet, so dass das d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 von dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vd0**) auf den Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vdf**) über die gewünschte Anstiegszeit (tr) ansteigen wird. Der erste Anstieg (b) kann durch das Bestimmen der Differenz zwischen dem Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vdf**) und dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vd0**) und dem Dividieren durch die gewünschte Anstiegszeit (tr) berechnet werden.
  • Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den zweiten Offset-Wert (c) durch Gleichung (3) wie folgt berechnen:
    Figure 00210001
  • Demnach wird der zweite Offset (c) durch den Term dλq/dt bestimmt, welcher gleich zu der Differenz zwischen einem End-q-Achse-Fluss (λqf) und einem Anfangs-q-Achse-Fluss (λq0) dividiert durch die Anstiegszeit (tr) 284 ist.
  • Das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den zweiten Anstieg (d) durch Gleichung (4) wie folgt berechnen:
    Figure 00210002
  • Der zweite Anstieg (d) wird berechnet, so dass das q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 von dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vq0**) auf den Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vqf**) über die gewünschte Anstiegszeit (tr) ansteigt. Der zweite Anstieg (d) kann berechnet werden, indem die Differenz zwischen dem Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vqf**) und dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vq0**) und Dividieren durch die gewünschte Anstiegszeit (tr) bestimmt wird.
  • Mit Bezug wieder auf 2A empfängt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 den ersten Satz von Werten 282, den zweiten Satz von Werten 284 und den Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291 als seine Eingangssignale und bearbeitet sie, um rampenförmige Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 zu erzeugen. Die Anzahl der Werte in dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291 variiert abhängig von der Anstiegszeit (tr) 284 und kann durch Dividieren der Anstiegszeit (tr) 284 in einer Anzahl von diskreten (z. B. gleichmäßig beabstandeten) Zeitinkrementen erzeugt werden, welche mit t0 starten und mit t1 enden. In einer Ausführungsform ist die Anzahl der diskreten Zeitinkremente größer als zwei.
  • Beispielsweise erzeugt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 basierend auf dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vd0**), dem ersten Offset-Wert (a), dem ersten Anstieg (b), der Anstiegszeit (tr) und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291 das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292. Beispielsweise berechnet das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 in einer Ausführungsform das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 durch Gleichung (5) wie folgt: Vd** = Vd0** + a + b(t – t0) (5), wobei der Wert t der gegenwärtige Wert eines Zeitglieds ist, welches zwischen der Anfangszeit (t0) und der Anstiegszeit (tr) variiert. Bei dem Start des Übergangs ist der Wert von t gleich zu t0.
  • In ähnlicher Weise, basierend auf dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vq0**), dem zweiten Offset-Wert (c), dem zweiten Anstieg (d), der Anstiegszeit (tr) 284 und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291, erzeugt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294. Beispielsweise berechnet das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 in einer Ausführungsform das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 durch Gleichung (6) wie folgt: Vq** = Vq0** + c + d(t – t0) (6).
  • Demnach wird jedes Spannungsbefehlssignal berechnet, indem ein Offset und ein Anstieg benutzt werden, so dass die Bahnverläufe der d-Achse- und q-Achse-Spannungsbefehlssignale (ebenso wie der d-Achse- und q-Achse-Flüsse) linear von dem Anfangsbetriebszustand/-punkt bis zu dem Endbetriebszustand/-punkt (oder Zielendpunkt) über eine optimale Übergangszeit ansteigen können, welche oben als die Anstiegszeit (tr) bezeichnet wird (d. h. geraden Linien in Richtung des Endbetriebszustands/punktes folgen werden). Bei dem Start des Übergangs ist der Wert von t gleich zu t0.
  • Die Bearbeitung, welche durch das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 und das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 durchgeführt wird, wird in größerem Detail nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Wieder mit Bezug auf 2A empfängt das Auswahlmodul 295 die Standard-Spannungsbefehlssignale 262, 264, welche durch das Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 240 erzeugt sind, und die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale 292, 294, welche durch das Rampenförmiger-Spannungsbefehls-Erzeugungsgliedmodul 270 erzeugt sind. Das Auswahlmodul 295 wählt entweder die Standard-Spannungsbefehlssignale 262, 264 oder die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale 292, 294 als seine Ausgangssignale aus.
  • Wie oben erwähnt, steuert das Steuerglied 150 die Kennung 152. Wenn die Kennung 152 gesperrt ist, zeigt dies an, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 bereit ist, im Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, was bedeutet, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 die Standard-Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 als seine Ausgangssignale ausgeben wird. Wenn die Kennung 152 freigegeben ist, zeigt dies an, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 bereit ist, im Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, was bedeutet, dass das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 als seine Ausgangssignale ausgeben wird.
  • In einer Ausführungsform wird das Auswahlmodul 295 die Standard-Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 262, 264 als seine Ausgangssignale ausgeben, wenn eine Kennung 152 gesperrt ist, und wird die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 als seine Ausgangssignale auswählen, wenn die Kennung 152 freigegeben ist.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Bearbeiten darstellt, welches durch das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 270 der 2A durchgeführt wird, entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen. 3 wird mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
  • Bei 310 empfängt das Steuerglied 150 eine Anzeige, dass ein Übergang von einem Arbeitspunkt/-zustand zu einem anderen benötigt wird. Wie in größerem Detail nachfolgend in einem Betriebsszenario erklärt wird, kann diese Anzeige erzeugt sein, wenn ein Fehlerereignis aufgetreten ist, und ein Übergang von einem Betriebspunkt zu einem Dreiphasen-Kurzschluss-Betriebsmodus oder einem Dreiphasen-offenen-Betriebsmodus eingetreten ist..
  • Bei 315 evaluiert das Steuerglied 150 einen Anfangsbetriebspunkt/-zustand (z. B. Motorstrom, Drehmoment und Spannung), welcher zu dem Übergang gehört, und einen Endbetriebspunkt/-zustand (z. B. irgendeinen neuen Betriebspunkt/-zustand, wie z. B. einen Dreiphasenkurzschluss, eine Dreiphasenöffnung etc.), welcher zu dem Übergang gehört, und basierend auf dieser Evaluierung bestimmt es, ob der Übergang eine Änderung von dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus erfordert. In einer Ausführungsform, bei 315, bestimmt das Steuerglied 150, dass der Übergang eine Änderung von dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus erfordert, in Antwort auf das Empfangen eines diagnostischen Anzeigegliedes, welches zum Beispiel anzeigt, dass der Übergang eine Änderung von dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus erfordert.
  • Wenn das Steuerglied 150 bestimmt, dass der Übergang keine Änderung von dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus erfordert, sperrt das Steuerglied 150 die Kennung 152, und die Bearbeitung 300 an dem Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 geht in der Schleife zu 310 zurück, wo das Steuerglied 150 fortfährt, auf eine Anzeige (bei 310) zu warten, dass ein Übergang von einem Betriebspunkt zu einem anderen Betriebspunkt benötigt wird. Es wird festgestellt, dass, während die Kennung 152 gesperrt bleibt, das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 fortfährt, in dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, wie dies oben beschrieben ist.
  • Wenn das Steuerglied 150 bestimmt, dass der Übergang eine Änderung von dem Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus erfordert, gibt das Steuerglied 150 die Kennung 152 frei, und die Bearbeitung 300 an dem Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 geht zu 320 über, wo das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 140 beginnt, in dem Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten. Es wird festgestellt, dass in der Beschreibung, welche folgt, die Blöcke 320, 325, 330 die Bearbeitung beschreiben, welche an dem Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 stattfindet, wohingegen die Blöcke 335, 340, 345, 350, 355 die Bearbeitung beschreiben, welche an dem Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 stattfindet.
  • Bei 320 bestimmt das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 die Anfangsbetriebszustände der Permanentmagnet-Maschine (PMM) 120, wobei wenigstens die Anfangs-Rotorflüsse (λd0, λq0) und die momentane Geschwindigkeit oder elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138 der PMM beinhaltet sind. In einigen Ausführungsformen können die Anfangsbetriebszustände der PMM 120 andere Variable, wie z. B. die Eingangs-DC-Spannung 139, beinhalten.
  • Bei 325 berechnet das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 die elektrische Grundperiode (Te) basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz (ωe) 138 des PMM und stellt eine Anstiegszeit (tr) 284 gleich zu entweder (1) der elektrischen Grundperiode (Te) oder (2) einer maximalen Anstiegszeit (tmax) ein, wenn die elektrische Grundperiode (Te) größer als die maximale Anstiegszeit (tmax) ist.
  • Bei 330 berechnet das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 basierend auf den final gewünschten Rotorflüssen (λdf, λ'qf) der PMM, den Anfangs-Rotorflüssen (λd0, λq0) der PMM und der momentanen Geschwindigkeit (ωe) der PMM die Offsets und Schleifen (d. h. den ersten Offset (a), den zweiten Anstieg (b), den zweiten Offset (c) und den zweiten Anstieg (d)), welche erforderlich sind, um die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 zu erzeugen. Diese Offsets und Anstiege werden berechnet, so dass sie Bahnverläufe für Spannungsbefehlssignale erzeugen werden, welche ”linear” die Spannungssignale von den Anfangswerten zu den Endwerten ansteigen lassen, während sie die Anstiegszeit (tr) 284 für einen Übergang von dem Anfangsbetriebszustand zu dem Endbetriebszustand treffen.
  • Mit Bezug wieder auf 3 kommuniziert das Anfangszustand- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 die Offsets und Anstiege (d. h. den ersten Offset (a), den ersten Anstieg (b), den zweiten Offset (c) und den zweiten Anstieg (d)) zusammen mit der Anstiegszeit (tr) 284 an das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290, und die Bearbeitung 300 fährt mit 335 fort.
  • Bei 335 startet das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 ein Zeitglied und setzt die Spannungs-Befehlssignale auf Anfangswerte (Vd0** + a, Vq0** + c), welche dem Anfangs-Betriebszustand entsprechen.
  • Bei 340 ändert das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 die Werte der Spannungsbefehlssignale, welche die Initialwerte (Vd0** + a, Vq0** + c) sind, während der ersten Iteration des Blockes 340 durch einen Inkrement-/Dekrement-Betrag auf gewünschte Werte, so dass sie dem Bahnverlauf der berechneten Anstiege (b, d) bei dem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes folgen, welches t0 während der ersten Iteration des Blockes 340 ist. Mit anderen Worten, das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 ändert die Werte der Spannungsbefehlssignale, so dass sie den berechneten Anstiegen (b, d) bei dem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes entsprechen (z. B. diese befriedigen/treffen), welches t0 ist, während der ersten Iteration des Blockes 340.
  • Bei 345 bestimmt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290, ob der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes geringer als die Anstiegszeit (tr) 284 ist.
  • Wenn das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 bestimmt, dass der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes geringer als die Anstiegszeit (tr) 284 ist, dann fährt die Bearbeitung 300 mit 350 fort, wo das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 das Zeitglied auf einen neuen gegenwärtigen Wert (d. h. den nächsten Wert in dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291) ändert (z. B. inkrementiert oder dekrementiert, abhängig von der Implementierung), und die Bearbeitung geht in der Schleife zurück zu 340, wo das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 noch einmal die Spannungsbefehle (welche die Werte besitzen, welche während der vorherigen Iteration berechnet wurden) um einen Inkrement-/Dekrement-Betrag auf neu gewünschte Werte ändert, so dass sie dem Bahnverlauf der berechneten Anstiege (b, d) bei dem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes folgen. Mit anderen Worten, das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 ändert die Werte der Spannungsbefehlssignale, so dass sie den berechneten Anstiegen (b, d) bei dem neuen gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes entsprechen (z. B. diese erfüllen/treffen).
  • Im Gegensatz dazu, wenn das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 bestimmt, das der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes größer als oder gleich zu der Anstiegszeit (tr) 284 ist, dann fährt die Bearbeitung 300 zu 355 fort, wo das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 auf finale Werte einstellt, welche dem finalen Betriebszustand entsprechen.
  • Die Bearbeitung, welche mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben ist, ist generisch darin, dass sie benutzt werden kann, um Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 während jedes Übergangs von irgendeinem Anfangsbetriebszustand zu irgendeinem unterschiedlichen Endbetriebszustand in einer optimalen Weise ohne eine Regelkreissteuerung zu erzeugen.
  • Um ein Beispiel eines speziellen Typs des Übergangs, nämlich eines Übergangs zu einem Dreiphasen-Kurzschluss-Betriebsmodus, bereitzustellen, wird nun ein Beispiel beschrieben.
  • Beispiel von Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignalen während eines Übergangs von einem beliebigen Anfangsbetriebszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss-Betriebsmodus
  • Während eines Dreiphasenkurzschlusses werden alle oberen (oder unteren) Schalter in dem Wechselrichtermodul gleichzeitig eingeschaltet. Dies resultiert in einem effektiven Dreiphasenkurzschluss, welcher an der Maschine angelegt ist. Für den Übergang zu dem Dreiphasen-Kurzschluss ist der gewünschte Endpunkt null Volt und null Fluss.
  • Jedoch wird, wie oben festgestellt, wenn von einem beliebigen Anfangszustand zu dem Dreiphasen-Kurzschluss abrupt übergegangen wird, ein großer transienter Strom eingeführt, welcher eine signifikante Belastung sowohl für den Motor als auch den Wechselrichter auslösen kann, und wenn der Strom ausreichend groß ist, kann er zu einer Demagnetisierung der Rotormagnete führen.
  • Wie nun beschrieben werden wird, können die veröffentlichten Ausführungsformen helfen, diesen abrupten Übergang durch das Steuern des Bahnverlaufes der Spannungsbefehlssignale über Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) zu verhindern.
  • Wenn der Übergang von einem beliebigen Anfangsbetriebszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss-Betriebsmodus ist, kann das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 den ersten Offset-Wert (a) über die Gleichung (7) wie folgt berechnen:
    Figure 00300001
    wobei tr die Anstiegszeit (tr) 284 ist und λd0 ein Anfangs-d-Achse-Fluss (λd0) ist.
  • Das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den ersten Anstieg (b) über Gleichung (8) wie folgt berechnen:
    Figure 00300002
    wobei ωe die elektrische Winkelfrequenz (ωe) 138 ist und λq0 ein Anfangs-q-Achse-Fluss (λq0) ist. Das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den zweiten Offset-Wert (c) über Gleichung (9) wie folgt berechnen:
    Figure 00300003
  • Das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul 280 kann den zweiten Anstieg (d) durch die Gleichung (10) wie folgt berechnen:
    Figure 00310001
  • Mit Bezug wieder auf 2A empfängt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 den ersten Satz der Werte 282, den zweiten Satz der Werte 284 und den Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291 als seine Eingangssignale und bearbeitet sie, um Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 zu erzeugen. Die Anzahl der Werte in dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 91 variiert abhängig von der Anstiegszeit (tr) 284 und kann durch Dividieren der Anstiegszeit (tr) 284 in eine Anzahl von diskreten (z. B. gleichmäßig beabstandeten) Zeitinkrementen erzeugt werden, welche mit t0 starten und mit t1 enden. In einer Ausführungsform ist die Anzahl der diskreten Zeitinkremente größer als zwei.
  • Beispielsweise erzeugt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290, basierend auf dem ersten Offset-Wert (a), dem ersten Anstieg (b), der Anstiegszeit (tr) und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291, das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292. Beispielsweise berechnet in einer Ausführungsform das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 das Rampenförmige-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 durch die Gleichung (11) wie folgt: Vd** = Vd0** + a + b(t – t0) (11), wobei der Wert t der gegenwärtige Wert eines Zeitglieds ist, welches zwischen der Anfangszeit (t0) und der Anstiegszeit (tr) variiert. Bei dem Start des Übergangs ist der Wert von t gleich zu t0.
  • In ähnlicher Weise, basierend auf dem zweiten Offset-Wert (c), dem zweiten Anstieg (d), der Anstiegszeit (tr) 284 und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte (t0...t1) 291, erzeugt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 das Rampenförmige-synchrone-Referenzrfahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294. Beispielsweise berechnet das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 in einer Ausführungsform das Rampenförmige-synchrone-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 durch die Gleichung (12) wie folgt: Vq** = Vq0** + c + d(t – t0) (12)
  • Demnach stellt das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul 290 für einen Übergang von einem beliebigen Anfangsbetriebszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss-Betriebsmodus die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale (Vd**, Vq**) 292, 294 auf null Volt, wie dies in 4A und 4B jeweils dargestellt wird. 4A ist ein Graph eines Rampenförmigen-(Synchroner-Referenzrahmen-)d-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vd**) 292, und 4 ist ein Graph eines Rampenförmigen-(Synchroner-Referenzrahmen-)q-Achse-Spannungsbefehlssignals (Vq**) 294, welche durch das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul 270 der 2A erzeugt sind.
  • Wie in 4A dargestellt ist, startet das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 bei einem Anfangswert (Vd0**) 410, welcher dem Anfangsbetriebszustand entspricht, und fällt dann um einen ersten Offset-Wert (a) 412 bei dem Zeitgliedwert (t0) 414. Das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 nimmt dann allmählich während der Anstiegszeit (tr) 284 entsprechend dem ersten Anstieg (b) zu, welcher durch 416 definiert ist, wenn die Zeitgliedwerte zunehmen, bis es den Zeitgliedwert (t1) 418 erreicht, bei welchem Punkt das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd**) 292 auf null Volt bei 420 zunimmt.
  • Wie in 4B dargestellt wird, startet das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 bei einem Anfangswert (Vq0**) 430, welcher dem Anfangsbetriebszustand entspricht, und fällt dann um einen zweiten Offset-Wert (c) 432 bei dem Zeitgliedwert (t0) 414. Das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 nimmt dann allmählich während der Anstiegszeit (tr) 284 entsprechend dem zweiten Anstieg (d) ab, welcher durch 434 definiert ist, wenn die Zeitgliedwerte zunehmen, bis es den Zeitgliedwert (t1) 418 erreicht, bei welchem Punkt das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq**) 294 auf null Volt 420 zunimmt.
  • 5 zeigt zwei Graphen 510, 520, welche die dynamischen Antworten einer Maschine darstellen, aufgrund eines abrupten Übergangs von einem Null-Strom-Anfangszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss und während eines Rampenförmigen-Übergangs von einem Null-Strom-Anfangszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss, jeweils. Die zwei Graphen 510, 520 stellen den q-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Strom Iq) gegenüber dem d-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Strom (Id) auf Synchroner-Rahmen-Koordinaten aus.
  • Im Einzelnen stellt Graph 510 den q-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Strom (Iq) als eine Funktion des d-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Strom (Id) dar, wenn ein Übergang von einem Null-Strom-Anfangszustand zu einem Dreiphasen-Kurzschluss angewendet wurde, was sofort bedeutet, dass die Standard-Spannungsbefehle 172, 174 direkt auf null übergehen. Der Graph 510 stellt dar, dass das Anwenden des Dreiphasen-Kurzschlusses in einer abrupten Weise zu sehr großen Strom-Überschwingungen und einer hoch oszillatorischen Antwort aufgrund der leicht gedämpften Systempole führt. Der Strom folgt einem sehr großen und oszillatorisch dynamischen Bahnverlauf, wobei er schließlich zu dem charakteristischen Strom konvergiert. Der finale stationäre Wert ist der charakteristische Strom (ungefähr 475 Ampere Spitze). Der negative Spitzen-D-Achse-Strom erreicht ungefähr 2 Mal den finalen stationären Wert. Die Ströme besitzen nicht nur die oszillatorische Antwort, sondern das Maschinendrehmoment besitzt diese ebenso. Das große Spitzen-Überschwingen des Stromes platziert große Belastungen an der Maschine und dem Wechselrichter. Für viele Arten von Motoren kann dieser große negative D-Achse-Strom die Rotormagnete demagnetisieren und die Maschine zerstören.
  • Im Gegensatz dazu stellt der Graph 520 den q-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Strom (Iq) als eine Funktion des d-Achse-Synchroner-Referenzrahmen-Stromes (Id) dar, wenn ein Dreiphasen-Kurzschluss angewendet wurde, indem die Rampenförmigen-Spannungsbefehle 292, 294 benutzt werden. Der Graph 520 stellt dar, dass das Benutzen der Rampenförmigen-Spannungsbefehle 292, 294 zu einem sehr gesteuerten Bahnverlauf des Phasenstromes von null zu dem finalen Betriebszustand (charakteristischer Strom) führt. Diese Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen minimiert die Oszillationen in dem Statorstrom und dem Motordrehmoment und reduziert das Spitzenüberschwingen des negativen D-Achse-Stromes.
  • 6A ist ein Satz von Graphen, welche Stationärer-Referenzrahmen-Statorströme (Ia, Ib, Ic) 622, 623, 624 als eine Funktion der Zeit darstellen. 6B ist ein Satz von Graphen, welcher Synchroner-Referenzrahmen-Ströme (Id, Iq) 632, 634 und die Stationärer-Rahmen-Stromvektoramplitude (Is) 635 als eine Funktion der Zeit darstellen. Die verschiedenen Stromwellenformen in 6A und 6B wurden erzeugt, indem ein Simulator benutzt wurde, wenn ein Dreiphasen-Kurzschluss angewendet wurde, was sofort bedeutet, dass die Standard-Spannungsbefehle 172, 174 direkt auf null übergehen. 6A und 6B stellen dar, dass, wenn ein abrupter Dreiphasen-Kurzschluss sofort an der Maschine angewendet wird, und die Standard-Spannungsbefehlssignale 172, 174 direkt auf null übergehen, der stationäre Spitzenphasenstrom (Is) 635 (oder d-Achse-Strom) nahezu 2x den charakteristischen Strom erreicht. Wie oben festgestellt, kann dies zu einer Demagnetisierung der Maschine führen.
  • 7A ist ein Satz von Graphen, welcher Stationärer-Referenzrahmen-Statorströme (Ia, Ib, Ic) 722, 723, 724 als eine Funktion der Zeit darstellt. 7B ist ein Satz von Graphen, welche Synchroner-Referenzrahmen-Ströme (Id, Iq) 732, 734 und die Stationärer-Rahmen-Stromvektoramplitude (Is) 735 als eine Funktion der Zeit darstellen. Die verschiedenen Stromwellenformen in 7A und 7B wurden erzeugt, indem ein Simulator benutzt wird, wenn ein Dreiphasen-Kurzschluss angewendet wurde, und Rampenförmige-Spannungsbefehle 292, 294 wurden erzeugt, indem ein Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul angewendet wird. 7A und 7B stellen dar, dass, wenn Rampenförmige-Spannungsbefehle 292, 294 angewendet werden, unter den gleichen Betriebszuständen wie 6A und 6B, es virtuell kein Überschwingen gibt und die Ströme im Vergleich dazu, wenn Standard-Spannungsbefehlssignale 172, 174 angewendet werden, sich sehr gut verhalten.
  • Demnach zeigen die Simulationsergebnisse, welche in 5 bis 7B dargestellt werden, dass, wenn Rampenförmige-Spannungsbefehle 292, 294 in dieser Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen angewendet werden, der Spitzenübergangsstrom, welcher beobachtet wird, wenn zu dem Dreiphasen-Kurzschlussbetrieb übergegangen wird, signifikant reduziert werden kann. Außerdem kann diese Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen ein schnelles und kontrolliertes Übergehen von einem Anfangsbetriebszustand zu dem Dreiphasen-Kurzschluss bereitstellen, durch das Eliminieren des großen Überschwingens im Strom, welches sich bei den vorhandenen Techniken ereignet.
  • Fachleute werden ferner würdigen, dass die verschiedenen dargestellten logischen Blöcke, Module, Schaltungen und Algorithmenschritte, welche hier in Verbindung mit den veröffentlichen Ausführungsformen beschrieben werden, als elektronische Hardware, Computersoftware oder eine Kombination von beiden implementiert werden können. Einige der Ausführungsformen und Implementierungen werden oben in Termen der funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten (oder Module) und veschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben. Es sollte jedoch gewürdigt werden, dass derartige Blockkomponenten (oder Module) durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden kann, welche so konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen durchzuführen.
  • Um diese Auswechselbarkeit der Hardware und Software klar darzustellen, wurden verschiedene erläuternde Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte oben im Allgemeinen in Termen ihrer Funktionalität beschrieben. Ob eine derartige Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der speziellen Anwendung und den Gestaltungsgrenzen ab, welche im Gesamtsystem vorliegen. Fachleute können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weise für jede spezielle Anwendung implementieren, jedoch sollten derartige Implementier-Entscheidungen nicht interpretiert werden, um eine Abweichung vom Umfang der vorliegenden Erfindung auszulösen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform oder ein System oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten anwenden, z. B. Speicherelemente, Digital-signal-Verarbeitungselemente, logische Elemente, Look-Up-Tabellen oder Ähnliches, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuereinrichtungen ausführen können. Zusätzlich werden Fachleute würdigen, dass hier beschriebene Ausführungsformen nur beispielhafte Implementierungen sind.
  • Die verschiedenen erläuternden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, welche in Verbindung mit den hier veröffentlichten Ausführungsformen beschrieben sind, können hier implementiert oder mit einem Prozessor für allgemeine Zwecke, einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate Array (FPGA) oder einer anderen programmierbaren logischen Einrichtung, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardware-Komponenten oder irgendeiner Kombination davon durchgeführt werden, welche gestaltet ist, um die Funktionen, welche hier beschrieben sind, durchzuführen. Ein Prozessor für einen allgemeinen Zweck kann ein Mikroprozessor sein, aber als Alternative kann der Prozessor irgendein herkömmlicher Prozessor, ein Steuerglied, ein Mikrosteuerglied oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechnereinheiten implementiert werden, z. B. eine Kombination von einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, einer oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder irgendeine andere derartige Konfiguration.
  • Die Schrittes eines Verfahrens oder eines Algorithmus, welche in Verbindung mit den hier veröffentlichten Ausführungsformen beschrieben sind, können direkt in Hardware, in einem Software-Modul, welcher durch einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination von den beiden eingebettet sein. Ein Software-Modul kann in einem RAM-Speicher, einem Flash-Speicher, einem ROM-Speicher, einem EPROM-Speicher, einem EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer entfernbaren Platte, einer CD-ROM oder in irgendeiner anderen Form von Speichermedium, welches in der Fachwelt bekannt ist, angesiedelt sein. Ein beispielhaftes Speichermedium ist an den Prozessor gekoppelt, so dass der Prozessor die Information von dem Speichermedium lesen kann und die Information auf dieses schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium integral mit dem Prozessor sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einem ASIC angesiedelt sein. Der ASIC kann in einem Benutzerterminal angesiedelt sein. Alternativ können der Prozessor und das Speichermedium als diskrete Komponenten in einem Benutzerterminal angesiedelt sein.
  • In diesem Dokument können Vergleichsterme, wie z. B. erster und zweiter und Ähnliches, nur benutzt werden, um eine Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne dabei notwendigerweise irgendeine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen zu erfordern oder zu beinhalten. Numerische Ordnungszahlen, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc., bezeichnen einfach unterschiedliche Einzelelemente einer Vielfalt und beinhalten keinerlei Reihenfolge oder Folge, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache der Ansprüche definiert. Die Reihenfolge oder der Text in irgendeinem der Ansprüche beinhaltet nicht, dass Prozessschritte in einer zeitlichen oder logischen Reihenfolge entsprechend einer derartigen Folge durchgeführt werden müssen, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache des Anspruchs definiert. Die Prozessschritte können in irgendeiner Reihenfolge untereinander ausgetauscht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, solange wie ein derartiges Austauschen nicht im Gegensatz zu der Sprache des Anspruchs steht und nicht logischerweise keinen Sinn ergibt.
  • Außerdem beinhalten Wörter, abhängig vom Kontext, wie z. B. ”verbinden” oder ”gekoppelt an”, welche für das Beschreiben einer Beziehung zwischen unterschiedlichen Elementen benutzt werden, nicht, dass eine direkte physikalische Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt werden muss. Beispielsweise können zwei Elemente miteinander physikalisch, elektronisch, logisch oder in irgendeiner anderen Weise durch eines oder mehrere zusätzliche Elemente verbunden sein.
  • Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen, nur Beispiele sind und sie sollen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise eingrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt ist, abzuweichen.
  • WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
    • 1. Steuersystem für das Erzeugen von Spannungsbefehlssignalen, um eine Permanentmagnet-Maschine während eines Übergangs von einem Anfangsbetriebszustand zu einem Endbetriebszustand zu steuern, wobei das Steuersystem aufweist: einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen auszuführen; und einen Speicher, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen, welche durch den Prozessor zugreifbar sind, zu speichern, wobei die Software-Instruktionen aufweisen: ein Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches konfiguriert ist, Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale basierend auf einer elektrischen Winkelfrequenz der Permanentmagnet-Maschine und Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignale zu erzeugen, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale sich jeweils linear entsprechend einem Anstieg während einer Übergangsperiode ändern, welche auf eine Anstiegszeit eingestellt ist.
    • 2. System nach Ausführungsform 1, wobei die Anstiegszeit entweder gleich ist zu: (1) einer fundamentalen elektrischen Periode bzw. elektrischen Grundperiode, welches die Umkehrung der elektrischen Winkelfrequenz ist, oder (2) einer maximalen Anstiegszeit, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist.
    • 3. System nach Ausführungsform 1, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale, welche durch das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul erzeugt sind, aufweisen: ein Rampenförmiges-d-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem ersten Offset-Wert (a), einem ersten Anstieg (b), der Anstiegszeit und einem Satz von diskreten Zeitgliedwerten erzeugt ist, wobei das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal anfangs sich durch den ersten Offset-Wert (a) ändert, und wobei der erste Anstieg (b) einen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von einem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert; und ein Rampenförmiges-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem zweiten Offset-Wert (c), einem zweiten Anstieg (d), der Anstiegszeit und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte erzeugt ist, wobei das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal sich anfangs durch den zweiten Offset-Wert (c) ändert, und wobei der zweite Anstieg (d) einen anderen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert.
    • 4. System nach Ausführungsform 3, wobei die Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignale ein d-Achse-Stromsignal und ein q-Achse-Stromsignal beinhalten, und wobei das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul aufweist: ein Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches aufweist: ein Anfangszustands- und Übergangsparmeter-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, das d-Achse-Stromsignal und das q-Achse-Stromsignal zu erzeugen: den ersten Offset-Wert (a), den ersten Anstieg (b), den zweiten Offset-Wert (c), den zweiten Anstieg (d) und die Anstiegszeit.
    • 5. System nach Ausführungsform 4, wobei das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul ferner aufweist: ein Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches konfiguriert ist, ein Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und ein Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, basierend auf einem Drehmoment-Befehlssignal, der elektrischen Winkelfrequenz, der DC-Eingangsspannung, dem d-Achse-Stromsignal und dem q-Achse-Stromsignal, zu erzeugen.
    • 6. System nach Ausführungsform 5, welches ferner aufweist: ein Steuerglied, welches konfiguriert ist, eine Kennung zu erzeugen, welche entweder ist: gesperrt, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert ist, im Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodul zu arbeiten, oder freigegeben ist, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert ist, um im Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten; und wobei die Software-Instruktionen ferner aufweisen: ein Auswahlmodul, welches konfiguriert ist, zwischen den Ausgangssignalen, welche durch das Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul und das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul erzeugt sind, wobei das Auswahlmodul entweder ausgibt: das Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und das Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, wenn die Kennung gesperrt ist; oder das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, wenn die Kennung freigegeben ist.
    • 7. System nach Ausführungsform 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Übergang von dem Anfangsbetriebszustand zu dem Endbetriebszustand anzeigt, dass der Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu sperren oder freizugeben ist.
    • 8. System nach Ausführungsform 6, wobei das Steuerglied bestimmt, dass die Kennung freizugeben ist, wobei der Anfangszustand und das Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: die Anfangsbetriebszustände der Permanentmagnet-Maschine zu bestimmen, welche die Anfangs-Rotorflüsse und die elektrische Winkelfrequenz aufweisen; die elektrische Grundperiode zu berechnen, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, und die Anstiegszeit gleich zu entweder (1) der elektrischen Grundperiode oder (2) der maximalen Anstiegszeit einzustellen, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist; und basierend auf den End-Rotorflüssen der Permanentmagnet-Maschine die Anfangs-Rotorflüsse und die elektrische Winkelfrequenz, den ersten Offset-Wert (a), den ersten Anstieg (b), den zweiten Offset-Wert (c) und den zweiten Anstieg (d) zu berechnen.
    • 9. System nach Ausführungsform 8, wobei das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, dem d-Achse-Stromsignal und dem q-Achse-Stromsignal die Anfangsbetriebszustände zu bestimmen, welche aufweisen: einen Anfangswert für den d-Achse-Fluss, einen Anfangswert für den q-Achse-Fluss, einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal und einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal; die Anstiegszeit basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz zu bestimmen; einen Endwert für einen d-Achse-Fluss und einen Endwert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal basierend auf einem Endwert eines d-Achse-Stromsignals zu erzeugen; und einen Endwert für einen q-Achse-Fluss und einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals basierend auf einem Endwert eines q-Achse-Stromsignals zu erzeugen.
    • 10. System nach Ausführungsform 9, wobei das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: den ersten Offset-Wert (a) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem End-d-Achse-Fluss und dem Anfangs-d-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit zu erzeugen; den ersten Anstieg (b) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Dividieren durch die Anstiegszeit zu erzeugen; den zweiten Offset-Wert (c) durch Berechnen einer Differenz zwischen einem End-q-Achse-Fluss und einem Anfangs-q-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit zu erzeugen; und den zweiten Anstieg (d) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und Dividieren durch die Anstiegszeit zu erzeugen.
    • 11. System nach Ausführungsform 10, wobei das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul ferner konfiguriert ist, um die Bearbeitungsereignisse (1) bis (5) wie folgt durchzuführen: (1) beim Empfangen einer Anzeige für das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul, starte ein Zeitglied bei einem ersten Wert in einem Satz von diskreten Zeitgliedwerten, stelle das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal auf einen ersten Wert ein, welcher dem Anfangs-Betriebszu-stand entspricht, und stelle das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal auf einen zweiten Wert ein, welcher dem Anfangsbetriebszustand entspricht; (2) ändere den ersten Wert durch ein Inkrement auf einen ersten aktualisierten Wert, entsprechend zu dem ersten Anstieg (b) bei einem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes, und ändere den zweiten Wert durch ein Inkrement auf einen zweiten aktualisierten Wert, entsprechend zu dem zweiten Anstieg (d) bei dem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes, wobei der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes ein erster Wert in dem Satz von diskreten Zeitgliedwerten während der ersten Iteration des Bearbeitungsereignisses (2) ist; (3) bestimme, ob der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes geringer als die Anstiegszeit ist; (4) wenn der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes bestimmt ist, dass er größer oder gleich zu der Anstiegszeit ist, stelle das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal auf einen ersten Endwert, welcher einem Endbetriebszustand entspricht, ein und stelle das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal auf einen zweiten Endwert ein, welcher dem Endbetriebszustand entspricht; und (5) wenn der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes bestimmt ist, dass er geringer als die Anstiegszeit ist, ändere das Zeitglied auf einen neuen gegenwärtigen Wert und wiederhole die Bearbeitungsereignisse (2) und (3), wobei der neue gegenwärtige Wert der nächste Wert in dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte ist.
    • 12. Von einem Prozessor lesbares Speichermedium, welches einen von einem Prozessor lesbaren Code besitzt, welcher darin eingebettet ist, um wenigstens einen Prozessor zu programmieren, um ein Verfahren des Erzeugens von Spannungsbefehlssignalen für das Steuern einer Permanentmagnet-Maschine während eines Übergangs von einem Anfangsbetriebszustand zu einem Endbetriebszustand durchzuführen, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen von Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignalen, basierend auf einer elektrischen Winkelfrequenz der Permanentmagnet-Maschine, und von Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignalen, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale sich jeweils linear entsprechend zu einem Anstieg während einer Übergangsperiode ändern, welche auf eine Anstiegszeit eingestellt ist.
    • 13. Verfahren nach Ausführungsform 12, wobei die Anstiegszeit entweder gleich ist zu: (1) einer elektrischen Grundperiode, welche das Inverse der elektrischen Winkelfrequenz ist, oder (2) einer maximalen Anstiegszeit, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist.
    • 14. Verfahren nach Ausführungsform 12, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale aufweisen: ein Rampenförmiges-d-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem ersten Offset-Wert (a), einem ersten Anstieg (b), der Anstiegszeit und einem Satz von diskreten Zeitgliedwerten erzeugt ist, wobei sich das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal anfangs durch den ersten Offset-Wert (a) ändert, und wobei der erste Anstieg (b) einen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von einem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert; und ein Rampenförmiges-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem zweiten Offset-Wert (c), einem zweiten Anstieg (d), der Anstiegszeit und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte erzeugt ist, wobei das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal sich anfangs durch den zweiten Offset-Wert (c) ändert, und wobei der zweite Anstieg (d) einen anderen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert.
    • 15. Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei die Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignale ein d-Achse-Stromsignal und ein q-Achse-Stromsignal aufweisen, und wobei das Erzeugen aufweist: Erzeugen, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, des d-Achse-Stromsignals und des q-Achse-Stromsignals: des ersten Offset-Wertes (a), des ersten Anstieges (b), des zweiten Offset-Wertes (c), des zweiten Anstiegs (d) und der Anstiegszeit.
    • 16. Verfahren nach Ausführungsform 15, welches ferner aufweist: Erzeugen eines Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignals und eines Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignals, basierend auf einem Drehmoment-Befehlssignal, der elektrischen Winkelfrequenz, der DC-Eingangsspannung, des d-Achse-Stromsignals und des q-Achse-Stromsignals; Erzeugen einer Kennung, welche entweder ist: gesperrt, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodulkonfiguriert ist, um im Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten, oder freigegeben ist, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert ist, um im Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten; und Auswählen und Ausgeben entweder: des Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignals und des Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignals, wenn die Kennung gesperrt ist; oder des Rampenförmigen-d-Achse-Spannungsbefehlssignals und des Rampenförmigen-q-Achse-Spannungsbefehlssignals, wenn die Kennung freigegeben ist.
    • 17. Verfahren nach Ausführungsform 16, welches ferner aufweist: Bestimmen, ob ein Übergang von dem Anfangsbetriebszustand zu dem Endbetriebszustand anzeigt, dass der Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu sperren oder freizugeben ist; wenn bestimmt ist, dass die Kennung freizugeben ist: Bestimmen von Anfangsbetriebszuständen der Permanentmanget-Maschine, welche Anfangs-Rotorflüsse und die elektrische Winkelfrequenz aufweisen; Berechnen der elektrischen Grundperiode, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, und Einstellen der Anstiegszeit gleich zu entweder (1) der elektrischen Grundperiode oder (2) der maximalen Anstiegszeit, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist; und Berechnen, basierend auf den End-Rotorflüssen der Permanentmagnet-Maschine, der Anfangs-Rotorflüsse und der elektrischen Winkelfrequenz, des ersten Offset-Wertes (a), des ersten Anstiegs (b), des zweiten Offset-Wertes (c) und des zweiten Anstiegs (d).
    • 18. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: zu bestimmen, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, das d-Achse-Stromsignal und das q-Achse-Stromsignal, die Anfangsbetriebszustände, welche aufweisen: einen Anfangswert für den d-Achse-Fluss, einen Anfangswert für den q-Achse-Fluss, einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal und einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal; die Anstiegszeit, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz zu bestimmen; einen Endwert für einen d-Achse-Fluss und einen Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals basierend auf einem Endwert des d-Achse-Stromsignals zu erzeugen; und einen Endwert für einen q-Achse-Fluss und einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals basierend auf einem Endwert des q-Achse-Stromsignals zu erzeugen; eine Differenz zwischen dem End-d-Achse-Fluss und dem Anfangs-d-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit des ersten Offset-Wertes (a) zu berechnen; eine Differenz zwischen dem Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und Dividieren durch die Anstiegszeit zu berechnen, um den ersten Anstieg (b) zu erzeugen, (um den ersten Anstieg (b) zu berechnen); eine Differenz zwischen einem End-q-Achse-Fluss und einem Anfangs-q-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit zu berechnen, um den zweiten Offset-Wert (c) zu erzeugen; und eine Differenz zwischen dem Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und Dividieren durch die Anstiegszeit zu berechnen, um den zweiten Anstieg (d) zu erzeugen.
    • 19. Verfahren nach Ausführungsform 18, welches ferner die folgenden Schritte aufweist: (1) beim Empfangen einer Anzeige für das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul, Starten eines Zeitgliedes bei einem ersten Wert in einem Satz von diskreten Zeitgliedwerten, Einstellen des Rampenförmigen-d-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen ersten Wert, welcher dem Anfangsbetriebszustand entspricht, und Einstellen des Rampenförmigen-Q-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen zweiten Wert, welcher dem Anfangsbetriebszustand entspricht; (2) Ändern des ersten Wertes durch ein Inkrement auf einen ersten aktualisierten Wert entsprechend zu dem ersten Anstieg (b) bei einem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes, und Ändern des zweiten Wertes durch ein Inkrement auf einen zweiten aktualisierten Wert, entsprechend zu dem zweiten Anstieg (d) bei dem gegenwärtigen Wert des Zeitgliedes, wobei der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes ein erster Wert in dem Satz von diskreten Zeitgliedwerten ist, während der ersten Iteration des Schrittes (2); (3) Bestimmen, ob der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes geringer als die Anstiegszeit ist; (4) wenn der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes bestimmt ist, dass er größer oder gleich zu der Anstiegszeit ist, Einstellen des Rampenförmigen-d-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen ersten Endwert, welcher einem Endbetriebszustand entspricht, und Einstellen des Rampenförmigen-q-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen zweiten Endwert, welcher dem Endbetriebszustand entspricht; und (5) wenn der gegenwärtige Wert des Zeitgliedes bestimmt ist, dass er geringer als die Anstiegszeit ist, Ändern des Zeitgliedes auf einen neuen gegenwärtigen Wert, und Wiederholen der Schritte (2) und (3), wobei der neue gegenwärtige Wert der nächste Wert in dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte ist.

Claims (10)

  1. Steuersystem für das Erzeugen von Spannungsbefehlssignalen, um eine Permanentmagnet-Maschine während eines Übergangs von einem Anfangsbetriebszustand zu einem Endbetriebszustand zu steuern, wobei das Steuersystem aufweist: einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen auszuführen; und einen Speicher, welcher konfiguriert ist, Software-Instruktionen, welche durch den Prozessor zugreifbar sind, zu speichern, wobei die Software-Instruktionen aufweisen: ein Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches konfiguriert ist, Rampenförmige-Spannungsbefehlssignale basierend auf einer elektrischen Winkelfrequenz der Permanentmagnet-Maschine und Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignale zu erzeugen, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale sich jeweils linear entsprechend einem Anstieg während einer Übergangsperiode ändern, welche auf eine Anstiegszeit eingestellt ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Anstiegszeit entweder gleich ist zu: (1) einer fundamentalen elektrischen Periode bzw. elektrischen Grundperiode, welches die Umkehrung der elektrischen Winkelfrequenz ist, oder (2) einer maximalen Anstiegszeit, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist.
  3. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rampenförmigen-Spannungsbefehlssignale, welche durch das Spannungsbefehl-Bahnverlauf-Berechnungsmodul erzeugt sind, aufweisen: ein Rampenförmiges-d-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem ersten Offset-Wert (a), einem ersten Anstieg (b), der Anstiegszeit und einem Satz von diskreten Zeitgliedwerten erzeugt ist, wobei das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal anfangs sich durch den ersten Offset-Wert (a) ändert, und wobei der erste Anstieg (b) einen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von einem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert; und ein Rampenförmiges-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, welches basierend auf einem zweiten Offset-Wert (c), einem zweiten Anstieg (d), der Anstiegszeit und dem Satz der diskreten Zeitgliedwerte erzeugt ist, wobei das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal sich anfangs durch den zweiten Offset-Wert (c) ändert, und wobei der zweite Anstieg (d) einen anderen Bahnverlauf definiert, über welchen sich das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal linear von dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals auf einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals über die Anstiegszeit ändert.
  4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Synchroner-Referenzrahmen-Stromsignale ein d-Achse-Stromsignal und ein q-Achse-Stromsignal beinhalten, und wobei das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul aufweist: ein Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches aufweist: ein Anfangszustands- und Übergangsparmeter-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, das d-Achse-Stromsignal und das q-Achse-Stromsignal zu erzeugen: den ersten Offset-Wert (a), den ersten Anstieg (b), den zweiten Offset-Wert (c), den zweiten Anstieg (d) und die Anstiegszeit.
  5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul ferner aufweist: ein Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul, welches konfiguriert ist, ein Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und ein Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, basierend auf einem Drehmoment-Befehlssignal, der elektrischen Winkelfrequenz, der DC-Eingangsspannung, dem d-Achse-Stromsignal und dem q-Achse-Stromsignal, zu erzeugen.
  6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ferner aufweist: ein Steuerglied, welches konfiguriert ist, eine Kennung zu erzeugen, welche entweder ist: gesperrt, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert ist, im Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodul zu arbeiten, oder freigegeben ist, wenn das Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul konfiguriert ist, um im Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu arbeiten; und wobei die Software-Instruktionen ferner aufweisen: ein Auswahlmodul, welches konfiguriert ist, zwischen den Ausgangssignalen, welche durch das Standard-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul und das Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsgliedmodul erzeugt sind, wobei das Auswahlmodul entweder ausgibt: das Standard-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und das Standard-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, wenn die Kennung gesperrt ist; oder das Rampenförmige-d-Achse-Spannungsbefehlssignal und das Rampenförmige-q-Achse-Spannungsbefehlssignal, wenn die Kennung freigegeben ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Übergang von dem Anfangsbetriebszustand zu dem Endbetriebszustand anzeigt, dass der Rampenförmiger-Spannungsbefehl-Erzeugungsmodus zu sperren oder freizugeben ist.
  8. System nach Anspruch 6, wobei das Steuerglied bestimmt, dass die Kennung freizugeben ist, wobei der Anfangszustand und das Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: die Anfangsbetriebszustände der Permanentmagnet-Maschine zu bestimmen, welche die Anfangs-Rotorflüsse und die elektrische Winkelfrequenz aufweisen; die elektrische Grundperiode zu berechnen, basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, und die Anstiegszeit gleich zu entweder (1) der elektrischen Grundperiode oder (2) der maximalen Anstiegszeit einzustellen, wenn die elektrische Grundperiode größer als die maximale Anstiegszeit ist; und basierend auf den End-Rotorflüssen der Permanentmagnet-Maschine die Anfangs-Rotorflüsse und die elektrische Winkelfrequenz, den ersten Offset-Wert (a), den ersten Anstieg (b), den zweiten Offset-Wert (c) und den zweiten Anstieg (d) zu berechnen.
  9. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz, dem d-Achse-Stromsignal und dem q-Achse-Stromsignal die Anfangsbetriebszustände zu bestimmen, welche aufweisen: einen Anfangswert für den d-Achse-Fluss, einen Anfangswert für den q-Achse-Fluss, einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal und einen Anfangswert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal; die Anstiegszeit basierend auf der elektrischen Winkelfrequenz zu bestimmen; einen Endwert für einen d-Achse-Fluss und einen Endwert für das d-Achse-Spannungsbefehlssignal basierend auf einem Endwert eines d-Achse-Stromsignals zu erzeugen; und einen Endwert für einen q-Achse-Fluss und einen Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals basierend auf einem Endwert eines q-Achse-Stromsignals zu erzeugen.
  10. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Anfangszustands- und Übergangsparameter-Berechnungsmodul konfiguriert ist, um: den ersten Offset-Wert (a) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem End-d-Achse-Fluss und dem Anfangs-d-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit zu erzeugen; den ersten Anstieg (b) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem Endwert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des d-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Dividieren durch die Anstiegszeit zu erzeugen; den zweiten Offset-Wert (c) durch Berechnen einer Differenz zwischen einem End-q-Achse-Fluss und einem Anfangs-q-Achse-Fluss dividiert durch die Anstiegszeit zu erzeugen; und den zweiten Anstieg (d) durch Berechnen einer Differenz zwischen dem Endwert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und dem Anfangswert des q-Achse-Spannungsbefehlssignals und Dividieren durch die Anstiegszeit zu erzeugen.
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