DE102013213774A1

DE102013213774A1 - Reduktion der drehmomentwelligkeit mehrerer oberschwingungskomponenten

Info

Publication number: DE102013213774A1
Application number: DE102013213774.5A
Authority: DE
Inventors: Dwarakanath V. Simili
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: CN103580576A; US20140021894A1; CN103580576B; DE102013213774B4; US8981692B2

Abstract

Ein Elektromotorsystem enthält einen Motor, der ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl ein Drehmomentsignal zu erzeugen. Das Drehmomentsignal weist eine Basisfrequenzkomponente, eine erste Oberschwingung der Welligkeit und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit auf. Die erste Oberschwingung der Welligkeit ist ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenzkomponente. Die zweite Oberschwingung der Welligkeit ist ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit. Es werden ein System und ein Verfahren bereitgestellt, um ein Welligkeitsreduktionssignal in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl zu erzeugen, das die erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit im Drehmomentsignal gleichzeitig aufhebt. Die zweite Oberschwingung der Welligkeit kann mit der ersten Oberschwingung der Welligkeit aufgehoben werden, indem sie durch eine Transformationsmatrix auf die erste Oberschwingung der Welligkeit abgebildet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft allgemein ein Elektromotorsystem und insbesondere die Reduktion einer Drehmomentwelligkeit, die im Elektromotorsystem erzeugt wird.
HINTERGRUND
Ein Elektromotorsystem mit einem Motor mit innen liegenden Permanentmagneten enthält allgemein einen Rotor mit mehreren Magneten mit abwechselnder Polarität um den Außenumfang des Rotors herum. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, der allgemein mehrere Wicklungen und Magnetpole mit abwechselnder Polarität enthält. Das Elektromotorsystem kann eine ungewünschte Drehmomentwelligkeit erzeugen, die zu ungewollten Vibrationen und Geräuschen führt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Elektromotorsystem enthält einen Motor, der ausgestaltet ist, um ein Drehmomentsignal in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen. Das Drehmomentsignal weist eine Basisfrequenzkomponente, eine erste Oberschwingung der Welligkeit und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit auf. Die erste Oberschwingung der Welligkeit ist ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenzkomponente. Die zweite Oberschwingung der Welligkeit ist ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit. Es werden ein System und Verfahren bereitgestellt, um ein Welligkeitsreduktionssignal zu erzeugen, das gleichzeitig die erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit im Drehmomentsignal aufhebt. Die zweite Oberschwingung der Welligkeit kann mit der ersten Oberschwingung der Welligkeit aufgehoben werden, indem sie durch eine Transformationsmatrix auf die erste Oberschwingung der Welligkeit abgebildet wird.
Ein Controller ist mit dem Motor wirksam verbunden und ist ausgestaltet, um in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl ein Welligkeitsreduktionssignal zu erzeugen. Das Welligkeitsreduktionssignal beruht zumindest teilweise auf einem kombinierten Aufhebungsbefehl, der die erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit im Drehmomentsignal gleichzeitig aufhebt. Ein Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul im Controller ist ausgestaltet, um den kombinierten Aufhebungsbefehl zu erzeugen, indem es einen zweiten Aufhebungsbefehl für die zweite Oberschwingung der Welligkeit durch eine Transformationsmatrix auf einen ersten Aufhebungsbefehl für die erste Oberschwingung der Welligkeit abbildet.
Der Controller kann einen ersten Stromregler enthalten, der zum Steuern eines Basisstroms in einem Basis-Synchronreferenzrahmen ausgestaltet ist. Der Controller kann einen ersten Phasentransformationsblock enthalten, der ausgestaltet ist, um das Welligkeitsreduktionssignal von einem zweiphasigen Zustand in einen dreiphasigen Zustand zu transformieren. Der Controller kann einen Referenzrahmen-Transformationsblock enthalten, der ausgestaltet ist, um das Welligkeitsreduktionssignal von einem Basis-Synchronreferenzrahmen in einen stationären Referenzrahmen zu transformieren.
Es wird ein Verfahren zum Reduzieren der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotorsystem, das einen Motor aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass ein Drehmomentbefehl erzeugt wird. Auf der Grundlage der ersten Oberschwingung der Welligkeit wird ein erster Aufhebungsstrombefehl in einem Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung bestimmt. Auf der Grundlage einer zweiten Oberschwingung der Welligkeit wird ein zweiter Aufhebungsstrombefehl in einem Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung bestimmt. Ein kombinierter Aufhebungsstrombefehl (im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung) wird erzeugt, indem der zweite Aufhebungsstrombefehl durch eine Transformationsmatrix auf den ersten Aufhebungsstrombefehl abgebildet wird. In Ansprechen auf den Drehmomentbefehl wird ein Welligkeitsreduktionssignal erzeugt, wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise auf dem kombinierten Aufhebungsstrombefehl und vorbestimmten Eigenschaften des Motors beruht.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Elektromotorsystems mit einem Controller, der ein Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul aufweist; und
2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmoduls von 1;
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses, der von dem Controller von 1 implementiert wird, um einen kombinierten Aufhebungsstrombefehl zum Erzeugen eines Welligkeitsreduktionssignals zu erhalten;
4 ist ein Flussdiagramm eines weiteren beispielhaften Prozesses, der vom Controller von 1 implementiert wird, um das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise auf der Grundlage des kombinierten Aufhebungsstrombefehls zu erzeugen;
5 ist eine beispielhafte graphische Darstellung eines Drehmomentsignals, das von einem Elektromotor in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl erzeugt wird und die Amplitude auf der Y-Achse und die Zeit auf X-Achse zeigt; und
6 ist eine graphische Darstellung einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) des in 5 gezeigten Drehmomentsignals, welche die Amplitude auf der Y-Achse und die Frequenz auf der X-Achse zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Ein Elektromotorsystem ist mit einem Controller versehen, der ausgestaltet ist, um ein Welligkeitsreduktionssignal in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen. Das Elektromotorsystem kann viele verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternative Komponenten und Geräte enthalten. Obwohl ein beispielhaftes Elektromotorsystem in den Figuren gezeigt ist, sollen die in den Figuren dargestellten Komponenten keine Einschränkung darstellen. In der Tat können zusätzliche oder alternative Komponenten und/oder Implementierungen verwendet werden.
Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, zeigt 1 ein Elektromotorsystem 10, das einen Elektromotor 12, einen Wechselrichter 14, eine Energiequelle 16, ein Drehmelder- bzw. Resolversystem 18 und einen Controller 20 enthält. Mit Bezug auf 1 kann der Controller 20 einen ersten Stromregler 22, ein Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 (mit einem zweiten Stromregler 25), einen Spannungssummierungs-Knotenpunkt 26, erste und zweite Referenzrahmen-Transformationsblöcke 28A, B, erste und zweite Phasentransformationsblöcke 30A, B und eine Rückkopplungsschleife 31 enthalten. 2 ist eine schematische Veranschaulichung des Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmoduls 24, das nachstehend im Detail beschrieben wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 12 eine elektrische dreiphasige Wechselstrommaschine (AC-Maschine) mit einem Rotor und mit Statorwicklungen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Motor 12 ein Motor mit innen liegenden Permanentmagneten (IPM-Motor), ein Induktionsmotor, ein Synchronreluktanzmotor oder ein anderer geeigneter Motor sein, wie verstanden wird. Ferner versteht es sich, dass der hier erörterte Gegenstand nicht auf dreiphasige Maschinen begrenzt ist und auf eine beliebige Anzahl von Phasen angepasst werden kann.
Mit Bezug auf 1 kann die Energiequelle 16 elektrische Energie und/oder Spannung an den Wechselrichter 14 liefern, um den Motor 12 anzutreiben. Die Energiequelle 16 kann eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Ultrakondensator oder eine beliebige andere geeignete Energiequelle umfassen, die in der Technik bekannt ist. Der Motor 12 arbeitet in Ansprechen auf eine Spannung, die vom Wechselrichter 14 an die Statorwicklungen angelegt wird, welche einen drehmomenterzeugenden Strom in den Statorwicklungen erzeugt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform liefert der Wechselrichter 14 pulsbreitenmodulierte Spannungssignale (PWM-Spannungssignale) an jede Phase der Statorwicklungen, und er kann mehrere Transistorschalterpaare (nicht gezeigt) zum Modulieren der gelieferten Spannung umfassen, wie in der Technik verstanden wird. Das Resolversystem 18 (oder eine ähnliche Drehzahlerfassungsvorrichtung) misst die Position des Rotors und die Drehzahl des Motors 12 und liefert die gemessenen Werte an andere Komponenten des Systems 10. Das Resolversystem 18 kann einen Resolver/Digital-Wandler zum Erzeugen einer digitalen Darstellung der Rotorposition enthalten. Der Kürze halber kann es sein, dass herkömmliche Techniken mit Bezug auf einige funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Arbeitskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben werden.
5 ist eine beispielhafte graphische Darstellung eines Drehmomentsignals 200, das von einem Elektromotor 12 erzeugt wird, wenn eine Spannung/ein Strom an den Motor 12 geliefert wird (d. h. in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl), welche die Amplitude auf der Y-Achse 202 und die Zeit auf der X-Achse 204 zeigt. Mit Bezug auf 5 enthält das Drehmomentsignal 200 Drehmomentwelligkeitsschwingungen 206. 6 ist eine graphische Darstellung einer schnellen Fourier-Transformation 210 (FFT) des in 5 gezeigten Drehmomentsignals 200, welche die Amplitude auf der Y-Achse 208 und die Frequenz auf der X-Achse 209 zeigt. Die schnelle Fourier-Transformation 210 legt offen, dass die Drehmomentwelligkeit eine elektrische Basisfrequenzkomponente 212 (f₀ = 1) sowie Komponenten mit höherer Frequenz enthält. Bei dem gezeigten Beispiel enthalten die Komponenten mit höherer Frequenz eine erste Oberschwingung der Welligkeit 214 (in diesem Fall ist f₁ = 6) und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit 216 (in diesem Fall ist f₂ = 12).
Der Controller 20 von 1 ist ausgestaltet, um ein Welligkeitsreduktionssignal zu erzeugen, das ausgestaltet ist, um die Ausgabe des Motors 12 zu modifizieren, um die speziellen Drehmomentwelligkeitskomponenten, welche der ersten und zweiten Oberschwingung der Welligkeit 214, 216 entsprechen, gleichzeitig aufzuheben. Mit anderen Worten ist der Controller 20 ausgestaltet, um ein Welligkeitsreduktionssignal zum Glätten des Drehmomentsignals 200 oder zum Reduzieren von Drehmomentwelligkeitsschwingungen zu erzeugen. Das Welligkeitsreduktionssignal ist ein betriebsbedingtes Steuerungssignal, das den Eingangsstrom oder die Eingangsspannung an den Motor 12 modifiziert. Der Controller 20 erledigt dies teilweise, indem er einen Prozess 100 (in 3 gezeigt) ausführt, der im Controller 20 vorhanden ist oder durch den Controller 20 auf andere Weise leicht ausgeführt werden kann. Der Prozess 100 muss nicht in der speziellen hier wiedergegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem versteht es sich, dass einige Schritte weggelassen werden können.
Die Techniken und Technologien können hier mithilfe von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und mit Bezugnahme auf symbolische Darstellungen von Operationen, Verarbeitungsaufgaben und Funktionen, die von verschiedenen Berechnungskomponenten oder -Vorrichtungen ausgeführt werden können, beschrieben werden. Diese Operationen, Aufgaben und Funktionen werden manchmal als von einem Computer ausgeführt, computerisiert, durch Software implementiert oder durch einen Computer implementiert bezeichnet. Der Controller 20 kann verschiedene Sensoren, Berechnungsvorrichtungen und Steuermodule, elektronische Steuerungseinheiten (ECUS) oder mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher enthalten, der darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen enthält, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen. Von einem Computer ausführbare Anweisungen können von Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielfalt von Programmiersprachen und/oder Technologien erzeugt wurden, welche ohne Einschränkung und entweder für sich oder in Kombination Java^TM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl usw. umfassen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, zum Beispiel von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse ausgeführt werden, welche einen oder mehrere der Prozesse umfassen, die hier beschrieben werden. Diese Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielfalt computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
Ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) enthält ein beliebiges nicht vorübergehendes (z. B. konkretes) Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer (z. B. von einem Prozessor eines Computers) gelesen werden können. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, welche nicht flüchtige Medien und flüchtige Medien umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sind. Nicht flüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und einen anderen dauerhaften Speicher umfassen. Flüchtige Medien können beispielsweise einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, der einen Arbeitsspeicher bilden kann. Diese Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien übertragen werden, welche Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfasern einschließlich der Drähte, die einen Systembus bilden, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist, enthalten. Einige Formen von computerlesbaren Medien umfassen beispielsweise eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physikalisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein Flash-EEPROM, einen beliebigen anderen Speicherchip oder Speicherträger oder ein beliebiges anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Der Controller 20 kann außerdem ausreichend vorübergehenden Speicher enthalten, z. B. Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), sodass transiente Signale, welche hier nicht für Speichermedien vorgesehen sind, beim Ausführen des Prozesses 100 von 3 (und des Prozesses 150 von 4) nach Bedarf übertragen, empfangen und verarbeitet werden können. Der Controller 20 kann unabhängig davon, ob er als eine einzelne Computervorrichtung oder als verteiltes System ausgestaltet ist, nach Bedarf andere Komponenten enthalten, wie etwa Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Zeitgeber, Analog/Digital-Schaltungen (A/D-Schaltungen), Digital/Analog-Schaltungen (D/A-Schaltungen), digitale Signalprozessoren, und beliebige notwendige Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und/oder andere Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltungen, ohne aber darauf begrenzt zu sein.
Mit Bezug auf 3 kann der Prozess 100 mit Schritt 102 beginnen, bei dem der Controller 20 von 1 in Ansprechen auf eine Anwenderanforderung nach Drehmoment (etwa wenn ein Fahrer ein Gaspedal in einem Fahrzeug niederdrückt) einen Drehmomentbefehl 32 erzeugt. Der Drehmomentbefehl 32 wird an das Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 und an den ersten Stromregler 22 gesendet. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist der Motor 12 ausgestaltet, um ein Drehmomentsignal in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Drehmomentsignal eine Basisfrequenzkomponente (f₀ = 1) und mehrere Oberschwingungen der Welligkeit enthält. Der Controller 20 identifiziert eine erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit, die aufgehoben werden sollen. Die erste Oberschwingung der Welligkeit (f₁ = n, wobei n eine ganze Zahl ist) stellt ein ganzzahliges Vielfaches der elektrischen Basisfrequenz des Motors 12 dar. Bei der gezeigten Ausführungsform stellt die zweite Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit dar (f₂ = c·n, wobei c eine Konstante ist). Bei einer Ausführungsform stellen die erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit die sechste und zwölfte Oberschwingung dar, oder f₁ = 6 bzw. f₂ = 12. Die erste und zweite Oberschwingung der Welligkeit können auf der Grundlage von Motorbetriebseigenschaften vorbestimmt sein und im Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 vorkonfiguriert sein.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann der Controller 20 mit einem oder mehreren Steuerungsblöcken ausgeführt sein. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”Block” die physikalische Hardware, Schaltungselemente, Vorrichtungen und zugehörige Software, die benötigt wird, um eine spezielle Steuerungsfunktion wie hier beschrieben auszuführen. Wie nachstehend beschrieben wird, erzeugt das Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 18 Oberschwingungsaufhebungsbefehle auf der Grundlage der identifizierten Oberschwingungen der Welligkeit.
Das Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 enthält einen ersten Aufhebungsstrom-Befehlsblock 34, einen ersten Knotenpunkt 36, einen zweiten Aufhebungsstrom-Befehlsblock 38, eine Transformationsmatrix 40, einen zweiten Knotenpunkt 46, ein Hochpassfilter 42, einen dritten Referenzrahmen-Transformationsblock 44 (f₀ zu f₁) und einen vierten Referenzrahmen-Transformationsblock 50 (f₁ zu f₀) die nachstehend im Detail beschrieben werden.
Bei einer Ausführungsform kann der Aufhebungsstrombefehl mit Bezug auf einen d-q-Referenzrahmen durch zwei Komponenten realisiert werden. Der d-q-Referenzrahmen in kartesischen Koordinaten ist synchron zu der Rotation des Rotors innerhalb des Motors 12. Folglich stellt d₁, q₁ einen Rahmen dar, der mit der elektrischen Basisfrequenz f₀ rotiert und hier als der Basis-Synchronreferenzrahmen bezeichnet wird. Der d_n, q_n-Referenzrahmen stellt einen Rahmen dar, der mit der ersten Oberschwingung der Welligkeit f₁ rotiert und hier als der Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung bezeichnet wird. Der d_c·n, d_c·n-Referenzrahmen stellt einen Rahmen dar, der mit der zweiten Oberschwingung der Welligkeit f₂ rotiert und hier als der Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung bezeichnet wird.
Bei Schritt 104 von 3 bestimmt der erste Aufhebungsstrom-Befehlsblock 34 (in dem Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 in 2) einen ersten Aufhebungsstrombefehl für die erste Oberschwingung der Welligkeit im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung auf der Grundlage des Drehmomentbefehls 32 und vorbestimmter Drehmomenteigenschaften des Motors 12, etwa der Kernblechgeometrie des Stators und des Rotors und der Wicklungskonfiguration.
Auf ähnliche Weise bestimmt bei Schritt 106 der zweite Aufhebungsstrom-Befehlsblock 38 von 2 einen zweiten Aufhebungsstrombefehl für die zweite Oberschwingung der Welligkeit in dem Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung auf der Grundlage des Drehmomentbefehls 32 und vorbestimmter Drehmomenteigenschaften des Motors 12.
Der erste und zweite Aufhebungsstrombefehl können aus einer Nachschlagetabelle ermittelt werden, die mehrere gespeicherte Stromaufhebungsbefehle enthält, welche einem Bereich oder mehreren möglichen Eingabedrehmomentbefehlen entsprechen. Alternativ kann der Aufhebungsstrom-Befehlsblock 38 den Aufhebungsstrombefehl bestimmen, indem er eine Polynom-Kurvenanpassungsoperation an dem Drehmomentbefehl ausführt.
Für eine vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit (z. B. f₁ = 6) kann eine Nachschlagetabelle erzeugt werden, indem ein Eingabedrehmoment für den Motor 12 befohlen wird und das tatsächlich erzeugte Drehmoment mit einem Drehmoment-Messfühler gemessen wird. An dem Drehmomentsignal wird eine schnelle Fourier-Transformation durchgeführt, um die Größe des Drehmoments für die vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit zu erhalten. Der befohlene Strom wird so kalibriert oder abgestimmt, dass er gleich und entgegengesetzt zu der Größe des Drehmoments für die vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit ist, wodurch die vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit selektiv aufgehoben wird. Dieser Prozess wird für einen Bereich von Eingabedrehmomentbefehlen wiederholt, um eine Nachschlagetabelle für die vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit zu erhalten. Ein ähnlicher Prozess wird für die nächste vorbestimmte Oberschwingung der Welligkeit (z. B. f₂ = 12) durchgeführt.
Bei Schritt 108 von 3 bildet der zweite Aufhebungsstrom-Befehlsblock 38 von 2 den zweiten Aufhebungsstrombefehl (von Schritt 106, im Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung) durch eine Transformationsmatrix 40 auf den ersten Aufhebungsstrombefehl (von Schritt 104, im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung) ab, wodurch ein kombinierter Aufhebungsstrombefehl (im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung) am ersten Knotenpunkt 36 (in 2 gezeigt) erzeugt wird.
Die Transformationsmatrix 40 kann bestimmt werden, indem die Rahmenachsen für den Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung und den Referenzrahmen der zweiten Oberschwingung in Beziehung gebracht werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die erste Oberschwingung der Welligkeit die sechste Oberschwingung und die zweite Oberschwingung der Welligkeit ist die zwölfte Oberschwingung. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen den Synchronreferenzrahmen der ersten und zweiten Oberschwingung q₆, d₆ bzw. q₁₂, d₁₂ durch eine erste Matrix (T_H6) repräsentiert, wie in Gleichung (1) gezeigt ist:
(Die Achsen q₆, d₆ und q₁₂, d₁₂ sind mit einer Tilde gezeigt, um Vektorkoordinaten dazustellen). Zudem definiert ein Winkel (θ₆) der ersten Oberschwingung die Orientierung des Synchronreferenzrahmens der ersten Oberschwingung relativ zu einem Basis-Synchronreferenzrahmen. Ein Winkel (θ₁₂) der zweiten Oberschwingung definiert die Orientierung des Synchronreferenzrahmens der zweiten Oberschwingung relativ zu einem Basis-Synchronreferenzrahmen, wobei θ₁₂ = 2θ₆. Dies führt zu den nachstehenden Gleichungen (2) und (3): q ~₁₂ = d ~₆sin2θ₆ + q ~₆cos2θ₆ (2) d ~₁₂ = q ~₆sin2θ₆ + d ~₆cos2θ₆ (3)
Die Verwendung der bekannten Beziehungen zwischen sin2θ, cos2θ, sinθ und cosθ [siehe nachstehende Gleichung (4)] führt zu Gleichung (5): sin2θ = 2sinθcosθ und cos2θ = 1 – 2sin²θ (4)
Die Transformationsmatrix 40 ist eine Inversionsmatrix der ersten Matrix (T_H6), da sie die zweite Oberschwingung der Welligkeit auf die erste Oberschwingung der Welligkeit abbildet. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Matrix (T_H6) in Gleichung (6) nachstehend wie folgt definiert:
Nun mit Bezug auf 3 erzeugt der Controller 20 bei Schritt 110 ein Welligkeitsreduktionssignal (in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl 32), wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise auf dem kombinierten Aufhebungsstrombefehl beruht.
Wie nachstehend beschrieben wird, veranschaulicht 4 einen weiteren beispielhaften Prozess 150, der von dem Controller 20 implementiert werden kann, um das Welligkeitsreduktionssignal auf der Grundlage des kombinierten Aufhebungsstrombefehls (der bei Schritt 108 bestimmt wurde) zu erzeugen. Mit Bezug nun auf 2 enthält das Oberschwingungsstrom-Aufhebungsmodul 24 ein Hochpassfilter 42, das ein vorbestimmtes Stromsignal von einem Modul 41 des Controllers 20 auf der Grundlage des Drehmomentbefehls 32 empfängt. Das Modul 41 kann ein Basisfrequenz-Entkopplungsblock sein, der einen Strom im Basis-Synchronreferenzrahmen misst. Das Hochpassfilter 42 sperrt die Gleichstromkomponente der Basisfrequenzkomponente des Stroms aus, das heißt, es beseitigt die Basisfrequenzkomponenten und erlaubt nur den Oberschwingungen mit höherer Frequenz über der Frequenz des Hochpassfilters 42 einen ungedämpften Durchgang.
Bei Schritt 151 von 4 wird vom Hochpassfilter 42 (das in 2 gezeigt ist) ein gefiltertes Stromsignal in einem Basis-Synchronreferenzrahmen erzeugt. Bei Schritt 152 von 4 wird das gefilterte Stromsignal durch den dritten Referenzrahmen-Transformationsblock 44 (in 2 gezeigt) vom Basis-Synchronreferenzrahmen in den Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung transformiert.
Bei Schritt 154 von 4 kann das gefilterte Stromsignal im Synchronrahmen der ersten Oberschwingung bei dem zweiten Knotenpunkt 46 (in 2 gezeigt) zu dem kombinierten Stromaufhebungsbefehl [engl.: current cancellation current] addiert werden. Mit Bezug auf 2 wird die Ausgabe des zweiten Knotenpunkts 46 dem zweiten Stromregler 25 zugeführt.
Bei Schritt 156 von 4 wird von dem zweiten Stromregler 25 eine zweite befohlene Spannung (auf der Grundlage des kombinierten Aufhebungsstrombefehls) erzeugt. Bei Schritt 158 von 4 wird die zweite befohlene Spannung (Schritt 156) durch den vierten Referenzrahmen-Transformationsblock 50 (siehe 2) vom Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung in den Basis-Synchronreferenzrahmen transformiert. Die Ausgabe des vierten Referenzrahmen-Transformationsblocks 50 wird dem Spannungssummierungs-Knotenpunkt 26 zugeführt (in 1–2 gezeigt, siehe Schritt 160 nachstehend).
Bei Schritt 157 von 4 wird von dem ersten Stromregler 22 eine erste befohlene Spannung in einem Basis-Synchronreferenzrahmen erzeugt. Der erste Stromregler 22 erzeugt die erste befohlene Spannung auf der Grundlage eines synchronen Statorstrombefehls (der von einem anderen Modul im Controller 20 empfangen werden kann), um den Motor 12 mit dem befohlenen Drehmoment 32 zu betreiben. Der synchrone Statorstrombefehl beruht auf dem Drehmomentbefehl 32, der Spannung der Energiequelle, der Winkelgeschwindigkeit des Motors und auf anderen Betriebsparametern des Elektromotorsystems 10. Der erste Stromregler 22 liefert die erste befohlene Spannung an den Spannungssummierungs-Knotenpunkt 26 (in 1-2 gezeigt, siehe Schritt 160 nachstehend).
Bei Schritt 159 von 4 kann die erste befohlene Spannung zumindest teilweise auf der Grundlage einer Rückkopplungsschleife 31 (in 1 gezeigt), welche eine gemessene Stromrückkopplung aus dem Motor 12 bereitstellt, justiert werden. Mit Bezug auf 1 wird die gemessene Stromrückkopplung von dem zweiten Referenzrahmen-Transformationsblock 28B (von einem stationären Referenzrahmen in einen Basis-Synchronreferenzrahmen) und von dem zweiten Phasentransformationsblock 30B (zum Wechsel von einem dreiphasigen Zustand in einen zweiphasigen Zustand) verarbeitet.
Bei Schritt 160 von 4 wird eine dritte befohlene Spannung erzeugt, indem die erste befohlene Spannung und die zweite befohlene Spannung am Spannungssummierungs-Knotenpunkt 26 (siehe 1) addiert werden. Bei diesem Schritt kann die dritte befohlene Spannung in einem dreiphasigen Zustand im Basis-Synchronreferenzrahmen vorliegen.
Bei Schritt 162 von 4 kann die dritte befohlene Spannung durch den ersten Referenzrahmen-Transformations-Block 28A (siehe 1) vom Basis-Synchronreferenzrahmen in den stationären Referenzrahmen transformiert werden. Der erste Referenzrahmen-Transformationsblock 28A kann die Rotorposition (z. B. vom Resolversystem 18, das vorstehend beschrieben wurde) verwenden, um die dritte befohlene Spannung vom Synchronreferenzrahmen gemäß einer herkömmlichen Koordinatentransformation in den stationären Referenzrahmen zu transformieren.
Bei Schritt 164 von 4 kann die dritte befohlene Spannung durch den ersten Phasentransformationsblock 30A (siehe 1) von einem zweiphasigen Zustand in einen dreiphasigen Zustand transformiert werden. Der erste Phasentransformationsblock 30A justiert die dritte befohlene Spannung auf die äquivalenten dreiphasigen Signale, wie der Fachmann weiß. Die dritte befohlene Spannung im dreiphasigen stationären Rahmen kann das Betriebssteuerungssignal oder Welligkeitsreduktionssignal sein, das an den Wechselrichter 14 weitergeleitet wird, der die Spannungsbefehle verarbeitet und die befohlenen Spannungen an Statorwicklungen des Motors 12 anlegt. Mit anderen Worten beruht das Welligkeitsreduktionssignal auf der dritten befohlenen Spannung.
Zusammengefasst werden ein System und Verfahren bereitgestellt, um ein Welligkeitsreduktionssignal zu erzeugen, das die ersten und zweiten Oberschwingungen der Welligkeit gleichzeitig aufhebt. Die zweite Oberschwingung der Welligkeit kann mit der ersten Oberschwingung der Welligkeit aufgehoben werden, indem sie durch die Transformationsmatrix 40 auf die erste Oberschwingung der Welligkeit abgebildet wird. Dieser Ansatz spart Prozessordurchsatz und kann bei sensorlosen Motorsteuerungsanwendungen nützlich sein, bei denen es möglicherweise nicht ideal ist, Komponenten von Oberschwingungen auf einen Basis-Synchronreferenzrahmen abzubilden. Dieser Ansatz kann bei einer Anwendung nützlich sein, bei denen die Bandbreite eines Basisstromcontrollers viel geringer als die Bandbreite eines Oberschwingungsstromcontrollers ist.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere Datenspeicher, die hier beschrieben sind, können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, zum Zugriff auf und zum Holen von verschiedenen Arten von Daten enthalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankmanagementsystems (RDBMS) usw. Jeder derartige Datenspeicher kann in einer Rechenvorrichtung enthalten sein, die ein Computerbetriebssystem verwendet, etwa eines derjenigen, die vorstehend erwähnt wurden, und auf ihn kann über ein Netzwerk in einer beliebigen oder mehreren einer Vielfalt von Weisen zugegriffen werden. Ein Dateisystem kann von einem Computerbetriebssystem aus zugänglich sein und kann Dateien enthalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Zusätzlich zu einer Sprache zum Erzeugen, Speichern, Editieren und Ausführen von gespeicherten Prozeduren kann ein RDBMS eine strukturierte Abfragesprache (SQL) verwenden.
Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben worden sind, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.

Claims

Elektromotorsystem, umfassend: einen Motor, der ausgestaltet ist, um ein Drehmomentsignal in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Drehmomentsignal eine Basisfrequenzkomponente, eine erste Oberschwingung der Welligkeit und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit aufweist; wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenzkomponente ist und die zweite Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit ist; einen Controller, der mit dem Motor wirksam verbunden ist und ausgestaltet ist, um einen kombinierten Aufhebungsbefehl zum gleichzeitigen Aufheben der ersten und zweiten Oberschwingung der Welligkeit im Drehmomentsignal zu erzeugen; und wobei der Controller ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl ein Welligkeitsreduktionssignal zu erzeugen, wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise von dem kombinierten Aufhebungsbefehl und vorbestimmten Eigenschaften des Motors abhängt.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller ausgestaltet ist, um den kombinierten Aufhebungsbefehl zu erzeugen, indem ein zweiter Aufhebungsbefehl für die zweite Oberschwingung der Welligkeit durch eine Transformationsmatrix auf einen ersten Aufhebungsbefehl für die erste Oberschwingung der Welligkeit abgebildet wird.
System nach Anspruch 2: wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit eine sechste Oberschwingungsfrequenz ist und die zweite Oberschwingung der Welligkeit eine zwölfte Oberschwingungsfrequenz ist; wobei die Transformationsmatrix zumindest teilweise von einem ersten Oberschwingungswinkel (θ₆) abhängt, wobei der erste Oberschwingungswinkel (θ₆) eine Orientierung des Synchronreferenzrahmens der ersten Oberschwingung relativ zu einem Basis-Synchronreferenzrahmen definiert; und wobei die Transformationsmatrix eine Inversionsmatrix einer ersten Matrix (T_H6) ist; wobei die erste Matrix (T_H6) definiert ist als:
System nach Anspruch 1, wobei der Controller enthält: einen ersten Stromregler, der ausgestaltet ist, um einen Basisstrom in einem Basis-Synchronreferenzrahmen zu steuern.
Verfahren zum Reduzieren einer Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotorsystem, das einen Motor aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Drehmomentbefehl erzeugt wird, wobei der Motor ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl ein Drehmomentsignal zu erzeugen, wobei das Drehmomentsignal eine Basisfrequenzkomponente, eine erste Oberschwingung der Welligkeit und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit aufweist; wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenzkomponente ist und die zweite Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit ist; ein erster Aufhebungsstrombefehl auf der Grundlage der ersten Oberschwingung der Welligkeit in einem Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung bestimmt wird; ein zweiter Aufhebungsstrombefehl auf der Grundlage einer zweiten Oberschwingung der Welligkeit in einem Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung bestimmt wird; ein kombinierter Aufhebungsstrombefehl erzeugt wird, indem der zweite Aufhebungsstrombefehl durch eine Transformationsmatrix auf den ersten Aufhebungsstrombefehl abgebildet wird, wobei der kombinierte Aufhebungsstrombefehl im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung vorliegt; und ein Welligkeitsreduktionssignal in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl erzeugt wird, wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise auf dem kombinierten Aufhebungsstrombefehl und vorbestimmten Eigenschaften des Motors beruht.
Verfahren nach Anspruch 5: wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit eine sechste Oberschwingungsfrequenz ist und die zweite Oberschwingung der Welligkeit eine zwölfte Oberschwingungsfrequenz ist; wobei die Transformationsmatrix zumindest teilweise von einem ersten Oberschwingungswinkel (θ₆) abhängt, wobei der erste Oberschwingungswinkel (θ₆) eine Orientierung des Synchronreferenzrahmens der ersten Oberschwingung relativ zu einem Basis-Synchronreferenzrahmen definiert; und wobei die Transformationsmatrix eine Inversionsmatrix einer ersten Matrix (T_H6) ist; wobei die erste Matrix (T_H6) definiert wird als:
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass: eine erste befohlene Spannung in einem Basis-Synchronreferenzrahmen durch einen ersten Stromregler erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass: eine zweite befohlene Spannung auf der Grundlage des kombinierten Aufhebungsstrombefehls durch einen zweiten Stromregler erzeugt wird; die zweite befohlene Spannung von einem Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung in den Basis-Synchronreferenzrahmen transformiert wird; eine dritte befohlene Spannung erzeugt wird, indem die erste befohlene Spannung und die zweite befohlene Spannung in einem Spannungssummierungs-Knotenpunkt addiert werden; und wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise von der dritten befohlenen Spannung abhängt.
Verfahren nach Anspruch 8, das vor dem Erzeugen einer zweiten befohlenen Spannung ferner umfasst, dass: durch ein Hochpassfilter ein gefiltertes Stromsignal im Basis-Synchronreferenzrahmen erzeugt wird; das gefilterte Stromsignal vom Basis-Synchronreferenzrahmen in den Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung transformiert wird; und das gefilterte Stromsignal im Synchronrahmen der ersten Oberschwingung zu dem kombinierten Aufhebungsstrombefehl addiert wird.
Verfahren zum Reduzieren einer Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotorsystem, das einen Motor aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Drehmomentbefehl erzeugt wird, wobei der Motor ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl ein Drehmomentsignal zu erzeugen, wobei das Drehmomentsignal eine Basisfrequenzkomponente, eine erste Oberschwingung der Welligkeit und eine zweite Oberschwingung der Welligkeit aufweist; wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der Basisfrequenzkomponente ist und die zweite Oberschwingung der Welligkeit ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Oberschwingung der Welligkeit ist; ein erster Aufhebungsstrombefehl auf der Grundlage der ersten Oberschwingung der Welligkeit in einem Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung bestimmt wird; ein zweiter Aufhebungsstrombefehl auf der Grundlage einer zweiten Oberschwingung der Welligkeit in einem Synchronreferenzrahmen der zweiten Oberschwingung bestimmt wird; ein kombinierter Aufhebungsstrombefehl erzeugt wird, indem der zweite Aufhebungsstrombefehl durch eine Transformationsmatrix auf den ersten Aufhebungsstrombefehl abgebildet wird, wobei der kombinierte Aufhebungsstrombefehl im Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung vorliegt; durch einen ersten Stromregler eine erste befohlene Spannung in einem Basis-Synchronreferenzrahmen erzeugt wird; die erste befohlene Spannung zumindest teilweise auf der Grundlage einer Rückkopplungsschleife verstellt wird, die eine Rückkopplung des gemessenen Stroms vom Motor bereitstellt; eine zweite befohlene Spannung auf der Grundlage des kombinierten Aufhebungsstrombefehls durch einen zweiten Stromregler erzeugt wird; die zweite befohlene Spannung von einem Synchronreferenzrahmen der ersten Oberschwingung in den Basis-Synchronreferenzrahmen transformiert wird; eine dritte befohlene Spannung erzeugt wird, indem die erste befohlene Spannung und die zweite befohlene Spannung bei einem Spannungssummierungs-Knotenpunkt addiert werden; und in Ansprechen auf den Drehmomentbefehl ein Welligkeitsreduktionssignal erzeugt wird, wobei das Welligkeitsreduktionssignal zumindest teilweise von der dritten befohlenen Spannung abhängt.