DE102013212103A1 - Verfahren, systeme und geräte für das einstellen von strom- und/oder drehmomentbefehlen, welche benutzt werden, um den betrieb einer asynchronmaschine zu steuern - Google Patents

Verfahren, systeme und geräte für das einstellen von strom- und/oder drehmomentbefehlen, welche benutzt werden, um den betrieb einer asynchronmaschine zu steuern Download PDF

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    • H02P2207/01—Asynchronous machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um Strom- und/oder Drehmomentbefehle einzustellen, welche benutzt werden, um den Betrieb einer Asynchronmaschine basierend auf dem Rotorfluss der Asynchronmaschine zu steuern.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Der technische Bereich bezieht sich im Allgemeinen auf Techniken, um den Betrieb von mehrphasigen Systemen zu steuern, und spezieller ausgedrückt auf Verfahren, Systeme und Geräte, um Strom- und/oder Drehmomentbefehle einzustellen, welche benutzt werden, um den Betrieb einer Asynchronmaschine zu steuern.
  • HINTERGRUND
  • Elektrische Maschinen werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen benutzt. Beispielsweise beinhalten Hybride/Elektrische Fahrzeuge (HEVs) typischerweise ein elektrisches Antriebssystem, welches eine elektrische Wechselstrom-(AC-)Maschine beinhaltet, welche durch einen Leistungswandler mit einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle getrieben wird, wie z. B. einer Speicherbatterie bzw. einem Akku. Maschinenwicklungen der elektrischen AC-Maschine können an Wechselrichter-Untermodule eines Wechselrichter-Moduls gekoppelt sein. 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 die elektrische AC-Maschine, welche umgekehrt eine Welle des HEV-Antriebsstrangs treibt.
  • In vielen Systemen werden die Wechselrichter-Module durch Schalten von Vektorsignalen getrieben, welche basierend auf Spannungsbefehlssignalen erzeugt sind. Die Spannungsbefehlssignale werden basierend auf Strombefehlssignalen erzeugt, welche von einem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul bereitgestellt werden. In derartigen Systeme empfängt das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul ein Drehmoment-Befehlssignal (Te*), eine Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) der Maschine und eine DC-Eingangsspannung (VDC) als Eingangssignale und setzt diese Eingangssignale in Strombefehle um, welche idealerweise die Maschine veranlassen, das befohlene Drehmoment (Te*) bei einer gegebenen Maschinengeschwindigkeit (ωr) zu erzeugen.
  • Bei der Steuerung des Drehmoments einer Asynchronmaschine (z. B. Induktionsmaschine) kann es schwer sein, einen hohen Maschinenwirkungsgrad und ein schnelles Ansprechen des Drehmoments zu erreichen. Dies ist zum Teil aufgrund der anhaftenden nacheilenden Charakteristik des Rotorflusses in Bezug auf den Statorstrom bedingt.
  • Um den Maschinenwirkungsgrad zu verbessern, ist es eine herkömmliche Vorgehensweise, die Strombefehl-Schlupfraten auf verhältnismäßig niedrigere Werte einzustellen, als sie im Vergleich zu Strombefehl-Schlupfraten benutzt werden würden, welche benutzt werden, um Synchronmaschinen (z. B. Permanentmagnet-Maschinen) zu steuern. Jedoch kann das Einstellen von Schlupfraten auf niedrigere Werte ein schnelles Ansprechen des Drehmoments verhindern, was bei vielen Induktionsmaschinen wünschenswert ist. Ein Weg, um ein schnelles Ansprechen des Drehmoments zu erreichen, ist es, den Rotorfluss bei einem konstanten Wert oberhalb eines bestimmten Pegels zu halten. Jedoch kann diese Vorgehensweise den Maschinen- und/oder Wechselrichterwirkungsgrad reduzieren, da es notwendig ist, einen bestimmten Pegel des Stromes durch die Maschine/den Wechselrichter zu halten.
  • Es wäre wünschenswert, verbesserte Verfahren, Systeme und Geräte bereitzustellen, um Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle zu erzeugen, welche benutzt werden, um eine Asynchronmaschine, wie z. B. eine Induktionsmaschine, zu steuern. Es wäre auch wünschenswert, wenn derartige Verfahren, Systeme und Geräte ein schnelles Ansprechen des Drehmoments bereitstellen, während akzeptable Pegel des Wirkungsgrades erreicht werden. Andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der veröffentlichten Ausführungsform werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um den Betrieb einer Asynchronmaschine zu steuern. Entsprechend zu einer der offenbarten Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, welches bei einem Steuerglied durchgeführt wird, um eine Asynchronmaschine zu steuern. Das Steuerglied kann eine ”Überwachte”-Rotorfluss-Rückkopplung der Asynchronmaschine bestimmen, und basierend auf der Rotorfluss-Rückkopplung kann es ein oder mehrere Steuersignale erzeugen, welche eine oder mehrere Schlupfraten steuern, welche benutzt werden, um die finalen Strombefehle zu erzeugen. Abhängig von der Implementierung kann die Rotorfluss-Rückkopplung gemessen oder geschätzt werden (z. B. gemessen, indem ein Flusssensor benutzt wird, oder geschätzt, indem ein Fluss-Schätzgliedmodul benutzt wird), und bei einigen Implementierungen kann dies z. B. ein d-Achse-Rotorfluss oder eine Größe der Rotorfluss-Rückkopplung sein.
  • In einer Ausführungsform können die Steuersignale ein erstes Steuersignal und/oder ein zweites Steuersignal beinhalten, und die eine oder mehrere Schlupfraten weisen eine Drehmoment-Schlupfrate und/oder eine Strom-Schlupfrate auf. In einer Ausführungsform stellt das erste Steuersignal dynamisch die Drehmoment-Schlupfrate ein, und das zweite Steuersignal stellt dynamisch die Strom-Schlupfrate ein, unabhängig von der Drehmoment-Schlupfrate, so dass die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten unterschiedliche Werte besitzen. In einer Ausführungsform kann das erste Steuersignal durch anfängliches Einstellen der Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsamen Drehmoment-Schlupfratenwert über das erste Steuersignal erzeugt werden. Ein Wert eines Rotorflussverhältnisses kann dann berechnet werden, und es kann bestimmt werden, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein hoher Schwellwert ist. In einer Ausführungsform ist das Rotorflussverhältnis ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu einem Rotorflussbefehl. In einer Ausführungsform wird der Rotorflussbefehl aus einer Look-up- bzw. Verweistabelle bestimmt, welche die Drehmoment-Befehlswerte auf entsprechende Rotorfluss-Befehlswerte abbildet bzw. umsetzt. Wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt wird, dass er größer oder gleich zu dem hohen Schwellwert ist, kann die Drehmoment-Schlupfrate auf eine schnellere Drehmoment-Schlupfrate über das erste Steuersignal eingestellt werden. Im Gegensatz dazu, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt wird, dass er niedriger als der hohe Schwellwert ist, kann bestimmt werden, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein niedriger Schwellwert ist, und wenn dem so ist, kann die Drehmoment-Schlupf rate auf den langsamen Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal eingestellt werden.
  • In ähnlicher Weise kann in einer anderen Ausführungsform das zweite Steuersignal durch anfängliches Stellen der Strom-Schlupfrate auf einen langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal erzeugt werden, und ein Wert des Rotorflussverhältnisses kann berechnet werden. Es kann dann bestimmt werden, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein anderer hoher Schwellwert ist, welcher unterschiedlich zu dem hohen Schwellwert sein kann, welcher benutzt wird, um das erste Steuersignal zu erzeugen. Wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt wird, dass er größer oder gleich zu dem anderen hohen Schwellwert ist, kann die Strom-Schlupfrate auf einen schnelleren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal gestellt werden. Wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt wird, dass er geringer als der andere hohe Schwellwert ist, kann bestimmt werden, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein anderer niedriger Schwellwert ist, welcher unterschiedlich gegenüber dem niedrigen Schwellwert sein kann, welcher benutzt wird, um das erste Steuersignal zu erzeugen. Wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt wird, dass er geringer als der andere niedrige Schwellwert ist, kann die Strom-Schlupfrate auf den langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal gestellt werden.
  • In einer Ausführungsform wird ein begrenzter Drehmomentbefehl bereitgestellt, welcher benutzt wird, um ein begrenztes Drehmomentbefehl-Ausgangssignal basierend auf dem ersten Steuersignal zu erzeugen, so dass die Schlupfrate des begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignals basierend auf dem ersten Steuersignal eingestellt wird. Basierend auf dem begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignal können eine DC-Eingangsspannung und eine Winkeldrehgeschwindigkeit, anfängliche Strombefehle erzeugt werden, welche dann weiter bearbeitet werden können, um begrenzte Strombefehle zu erzeugen (z. B. die begrenzten Strombefehle sind gleich zu den Anfangsstrombefehlen, es sei denn, die Anfangsstrombefehle überschreiten die Maximalwerte, welche gestattet sind, in welchem Fall die begrenzten Strombefehle auf Maximalwerte begrenzt sein können). Die finalen Strombefehle können dann basierend auf dem zweiten Steuersignal und den begrenzten Strombefehlen erzeugt werden, so dass die Schlupfrate der finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal eingestellt wird.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Motorantriebssystems entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen ist;
  • 2A ein Blockdiagramm eines Drehmoment-zu-Strom-Abbildungs- bzw. Umsetzungsmoduls entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen ist;
  • 2B ein Blockdiagramm eines maximales-Drehmoment-Berechnungsmoduls entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung von einigen der offenbarten Ausführungsformen ist;
  • 2C ein Blockdiagramm eines Maximaler-Strom-Berechnungsmoduls entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung von einigen der offenbaren Ausführungsformen ist;
  • 3 ein Ablaufdiagramm ist, welches ein Verfahren entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung zu einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
  • 4 ein Graph ist, welcher die Schlupfrate als eine Funktion des Rotorflussverhältnisses entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
  • 5 ein Graph ist, welcher einen Drehmomentbefehl als eine Funktion der Zeit entsprechend zu einer Simulation einer beispielhaften Implementierung von einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
  • 6 ein Graph ist, welcher einen Rotorfluss einer Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit entsprechend zu einer Simulation einer beispielhaften Implementierung von einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
  • 7 ein Graph ist, welcher ein Drehmoment-Ausgangssignal durch eine Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit entsprechend einem herkömmlichen System darstellt;
  • 8 ein Graph ist, welcher ein Drehmoment-Ausgangssignal durch eine Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit entsprechend einer Simulation einer beispielhaften Implementierung von einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie es hier benutzt wird, bedeutet das Wort „beispielhaft” „als ein Beispiel, ein Umstand oder eine Darstellung dienend”. Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur von ihrer Art her beispielhaft und soll nicht die offenbarten Ausführungsformen oder die Anwendung und das Gebrauchen offenbarten Ausführungsformen begrenzen. Jede Ausführungsform, welche hier als „beispielhaft” beschrieben ist, ist nicht notwendiger Weise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen zu interpretieren. Alle der Ausführungsformen, welche in dieser Detaillierten Beschreibung beschrieben sind, 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 präsentiert wird.
  • Bevor im Detail einige der verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, sollte beobachtet werden, dass die Ausführungsformen in erster Linie hier in Kombinationen der Verfahrungsschritte und der Gerätekomponenten angesiedelt sind, welche sich auf das Erzeugen von Strombefehlen beziehen, welche für das Steuern des Betriebs eines Mehrphasensystems benutzt werden. Es wird gewürdigt werden, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung implementiert werden können, indem Hardware, Software oder eine Kombination davon benutzt werden. 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), einer 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, welche hier beschrieben werden, 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 Erzeugen von Strombefehlen, welche für das Steuern des Betriebes einer Induktionsmaschine benutzt werden, welche in einem Mehrphasensystem benutzt wird. In einer beispielhaften Implementierung kann die Mehrphasenmaschine in Betriebsumgebungen implementiert sein, wie z. B. einem Hybriden/Elektrischen Fahrzeug (HEV). In den beispielhaften Implementierungen, welche nun beschrieben werden, werden die Steuertechniken und -technologien beschrieben, wenn sie an einem Hybriden/Elektrischen Fahrzeug angewendet werden. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass die gleichen oder ähnlichen Techniken und Technologien im Kontext anderer Systeme angewendet werden können, in welchen es wünschenswert ist, Strombefehle zu erzeugen, welche für den Betrieb einer Induktionsmaschine benutzt werden, welche in einem Mehrphasensystem benutzt wird. Diesbezüglich können jegliche der hier veröffentlichten Konzepte im Allgemeinen an ”Fahrzeugen” angewendet werden, und, wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Fahrzeug” in breitem Maße auf einen nicht lebenden Transportmechanismus, welcher eine AC-Maschine besitzt. Zusätzlich ist der Term ”Fahrzeug” nicht auf eine spezielle Antriebstechnologie, wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, begrenzt. Vielmehr beinhalten Fahrzeuge auch Hybridfahrzeuge, Elektrische Batterie- bzw. Akku-Fahrzeuge, Wasserstoff-Fahrzeuge und Fahrzeuge, welche arbeiten, indem sie verschiedene andere alternative Kraftstoffe benutzen.
  • Wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Wechselstrom-(AC-)Maschine” im Allgemeinen auf ”eine Einrichtung oder ein Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie wandelt oder umgekehrt”. AC-Maschinen können im Allgemeinen in Synchron-AC-Maschinen und Asynchron-AC-Maschinen klassifiziert werden. Synchron-AC-Maschinen können Permanentmagnet-Maschinen und Reluktanz- bzw. Magnetischer-Widerstand-Maschinen beinhalten. Permanentmagnet-Maschinen beinhalten Oberflächenmontierte-Permanentmagnet-Maschinen (SMPMMs) und Innen-Permanentmagnet-Maschinen (IPMMs). Im Gegensatz dazu beinhalten Asynchron-AC-Maschinen Induktionsmaschinen.
  • Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor sein kann (z. B. ein Gerät, welches benutzt wird, um AC-elektrische Energieleistung, welche an seinem Eingang zu produzieren ist, in mechanische Energie oder Leistung zu wandeln), 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 ihrem ersten Bewegungsglied in elektrische AC-Energie oder -Leistung an ihrem Ausgang zu wandeln. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder ein AC-Generator sein. Ein AC-Motor ist ein elektrischer Motor, welcher durch einen Wechselstrom getrieben wird. Bei einigen Implementierungen beinhaltet ein AC-Motor einen außenseitigen stationären Stator, welcher Spulen besitzt, welche mit Wechselstrom beliefert werden, um ein rotierendes magnetisches Feld zu erzeugen, und einen inneren Rotor, welcher an der Ausgangswelle befestigt ist, welchem durch das rotierende Feld ein Drehmoment gegeben wird. Abhängig von dem Typ des benutzen Rotors können AC-Motore als synchron oder asynchron klassifiziert werden.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines vektorgesteuerten Motorantriebssystems 100 entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen. Das System 100 steuert eine dreiphasige AC-Maschine 50 über ein dreiphasiges pulsbreitenmoduliertes-(PWM-)Wechselrichtermodul 40, welches an die dreiphasige AC-Maschine 50 gekoppelt ist, so dass die dreiphasige AC-Maschine 50 effizient eine DC-Eingangsspannung (VDC) 10 nutzen kann, welche von dem dreiphasigen PWM-Wechselrichtermodul 40 bereitgestellt wird, indem die Strombefehle eingestellt werden, welche die dreiphasige AC-Maschine 50 steuern. In einer speziellen Implementierung kann das vektorgesteuerte Motorantriebssystem 100 benutzt werden, um das Drehmoment in einem HEV zu steuern.
  • In der folgenden Beschreibung einer speziellen nicht eingrenzenden Implementierung ist die dreiphasige AC-Maschine 50 als eine dreiphasige asynchrone, mit AC angetriebene Maschine 50, und im Speziellen eine dreiphasige AC-angetriebene Induktionsmaschine verkörpert; jedoch sollte gewürdigt werden, dass die dargestellte Ausführungsform nur ein nicht eingrenzendes Beispiel der Arten von AC-Maschinen ist, an welchen die offenbarten Ausführungsformen angewendet werden können, und außerdem, dass die offenbarten Ausführungsformen an jeglichem Typ von mehrphasiger, asynchroner AC-angetriebener Maschine angewendet werden können, welche weniger oder mehr Phasen beinhaltet.
  • Der dreiphasige AC-Motor 50 ist an das dreiphasige PWM-Wechselrichter-Modul 40 über drei Wechselrichter-Pole gekoppelt und erzeugt mechanische Leistung (Drehmoment X Geschwindigkeit), basierend auf dreiphasigen sinusförmigen Stromsignalen 41...43, welche von dem PWM-Wechselrichter-Modul 40 empfangen werden. Bei einigen Implementierungen wird die Winkelposition 52 eines Rotors (θr) des dreiphasigen AC-Motors 50 oder die „Welle-Position” gemessen, indem ein Positionssensor (nicht dargestellt) benutzt wird, und bei anderen Implementierungen kann die elektrische Winkelposition 52 eines Rotors (θr) des dreiphasige AC-Motors 50 geschätzt werden, ohne einen Positionssensor zu nutzen, indem sensorlose Positions-Schätztechniken benutzt werden.
  • Das Vektor-Steuerung-Motorantriebssystem 100 beinhaltet auch ein Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul 15, ein Synchroner(SYNC.)-Rahmen-Stromregelung-Modul 20, ein Synchron-zu-Stationär-Transformation-Modul 25, ein αβ-Referenz-Rahmen-zu-abc-Referenzrahmen-(αβ-zu-abc-)Transformation-Modul 30, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Modul 35, einen dreiphasigen PWM-Wechselrichter 40, ein abc-Referenz-Rahmen-zu-αβ-Referenzrahmen-(abc-zu-αβ-)Transformation-Modul 60 und ein Stationär-zu-Synchron-(STAT.-ZU-SYNC.-)Transformation-Modul 65 und ein Steuerglied 70.
  • Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildung-Modul 15 empfängt ein Drehmoment-Befehlssignal (Te*) 8, eine Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 der Welle, welche im Block 55 basierend auf der Ableitung des Rotor-/Welle-Postionsausgangssignals (θr) 52 erzeugt ist, und die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 als Eingangssignale, zusammen mit möglicherweise einer Vielzahl von anderen Systemparametern, abhängig von der Implementierung. Das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul 15 benutzt diese Eingangssignale, um einen d-Achse-Strombefehlssignal (Id*) 18 und einen q-Achse-Strombefehlssignal (Iq*) 19 zu erzeugen, welche den Motor 50 veranlassen, das befohlene Drehmoment (Te*) bei der Geschwindigkeit (ωr) zu erzeugen. Im Einzelnen benutzt das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul 15 die Eingangssignale, um das Drehmoment-Befehl-Eingangsssignal (Te*) 8 in ein d-Achse-Strombefehlssignal (Id*) 18 und ein q-Achse-Strom-befehlssignal (Iq*) 19 abzubilden bzw. umzusetzen. Die Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse- und q-Achse-Strombefehlssignale (Id*, Iq*) 18, 19 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit beim stationären Zustand besitzen, wenn das befohlene Drehmoment (Te*), die Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 und die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 konstant sind.
  • Wie es nachfolgend erklärt wird, entsprechend einer Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen, basierend auf den Eingangssignalen 51, 54, erzeugt das Steuerglied 70 Steuersignale 71, 72, welche benutzt werden, um dynamisch die jeweiligen Werte der Drehmoment- und Strom-Schlupfraten einzustellen, welche an dem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzung-Modul 15 angelegt werden werden.
  • Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul empfängt die gemessenen dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Ia...Ic) 41–43, welche von der Induktionsmaschine 50 rückgeführt sind. Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 60 benutzt diese dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme 41–43, um eine abc-Referenzrahmen-zu-αβ-Referenzrahmen-Transformation durchzuführen, um die dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme 41–43 in Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64 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 65 empfängt die Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64 und die Rotor-Winkelposition (θr) 52 und erzeugt (z. B. bearbeitet oder wandelt) diese Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64, um ein Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 66 und ein Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 67 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 Synchroner-Rahmen-Stromregelungs-Modul 20 empfängt das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 66, das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 67, den d-Achse-Strombefehl (Id*) 18 und den q-Achse-Strombefehl (Iq*) 19 und benutzt diese Signale, um ein Standard-Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd*) 23 und ein Standard-Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq*) 24 zu erzeugen. Die Standard-Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 23, 24 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit für einen stationären Zustandsbetrieb besitzen, wenn das befohlene Drehmoment (Te*), die Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 und die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 konstant sind. 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. Da die Strombefehle DC-Signale (im stationären Zustand) in dem Synchronen Referenzrahmen sind, sind sie im Vergleich zu AC-Stationärer-Referenzrahmen-Strombefehlen leichter zu regeln.
  • Das Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 25 empfängt das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd*) 23 und das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungs-befehlssignal (Vq*) 24 als Eingangssignale zusammen mit dem Rotor-Positionsausgangssignal (θr) 52, und führt eine dq-zu-αβ-Transformation durch, um ein α-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vα*) 27 und ein β-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vβ*) 28 zu erzeugen. Die Stationärer-Referenzrahmen-α-Achse- und β-Achse-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 27, 28 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.
  • Das αβ-zu-abc-Transformationsmodul 30 die Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 27, 28, und basierend auf diesen Signalen erzeugt es die Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 31, 32, 33 (auch als ”Phasen-Spannungsbefehlssignale” bezeichnet), welche an das PWM-Modul 35 gesendet werden. Die αβ-zu-abc-Transformation ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das dreiphasige PWM-Wechselrichter-Modul 40 ist an das PWM-Modul 35 gekoppelt. Das PWM-Modul 35 wird für das Steuern der Pulsbreitenmodulation (PWM) der Phasen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 31, 32, 33 benutzt. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 werden basierend auf den Tastgrad-Wellenformen erzeugt, welche nicht in 1 dargestellt sind, aber stattdessen werden sie intern bei dem PWM-Modul 35 erzeugt, um einen speziellen Tastgrad während jeder PWM-Periode zu besitzen. Das PWM-Modul 35 modifiziert die Phasen-Spannungsbefehlssignale (Vas*...Vcs*) 31, 32, 33, basierend auf den Tastgrad-Wellenformen (nicht in 1 dargestellt), um Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 zu erzeugen, welche es dem dreiphasige PWM-Wechselrichter-Modul 40 bereitstellt. Der spezielle Modulationsalgorithmus, welcher in dem PWM-Modul 35 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 dreiphasige mit AC angetriebene Maschine 50 bei variierenden Geschwindigkeiten, basierend auf dem DC-Eingangssignal 10, treiben.
  • Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 steuern die Schaltzustände der Schalter im PWM-Wechselrichter 40, um dreiphasige Spannungsbefehle bei jeder Phase A, B, C zu erzeugen. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 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 35 erzeugt sind.
  • Das dreiphasige PWM-Wechselrichter-Modul 40 empfängt die DC-Eingangsspannung (VDC) und die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 und benutzt sie, um die dreiphasige Wechselstrom(AC-)Spannungssignal-Wellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die dreiphasige AC-Maschine 50 bei variierenden Geschwindigkeiten (ωr) 56 treiben.
  • Die Dreiphasenmaschine 50 empfängt die dreiphasigen Spannungssignale, welche durch den PWM-Wechselrichter 40 erzeugt wurden, und erzeugt ein Motorausgangssignal an dem befohlenen bzw. vorgegebenen Drehmoment Te* 8.
  • Obwohl nicht in 1 dargestellt, kann das System 100 auch ein Getriebe beinhalten, welches an eine Welle der dreiphasigen AC-Maschine 50 gekoppelt ist und durch dieses getrieben wird. Die gemessenen Rückkopplungs-Statorströme (Ia–Ic) 41–43 werden erfasst, abgetastet und dem abc-zu-αβ-Transformationsmodul 60 bereitgestellt, wie oben beschrieben.
  • Entsprechend zu den veröffentlichten Ausführungsformen werden Verfahren, Systeme und Geräte bereitgestellt, um Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle zu erzeugen, welche benutzt werden, um eine Asynchronmaschine zu steuern, wie z. B. eine Induktionsmaschine, welche ein schnelleres Ansprechen des Drehmoments liefern kann, wobei akzeptierbare Pegel des Wirkungsgrades erreicht werden.
  • Wie es nachfolgend erklärt wird, kann ein schnelles Ansprechen des Drehmoments durch dynamisches Ändern einer oder mehrerer Schlupfraten erreicht werden, um die Änderungsrate der Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle basierend auf dem Rotorfluss (z. B. dem gemessenen oder geschätzten Rotorfluss) dynamisch einzustellen. In einer Implementierung kann ein Fluss-Schätzglied benutzt werden, um den Rotorfluss zu überwachen. Wenn die Rotorfluss-Rückkopplung höher ist als ein vorher festgelegter Wert, und die Schlupfraten der Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle auf verhältnismäßig hohe Werte gestellt werden können, und wenn die Rotorfluss-Rückkopplung geringer als ein Schwellwert abfällt, können die Schlupfraten der Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle auf verhältnismäßig niedrige Werte zurückgesetzt werden. Dies gestattet, dass die Schlupfraten der Drehmomentbefehle und/oder der Strombefehle basierend auf dem Rotorfluss eingestellt werden können, um eine verbesserte Drehmomentsteuerung (z. B. schnelleres Ansprechend des Drehmoments) zu erreichen.
  • Beispielsweise kann es das dynamische Einstellen der Schlupfraten der Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle (so dass sie auf eine schnellste eingestellt sind) ermöglichen, geeignetes Ansprechen des Drehmoments in Situationen zu erreichen, in welchen ein schnelles Ansprechen des Drehmoments wünschenswert ist, ohne andere Steuerungsleistungsparameter, wie z. B. die Übergangszustands-Oszillation im Ansprechen des Drehmoments/Stromes, zu beeinträchtigen.
  • 2A ist ein Blockdiagramm eines Drehmoment-Begrenzungsmoduls 14 und eines Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmoduls 15 entsprechend einer beispielhaften Implementierung einiger der offenbarten Ausführungsformen.
  • Das Drehmoment-Begrenzungsmodul 14 beinhaltet ein maximales Drehmoment-Begrenzungsmodul 142 und ein Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146. Das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul 15 beinhaltet ein Strombefehl-Berechnungsmodul 154, ein Maximalstrom-Begrenzungsmodul 158 und ein Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162.
  • Das maximale Drehmoment-Begrenzungsmodul 142 empfängt das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 und ein maximales Drehmoment-Eingangssignal 141 von einem Maximaldrehmoment-Berechnungsmodul 140 (welches bei einem Steuerglied hohen Pegels (nicht dargestellt) implementiert sein kann) und bearbeitet diese Eingangssignale, um einen begrenzten Drehmomentbefehl 144 zu erzeugen, welcher an das Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 geliefert wird. Das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 repräsentiert das maximale Drehmoment, welches erlaubt ist, und kann, in einer Ausführungsform, erzeugt werden, wie dies nachfolgend mit Bezug auf 2B beschrieben wird.
  • In einer Ausführungsform wählt das Maximales-Drehmoment-Begrenzungsmodul 142 das eine des Drehmomentbefehl-Eingangssignals (Te*) 8 und das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 aus, welches den niedrigeren Absolutwert besitzt, und gibt es als den begrenzten Drehmomentbefehl 144 aus. Um dies weiter zu erklären, begrenzt in einer Ausführungsform das Maximaler-Drehmoment-Begrenzungsmodul 142 das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 auf einen Maximalwert, so dass das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 auf einen Wert begrenzt ist (oder ”abgeschnitten ist”), welcher auf das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 begrenzt ist. Demnach, wenn das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 einen Maximalwert (welcher durch das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 spezifiziert ist) übersteigt, wird das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 auf den Wert des maximalen Drehmoment-Eingangssignals 141 begrenzt. Im Gegensatz dazu, wenn das Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8 kleiner als oder gleich dem Maximalwert ist (welcher durch das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 spezifiziert ist), wird das Drehmomentbefehls-Eingangssignal (Te*) 8 (ohne Modifikation) durch das maximale Drehmoment-Begrenzungsmodul 142 als der begrenzte Drehmomentbefehl 144 ausgegeben.
  • Wie nachfolgend entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen erklärt wird, erzeugt das Steuerglied 70 die Steuersignale 71, 72, welche die jeweiligen Schlupfraten dynamisch einstellen, welche an dem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 und/oder an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 angelegt sind. In dieser Ausführungsform erzeugt das Steuerglied 70 die Steuersignale 71, 72 abhängig von einem Wert eines Rotorflussverhältnisses im Vergleich zu den Schwellwerten. Das Rotorflussverhältnis wird basierend auf einem Rotorflussbefehl 51 und einer Rotorfluss-Rückkopplung 54 der Induktionsmaschine 50 berechnet.
  • In einer Ausführungsform wird der Rotorflussbefehl 51 aus einer Look-up-Tabelle bestimmt, welche die Drehmoment-Befehlswerte in Rotorfluss-Befehlswerte abbildet. Um dies weiter zu erklären, gibt es eine unbegrenzte Anzahl von Rotorflussbefehlen, welche einen Wert des Drehmomentbefehls erreichen können (z. B. unterschiedliche Werte des Rotorflussbefehls werden unterschiedliche Größen des Stromes verursachen). Es gibt nur einen Rotorfluss-Befehlswert, welcher den höchsten System(Motor/Wechselrichter-)Wirkungsgrad erreichen kann. In einer Implementierung kann die Look-up-Tabelle erzeugt werden, indem die Rotorfluss-Befehlswerte benutzt werden, welche die höchsten Systemwirkungsgrade für jeden Wert des Drehmomentbefehls erreichen.
  • Die Rotorfluss-Rückkopplung 54 der Induktionsmaschine 50 kann entweder ein gemessener Wert oder ein geschätzter Wert sein, abhängig von der Implementierung. In einer Implementierung kann die Rotorfluss-Rückkopplung 54 gemessen werden, indem irgendein bekannter Flusssensor benutzt wird, und in einer anderen Implementierung kann die Rotorfluss-Rückkopplung 54 abgeschätzt werden, indem ein Fluss-Schätzmodul benutzt wird, welches jegliche bekannten Techniken und Technologien für das Schätzen des Rotorflusses implementiert. Ein Beispiel eines Fluss-Schätzmoduls wird in Jansen, P. L., & Lorenz, R. D. (1994). Physically Insightful Approach To The Design And Accuracy Assessment Of Flux Observers For Field Oriented Induction Machine Drives. IEEE Transactions On Industry Applications, 30(1), 101–110 offenbart. In einer Ausführungsform kann die Rotorfluss-Rückkopplung 54 der d-Achse-Rotorfluss sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Rotorfluss-Rückkopplung 54 der d-Achse-Rotorfluss sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Rotorfluss-Rückkopplung 54 die Größe des Rotorflusses sein. Wie es nachfolgend entsprechend zu den veröffentlichten Ausführungsformen erklärt wird, wird die Rotorfluss-Rückkopplung 54 zusammen mit einem Rotorflussbefehl 51 benutzt, um ein Rotorflussverhältnis (RFR) zu berechnen, welches dann benutzt werden kann, um dynamisch (und automatisch) eine oder mehrere Schlupfrate(n) zu ändern, welche an einem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 und/oder einem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 angewendet wird bzw. werden.
  • Das Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 empfängt ein Steuersignal 71 und den begrenzten Drehmomentbefehl 144 und bearbeitet diese Eingangssignale, um ein begrenztes Drehmoment-Ausgangssignal (Te*') 8' zu erzeugen. Wie nachfolgend in einer Ausführungsform beschrieben wird, stellt das Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 die Schlupf rate des begrenzten Drehmomentbefehls 144 in Antwort auf ein Steuersignal 71 dynamisch ein.
  • Das Strombefehl-Berechnungsmodul 154 empfängt das begrenzte Drehmoment-Ausgangssignal (Te*') 8', die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 und die Winkelrotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 und bearbeitet diese Eingangssignale, um Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 zu erzeugen, welche an das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 geliefert werden. Das Strombefehl-Berechnungsmodul 154 kann irgendein bekanntes Modul sein, welches die Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 basierend auf dem begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignal (Te*') 8' erzeugen kann. Um dies weiter zu erklären, kann in einer Ausführungsform das Strombefehl-Berechnungsmodul 154 implementiert werden, indem ein Satz von Look-up-Tabellen benutzt werden kann, welche das begrenzte Drehmomentbefehl-Ausgangssignal (Te*') 8', die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 und die Winkelrotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 als Eingangssignale empfängt und diese Eingangssignale in Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 abbildet bzw. umsetzt.
  • Das maximale Stromeingangssignal 151 kann von einem Maximaler-Strom-Berechnungsmodul 150 bereitgestellt werden, welches implementiert sein kann, z. B. bei dem Steuerglied hohen Pegels (nicht dargestellt). Das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 repräsentiert den maximal zulässigen Strom, welchem es gestattet ist, von dem Wechselrichter zu der Maschine zu fließen. In einer Ausführungsform kann das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 basierend auf einer gemessenen Wechselrichtertemperatur (TI) 46 und einer gemessenen Maschinentemperatur (TM) 58 erzeugt werden. In einer speziellen Ausführungsform kann das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 als der Minimalwert einer Wechselrichter-Stromgrenze 264 und einer Maschinenstromgrenze 274 ausgewählt werden. Eine Implementierung des Maximaler-Strom-Berechnungsmoduls 150 wird nachfolgend mit Bezug auf 2C beschrieben.
  • Das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 empfängt das (die) Maximaler(n)-Strom-Eingangssignal(e) 151 zusammen mit den Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehlen 156, 157 und bearbeitet diese Eingangssignale, um begrenzte d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 160, 161 zu erzeugen, welche an das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 geliefert werden. Abhängig von der Implementierung kann (können) das (die) Maximaler-Strom-Eingangssignal(e) 151 zwei getrennte d-Achse- und q-Achse-Maximaler-Strom-Eingangssignale sein oder kann ein einzelnes Maximaler-Strom-Eingangssignal sein.
  • Um dies weiter zu erklären, begrenzt in einer Ausführungsform, wenn das (die) maximale Stromeingangssignal(e) 151 zwei getrennte d-Achse- und q-Achse-maximaler-Strom-Eingangssignale sind, das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 die Anfangs-d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 156, 157 auf Maximalwerte, so dass sie begrenzte Werte (oder ”abgeschnittene”) Werte sind, welche durch ihre entsprechenden d-Achse- und q-Achse-maximaler-Strom-Eingangssignale 151 spezifiziert sind. In einer Ausführungsform wählt das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 die einen der Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 und das (die) Maximaler-Strom-Eingangssignal(e) 151 aus, welche den niedrigeren Absolutwert besitzen, und gibt die ausgewählten Signale als die begrenzte d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 160, 161 aus. Das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 wählt den Minimalwert zwischen dem Anfangs-d-Achse-Strombefehl 156 und der d-Achse-Komponente des Maximaler-Strom-Eingangssignals 151 aus. Jedoch, da der Anfangs-q-Achse-Strombefehl 157 positiv oder negativ sein kann, wählt das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 den minimalen Absolutwert zwischen dem Anfangs-q-Achse-Strombefehl 157 und der q-Achse-Komponente des maximalen Stromeingangssignals 151 aus. Auf diese Weise begrenzt das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 die Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 auf die Maximalwerte ihrer entsprechenden d-Achse- und q-Achse-Maximaler-Strom-Eingangssignale 151, wenn einer von diesen ihr, entsprechendes d-Achse- und q-Achse-maximaler-Strom-Eingangssignal 151 übersteigt. Demnach werden, wenn einer von den Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehlen 156, 157 einen Maximalwert (welcher durch das entsprechende d-Achse- und q-Achsemaximaler-Strom-Eingangssignal 151 spezifiziert ist) übersteigt, die Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 auf den Wert ihres entsprechenden d-Achse- und q-Achse-maximaler-Strom-Eingangssignal 151 begrenzt. Im Gegensatz dazu werden, wenn die Anfangs-d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 156, 157 geringer als oder gleich dem Maximalwert (spezifiziert durch ihr entsprechendes d-Achse- und q-Achse-maximaler-Strom-Eingangssignal 151) sind, die Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 (ohne Modifikation) durch das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 als die begrenzten d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 160, 161 ausgegeben.
  • Im Gegensatz dazu, kann in einer anderen Ausführungsform, wenn das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 ein einzelnes Maximaler-Strom-Eingangssignal ist und die Befehle 156, 157 begrenzt werden müssen, das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 eine Größe der Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 berechnen, dann ein Verhältnis des Maximaler-Strom-Eingangssignals 151 zu der Größe berechnen und dann getrennt jeden der Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 mit dem Verhältnis multiplizieren, um die begrenzten d-Achse- und q-Achse-Strombefehle 160, 161 zu erzeugen. Auf diese Weise sind die Anfangs-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehle 156, 157 auf Werte begrenzt (oder ”abgeschnitten”), welche durch das einzelne Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 spezifiziert sind. Alternativ kann in noch einer anderen Ausführungsform das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul 158 den Begrenzter-d-Achse-Strombefehl 160 gleich dem Anfangs-d-Achse-Strombefehl 156 setzen und dann den Begrenzter-q-Achse-Strombefehl 161 gleich der Quadratwurzel von:
    (das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 2 – dem Anfangs-d-Achse-Strombefehl 156 2)
    setzen.
  • Das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 empfängt das Steuersignal 72 und die begrenzten Strombefehle 160, 161 und bearbeitet diese Eingangssignale, um einen d-Achse-Strombefehl (Id*) 18 und den q-Achse-Strombefehl (Iq*) 19 zu erzeugen, welche an das Synchroner-Rahmen-Stromregler-Modul 20 geliefert werden und dann wie oben beschrieben bearbeitet werden. Wie nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben wird, stellt das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 in einer Ausführungsform die Schlupf rate der begrenzten Strombefehle 160, 161 in Antwort auf das Steuersignal 72 dynamisch ein.
  • 2B ist ein Blockdiagramm eines Maximales-Drehmoment-Berechnungsmoduls 140 entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen. Das Maximales-Drehmoment-Berechnungsmodul 140 beinhaltet einen Satz von zweidimensionalen Look-up-Tabellen 212, zwei Sätze von eindimensionalen Look-up-Tabellen 222, 232 und Module 242, 252, welche benutzt werden können, um das Maximales-Drehmoment-Eingangssignal 141 zu erzeugen. Der Satz der zweidimensionalen Look-up-Tabellen 212 wird benutzt, um ein Ausgangssignal 214 in Antwort auf die Werte der DC-Eingangsspannung (VDC) 10 und der Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) 56 zu erzeugen, welche Eingangssignale für den Satz der zweidimensionalen Look-up-Tabellen 212 sind. Obwohl in 1 nicht dargestellt, können Temperatursensoren in und/oder um das Wechselrichtermodul 40 und die Maschine 50 angeordnet werden und benutzt werden, um die Temperaturen dieser Module zu messen, um eine gemessene Wechselrichtertemperatur (TI) 46 und eine gemessene Maschinentemperatur (TM) 58 zu erzeugen. Wie in 2 dargestellt wird, kann die Wechselrichtertemperatur (TI) 46 ein Eingangssignal für eine eindimensionale Look-up-Tabelle 222 sein, welche ein Herabsetzungsverhältnis 224 ausgibt, und die Maschinentemperatur (TM) 58 kann ein Eingangssignal für eine weitere eindimensionale Look-up-Tabelle 232 sein, welche ein anderes Herabsetzungsverhältnis 234 ausgibt. Das Modul 242 wählt und gibt einen Minimalwert 244 der zwei Herabsetzungsverhältnisse 224, 234 aus. Der Minimalwert 244 wird bei dem Modul 252 mit dem Wert des Ausgangssignals 214 aus den zweidimensionalen Look-up-Tabellen 212 multipliziert, um das maximale Drehmoment-Eingangssignal 141 zu erzeugen.
  • 2C ist ein Blockdiagramm eines Maximaler-Strom-Berechnungsmoduls 150 entsprechend einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen. Das Maximaler-Strom-Berechnungsmodul 150 beinhaltet zwei Sätze von eindimensionalen Look-up-Tabellen 262, 272 und ein Modul 252, welches benutzt werden kann, das Maximaler-Strom-Eingangssignal 151 zu erzeugen. Wie in 2C dargestellt wird, kann die Wechselrichtertemperatur (TI) 46 ein Eingangssignal für eine eindimensionale Look-up-Tabelle 262 sein, welche eine Wechselrichter-Stromgrenze 264 ausgibt, und die Maschinentemperatur (TM) 58 kann ein Eingangssignal für eine weitere eindimensionale Look-up-Tabelle 272 sein, welche eine Maschinenstromgrenze 274 ausgibt. Das Modul 282 wählt einen Minimalwert der Wechselrichter-Stromgrenze 264 aus und gibt ihn aus, und die Maschinenstromgrenze 274, welche das maximale Stromeingangssignal 151 ist.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Schlupfrate-Steuerverfahren 300 darstellt, um eine Schlupfrate entsprechend zu einer beispielhaften Implementierung einiger der veröffentlichten Ausführungsformen zu stellen. Das Verfahren 300 wird mit Bezug auf 2A beschrieben. Abhängig von der Implementierung kann das Verfahren 300 benutzt werden, um die Schlupfraten, welche an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 146 und/oder dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul 162 der 2A angewendet werden, dynamisch einzustellen. In einer Ausführungsform besitzen die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten unterschiedliche Werte, und deshalb kann ein getrennter Fall des Verfahrens 300, welches in 3 dargestellt wird, durchgeführt werden, um die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten dynamisch einzustellen. Demnach wird, obwohl 3 mit Bezug auf eine nicht eingrenzende Implementierung beschrieben wird, in welcher das Verfahren 300 benutzt wird, um nur die Drehmoment-Schlupfrate über ein Steuersignal 71 dynamisch einzustellen, festgestellt, dass in einigen anderen Ausführungsformen ein anderer Fall des Verfahrens 300 parallel zu dem dynamischen Ändern oder Einstellen der Schlupfrate über das Steuersignal 72 laufen kann, so dass das Steuerglied 70 sowohl die Drehmoment- als auch die Strom-Schlupfraten über die Steuersignale 71, 72 unabhängig voneinander steuern kann.
  • Wenn das Steuerglied 70 bestimmt (z. B. basierend auf einem Parameterwert), dass die Schlupfrate-Steuerung anzuwenden ist, beginnt das Verfahren 300 bei 310, und das Steuerglied 70 stellt anfangs die Drehmoment-Schlupfrate auf seinen niedrigen Schlupfratewert über das Steuersignal 71. In ähnlicher Weise kann in einer Ausführungsform das Steuerglied 70 auch anfangs die Strom-Schlupfrate auf ihren langsamen Schlupfratewert über das Steuersignal 72 stellen. In jedem Fall können die Schlupfraten (z. B. über experimentelles Testen oder Simulation) bestimmt werden, so dass, wenn der Rotorfluss nicht adäquat ist, das Ansprechen des Drehmoments/Stromes kein signifikantes Überschreiten und/oder Oszillation aufweist.
  • Bei 320 berechnet das Steuerglied 70 ein Rotorflussverhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung 54 zu dem Rotorflussbefehl 51, und bei 325 bestimmt das Steuerglied 70, ob das Rotorflussverhältnis größer oder gleich zu einem hohen Schwellwert ist. Der hohe Schwellwert wird sich abhängig von der Implementierung ändern, basierend auf Faktoren, wie z. B. den Charakteristika des speziellen Wechselrichters 40, den Charakteristika der speziellen Maschine 50 und anderen Steuerparametern. Der hohe Schwellwert kann über experimentelles Testen oder Simulationen bestimmt werden, welche die Charakteristika des speziellen Wechselrichters 40, die Charakteristika der speziellen Maschine 50 und andere Steuerparameter berücksichtigen.
  • Wenn das Steuerglied 70 bestimmt, dass das Rotorflussverhältnis größer als (oder gleich zu) dem hohen Schwellwert ist, fährt das Verfahren 300 mit 340 fort, wo das Steuerglied 70 die Drehmoment-Schlupfrate auf ihren schnelleren Schlupfratewert über das Steuersignal 71 stellt (so dass die Ansprechzeit verbessert werden kann). In ähnlicher Weise kann in einer Ausführungsform das Steuerglied 70 auch die Stromschlupfrate auf ihren schnelleren Schlupfratewert über das Steuersignal 72 stellen. Nachdem die Drehmoment- und/oder Stromschlupfraten auf ihre jeweiligen schnelleren Schlupfratewerte eingestellt sind, endet das Verfahren 300 dann bei 350. In jedem Fall können die schnelleren Schlupfraten bestimmt werden (z. B. über experimentelles Testen oder über Simulation), so dass, wenn der Rotorfluss adäquat ist, das Ansprechen des Drehmoments/Stromes kein signifikantes Übersteuern und/oder Oszillation aufweist.
  • Wenn das Steuerglied 70 bestimmt, dass das Rotorflussverhältnis nicht größer als (oder gleich zu) dem hohen Schwellwert ist, fährt das Verfahren 300 zu 330 fort, wo das Steuerglied 70 bestimmt, ob das Rotorflussverhältnis geringer als ein niedriger Schwellwert ist. In ähnlicher Weise wird der niedrige Schwellwert zu dem hohen Schwellwert variieren, abhängig von der Implementierung, basierend auf Faktoren, wie z. B. Charakteristika des speziellen Wechselrichters 40, Charakteristika der speziellen Maschine 50 und anderen Steuerparametern. Der niedrige Schwellwert kann über experimentelles Testen oder Simulationen bestimmt werden, welche Charakteristika des speziellen Wechselrichters 40, Charakteristika der speziellen Maschine 50 und andere Steuerparameter berücksichtigen.
  • Wenn das Steuerglied 70 bestimmt, dass das Rotorflussverhältnis geringer als der niedrige Schwellwert ist, fährt das Verfahren 300 mit 335 fort, wo das Steuerglied 70 die Drehmoment-Schlupfrate auf ihren langsamen Schlupfratewert über das Steuersignal 71 zurücksetzt. In ähnlicher Weise kann das Steuerglied 70 in einer Ausführungsform auch die Strom-Schlupfrate auf ihren langsamen Schlupfratewert über das Steuersignal 72 zurücksetzen. Nachdem die Drehmoment- und/oder Stromschlupfraten auf ihre jeweiligen langsamen Schlupfratewerte eingestellt sind, endet das Verfahren 300 dann bei 350.
  • Wenn das Steuerglied 70 bestimmt, dass das Rotorflussverhältnis nicht kleiner als der niedrige Schwellwert ist, endet das Verfahren 300 bei 350.
  • Demnach, wenn die Rotorfluss-Rückkopplung höher als ein vorher festgelegter Wert ist, und die Schlupfrate der Drehmomentbefehle (und/oder Strombefehle) auf verhältnismäßig hohe Werte gestellt sein können, und wenn die Rotorfluss-Rückkopplung unterhalb eines Schwellwertes fällt, kann die Schlupfrate der Drehmomentbefehle (und/oder Strombefehle) auf verhältnismäßig niedrige Werte zurückgesetzt werden. Dies gestattet, dass die Schlupfrate der Drehmomentbefehle (und/oder der Strombefehle) basierend auf dem Rotorfluss eingestellt wird, um eine verbesserte Drehmomentsteuerung (z. B. ein schnelleres Ansprechen des Drehmoments in Situationen, in welchen ein schnelles Ansprechen des Drehmoments wünschenswert ist, ohne die Leistungsfähigkeit anderer Steuerparameter zu beeinträchtigen, wie z. B. die Übergangszustands-Oszillation in den Ansprechverhalten des Drehmoments/Stromes) zu erreichen.
  • 4 ist ein Graph 400, welcher die dynamische Einstellung der Schlupfrate der (y-Achse) als eine Funktion des Rotorflussverhältnisses (x-Achse) entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen darstellt. Die Schlupfrate, welche in 4 dargestellt wird, kann entweder für die Drehmoment- oder die Stromschlupfrate repräsentativ sein, welche über die Steuersignale 71, 72 der 2A angelegt sind.
  • Im Speziellen stellt 4 einen niedrigeren Schwellwert 402, einen höheren Schwellwert 404, einen langsamen Schlupfratewert 412 und einen schnellen Schlupfratewert 414 dar. Die Punkte 420, 430, 440, 450 repräsentieren Orte, in welchen die Schlupfrate sich basierend auf dem Rotorflussverhältnis ändert. Beispielsweise stellt der Pfeil zwischen 440, 450 in 4 dar, dass die Schlupfrate bei dem schnellen Schlupfratewert 414 aufrechterhalten wird, wenn das Rotorflussverhältnis zwischen dem niedrigeren Schwellwert 402 und dem höheren Schwellwert 404 ist. In ähnlicher Weise repräsentiert der Pfeil zwischen 420, 430 in 4, dass die Schlupfrate bei dem langsamen Schlupfratewert 412 beibehalten wird, wenn das Rotorflussverhältnis zwischen dem niedrigeren Schwellwert 402 und dem höheren Schwellwert 404 ist. Im Gegensatz dazu repräsentiert der Pfeil zwischen 430, 440 in 4 die dynamische Einstellung der Schlupfrate aus dem langsamen Schlupfratewert 412 und dem schnellen Schlupfratewert 414, wenn das Rotorflussverhältnis größer als oder gleich zu dem höheren Schwellwert 404 ist. Zusätzlich repräsentiert der Pfeil zwischen 450, 420 in 4 die dynamische Einstellung der Schlupfrate aus dem schnellen Schlupfratewert 414 und dem langsamen Schlupfratewert 412, wenn das Rotorflussverhältnis geringer als oder gleich zu dem niedrigeren Schwellwert 402 ist.
  • 5 ist ein Graph 510, welcher ein Drehmomentbefehl (Nm) als eine Funktion der Zeit (Sekunden) entsprechend einer beispielhaften Simulation darstellt, und 6 ist ein Graph 610, welcher einen Rotorfluss (Weber (WB)) einer Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit (Sekunden) entsprechend zu einer beispielhaften Simulation darstellt.
  • 7 ist ein Graph 710, welcher den 5 und 6 entspricht und ein Drehmoment-Ausgangssignal (Nm) durch eine Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit (Sekunden) entsprechend zu einem herkömmlichen System darstellt.
  • Im Gegensatz dazu ist 8 ein Graph 810, welcher auch den 5 und 6 entspricht, und stellt ein Drehmoment-Ausgangssignal (Nm) durch eine Induktionsmaschine als eine Funktion der Zeit (Sekunden) dar, wenn eine beispielhafte Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen implementiert ist.
  • Ein Vergleich von 7 und 8 stellt klar dar, dass das Drehmoment-Ausgangssignal (Nm) 810 der Induktionsmaschine (welches entsprechend einer Implementierung der veröffentlichten Ausführungsformen gesteuert wird) eine verbesserte Übergangszeit oder ein schnelleres Ansprechen besitzt.
  • Demnach, und zwar durch dynamisches Ändern einer oder mehrerer Schlupfraten, welche benutzt wird bzw. werden, um Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle zu erzeugen, kann basierend auf einer Rotorfluss-Rückkopplung (z. B. gemessenen oder geschätzten Rotorfluss), die Rate der Änderung der Drehmomentbefehle und/oder Strombefehle dynamisch so eingestellt werden, dass ein schnelles Ansprechen des Drehmoments erreicht werden kann.
  • 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 Modulen) 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 können, 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 offenbarten Ausführungsformen auszulösen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform oder ein System oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten anwenden, z. B. Speicherelemente, Digitale-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 bzw. sind, 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 Schritte 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. Verfahren, welches bei einem Steuerglied durchgeführt wird, um eine Asynchronmaschine zu steuern, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen der Rotorfluss-Rückkopplung der Asynchronmaschine; und Erzeugen, basierend auf der Rotorfluss-Rückkopplung, eines oder mehrere Steuersignale, welche eine oder mehrere Schlupfraten einstellen, welche benutzt werden, um finale Strombefehle zu erzeugen.
    • 2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Steuersignale ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal aufweisen, wobei die eine oder mehrere Schlupfraten eine Drehmoment-Schlupfrate und eine Strom-Schlupfrate aufweisen, und wobei der Schritt des Erzeugens eines oder mehrerer Steuersignale aufweist: Erzeugen des ersten Steuersignals, welches die Drehmoment-Schlupfrate dynamisch einstellt; und Erzeugen des zweiten Steuersignals, welches dynamisch die Strom-Schlupfrate einstellt, unabhängig von der Drehmoment-Schlupfrate, so dass die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten unterschiedliche Werte besitzen.
    • 3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Erzeugen des ersten Steuersignals aufweist: anfängliches Einstellen der Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsamen Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal; Berechnen eines Wertes des Rotorflussverhältnisses, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu dem Rotorflussbefehl ist; Bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein hoher Schwellwert ist; wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer oder gleich zu dem hohen Schwellwert ist, Stellen der Drehmoment-Schlupfrate auf einen schnelleren Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal; wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der hohe Schwellwert ist, Bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein niedriger Schwellwert ist; und wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der niedrige Schwellwert ist, Stellen der Drehmoment-Schlupfrate auf den langsamen Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal.
    • 4. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Erzeugen des zweiten Steuersignals aufweist: anfängliches Stellen der Strom-Schlupfrate auf einen langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal; Berechnen eines Wertes eines Rotorflussverhältnisses, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu einem Rotorflussbefehl ist; Bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein anderer hoher Schwellwert ist; wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer oder gleich zu dem anderen hohen Schwellwert ist, Stellen der Strom-Schlupfrate auf einen schnelleren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal; wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere hohe Schwellwert ist, Bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein anderer niedriger Schwellwert ist; und wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere niedrige Schwellwert ist, Stellen der Strom-Schlupfrate auf den langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal.
    • 5. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei der Rotorflussbefehl aus einer Look-up- bzw. Verweistabelle bestimmt wird, welche die Drehmoment-Befehlswerte auf entsprechende Rotorfluss-Befehlswerte abbildet bzw. umsetzt.
    • 6. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung gemessen wird, indem ein Fluss-Sensor benutzt wird.
    • 7. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung geschätzt wird, wobei ein Fluss-Schätzmodul benutzt wird.
    • 8. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung entweder ein d-Achse-Rotorfluss oder eine Größe der Rotorfluss-Rückkopplung ist.
    • 9. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Verfahren ferner aufweist: Bearbeiten eines Drehmomentbefehl-Eingangssignals und Ausgeben eines begrenzten Drehmomentbefehls; und Erzeugen eines begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignals basierend auf dem ersten Steuersignal und dem begrenzten Drehmomentbefehl, wobei die Drehmoment-Schlupfrate des begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignals basierend auf dem ersten Steuersignal eingestellt wird; Erzeugen von begrenzten Strombefehlen; und Erzeugen der finalen Strombefehle, basierend auf dem zweiten Steuersignal und den begrenzten Strombefehlen, wobei die Strom-Schlupfrate der finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal eingestellt wird.
    • 10. System für das Steuern einer Asynchronmaschine, welches aufweist: ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungs- bzw. Umsetzungsmodul, welches konfiguriert ist, finale Strombefehle zu erzeugen; und ein Steuerglied, welches konfiguriert ist, basierend auf einer Rotorfluss-Rückkopplung der Asynchronmaschine ein oder mehrere Steuersignale zu erzeugen, welche eine oder mehrere Schlupfraten einstellen, welche an dem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungssmodul angelegt sind, um die finalen Strombefehle zu erzeugen.
    • 11. System nach Ausführungsform 10, wobei die Steuersignale ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal aufweisen, wobei die eine oder mehrere Schlupfraten eine Drehmoment-Schlupfrate und eine Strom-Schlupfrate aufweisen, und wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um das erste Steuersignal zu erzeugen, welches die Drehmoment-Schlupfrate und das zweite Steuersignal dynamisch einstellt, welches dynamisch die Strom-Schlupfrate unabhängig von der Drehmoment-Schlupfrate einstellt, so dass die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten, welche an dem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul angelegt sind, unterschiedliche Werte besitzen.
    • 12. System nach Ausführungsform 11, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um die Steuersignale durch Vergleichen eines Wertes eines Rotorflussverhältnisses mit einem oder mehreren Schwellwerten zu erzeugen, wobei das Rotorflussverhältnis basierend auf einem Rotorflussbefehl und der Rotorfluss-Rückkopplung berechnet ist.
    • 13. System nach Ausführungsform 12, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um: anfänglich die Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsamen Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal zu stellen; einen Wert eines Rotorflussverhältnisses zu berechnen, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu einem Rotorflussbefehl ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein hoher Schwellwert ist; Setzen der Drehmoment-Schlupfrate auf einen schnelleren Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer als oder gleich zu dem hohen Schwellwert ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein niedriger Schwellwert ist, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der hohe Schwellwert ist; die Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsameren Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der niedrige Schwellwert ist.
    • 14. System nach Ausführungsform 12, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um: anfänglich den Strom-Schlupfrate auf einen langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen; einen Wert eines Rotorfluss-Verhältnisses zu berechnen, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu dem Rotorflussbefehl ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein anderer hoher Schwellwert ist; die Strom-Schlupfrate auf einen schnelleren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer als oder gleich zu dem anderen hohen Schwellwert ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein anderer niedriger Schwellwert ist, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere hohe Schwellwert ist; und die Strom-Schlupfrate auf einen langsameren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere niedrige Schwellwert ist.
    • 15. System nach Ausführungsform 12, wobei der Rotorflussbefehl aus einer Look-up-Tabelle bestimmt ist, welche die Drehmoment-Befehlswerte in entsprechende Rotorfluss-Befehlswerte abbildet bzw. umsetzt.
    • 16. System nach Ausführungsform 15, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung entweder gemessen wird, indem ein Fluss-Sensor benutzt wird, oder geschätzt wird, indem ein Fluss-Schätzmodul benutzt wird.
    • 17. System nach Ausführungsform 12, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung entweder ein d-Achse-Rotorfluss oder eine Größe der Rotorfluss-Rückkopplung ist.
    • 18. System nach Ausführungsform 12, welches ferner aufweist: ein Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul; und wobei das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul aufweist: ein Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul, und wobei das Rotorflussverhältnis benutzt wird, um dynamisch wenigstens eines einzustellen von: das erste Steuersignal, welches eine Drehmoment-Schlupfrate steuert, welche an dem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, um die Drehmoment-Schlupfrate einzustellen, welche an dem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, oder das zweite Steuersignal, welches eine Strom-Schlupfrate steuert, welche an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, um die Strom-Schlupfrate einzustellen, welche an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist.
    • 19. System nach Ausführungsform 18, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul aufweist: ein Strombefehl-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, um Anfangs-Strombefehle basierend auf Eingangssignalen zu erzeugen, welche aufweisen: ein begrenztes Drehmomentbefehl-Ausgangssignal, eine DC-Eingangsspannung und eine Winkelrotationsgeschwindigkeit; ein Maximaler-Strom-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, um maximale Strom-Eingangssignale zu erzeugen, basierend auf synchroner-Referenzrahmen-Stromsignalen, wobei die maximalen Strom-Eingangssignale maximale Stromwerte repräsentieren, welche erlaubt sind; und ein maximales Strom-Begrenzungsmodul, welches konfiguriert ist, um begrenzte Strombefehle zu erzeugen, basierend auf dem maximalen Strom-Eingangssignal und den Anfangs-Strombefehlen, und wenn die Anfangs-Strombefehle die maximalen Strom-Eingangssignale überschreiten, wobei das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul die Werte der begrenzten Strombefehle auf Werte der maximalen Stromeingangssignale begrenzt, und wenn die Anfangs-Strombefehle geringer oder gleich zu den maximalen Stromeingangssignalen sind, wobei die begrenzten Strombefehle die Anfangs-Strombefehle sind, und wobei das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um die finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal und den begrenzten Strombefehlen zu erzeugen, wobei das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um dynamisch die Strom-Schlupf rate der finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal einzustellen.
    • 20. System nach Ausführungsform 19, wobei das System ferner aufweist: ein Drehmoment-Begrenzungsmodul, welches aufweist: ein maximales Drehmoment-Begrenzungsmodul, welches konfiguriert ist, einen begrenzten Drehmomentbefehl auszugeben; und wobei das Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um das erste Steuersignal und den begrenzten Drehmomentbefehl zu bearbeiten, um ein begrenztes Drehmomentbefehl-Ausgangssignal zu erzeugen, so dass die Drehmoment-Schlupfrate des begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignals basierend auf dem ersten Steuersignal eingestellt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Jansen, P. L., & Lorenz, R. D. (1994). Physically Insightful Approach To The Design And Accuracy Assessment Of Flux Observers For Field Oriented Induction Machine Drives. IEEE Transactions On Industry Applications, 30(1), 101–110 [0052]

Claims (10)

  1. System für das Steuern einer Asynchronmaschine, welches aufweist: ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungs- bzw. Umsetzungsmodul, welches konfiguriert ist, finale Strombefehle zu erzeugen; und ein Steuerglied, welches konfiguriert ist, basierend auf einer Rotorfluss-Rückkopplung der Asynchronmaschine ein oder mehrere Steuersignale zu erzeugen, welche eine oder mehrere Schlupfraten einstellen, welche an dem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungssmodul angelegt sind, um die finalen Strombefehle zu erzeugen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuersignale ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal aufweisen, wobei die eine oder mehrere Schlupfraten eine Drehmoment-Schlupfrate und eine Strom-Schlupfrate aufweisen, und wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um das erste Steuersignal zu erzeugen, welches die Drehmoment-Schlupfrate und das zweite Steuersignal dynamisch einstellt, welches dynamisch die Strom-Schlupfrate unabhängig von der Drehmoment-Schlupfrate einstellt, so dass die Drehmoment- und Strom-Schlupfraten, welche an dem Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul angelegt sind, unterschiedliche Werte besitzen.
  3. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, die Steuersignale durch Vergleichen eines Wertes eines Rotorflussverhältnisses mit einem oder mehreren Schwellwerten zu erzeugen, wobei das Rotorflussverhältnis basierend auf einem Rotorflussbefehl und der Rotorfluss-Rückkopplung berechnet ist.
  4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um: anfänglich die Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsamen Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal zu stellen; einen Wert eines Rotorflussverhältnisses zu berechnen, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu einem Rotorflussbefehl ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein hoher Schwellwert ist; die Drehmoment-Schlupfrate auf einen schnelleren Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer als oder gleich zu dem hohen Schwellwert ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein niedriger Schwellwert ist, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der hohe Schwellwert ist; die Drehmoment-Schlupfrate auf einen langsameren Drehmoment-Schlupfratewert über das erste Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der niedrige Schwellwert ist.
  5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuerglied konfiguriert ist, um: anfänglich die Strom-Schlupfrate auf einen langsamen Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen; einen Wert eines Rotorfluss-Verhältnisses zu berechnen, welches ein Verhältnis der Rotorfluss-Rückkopplung zu dem Rotorflussbefehl ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses größer als ein anderer hoher Schwellwert ist; die Strom-Schlupfrate auf einen schnelleren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er größer als oder gleich zu dem anderen hohen Schwellwert ist; zu bestimmen, ob der Wert des Rotorflussverhältnisses geringer als ein anderer niedriger Schwellwert ist, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere hohe Schwellwert ist; und die Strom-Schlupfrate auf einen langsameren Strom-Schlupfratewert über das zweite Steuersignal zu stellen, wenn der Wert des Rotorflussverhältnisses bestimmt ist, dass er geringer als der andere niedrige Schwellwert ist.
  6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotorflussbefehl aus einer Look-up-Tabelle bestimmt ist, welche die Drehmoment-Befehlswerte in entsprechende Rotorfluss-Befehlswerte abbildet bzw. umsetzt.
  7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rotorfluss-Rückkopplung entweder ein d-Achse-Rotorfluss oder eine Größe der Rotorfluss-Rückkopplung ist.
  8. System nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ferner aufweist: ein Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul; und wobei das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul aufweist: ein Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul, und wobei das Rotorflussverhältnis benutzt wird, um dynamisch wenigstens eines einzustellen von: das erste Steuersignal, welches eine Drehmoment-Schlupfrate steuert, welche an dem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, um die Drehmoment-Schlupfrate einzustellen, welche an dem Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, oder das zweite Steuersignal, welches eine Strom-Schlupfrate steuert, welche an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist, um die Strom-Schlupfrate einzustellen, welche an dem Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul angelegt ist.
  9. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Umsetzungsmodul aufweist: ein Strombefehl-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, um Anfangs-Strombefehle basierend auf Eingangssignalen zu erzeugen, welche aufweisen: ein begrenztes Drehmomentbefehl-Ausgangssignal, eine DC-Eingangsspannung und eine Winkelrotationsgeschwindigkeit; ein Maximaler-Strom-Berechnungsmodul, welches konfiguriert ist, um maximale Strom-Eingangssignale zu erzeugen, basierend auf synchroner-Referenzrahmen-Stromsignalen, wobei die maximalen Strom-Eingangssignale maximale Stromwerte repräsentieren, welche erlaubt sind; und ein maximales Strom-Begrenzungsmodul, welches konfiguriert ist, um begrenzte Strombefehle zu erzeugen, basierend auf dem maximalen Strom-Eingangssignal und den Anfangs-Strombefehlen, und wenn die Anfangs-Strombefehle die maximalen Strom-Eingangssignale überschreiten, wobei das Maximaler-Strom-Begrenzungsmodul die Werte der begrenzten Strombefehle auf Werte der maximalen Stromeingangssignale begrenzt, und wenn die Anfangs-Strombefehle geringer oder gleich zu den maximalen Stromeingangssignalen sind, wobei die begrenzten Strombefehle die Anfangs-Strombefehle sind, und wobei das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um die finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal und den begrenzten Strombefehlen zu erzeugen, wobei das Strom-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um dynamisch die Strom-Schlupfrate der finalen Strombefehle basierend auf dem zweiten Steuersignal einzustellen.
  10. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System ferner aufweist: ein Drehmoment-Begrenzungsmodul, welches aufweist: ein maximales Drehmoment-Begrenzungsmodul, welches konfiguriert ist, einen begrenzten Drehmomentbefehl auszugeben; und wobei das Drehmoment-Schlupfrate-Begrenzungsmodul konfiguriert ist, um das erste Steuersignal und den begrenzten Drehmomentbefehl zu bearbeiten, um ein begrenztes Drehmomentbefehl-Ausgangssignal zu erzeugen, so dass die Drehmoment-Schlupfrate des begrenzten Drehmomentbefehl-Ausgangssignals basierend auf dem ersten Steuersignal eingestellt wird.
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