DE102014205244A1 - Method and device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine - Google Patents

Method and device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren 300 zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt umfasst ein Bestimmen 310 einer Stellgröße des Regelkreises unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für die Drehstrommaschine für den aktuellen Samplezeitpunkt. Die Stellgröße korrespondiert zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt. Das Verfahren 300 umfasst zudem ein Bestimmen 320 eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt. Außerdem umfasst das Verfahren 300 ein Initialisieren 330 eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil.A method 300 for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time comprises determining 310 a control variable taking into account a target current specification for the three-phase machine for the current sample time. The manipulated variable corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time. The method 300 further comprises determining 320 an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable by the control loop. In addition, the method 300 includes initializing 330 an integrator of the loop with the particular integrative fraction.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Initialisierens eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine, insbesondere bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand (AK der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine.The present invention is in the field of initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine, in particular at a transition from an active short-circuit state (AK of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine.

Zur Umwandlung elektrischer in kinetische Energie werden nebst anderen Bauformen von Elektromotoren sogenannte Drehfeld- oder Drehstrommaschinen verwendet. Drehfeldmaschinen umfassen einen Stator mit einer ringförmigen Anordnung sogenannter Phasen, die zeitlich variable Magnetfelder erzeugen können, und dadurch einen magnetischen Rotor, beispielsweise einen Läufer mit einem Permanentmagneten, in Rotation versetzen können. Drehfeldmaschinen, beispielsweise permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) oder Asynchronmaschinen (ASM), werden in unterschiedlichen Anwendungen, z. B. Hybridauto, Elektroauto, Servoantriebe, Werkzeugmaschinen, etc. eingesetzt.For the conversion of electrical into kinetic energy, so-called three-phase or three-phase machines are used, among other types of electric motors. Rotary field machines comprise a stator with an annular arrangement of so-called phases, which can generate time-variable magnetic fields, and thereby enable a magnetic rotor, for example a rotor with a permanent magnet, to rotate. Rotary field machines, such as permanent magnet synchronous machines (PSM) or asynchronous machines (ASM), are used in different applications, eg. As hybrid car, electric car, servo drives, machine tools, etc. are used.

Bei einer feldorientierten Regelung (FOR) werden die Zustandsgrößen des elektrischen Motors in ein Koordinatensystem transformiert, in dem sich die differenziellen Gleichungen, die ein dynamisches Verhalten des elektrischen Motors beschreiben, vereinfachen. In diesen Koordinaten kann die Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine geregelt werden. Für die Durchführung der FOR können neben der Drehzahl, Rotorposition oder der Zwischenkreisspannung Informationen über die Phasenströme erforderlich sein, um die Rückkupplung des Regelkreises zu gewährleisten. Dies kann bedeuten, dass Strommesssensoren zur Messung der Ströme benötigt werden.In a field-oriented control (FOR), the state variables of the electric motor are transformed into a coordinate system in which the differential equations describing a dynamic behavior of the electric motor are simplified. In these coordinates, the machine can be controlled similar to a DC machine. In addition to the speed, rotor position or the intermediate circuit voltage, information about the phase currents may be required to carry out the FOR in order to ensure the feedback of the control loop. This may mean that current measuring sensors are needed to measure the currents.

In vielen Fällen wird die Maschine in einem gesamten technisch möglichen Drehzahlbereich in Betrieb genommen. In manchen Fällen kann die Maschine abgebremst werden, und dadurch ungewünschte Betriebszustände vermieden werden, z. B. wenn die Drehzahl durch äußere Einflüsse (z. B. Belastung) die maximale Drehzahl übersteigt, oder wenn die Batteriespannung zur Versorgung der Maschine sinkt, was ein Absenken der Drehzahl der Maschine auf einen kleineren Wert zur Folge haben kann. In diesem Fall kann es erforderlich sein, dass die Maschine schnell abgebremst wird. Dies kann durch einen aktiven Kurzschluss der Maschine (AKS) geschehen. Dabei wird eine Spannung gleich Null am Maschineneingang angelegt.In many cases, the machine is put into operation in a whole technically possible speed range. In some cases, the machine can be braked, thereby avoiding unwanted operating conditions, eg. For example, when the speed exceeds the maximum speed due to external influences (eg, load), or when the battery voltage to supply the machine decreases, which may result in lowering the speed of the machine to a lower value. In this case, it may be necessary for the machine to decelerate quickly. This can be done by an active short circuit of the machine (AKS). A voltage equal to zero is applied at the machine input.

In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, die Maschine nicht bis zum Stillstand, sondern lediglich so weit abzubremsen, bis der ungewünschte Betriebszustand verlassen wird, und anschließend wieder mit der FOR zu regeln. Dabei können möglicherweise Probleme bei einem Wiedereinschalten der Maschine auftreten. Während des AKS der Maschine können beispielsweise die Regler von Strömen Werte annehmen, die nicht mehr zu einem aktuellen Zustand bei dem Wiedereinschalten passen. Das Ergebnis können hohe Phasenströme sein, die möglicherweise zu einer Belastung der Batterie, einer Zerstörung der Endstufe bzw. Versorgungsspannungsquelle oder einer Teilentmagnetisierung eines Permanentmagneten der Maschine führen können.In many cases it may be desirable not to decelerate the machine to a standstill, but only so far, until the undesired operating state is left, and then again with the FOR to regulate. This may cause problems when the machine is restarted. For example, during the AKS of the machine, the regulators of currents may take on values that no longer match a current state at power up. The result can be high phase currents, which can possibly lead to a load on the battery, destruction of the output stage or supply voltage source or partial demagnetization of a permanent magnet of the machine.

Nach einer konventionellen Vorgehensweise werden Integratoren von PI-Reglern in beiden Achsen des verwendeten Koordinatensystems beim AKS auf null zurückgesetzt, wenn die FOR nicht aktiv (bzw. die AKS aktiv) ist. Die Wahrscheinlichkeit eines Aufbaus der Integratorwerte nach Unendlich oder eines Abbaus kann dadurch vermindert werden. Dies kann bei Einschalten der FOR jedoch die Gefahr von hohen Strömen trotzdem nicht vollständig verhindern. Schäden an der Maschine, beispielsweise an in einem Wechselrichter befindlichen, zu einer Regelung der Phasen dienenden Halbleiterbauteile, können eine mögliche Folge sein. Ferner kann ein erhöhter Verschleiß, beispielsweise an der Endstufe oder der Batterie auftreten, was deren Lebensdauer verringern kann.According to a conventional procedure, integrators of PI controllers in both axes of the used coordinate system are reset to zero at the AKS if the FOR is not active (or the AKS active). The probability of building up the integrator values after infinity or degradation can thereby be reduced. However, this can not completely prevent the risk of high currents when the FOR is switched on. Damage to the machine, for example semiconductor devices located in an inverter and used to control the phases, may be a possible consequence. Furthermore, increased wear, for example, on the output stage or the battery may occur, which can reduce their life.

Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Konzept für die Ansteuerung einer Drehfeldmaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine zu schaffen.It is therefore desirable to provide an improved concept for driving a rotating field machine in a transition from an active short circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine.

Diesem Bedarf tragen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.This need is taken into account by a method and apparatus for initializing a control circuit for a current to operate a three-phase machine in a transition from an active short circuit condition at a previous sample time of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sample time according to the independent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Stellgröße des Regelkreises unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für die Drehstrommaschine für den aktuellen Samplezeitpunkt. Die Stellgröße korrespondiert zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt. Das Verfahren umfasst zudem ein Bestimmen eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt. Außerdem umfasst das Verfahren ein Initialisieren eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil. Ein Auftreten von Strompeaks kann somit reduziert oder sogar vermieden werden. Mögliche Folgeschäden durch Strompeaks, beispielsweise an Endstufe, Batterie, Halbleiterelementen oder Magneten, ungewollte Geräuschentwicklung oder ein ungewolltes Abschalten der Endstufe der Maschine lassen sich dadurch möglicherweise verhindern.According to a first aspect, embodiments relate to a method for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time. The method comprises determining a manipulated variable of the control loop taking into account a target current specification for the three-phase machine for the current sampling time. The manipulated variable corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time. The method also comprises determining an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable by the control loop. In addition, the method comprises initializing an integrator of the control loop with the determined integrative component. An occurrence of current peaks can thus be reduced or even avoided. Potential consequential damage from current peaks, such as power amplifier, battery, semiconductor elements or magnets, unwanted noise or unintentional shutdown of the power amplifier of the machine may possibly be prevented.

Bei einigen Ausführungsbeispielen dient der Regelkreis zu einer feldorientierten Regelung der Drehstrommaschine. Die FOR kann ein Regeln der Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine erlauben.In some embodiments, the control loop is used for field-oriented control of the three-phase machine. The FOR can allow a controlling of the machine similar to a DC machine.

Bei manchen Ausführungsbeispielen wird der integrative Anteil YI unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe IsSoll(k) zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k), der Stellgröße Y, welche zu dem Betriebszustand der Synchronmaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) korrespondiert und eines Proportionalkoeffizienten für einen Proportionalanteil Kp einer Proportional-Integral-Regelung wie folgt bestimmt: YI = Y – KP·IsSoll(k). In some embodiments, the integrative component Y I , taking into account a target current command I ssoll (k) at the current sample time (k), the manipulated variable Y, which corresponds to the operating state of the synchronous machine at the previous sample time (k-1) and a proportional coefficient for determines a proportional component K p of a proportional-integral control as follows: Y I = Y - K P · I ssoll (k) .

Dadurch kann bewirkt werden, dass sich die FOR so verhält, als sei diese bereits zu dem vorangegangenen Samplezeitpunkt aktiv gewesen. Auch können Unstetigkeiten in den neu berechneten Spannungen der FOR vermindert werden.This can cause the FOR to behave as if it had already been active at the previous sample time. Also, discontinuities in the newly calculated tensions of the FOR can be reduced.

Bei einigen Ausführungsbeispielen verwendet der Regelkreis ausschließlich eine Proportional-Integral-Regelung. Durch das Integral-Glied (I-Glied) kann in einem stationären Zustand bei konstantem Sollwert die Regelabweichung zu Null werden. Ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) kann bereits mit zwei Einstellparametern betrieben werden.In some embodiments, the control loop uses only proportional-integral control. Due to the integral element (I element), the control deviation can become zero in a stationary state with a constant setpoint value. A proportional-integral controller (PI controller) can already be operated with two setting parameters.

Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Betriebszustand der Drehstrommaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt wenigstens teilweise dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Kurzschlussspannung für eine Mehrzahl von Phasen der Drehstrommaschine einen Wert von Null aufweist. Somit kann unter Umständen die Maschine geschützt werden, oder mit anderen Worten Schäden beim Auftreten von zu hohen elektrischen Spannungen vermieden werden.In some embodiments, the operating state of the three-phase machine at the preceding sample time is at least partially characterized in that a common short-circuit voltage for a plurality of phases of the three-phase machine has a value of zero. Thus, under certain circumstances, the machine can be protected, or in other words, damage in the occurrence of excessive electrical voltages can be avoided.

Bei einigen Ausführungsbeispielen geht der vorangegangene Samplezeitpunkt dem aktuellen Samplezeitpunkt unmittelbar voraus. Eine Bestimmung eines integrativen Anteils YI einer Stellgröße Y kann hierdurch erleichtert werden.In some embodiments, the previous sample time immediately precedes the current sample time. A determination of an integrative component Y I of a manipulated variable Y can hereby be facilitated.

Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes. Dadurch kann eine Wiederaufnahme eines Normalbetriebs der Drehstrommaschine mittels der FOR ermöglicht werden.In some embodiments, the method further includes overriding the active short-circuit condition. Thereby, a resumption of normal operation of the three-phase machine by means of the FOR can be made possible.

Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Drehstrommaschine eine Permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Eine PSM kann im Vergleich zu einigen anderen Drehstrommaschinen z. B. einen höheren Wirkungsgrad oder einen geringeren Wartungsbedarf aufweisen.In some embodiments, the three-phase machine is a permanent magnet synchronous machine (PSM). A PSM can be compared to some other three-phase machines z. B. have a higher efficiency or lower maintenance requirements.

Bei manchen Ausführungsbeispielen regelt der Regelkreis einen Stromvektor I in einem statorfesten Koordinatensystem für eine d-Komponente Id und für eine q-Komponente Iq des Stromvektors getrennt. Dabei wird für jede der Komponenten getrennt ein integrativer Anteil bestimmt. Ferner wird ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert.In some embodiments, the control circuit regulates a current vector I in a stator-fixed coordinate system for a d-component I d and separated for a q-component I q of the current vector. In this case, an integrative component is determined separately for each of the components. Furthermore, an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component.

Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Stellgröße Y eine Komponente Yd und eine Komponente Yq in einem statorfesten Koordinatensystem. Dabei werden die Komponente Yd oder die Komponente Yq wenigstens teilweise durch eine d-Komponente und eine q-Komponente einer Induktivität einer Statorwicklung Ls bestimmt.In some embodiments, the manipulated variable Y comprises a component Y d and a component Y q in a stator-fixed coordinate system. The component Y d or the component Y q is at least partially determined by a d-component and a q-component of an inductance of a stator winding L s .

Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Komponente Yd und die Komponente Yq der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen:

Figure DE102014205244A1_0002
bestimmbar. Dabei sind Rs ein Statorwiderstand und ωs eine Winkelgeschwindigkeit.In some embodiments, the component Y d and the component Y q are the manipulated variable Y based on the equations:
Figure DE102014205244A1_0002
determinable. Where R s is a stator resistance and ω s is an angular velocity.

Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine (ASM). Eine ASM kann im Vergleich zu einigen anderen Drehstrommaschinen z. B. eine längere Lebensdauer, einen breiteren Anwendungsbereich oder geringere Herstellungskosten aufweisen.In some embodiments, the three-phase machine is an asynchronous machine (ASM). An ASM can be compared to some other three-phase machines z. B. have a longer life, a wider range of applications or lower production costs.

Bei manchen Ausführungsbeispielen regelt der Regelkreis einen Stromvektor I in einem Bezugskoordinatensystem für eine A-Komponente IA und für eine B-Komponente IB des Stromvektors getrennt. Dabei wird für jede der Komponenten getrennt ein integrativer Anteil bestimmt. Ferner wird ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert.In some embodiments, the control circuit regulates a current vector I in a reference coordinate system for an A component I A and separated for a B component I B of the current vector. In this case, an integrative component is determined separately for each of the components. Furthermore, an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component.

Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Stellgröße Y eine Komponente YA und eine Komponente YB eines mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystems. Dabei werden die Komponente YA oder die Komponente YB wenigstens teilweise durch eine Stator-Selbstinduktivität L1 und eine Rotor-Selbstinduktivität L2 bestimmt.In some embodiments, the manipulated variable Y comprises a component Y A and a component Y B of a co-ordinated with a stator field coordinate system. The component Y A or the component Y B are determined at least partially by a stator self-inductance L 1 and a rotor self-inductance L 2 .

Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Komponente YA und die Komponente YB der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen:

Figure DE102014205244A1_0003
bestimmbar. Dabei sind:

  • R1 ein Statorwiderstand,
  • R2 ein Rotorwiderstand,
  • M eine Hauptinduktivität,
    Figure DE102014205244A1_0004
  • L = σL1,
  • ωm eine elektrische Winkelgeschwindigkeit eines Rotors,
  • ωK eine Winkelgeschwindigkeit einer Ständergröße, und
  • Ψ2A eine Rotorflusskomponente in A-Achse eines mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystems.
In some embodiments, the component Y A and the component Y B are the manipulated variable Y based on the equations:
Figure DE102014205244A1_0003
determinable. Here are:
  • R 1 is a stator resistance,
  • R 2 is a rotor resistance,
  • M is a main inductance,
    Figure DE102014205244A1_0004
  • L = σL 1 ,
  • ω m is an electrical angular velocity of a rotor,
  • ω K is an angular velocity of a stator size, and
  • 2A is a rotor flux component in the A-axis of a coordinate system moving with a stator field.

Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt. Die Vorrichtung umfasst eine Regelungseinrichtung und einen Prozessor. Der Prozessor ist dazu ausgebildet, zu einem aktuellen Samplezeitpunkt (k) ein Signal zum Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes an die Regelungseinrichtung bereitzustellen. Der Prozessor ist ferner dazu ausgebildet, zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) eine Berechnung einer Stellgröße zu einem dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) zu initialisieren. Es kann so möglicherweise ein verbesserter Schutz der Maschine erreicht werden, und dabei unter Umständen ein Ausschalten oder eine Abbremsung der Maschine bis zu einem Stillstand vermieden werden.According to another aspect, embodiments relate to a device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time. The device comprises a control device and a processor. The processor is designed to provide a signal for canceling the active short-circuit state to the control device at a current sample time (k). The processor is further configured to initialize at the current sample time point (k) a calculation of a manipulated variable to a sample instant (k-1) preceding the current sample instant (k). This may result in improved protection of the machine, possibly avoiding shutdown or deceleration of the machine to a standstill.

Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System mit einer Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine und einer Versorgungsspannungsquelle. Die Versorgungsspannungsquelle ist dazu ausgebildet, in Reaktion auf das Signal eine Spannung für eine Phase der Drehstrommaschine zu verändern. Eine auftretende Belastung der Versorgungsspannungsquelle durch Spannungsspitzen kann dadurch ggf. verringert oder sogar vermieden werden.Some embodiments relate to a system having a device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine and a supply voltage source. The supply voltage source is configured to change a voltage for one phase of the three-phase machine in response to the signal. An occurring load on the supply voltage source due to voltage spikes can possibly be reduced or even avoided.

Ausführungsbeispiele beziehen sich außerdem auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.Embodiments also relate to a program having a program code for carrying out the method when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:Further advantageous embodiments will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings, to which exemplary embodiments are not restricted. Show it:

1a und 1b eine Illustration unterschiedlicher Koordinatensysteme, die bei einer Bestimmung von für eine feldorientierte Regelung relevanten Größen verwendet werden können, jeweils bei einer PSM und einer ASM; 1a and 1b an illustration of different coordinate systems that can be used in a determination of variables relevant to a field-oriented control, in each case with a PSM and an ASM;

2a und 2b ein Blockschaltbild für eine feldorientierte Regelung gemäß einem Vergleichsbeispiel, jeweils bei einer PSM und einer ASM; 2a and 2 B a block diagram for a field-oriented control according to a comparative example, each at a PSM and an ASM;

3 ein Verfahren zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 a method for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine according to an embodiment;

4 ein Blockschaltbild eines PI-Reglers mit einer Vorsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 4 a block diagram of a PI controller with a feedforward control according to an embodiment;

5 eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel; 5 a device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine according to a simple embodiment;

6a und 6b eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb jeweils einer PSM und einer ASM gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel; 6a and 6b a device for initializing a control circuit for a current for operating a respective PSM and an ASM according to a detailed embodiment;

7a und 7b ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Initialisierens eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb jeweils einer PSM und einer ASM gemäß einem Ausführungsbeispiel; 7a and 7b a flowchart for the process of initializing a control circuit for a current for operating a respective PSM and an ASM according to an embodiment;

8a Diagramme zu Verläufen von PWM, Phasenströmen, Komponenten eines Stromvektors, Drehzahl und AKS-Signal bei einer PSM-Maschine gemäß einem Vergleichsbeispiel; und 8a Diagrams showing waveforms of PWM, phase currents, components of a current vector, speed and AKS signal in a PSM machine according to a comparative example; and

8b Diagramme zu Verläufen von PWM, Phasenströmen, Komponenten eines Stromvektors, Drehzahl und AKS-Signal bei einer PSM-Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. 8b Diagrams showing waveforms of PWM, phase currents, components of a current vector, speed and AKS signal in a PSM machine according to an embodiment.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.Various embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated. In the figures, the thickness dimensions of lines, layers and / or regions may be exaggerated for the sake of clarity.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.In the following description of the attached figures, which show only some exemplary embodiments, like reference characters may designate the same or similar components. Further, summary reference numerals may be used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in a drawing but are described together in terms of one or more features. Components or objects which are described by the same or by the same reference numerals may be the same, but possibly also different, in terms of individual, several or all features, for example their dimensions, unless otherwise explicitly or implicitly stated in the description.

Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hier-in ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.Although embodiments may be modified and modified in various ways, exemplary embodiments are illustrated in the figures as examples and will be described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but that embodiments are intended to cover all functional and / or structural modifications, equivalents and alternatives that are within the scope of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements throughout the description of the figures.

Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden” oder „verkoppelt” bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden” oder „direkt verkoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B., „zwischen” gegenüber „direkt dazwischen”, „angrenzend” gegenüber „direkt angrenzend” usw.). Note that an element referred to as being "connected" or "coupled" to another element may be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (eg, "between" versus "directly in between,""adjacent" versus "directly adjacent," etc.).

Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer”, „eine”, „eines” und „der, die, das” auch die Plural-formen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z. B. „beinhaltet”, „beinhaltend”, aufweist” und/oder „aufweisend”, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments. As used herein, the singular forms "a," "an," "an," and "the," are also meant to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. It should also be made clear that the terms such. "Including," "including," "and / or having," as used herein, indicates the presence of said features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but the presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components and / or groups thereof.

Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly assigned to one of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. Furthermore, it should be clarified that expressions, e.g. For example, those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having the meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art and not to be interpreted in an idealized or overly formal sense, as long as this is so not expressly defined herein.

Eine Drehfeldmaschine kann als PSM ausgeführt sein. Die PSM umfasst einen Stator, der aus einer ringförmigen Anordnung z. B. von um 120° zueinander versetzten Spulen (auch als Phasen bezeichnet) aufgebaut sein kann, wenn es sich um eine dreiphasige Maschine handelt. Die Phasen können zeitlich variable Magnetfelder erzeugen, und dadurch einen magnetischen Rotor, beispielsweise einen Läufer mit einem auf oder im Läufer montierten Permanentmagneten, in Rotation versetzen.An induction machine can be designed as a PSM. The PSM comprises a stator consisting of an annular arrangement z. B. from each other by 120 ° offset coils (also referred to as phases) may be constructed, if it is a three-phase machine. The phases may generate time-varying magnetic fields, thereby causing a magnetic rotor, for example a rotor with a permanent magnet mounted on or in the rotor, to rotate.

1a gibt der Vollständigkeit halber einen Überblick über drei Koordinatensysteme einer dreiphasigen Maschine, die für eine Berechnung oder eine Beschreibung eines beliebigen Phasenstromvektors 100 verwendet werden können. Ein Dreikoordinatensystem (UVW) mit Achsen 110-1, 110-2 und 110-3 entspricht einem Koordinatensystem, das durch die Position der einzelnen Spulen des Stators gegeben ist. Für eine Regelung der Maschine bzw. des elektrischen Motors können Zustandsgrößen, beispielsweise ein Phasenstrom, eine Spannung oder ein Fluss, in ein mit dem Rotor drehendes Koordinatensystem, das d,q-Koordinatensystem transformiert werden. Die d-Achse 120-1 verläuft parallel zum maximal magnetischen Fluss des permanent erregten Läufers und die q-Achse 120-2 senkrecht dazu. 1a For the sake of completeness, it gives an overview of three coordinate systems of a three-phase machine used for a calculation or a description of any phase current vector 100 can be used. A three-coordinate system (UVW) with axes 110-1 . 110-2 and 110-3 corresponds to a coordinate system which is given by the position of the individual coils of the stator. For a regulation of the machine or of the electric motor, state variables, for example a phase current, a voltage or a flux, can be transformed into a coordinate system rotating the rotor, the d, q coordinate system. The d-axis 120-1 runs parallel to the maximum magnetic flux of the permanently excited rotor and the q-axis 120-2 perpendicular to it.

Ferner können die Größen auch in einem kartesischen zweidimensionalen Koordinatensystem, dem α,β-Koordinatensystem beschrieben werden. Dabei ist in der in 1a gezeigten Darstellung ohne Beschränkung der Allgemeinheit die α-Achse 130-1 so gewählt, dass diese identisch zur U-Achse 110-1 des U,V,W-Koordinatensystems verläuft. Die β-Achse 130-2 verläuft darauf senkrecht. Mit anderen Worten ist das α,β-Koordinatensystem ein statorfestes Zwei-Koordinaten-System.Furthermore, the quantities can also be described in a Cartesian two-dimensional coordinate system, the α, β coordinate system. It is in the in 1a shown representation without limiting the generality of the α-axis 130-1 chosen so that these are identical to the U-axis 110-1 of the U, V, W coordinate system. The β-axis 130-2 runs perpendicular to it. In other words, the α, β coordinate system is a stator-fixed two-coordinate system.

Bei der im weiteren Verlauf genauer beschriebenen feldorientierten Regelung (FOR) werden die Zustandsgrößen des elektrischen Motors in das d,q-Koordinatensystem transformiert, da sich in diesen Koordinaten die differenziellen Gleichungen, die das dynamische Verhalten des elektrischen Motors beschreiben, vereinfachen können. In diesen Koordinaten kann die Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine geregelt werden.In the case of the field-oriented control (FOR) described in more detail below, the state variables of the electric motor are transformed into the d, q coordinate system, since the differential equations describing the dynamic behavior of the electric motor can be simplified in these coordinates. In these coordinates, the machine can be controlled similar to a DC machine.

Eine ASM kann beispielsweise eine Drehfeldwicklung mit drei Strängen aufweisen. Die Spannungen und Ströme der einzelnen Stränge können bei der FOR in Form von Raumzeigern 140 zusammengefasst werden, wie in 1b dargestellt. Diese Raumzeiger 140 können sich auf das statorfeste α,β-Koordinatensystem mit einer α-Achse 150-1 und einer β-Achse 150-2 beziehen und daher asynchron mit dem Rotor rotieren. Um die Größen auf den Rotor zu beziehen, können die Zeiger auf das rotorfeste d,q-Koordinatensystem mit einer d-Achse 160-1 und einer q-Achse 160-2 transformiert werden. Auch können die Raumzeiger für ein beliebiges A,B-Koordinatensystem mit einer A-Achse 170-1 und einer B-Achse 170-2 transformiert werden. Es kann möglich sein, dabei lediglich Transformationswinkel γ, γA zu ermitteln. Eine Transformation umfasst dabei eine Verdrehung um den entsprechenden Transformationswinkel γ, γA. Die Raumzeiger 140 eines Flusses Ψ in dem rotorfesten und in dem statorfesten beliebigen A,B-Koordinatensystem sind in 1b dargestellt. Eine Strategie bei der Regelung eines Drehmoments eines elektrischen Drehstromantriebs kann ein Regeln einer Stator- oder einer Rotorflussverkettung auf einen konstanten Wert umfassen.For example, an ASM may have a three-phase rotating field winding. The voltages and currents of the individual strands can be seen in the form of room pointers 140 be summarized as in 1b shown. These space pointers 140 can refer to the stator fixed α, β coordinate system with an α-axis 150-1 and a β-axis 150-2 and therefore rotate asynchronously with the rotor. To refer the magnitudes to the rotor, the pointers to the rotor fixed d, q coordinate system may have a d-axis 160-1 and a q-axis 160-2 be transformed. Also, the space pointers can be for any A, B coordinate system with an A-axis 170-1 and a B axis 170-2 be transformed. It may be possible to determine only transformation angle γ, γ A. A transformation includes one Twist about the corresponding transformation angle γ, γ A. The space pointers 140 of a flux Ψ in the rotor-fixed and in the stator-fixed arbitrary A, B coordinate system are in 1b shown. A strategy in controlling a torque of a three-phase AC drive may include controlling a stator or rotor flux linkage to a constant value.

Mit einer jeweils komplementären Flussverkettung kann das Drehmoment derart verstellt werden, dass dessen Zeitkonstante eine momentane Regelzeit begrenzt. Die Betriebsweise mit konstanter Statorflussverkettung kann mit geringem Aufwand realisierbar sein, da für die Regelung erforderliche Zustandsgrößen für eine direkte Messung zugänglich sein können.With a respective complementary Flußverkettung the torque can be adjusted so that its time constant limits a current control time. The operation with constant Statorflussverkettung can be implemented with little effort, since required for the control state variables for direct measurement can be accessible.

Im Gegensatz hierzu kann bei einem Betrieb mit konstanter Rotorflussverkettung eine Transformation auf einen Magnetisierungsstromvektor vorgenommen werden, der nicht direkt messbar sein, sondern z. B. aus einem Maschinenmodell (Flussmodell) über eine Online-Datenbank ermittelt werden kann. Die transformierten Ströme können dann aber wie bei der fremderregten Gleichstrommaschine in ihre feld-. bzw. momentbildenden Komponenten zerlegt und einzeln geregelt werden. Das Konzept kann ein Halten des Rotorflusses auf einem konstanten Wert und ein Einstellen der Ständerdurchflutung senkrecht dazu umfassen. Eine Regelung der ASM kann ähnlich der Regelung einer Gleichstrommaschine erfolgen. Bei Drehfeldmaschinen spricht man in diesem Fall von feldorientierter Regelung.In contrast, in a constant rotor flux linkage operation, a transformation to a magnetization current vector can be made, which can not be directly measured, but z. B. from a machine model (flow model) can be determined via an online database. The transformed currents can then but as in the foreign-excited DC machine in their field-. or moment-forming components are decomposed and regulated individually. The concept may include maintaining the rotor flux at a constant value and adjusting the stator flooding perpendicular thereto. A regulation of the ASM can be similar to the regulation of a DC machine. For induction machines, in this case one speaks of field-oriented regulation.

2a zeigt ein Blockschaltbild für eine FOR bei einer PSM, und 2b ein Blockschaltbild für eine FOR bei einer ASM gemäß einem Vergleichsbeispiel. Für die Strommessung wird in jede Phase oder mindestens in zwei der Phasen ein Stromsensor eingesetzt. Zum besseren Verständnis wird nachfolgend kurz anhand von 2a und 2b das generelle Vorgehen bei der FOR anhand des Blockschaltbildes eines FOR-Reglers 200; 250 erläutert. Dieser erhält als Führungsgrößen 202-1; 202-2; 252-1; 252-1 Sollstromvorgaben, um eine gewünschte Drehzahl und ein gewünschtes Drehmoment der Drehfeldmaschine, genauer gesagt der PSM 240 oder der ASM 290, vorzugeben. Diese Sollstromvorgaben beziehen sich bei der PSM auf die d-Komponente 202-1 und die q-Komponente 202-2 des Stromes im d,q-Koordinatensystem. Die Regelabweichung wird durch Subtraktion der tatsächlichen d-Komponente 204-1 und der tatsächlichen q-Komponente 204-2 von der Sollstromvorgabe bestimmt. Die d-Komponente 204-1 und die q-Komponente 204-2 ergeben zusammen eine Möglichkeit, ein Feedbacksignal 205 bereitzustellen, dass eine Information über einen Strom in jeder der Mehrzahl von Phasen enthält. Die Sollstromvorgaben beziehen sich ferner bei der ASM auf die A-Komponente 252-1 und die B-Komponente 252-2 des Stromes im A,B-Koordinatensystem. Die Regelabweichung wird durch Subtraktion der tatsächlichen A-Komponente 254-1 und der tatsächlichen B-Komponente 254-2 von der Sollstromvorgabe bestimmt. Die A-Komponente 254-1 und die B-Komponente 254-2 ergeben zusammen eine Möglichkeit, ein Feedbacksignal 255 bereitzustellen, dass eine Information über einen Strom in jeder der Mehrzahl von Phasen enthält. 2a shows a block diagram for a FOR in a PSM, and 2 B a block diagram of a FOR in an ASM according to a comparative example. For the current measurement, a current sensor is used in each phase or at least in two of the phases. For a better understanding, it will be briefly explained below with reference to 2a and 2 B the general procedure for FOR using the block diagram of a FOR controller 200 ; 250 explained. This receives as a guide 202-1 ; 202-2 ; 252-1 ; 252-1 Target current specifications, a desired speed and a desired torque of the induction machine, more specifically the PSM 240 or the ASM 290 to pretend. These nominal current specifications refer to the d-component in the case of the PSM 202-1 and the q component 202-2 of the current in the d, q coordinate system. The deviation is subtracted from the actual d-component 204-1 and the actual q component 204-2 determined by the target current specification. The d component 204-1 and the q component 204-2 together give a possibility, a feedback signal 205 to provide information about a current in each of the plurality of phases. The setpoint current specifications also refer to the A component for the ASM 252-1 and the B component 252-2 of the current in the A, B coordinate system. The deviation is subtracted from the actual A component 254-1 and the actual B component 254-2 determined by the target current specification. The A component 254-1 and the B component 254-2 together give a possibility, a feedback signal 255 to provide information about a current in each of the plurality of phases.

Die Regelabweichung einer jeden Komponente des Stromes wird von einem Proportional-Integral(PI)-Regler 206-1; 206-2; 256-1; 256-2 verarbeitet, die jeweils eine Stellgröße 207-1; 207-2; 257-1; 257-2 erzeugen. Aus den Stellgrößen 207-1; 207-2; 257-1; 257-2 werden über ein Entkopplungsnetzwerk (in 2a und 2b genauer gesagt über Größen, die durch einen Entkoppler 238; 288 bereitgestellt werden) eine erste Spannungskomponente 208-1 (Usd) oder 258-1 (U1A) und eine zweite Spannungskomponente 208-2 (Usq) oder 258-2 (U1B), also ein gewünschter Spannungsvektor im d,q- oder im A,B-Koordinatensystem erzeugt. Bei Betrieb des elektrischen Motors oder der Drehfeldmaschine 240; 290 wird jeweils eine Spannung für jede Phase erzeugt. Da diese Spannungen in dem ortsfesten Koordinatensystem vorliegen, dient bei der PSM ein d,q/1,2,3-Wandler 210 dazu, die Spannungskomponenten 208-1 und 208-2 bzw. die einzustellenden Spannungen in das Dreikoordinatensystem zu transformieren (die Koordinaten 1, 2 und 3 können hierbei jeweils den in 1a verwendeten Koordinaten U, V und W entsprechen), um die Spannungsvorgaben 212-1 (Us1), 212-2 (Us2) und 212-3 (Us3) zu erhalten. Bei der ASM dient ein A,B/α,β-Wandler 260 dazu, die Spannungskomponenten 258-1 und 258-2 bzw. die einzustellenden Spannungen in das α,β-Koordinatensystem zu transformieren, um die Spannungsvorgaben 262-1 (U) und 262-2 (U) zu erhalten.The control deviation of each component of the current is provided by a proportional-integral (PI) controller 206-1 ; 206-2 ; 256-1 ; 256-2 processed, each one manipulated variable 207-1 ; 207-2 ; 257-1 ; 257-2 produce. From the manipulated variables 207-1 ; 207-2 ; 257-1 ; 257-2 be via a decoupling network (in 2a and 2 B more precisely about sizes, which are due to a decoupler 238 ; 288 provided) a first voltage component 208-1 (U sd ) or 258-1 (U 1A ) and a second voltage component 208-2 (U sq ) or 258-2 (U 1B ), that generates a desired voltage vector in the d, q or A, B coordinate system. During operation of the electric motor or induction machine 240 ; 290 in each case a voltage is generated for each phase. Since these voltages are present in the fixed coordinate system, the PSM uses a d, q / 1,2,3 converter 210 in addition, the voltage components 208-1 and 208-2 or to transform the voltages to be set in the three-coordinate system (the coordinates 1, 2 and 3 can in each case the in 1a used coordinates U, V and W correspond) to the voltage specifications 212-1 (U s1 ), 212-2 (U s2 ) and 212-3 (U s3 ). The ASM uses an A, B / α, β-converter 260 in addition, the voltage components 258-1 and 258-2 or to transform the voltages to be set in the α, β coordinate system to the voltage specifications 262-1 (U ) and 262-2 To obtain (U ).

Ein PWM-Generator 214 oder Vektormodulator 264 dient dazu, aus dem Spannungsvektor im ortsfesten Koordinatensystem Ansteuerungssignale für einen Wechselrichter 216; 266 bzw. für eine Endstufe zu erzeugen. Insbesondere erzeugt der Wechselrichter 216; 266 oder Pulswechselrichter für jede der Phasen U, V und W ein pulsweitenmoduliertes Signal 218-1; 218-2; 218-3 oder 268-1; 268-2; 268-3, mittels dessen die einzelnen Phasen des Wechselrichters 216; 266 angesteuert werden. Die generierten PWM-Werte aus der Regelung oder der Steuerung zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsvektors können sich mit der gewünschten Spannungsfrequenz ändern. Die Größe der Spannungsamplitude kann ein Maß für die Länge des gestellten Spannungsvektors an dem Wechselrichter 216; 266 sein. Zwischen Wechselrichter 216; 266 und PWM-Generator 214 oder Vektormodulator 264 liegt ferner eine Zwischenkreisspannung Udc an, die z. B. bei manchen Anwendungen im Automobilbereich einer Batteriespannung entsprechen kann.A PWM generator 214 or vector modulator 264 serves to drive signals for an inverter from the voltage vector in the stationary coordinate system 216 ; 266 or to produce for a power amplifier. In particular, the inverter generates 216 ; 266 or pulse inverters for each of the phases U, V and W, a pulse width modulated signal 218-1 ; 218-2 ; 218-3 or 268-1 ; 268-2 ; 268-3 , by means of which the individual phases of the inverter 216 ; 266 be controlled. The generated PWM values from the controller or controller to produce a particular voltage vector may vary with the desired voltage frequency. The magnitude of the voltage amplitude can be a measure of the length of the voltage vector applied to the inverter 216 ; 266 be. Between inverters 216 ; 266 and PWM generator 214 or vector modulator 264 is also an intermediate circuit voltage Udc, the z. B. may correspond to a battery voltage in some applications in the automotive sector.

Am Ausgang des Wechselrichters 216; 266 liegen die Betriebsspannungen 220-1; 220-2; 220-3 oder 270-1; 270-2; 270-3 vor, die an jede der Spulen der unterschiedlichen Phasen angelegt werden. Der in den Versorgungsleitungen der Betriebsspannung 220-1; 220-2; 220-3 oder 270-1; 270-2; 270-3 fließende Strom wird gemessen und als Rückführung bzw. Feedbacksignal der Regelschleife verwendet. Da bei der feldorientierten Regelung der Sollstrom bzw. die Führungsgröße im d,q- oder A,B-Koordinatensystem vorliegt, werden die Ströme in den drei Versorgungsleitungen mittels eines Umwandlers 224 in das d,q-Koordinatensystem transformiert, oder mittels eines Umwandlers 274 zunächst in das α,β-Koordinatensystem, und mittels eines weiteren Umwandlers 276 in das A,B-Koordinatensystem transformiert, wo das Feedbacksignal 205; 255 direkt verwendet werden kann.At the output of the inverter 216 ; 266 are the operating voltages 220-1 ; 220-2 ; 220-3 or 270-1 ; 270-2 ; 270-3 which are applied to each of the coils of the different phases. The in the supply lines of the operating voltage 220-1 ; 220-2 ; 220-3 or 270-1 ; 270-2 ; 270-3 flowing current is measured and used as feedback or feedback signal of the control loop. Since in the field-oriented control of the target current or the reference variable in the d, q or A, B coordinate system is present, the currents in the three supply lines by means of a converter 224 transformed into the d, q coordinate system, or by means of a converter 274 first in the α, β coordinate system, and by means of another converter 276 transformed into the A, B coordinate system where the feedback signal 205 ; 255 can be used directly.

Um bei 2a die Transformation vom U,V,W-Koordinatensystem ins d,q-Koordinatensystem zu ermöglichen, ist ferner eine Information über eine Position des Läufers erforderlich. Zu diesem Zweck kann mittels eines Positionssensors 230 der mechanische Winkel 232mech) bestimmt und dem System zur Verfügung gestellt werden. Aus dem mechanischen Winkel 232 kann beispielsweise durch Multiplikation mit der Polpaarzahl Zp der elektrische Winkel 234el) bestimmt werden, der zur Transformation von dem d,q in das U,V,W-Koordinatensystem und zurück benötigt wird. Auf dieselbe Art und Weise kann die sogenannte elektrische Winkelgeschwindigkeit 236el) bestimmt werden. Analog ist bei 2b für die Transformation vom α,β-Koordinatensystem in dass A,B-Koordinatensystem eine Information über eine Komponente eines elektrischen Flusses 278Ψ) erforderlich. Zu diesem Zweck kann mittels eines Winkelgebers 280 die elektrische Läuferkreisfrequenz 282r) bestimmt und dem System zur Verfügung gestellt werden. Aus der elektrischen Läuferkreisfrequenz 282 kann beispielsweise durch Multiplikation mit der Polpaarzahl Zp die mechanische Winkelgeschwindigkeit 284m) bestimmt, und daraus über ein Flussmodell 286 die Flusskomponente 278Ψ) ermittelt werden, die zur Transformation von dem α,β- in das A,B-Koordinatensystem und zurück benötigt wird. Das Flussmodell kann für eine Berechnung ferner Information über die zu den Betriebsspannungen 270-1; 270-2; 270-3 korrespondierenden Ströme oder die pulsweitenmodulierten Signale 268-1; 268-2; 268-3 nutzen.At 2a In order to enable the transformation from the U, V, W coordinate system into the d, q coordinate system, information about a position of the rotor is also required. For this purpose, by means of a position sensor 230 the mechanical angle 232 mech ) and made available to the system. From the mechanical angle 232 For example, by multiplying by the pole pair number Z p, the electrical angle 234 el ) needed for transformation from the d, q to the U, V, W coordinate system and back. In the same way, the so-called electrical angular velocity 236 el ) can be determined. Analog is at 2 B for the transformation of the α, β coordinate system in the A, B coordinate system information about a component of an electrical flux 278 Ψ ) required. For this purpose, by means of an angle encoder 280 the electrical rotor circuit frequency 282 r ) determined and made available to the system. From the electrical rotor circuit frequency 282 For example, by multiplying by the pole pair number Z p, the mechanical angular velocity 284 m ), and from this a flow model 286 the flow component 278 Ψ ) required for transformation from the α, β to the A, B coordinate system and back. The flow model may be used for a calculation of further information about the operating voltages 270-1 ; 270-2 ; 270-3 corresponding currents or the pulse width modulated signals 268-1 ; 268-2 ; 268-3 use.

2a und 2b zeigen die zusätzliche Möglichkeit, mittels des Entkopplers 238; 288 Wechselwirkungen zwischen den d-Komponenten und den q-Komponenten des Stroms, oder auch den A-Komponenten und den B-Komponenten des Stroms, einer Winkelgeschwindigkeit einer Ständergröße (ωK), einer Rotorflusskomponente (Ψ2A) einer A-Achse des A,B-Koordinatensystems, der mechanischen Winkelgeschwindigkeit 284m) und der Zwischenkreisspannung Udc bei einem Berechnen der Spannungskomponenten 208-1; 208-2 oder 258-1; 258-2 zu berücksichtigen. Auf die Funktionalität des Entkopplers 238; 288 wird hierin nicht näher eingegangen, primär aus Gründen der Übersichtlichkeit. 2a and 2 B show the additional possibility of using the decoupler 238 ; 288 Interactions between the d components and the q components of the current, or also the A components and the B components of the current, an angular velocity of a stator size (ω K ), a rotor flux component (Ψ 2A ) of an A axis of the A, B coordinate system, the mechanical angular velocity 284 m ) and the DC link voltage Udc in calculating the voltage components 208-1 ; 208-2 or 258-1 ; 258-2 to take into account. On the functionality of the decoupler 238 ; 288 is not discussed further herein, primarily for clarity.

Ausführungsbeispiele schaffen ein Konzept zur Berechnung der Integratoren der Stromregler beim Umschalten von AKS auf die FOR nach 2a und 2b. Es kann damit ein sanfter Übergang AKS/FOR erreicht und die Gefahr hoher Phasenströme verhindert werden.Embodiments provide a concept for calculating the integrators of the current controllers when switching from AKS to FOR 2a and 2 B , It can thus be achieved a smooth transition AKS / FOR and the risk of high phase currents can be prevented.

3 zeigt ein Verfahren 300, gemäß einem Ausführungsbeispiel, zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt. Das Verfahren 300 umfasst ein Bestimmen 310 einer Stellgröße des Regelkreises unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für die Drehstrommaschine für den aktuellen Samplezeitpunkt. Die Stellgröße korrespondiert zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt. Das Verfahren 300 umfasst zudem ein Bestimmen 320 eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt. Außerdem umfasst das Verfahren 300 ein Initialisieren 330 eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil. Ein Auftreten von Strompeaks kann somit reduziert oder sogar vermieden werden. Mögliche Folgeschäden durch Strompeaks, beispielsweise an Endstufe, Batterie, Halbleiterelementen oder Magneten, ungewollte Geräuschentwicklung oder ein ungewolltes Abschalten der Endstufe der Maschine lassen sich dadurch möglicherweise verhindern. 3 shows a method 300 according to an embodiment, for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time. The procedure 300 includes a determination 310 a manipulated variable of the control loop, taking into account a setpoint current input for the three-phase machine for the current sampling time. The manipulated variable corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time. The procedure 300 also includes determining 320 an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable by the control loop. In addition, the process includes 300 an initialize 330 an integrator of the control loop with the determined integrative component. An occurrence of current peaks can thus be reduced or even avoided. Potential consequential damage from current peaks, such as power amplifier, battery, semiconductor elements or magnets, unwanted noise or unintentional shutdown of the power amplifier of the machine may possibly be prevented.

Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren 300 ferner ein Aufheben 340 des aktiven Kurzschlusszustandes, welches in 3 als gestrichelter Kasten dargestellt ist. Dadurch kann eine Wiederaufnahme eines Normalbetriebs der Drehstrommaschine mittels der FOR ermöglicht werden.In some embodiments, the method includes 300 also a fuss 340 of the active short circuit condition, which is in 3 is shown as a dashed box. Thereby, a resumption of normal operation of the three-phase machine by means of the FOR can be made possible.

Gemäß Ausführungsbeispielen wird im Folgenden ein Konzept zum besseren Umschalten zwischen dem AKS der Maschine und der FOR der Maschine dargestellt, wodurch ein sanfter Übergang erreicht werden kann. Der AKS kann bei Verwendung einen besseren Schutz der Maschine bewirken. According to embodiments, a concept for better switching between the AKS of the machine and the FOR of the machine is presented below, whereby a smooth transition can be achieved. The AKS can provide better protection of the machine when used.

Bei der FOR ist jeweils ein PI-Regler 400-1; 400-2 für eine Komponente eines Stromes vorhanden, wie 4 anhand eines Ausführungsbeispiels zeigt. Das Ausführungsbeispiel in 4 ist hierbei exemplarisch auf eine PSM bezogen, und bezieht sich mit anderen Worten auf die Ströme Isd und Isq. Die FOR wird durchgeführt, indem die aktuelle Differenz 402-1; 402-2 zwischen Soll und Istwert des Stromes als Eingang des PI-Regler verwendet wird. Abhängig von dieser aktuellen Differenz 402-1; 402-2 wird eine Spannung oder eine Stellgröße 404-1; 404-2 (Yd, Yq) als Ausgang des Reglers generiert, der sich so ändert, bis die aktuelle Differenz 402-1; 402-2 verschwindet. Dazu kann ein Vorsteuerungsanteil 406-1; 406-2 für den Regler verwendet werden. Die Stellgröße 404-1; 404-2 (Yd, Yq) errechnet sich dabei aus einer Summe aus dem Vorsteuerungsanteil 406-1; 406-2, einem zu der aktuellen Differenz 402-1; 402-2 proportionalen Summanden, und einem, auch als Integratorwert bezeichneten, integrativen Anteil 408-1; 408-2 (YId, YIq). Für die Berechnung des integrativen Anteils 408-1; 408-2 wird ein Integrator 410-1; 410-2 verwendet. Der integrative Anteil 408-1; 408-2 wird dabei solange aufsummiert, bis die Differenz 402-1; 402-2 zwischen Soll und Istwert des Stromes verschwindet. Für eine Berechnung von Spannungsvorgaben 412-1; 412-2 in d- und q-Achse werden die Stellgrößen 404-1; 404-2 (Yd, Yq) einem Entkopplungsnetzwerk 414 übergeben, welches hierfür zusätzlich Information über eine elektrische Winkelgeschwindigkeit 416s) empfängt.The FOR is always a PI controller 400-1 ; 400-2 present for a component of a stream, like 4 using an exemplary embodiment shows. The embodiment in 4 is in this case based on a PSM, and in other words refers to the currents I sd and I sq . The FOR is performed by the current difference 402-1 ; 402-2 between setpoint and actual value of the current is used as input of the PI controller. Depending on this current difference 402-1 ; 402-2 becomes a voltage or a manipulated variable 404-1 ; 404-2 (Y d , Y q ) is generated as the output of the controller, which changes until the current difference 402-1 ; 402-2 disappears. This can be a pre-taxation share 406-1 ; 406-2 be used for the controller. The manipulated variable 404-1 ; 404-2 (Y d , Y q ) is calculated from a sum of the pre-tax share 406-1 ; 406-2 , one to the current difference 402-1 ; 402-2 proportional summands, and one, also referred to as Integratorwert, integrative share 408-1 ; 408-2 (Y Id , Y Iq ). For the calculation of the integrative share 408-1 ; 408-2 becomes an integrator 410-1 ; 410-2 used. The integrative share 408-1 ; 408-2 is added up until the difference 402-1 ; 402-2 between nominal and actual value of the current disappears. For a calculation of voltage specifications 412-1 ; 412-2 in the d- and q-axis are the manipulated variables 404-1 ; 404-2 (Y d , Y q ) a decoupling network 414 passed, which for this additional information about an electrical angular velocity 416 s ) receives.

Im Folgenden wird die Berechnung der Integratorwerte bei Verwendung einer PSM, und nochmals gesondert bei Verwendung einer ASM beschrieben. Den hierin verwendeten Koordinatenbezeichnungen liegen die jeweiligen, in 1a und 1b erläuterten Koordinatensysteme zugrunde.The following describes the calculation of the integrator values when using a PSM, and again separately when using an ASM. The coordinate designations used herein are the respective ones in FIG 1a and 1b explained coordinate systems.

Bei der PSM gilt für den Regler in d-Achse an seinem Ausgang: Yd = KV_d·IsdRef + Kp_d·ΔIsd + KI_d∫ΔIsd·dt GL. 1a For the PSM, the regulator in the d-axis has its output at the output: Y d = K V_d * I sdRef + K p_d * ΔI sd + K I_d ∫ΔI sd * dt GL. 1a

Für den Regler in q-Achse gilt: Yq = KV_q·IsqRef + Kp_q·ΔIsq + KI_q∫ΔIsq·dt GL. 2a In diskreter Form ergeben sich aus GL. 1a und GL. 2a die GL. 3a und GL. 4a nach Euler-Diskretisierungsansatz: Ydk = YVdk + YPdk + YIdk = KV_d·IsdRef + kp_d·ΔIsdk + (YIdk-1 + kI_d·T·ΔIsdk) GL. 3a Yqk = YVqk + YPqk + YIqk = KV_q·IsqRef + kp_q·ΔIsqk + (YIqk-1 + kI_q·T·ΔIsqk) GL. 4a For the controller in q-axis, the following applies: Y q = K V_q * I sqref + K p_q * ΔI sq + K I_q ∫ΔI sq * dt GL. 2a In discrete form results from GL. 1a and GL. 2a the GL. 3a and GL. 4a according to the Euler discretization approach: Y dk = Y Vdk + Y Pdk + Y Idk = K V_d * I sdRef + k p_d * ΔI sdk + (Y Idk-1 + k I_d * T * ΔI sdk ) GL. 3a Y qk = Y Vqk + Y Pqk + Y Iqk = K V_q * I sqref + k p_q * ΔI sqk + (Y Iqk-1 + k I_q * T * ΔI sqk ) GL. 4a

Hierbei gilt:

Ydk:
aktueller Ausgang des PI-Reglers in d-Achse
YVdk:
aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
Ypdk:
aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
YIdk:
aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
YIdk-1:
I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in d-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
ΔIsdk:
aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in d-Achse
Isdref:
aktueller Sollwert des Stromes in d-Achse
T:
Abtastzeit des Reglers
Yqk:
aktueller Ausgang des PI-Reglers in q-Achse
YVqk:
aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
Ypqk:
aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
YIqk:
aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
YIqk-1:
I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in q-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
ΔIsqk:
aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in q-Achse
Isqref:
aktueller Sollwert des Stromes in q-Achse.
Where:
Y dk :
Current output of the PI controller in d-axis
Y Vdk :
Current pilot control component of the output of the PI controller in the d-axis
Y pdk :
current P-component of the output of the PI controller in the d-axis
Y Idk :
current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in the d-axis
Y Idk-1 :
I-component of the PI-controller output in d-axis from the previous sampling step
ΔIsdk :
actual difference between setpoint and actual value of the current in d-axis
I sdref :
Current setpoint of the current in d-axis
T:
Sampling time of the controller
Y qk :
Current output of the PI controller in q-axis
Y Vqk :
Actual pilot control component of the output of the PI controller in q-axis
Y pqk :
current P-component of the output of the PI controller in q-axis
Y Iqk :
current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in q-axis
Y Iqk-1 :
I-component of the PI-controller output in q-axis from the previous sampling step
ΔIsqk :
actual difference between setpoint and actual value of the current in q-axis
I sqref :
Current setpoint of the current in q-axis.

Die Ausgänge der PI-Regler Yd und Yq werden einem Entkopplungsnetzwerk übergeben, um die gewünschten Spannungen Usd_FOR und Usq_FOR zu berechnen. Das Entkopplungsnetzwerk kompensiert die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen d und q und kann unterschiedliche Ausführungen in der Literatur haben. Im Allgemeinen kann der Zusammenhang zwischen der gestellten Spannung, des Stromes (Ist- oder Sollwert), der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und dem Ausgang des Reglers in dem Entkopplungsnetzwerk als Funktion dargestellt werden: Usd_FOR = f(Yd, Isd, Isq, ωs) GL. 5a Usq_FOR = f(Yq, Isq, Isd, ωs) GL. 6a The outputs of the PI controllers Y d and Y q are passed to a decoupling network to calculate the desired voltages U sd_FOR and U sq_FOR . The decoupling network compensates for the mutual dependence of the two axes d and q and may have different designs in the literature. In general, the relationship between the set voltage, the current (actual or Set point), the electrical angular velocity and the output of the regulator in the decoupling network are shown as a function: U sd_FOR = f (Y d , I sd , I sq , ω s ) GL. 5a U sq_FOR = f (Y q , I sq , I sd , ω s ) GL. 6a

Bei solchen Ausführungsbeispielen, bei denen das Entkopplungsnetzwerk-Konzept keine Ströme (Isd, Isq) berücksichtigt, wird nur der Ausgang der PI-Regler und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωs für die Berechnungen der Spannungen Usd und Usq verwendet.In those embodiments where the decoupling network concept does not take into account currents (I sd , I sq ), only the output of the PI controllers and the electrical angular velocity ω s are used for the calculations of the voltages U sd and U sq .

Es kann durch die Umrechnung der Integratorwerte YIdk und YIqk ein glatter Übergang von AKS zu FOR erreicht werden. Zum Zeitpunkt des Umschaltens AKS zu FOR werden die Integratoren zurückberechnet, so dass die berechneten Spannungen Usd und Usq der FOR bei gegebenem Entkopplungsnetzwerk gleich der Spannungen wie beim AKS zu einem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) sind. Die Spannungen beim AKS zu dem vorangegangenen Zeitpunkt (k – 1) können somit den Wert Null für mehrere Phasen annehmen. Der Zeitpunkt (k – 1) geht bei einigen Ausführungsbeispielen dem Samplezeitpunkt (k) unmittelbar voraus; mit anderen Worten kann der Zeitpunkt (k – 1) den vorherigen Abtastschritt bezeichnen.A smooth transition from AKS to FOR can be achieved by converting the integrator values Y Idk and Y Iqk . At the time of switching AKS to FOR, the integrators are back-calculated, so that the calculated voltages U sd and U sq of the FOR given decoupling network are equal to the voltages as in the AKS at a previous sample time (k-1). The voltages at the AKS at the previous time (k-1) can thus assume the value zero for several phases. Timing (k-1) in some embodiments immediately precedes sample time (k); in other words, time (k-1) may designate the previous sampling step.

Zuerst werden die Maschinengleichungen in dem d,q-Koordinatensystem betrachtet:

Figure DE102014205244A1_0005
First, consider the machine equations in the d, q coordinate system:
Figure DE102014205244A1_0005

Hierbei gilt:

Rs:
Statorwiderstand der Maschine
Lsd:
die Maschineninduktivität in d-Achse
Lsq:
die Maschineninduktivität in q-Achse
Isd:
die Maschinen-Stromkomponente in d-Achse
Isq:
die Maschinen-Stromkomponente in q-Achse
Usd:
die Maschinen-Spannungskomponente in d-Achse
Usq:
die Maschinen-Spannungskomponente in q-Achse
ωs:
die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine (= n·Zp·2·π/60)
n:
die Drehzahl der Maschine
Zp:
die Polpaarzahl der Maschine
Ψ:
der Fluss des Permanentmagnetes der Maschine.
Where:
R s:
Stator resistance of the machine
L sd :
the machine inductance in d-axis
L sq :
the machine inductance in q-axis
I sd :
the machine current component in d-axis
I sq :
the machine current component in q-axis
U sd :
the machine-voltage component in d-axis
U sq :
the machine voltage component in q-axis
ω s :
the electrical angular velocity of the machine (= n · Zp · 2 · π / 60)
n:
the speed of the machine
Zp:
the pole pair number of the machine
Ψ:
the flux of the permanent magnet of the machine.

Im stationären Zustand sind die Ableitungen gleich Null, es folgt: Usd = Rs·Isd – Lsq·ωs·Isq GL. 9a Usq = Rs·Isq + Lsd·ωsIsd + Ψ·ωs GL. 10a In steady state, the derivatives are zero, it follows: U sd = R s · I sd - L sq · ω s · I sq GL. 9a U sq = R s * I sq + L sd * ω s I sd + Ψ * ω s GL. 10a

Um die Integratoren zurück zu berechnen, werden zuerst die PI-Ausgänge berechnet. Es werden GL. 9a und GL. 10a im stationären Zustand verwendet. Dabei ersetzen die Ausgänge der PI-Regler (Yd und Yq) die Ströme Isd und Isq. Usd = Rs·Yd – Lsq·ωs·Yq GL. 11a Usq = Rs·Yq + Lsd·ωs·Yd + Ψ·ωs GL. 12a To calculate back the integrators, first calculate the PI outputs. It will be GL. 9a and GL. 10a used in the stationary state. The outputs of the PI controllers (Y d and Y q ) replace the currents I sd and I sq . U sd = R s * Y d -L sq * ω s * Y q GL. 11a U sq = R s * Y q + L sd * ω s * Y d + Ψ * ω s GL. 12a

Durch Auflösung der Gleichungen 11a und 12a nach Yd und Yq ergeben sich die neu berechneten Ausgänge der PI-Regler:

Figure DE102014205244A1_0006
By solving the equations 11a and 12a for Y d and Y q , the newly calculated outputs of the PI controllers are obtained:
Figure DE102014205244A1_0006

Dabei sind die Spannungen Usd und Usq aufgrund des aktiven Kurzschlusses der Maschine gleich 0. Aus den neu berechneten Ausgängen der beiden Regler Yd(k) und Yp(k) (GL. 13a und GL. 14a) werden die Integratorwerte YId(k-1) und YIq(k-1) zurückberechnet. Für die q-Achse gilt: YIq(k-1) = Yq(k) – KV_q·IsqRef(k) GL. 15a The voltages U sd and U sq due to the active short circuit of the machine are equal to 0. From the newly calculated outputs of the two regulators Y d (k) and Y p (k) (GL 13a and GL 14a), the integrator values Y Id (k-1) and Y Iq (k-1) back calculated . For the q-axis, the following applies: Y Iq (k-1) = Y q (k) - K · I V_q sqRef (k) GL. 15a

Für die d-Achse gilt: YId(k-1) = Yd(k) – KV_d·IsdRef(k) GL. 16a For the d-axis, the following applies: Y Id (k-1) = Y d (k) -K V_d * I sdRef (k) GL. 16a

Hierbei gilt:

IsdRef(k):
Sollwert des Stromes in d-Achse zum Zeitpunkt (k)
IsqRef(k):
Sollwert des Stromes in q-Achse zum Zeitpunkt (k).
Where:
I sdRef (k) :
Setpoint of the current in d-axis at the time (k)
I sqRef (k) :
Setpoint of the current in q-axis at time (k).

Werden die Integratorwerte aus GL. 15a und GL. 16a als Startwerte zum Zeitpunkt der Umschaltung von der AKS in die FOR eingesetzt, so verhält sich die FOR, als ob sie ein Abtastschritt zuvor aktiv war. Die neu berechneten Spannungen von der FOR zeigen lediglich geringfügige oder keine Unstetigkeiten. Damit können ggf. die Strompeaks im Übergang AKS/FOR verhindert werden.If the integrator values are from GL. 15a and GL. 16a is used as start values at the time of switching from the AKS to the FOR, the FOR behaves as if it had been active one sampling step before. The newly calculated voltages from the FOR show only minor or no discontinuities. Thus, if necessary, the current peaks in the transition AKS / FOR can be prevented.

Bei der ASM gilt für den Regler in A-Achse an seinem Ausgang: YA = KV_A·I1ARef + Kp_A·ΔI1A + KI_A∫ΔIsA·dt GL. 1b For the ASM, the controller in A-axis has at its output: Y A = K V_A * I 1ARef + K p_A * ΔI 1A + K I_A ∫ΔI sA * dt GL. 1b

Für den Regler in B-Achse gilt: YB = KV_B·I1BRef + Kp_B·ΔI1B + KI_B∫ΔIsB·dt GL. 2b For the controller in B-axis, the following applies: Y B = K V_B * I 1 BRef + K p_B * ΔI 1B + K I_B ∫ΔI sB * dt GL. 2 B

In diskreter Form ergeben sich aus GL. 1b und GL. 2b die GL. 3b und GL. 4b nach Euler-Diskretisierungsansatz: YAk = YVAk + YPAk + YIAk = KV_A·I1ARef + kp_A·ΔI1Ak + (YIAk-1 + kI_A·T·ΔI1Ak) GL. 3b YBk = YVBk + YPBk + YIBk = KV_B·I1BRef + kp_B·ΔI1Bk + (YIBk-1 + kI_B·T·ΔI1Bk) GL. 4b In discrete form results from GL. 1b and GL. 2b the GL. 3b and GL. 4b according to the Euler discretization approach: Y Ak = Y VAk + Y PAk + Y IAk = K V_A * I 1ARef + k p_A * ΔI 1Ak + (Y IAk-1 + k I_A * T * ΔI 1Ak ) GL. 3b Y Bk = Y VBk + Y PBk + Y IBk = K V_B · I 1BRef + k p_B · ΔI 1Bk + (Y IBk-1 + k I_B · T · ΔI 1Bk ) GL. 4b

Dabei gilt:

YAk:
aktueller Ausgang des PI-Reglers in A-Achse
YVAk:
aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in A-Achse
YpAk:
aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in A-Achse
YIAk:
aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in a-Achse
YIAk-1:
I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in A-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
ΔI1Ak:
aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in A-Achse
I1ARef:
aktueller Sollwert des Stromes in A-Achse
T:
Abtastzeit des Reglers
YBk:
aktueller Ausgang des PI-Reglers in B-Achse
YvBk:
aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
YpBk:
aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
YIBk:
aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
YIBk-1:
I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in B-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
ΔI1Bk:
aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in B-Achse
I1BRef:
aktueller Sollwert des Stromes in B-Achse.
Where:
Y Ak :
Current output of the PI controller in A-axis
Y VAk :
Current pilot control component of the output of the PI controller in A-axis
Y pAk :
current P-component of the output of the PI controller in A-axis
Y IAk :
current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in a-axis
Y IAk-1 :
I-part of the PI-controller output in A-axis from the previous sampling step
ΔI 1Ak :
Actual difference between setpoint and actual value of the current in A-axis
I 1ARef :
Current setpoint of the current in A-axis
T:
Sampling time of the controller
Y Bk :
Current output of the PI controller in B axis
Y vBk :
Current pilot control component of the output of the PI controller in B axis
Y pBk :
current P-component of the output of the PI controller in B axis
Y IBk :
current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in B-axis
Y IBk-1 :
I component of the PI controller output in B axis from the previous sampling step
ΔI 1Bk :
Actual difference between setpoint and actual value of the current in B axis
I 1BRef :
current setpoint of the current in B-axis.

Die Ausgänge der PI-Regler YA und YB werden einem Entkopplungsnetzwerk übergeben, um die gewünschten Spannungen U1A_FOR und U1B_FOR zu berechnen. Das Entkopplungsnetzwerk kompensiert die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen A und B und kann unterschiedliche Ausführungen in der Literatur haben. Im Allgemeinen kann der Zusammenhang zwischen der gestellten Spannung, des Stromes (Ist- oder Sollwert), der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und dem Ausgang des Reglers in dem Entkopplungsnetzwerk als Funktion dargestellt werden: U1A_FOR = f(YA, I1A, I1B, ωk, ωm, Ψ2A) GL. 5b U1B_FOR = f(YB, I1B, I1A, ωk, ωm, Ψ2A) GL. 6b The outputs of the PI controllers Y A and Y B are passed to a decoupling network to calculate the desired voltages U 1A_FOR and U 1B_FOR . The decoupling network compensates the mutual dependence of the two axes A and B and may have different designs in the literature. In general, the relationship between the set voltage, the current (actual or setpoint), the electrical angular velocity and the output of the regulator in the decoupling network can be represented as a function: U 1A_FOR = f (Y A , I 1A , I 1B , ω k , ω m , Ψ 2A ) GL. 5b U 1B_FOR = f (Y B , I 1B , I 1A , ω k , ω m , Ψ 2A ) GL. 6b

Bei solchen Ausführungsbeispielen, bei denen das Entkopplungsnetzwerk-Konzept keine Ströme (I1A, I1B) umfasst, wird nur der Ausgang der PI-Regler und die Winkelgeschwindigkeiten ωm und ωk für die Berechnungen der Spannungen U1A und U1B verwendet.In those embodiments where the decoupling network concept does not include currents (I 1A , I 1B ), only the output of the PI controllers and the angular velocities ω m and ω k are used for the calculations of the voltages U 1A and U 1B .

Es kann durch die Umrechnung der Integratorwerte YIAk und YIBk ein glatter Übergang von AKS zu FOR erreicht werden. Zum Zeitpunkt des Umschaltens AKS zu FOR werden die Integratoren zurückberechnet, so dass die berechneten Spannungen U1A und U1B der FOR gleich der Spannungen wie beim AKS zu einem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) sind. Die Spannungen beim AKS zu dem vorangegangenen Zeitpunkt (k – 1) können somit den Wert Null für mehrere Phasen annehmen. Die Gleichungen der Maschine im Rotorflusskoordinatensystem (A,B-Koordinatensystem) lassen sich folgendermaßen schreiben:

Figure DE102014205244A1_0007
A smooth transition from AKS to FOR can be achieved by converting the integrator values Y IAk and Y IBk . At the time of switching AKS to FOR, the integrators are back-calculated so that the calculated voltages U 1A and U 1B of the FOR are equal to the voltages as in the AKS at a previous sample time (k-1). The voltages at the AKS at the previous time (k-1) can thus assume the value zero for several phases. The equations of the machine in the rotor flux coordinate system (A, B coordinate system) can be written as follows:
Figure DE102014205244A1_0007

Dabei gilt:

  • σ: Streuziffer
    Figure DE102014205244A1_0008
  • M: Hauptinduktivität [H] (gemeinsame Induktivität von Rotor und Stator)
  • L1: Stator-Selbstinduktivität [H]
  • L2: Rotor-Selbstinduktivität [H]
  • R1 Stator-Widerstand [Ω]
  • R2: Rotor-Widerstand [Ω]
  • U1A, U1B: Maschinenspannungen in dem A,B-Koordinatensystem (Rotorflusskoordinatensystem)
  • I1A, I1B: Maschinenströme in dem A,B-Koordinatensystem (Rotorflusskoordinatensystem)
  • ωm: elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors
  • ωk: Winkelgeschwindigkeit der Ständergrößen
  • Ψ2A: Rotorflusskomponente in A-Achse in dem A,B-Koordinatensystem (entspricht dem Rotorflussbetrag).
Where:
  • σ: scattering factor
    Figure DE102014205244A1_0008
  • M: main inductance [H] (common inductance of rotor and stator)
  • L 1 : stator self-inductance [H]
  • L 2 : rotor self-inductance [H]
  • R 1 stator resistance [Ω]
  • R 2 : rotor resistance [Ω]
  • U 1A , U 1B : machine voltages in the A, B coordinate system (rotor flux coordinate system)
  • I 1A , I 1B : machine flows in the A, B coordinate system (rotor flux coordinate system)
  • ω m : electrical angular velocity of the rotor
  • ω k : angular velocity of the stator sizes
  • Ψ 2A : A-axis rotor flux component in the A, B coordinate system (corresponds to the rotor flux amount).

Eine vereinfachte Darstellung der beiden Gleichungen GL. 1b und GL. 2b ergibt:

Figure DE102014205244A1_0009
A simplified representation of the two equations GL. 1b and GL. 2b gives:
Figure DE102014205244A1_0009

Hierbei gilt:

Figure DE102014205244A1_0010
Where:
Figure DE102014205244A1_0010

Im stationären Zustand werden die Ableitungen gleich Null sein, es folgt:

Figure DE102014205244A1_0011
In steady state, the derivatives will be zero, it follows:
Figure DE102014205244A1_0011

Um die Integratoren zurück zu berechnen, werden zuerst die PI-Ausgänge berechnet. Es werden GL. 9b und GL. 10b im stationären Zustand verwendet. Dabei ersetzen die Ausgänge der PI-Regler (YA und YB) die Ströme I1A und I1B.To calculate back the integrators, first calculate the PI outputs. It will be GL. 9b and GL. 10b used in the stationary state. The outputs of the PI controllers (Y A and Y B ) replace the currents I 1A and I 1B .

Figure DE102014205244A1_0012
Figure DE102014205244A1_0012

Figure DE102014205244A1_0013
Figure DE102014205244A1_0013

Durch Auflösung der Gleichungen 14 und 15 nach YA und YB ergeben sich die neu berechneten Ausgänge der PI-Regler:

Figure DE102014205244A1_0014
By solving equations 14 and 15 for Y A and Y B , the newly calculated outputs of the PI controllers result:
Figure DE102014205244A1_0014

Dabei sind die Spannungen U1A und U1B aufgrund des aktiven Kurzschlusses der Maschine gleich 0. Aus den neu berechneten Ausgängen der beiden Regler YA(k) und YB(k) (GL. 16b und GL. 17b) werden die Integratorwerte YIA(k-1) und YIA(k-1) zurückberechnet. Für die B-Achse gilt: YIB(k-1) = YB(k) – KV_B·I1BRef(k) GL. 18b In this case, the voltages U 1A and U 1B are equal to 0 due to the active short circuit of the machine. The integrator values Y become from the newly calculated outputs of the two regulators Y A (k) and Y B (k) (GL 16b and GL 17b) IA (k-1) and Y IA (k-1) back calculated. For the B axis: Y IB (k-1) = Y B (k) -K V_B * I 1 BRef (k) GL. 18b

Für die A-Achse gilt: YIA(k-1) = YA(k) – KV_A·I1ARef(k) GL. 19b For the A-axis, the following applies: Y IA (k-1) = Y A (k) -K V_A * I 1ARef (k) GL. 19b

Hierbei gilt:

I1ARef(k):
Sollwert des Stromes in A-Achse zum Zeitpunkt (k)
I1BRef(k):
Sollwert des Stromes in B-Achse zum Zeitpunkt (k)
Where:
I 1ARef (k) :
Setpoint of current in A-axis at time (k)
I 1BRef (k) :
Setpoint of the current in B-axis at time (k)

Werden die Integratorwerte aus GL. 18b und GL. 19b als Startwerte zum Zeitpunkt der Umschaltung von der AKS in die FOR eingesetzt, so verhält sich die FOR, als ob sie ein Abtastschritt zuvor aktiv war. Die neu berechneten Spannungen von der FOR zeigen lediglich geringfügige oder keine Unstetigkeiten. Damit können ggf. die Strompeaks im Übergang AKS/FOR verhindert werden.If the integrator values are from GL. 18b and GL. 19b is used as start values at the time of the changeover from the AKS to the FOR, the FOR behaves as if it had been active one sample step before. The newly calculated voltages from the FOR show only minor or no discontinuities. Thus, if necessary, the current peaks in the transition AKS / FOR can be prevented.

5 zeigt eine Vorrichtung 500 zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt, gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 500 umfasst eine Regelungseinrichtung 510 und einen Prozessor 520. Der Prozessor 520 stellt zu einem aktuellen Samplezeitpunkt (k) ein Signal 530 zum Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes an die Regelungseinrichtung 510 bereit. Der Prozessor 520 initialisiert ferner zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) eine Berechnung einer Stellgröße zu einem dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1). Dies geschieht bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Übergeben eines Integratorwertes 540 (YI) oder einer Komponente des Integratorwertes. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Regelungseinrichtung 510 z. B. einen PI-Regler, und von dem PI-Regler mittels des Integratorwertes 540 die Stellgröße bestimmt werden. Bei noch weiteren Ausführungsbeispielen empfängt der Prozessor 520 eine Größe, z. B. eine Drehzahl, eine Batteriespannung oder einen Batteriestrom, und vergleicht diese mit einem Referenzwert. Wird der Referenzwert unter- oder überschritten, kann das Signal 530 von dem Prozessor 520 bereitgestellt werden. Es kann so möglicherweise ein verbesserter Schutz der Maschine erreicht werden, und dabei unter Umständen ein Ausschalten oder eine Abbremsung der Maschine bis zu einem Stillstand vermieden werden. 5 shows a device 500 for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time, according to a simple embodiment. The device 500 includes a control device 510 and a processor 520 , The processor 520 sets a signal at a current sample time (k) 530 for canceling the active short-circuit state to the control device 510 ready. The processor 520 Furthermore, at the current sample time point (k), a calculation of a manipulated variable is initiated at a sample time point (k-1) preceding the current sample time point (k). This happens at the in 5 shown embodiment by passing an integrator value 540 (Y I ) or a component of the integrator value. In further embodiments, the control device comprises 510 z. B. a PI controller, and from the PI controller by means of the integrator value 540 the manipulated variable can be determined. In still other embodiments, the processor receives 520 a size, for. As a speed, a battery voltage or a battery current, and compares them with a reference value. If the reference value is undershot or exceeded, the signal can 530 from the processor 520 to be provided. This may result in improved protection of the machine, possibly avoiding shutdown or deceleration of the machine to a standstill.

6a zeigt ein System 600, welches eine PSM 640 umfasst. 6b zeigt ein System 650, welches eine ASM 690 umfasst. System 600; 650 umfassen zudem eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb der PSM 640 (vgl. 6a), und eine entsprechende Vorrichtung zum Betrieb der ASM 690 (vgl. 6b) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zur besseren Übersicht sind Komponenten, die eine Entsprechung in einer der 2a und 2b aufweisen, nicht nochmals beschrieben. Es wird hierin lediglich auf die Unterschiede eingegangen. 6a shows a system 600 which is a PSM 640 includes. 6b shows a system 650 which is an ASM 690 includes. system 600 ; 650 Also includes a device for initializing a control circuit for a current to operate the PSM 640 (see. 6a ), and a corresponding device for operating the ASM 690 (see. 6b ) according to an embodiment. For clarity, components that correspond to one of the 2a and 2 B have, not described again. Only the differences are discussed here.

Analog zu 5 ist in 6a und 6b ein Prozessor 641; 691 vorhanden. Der Prozessor 641; 691 empfängt eine Drehzahl 642; 692, die einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit entsprechen kann. Der Prozessor 641; 691 empfängt zudem einen Batteriestrom 643; 693, eine Batteriespannung 644; 694 und eine elektrische Winkelgeschwindigkeit 636; 687s) Die Batteriespannung 644; 694 kann bei einigen Ausführungsbeispielen der Versorgungsspannung Udc entsprechen. Die empfangenen Größen können z. B. mit einem Referenz- oder Schwellenwert verglichen werden, und bei Über- oder Unterschreiten des Schwellenwertes ein Signal 645; 695 von dem Prozessor 641; 691 an den PWM-Generator 614 oder Vektormodulator 664 bereitgestellt werden. Durch das Signal 645; 695 wird bei einigen Ausführungsbeispielen zunächst ein Herstellen des AKS bewirkt. Die Spannungen 620-1 bis 620-3 oder 670-1 bis 670-3 für die Phasen der Drehstrommaschine 640; 690 nehmen in Reaktion auf das Signal 645; 695 den Wert Null an. Ferner wird bei manchen Ausführungsbeispielen durch das Signal 645; 695 ein Aufheben des AKS bewirkt. Der Prozessor 641; 691 empfängt ferner Führungsgrößen 602-1; 602-2 (Isd, Isq) oder 652-1; 652-2 (I1A; I1B), und verwendet diese zum Berechnen von Integratorwerten 646-1; 646-2 (YId, YIq) oder 696-1; 696-2 (YIA, YIB). Die Integratorwerte 646-1; 646-2 oder 696-1; 696-2 werden jeweils an die PI-Regler 606-1; 606-2 oder 656-1; 656-2 bereitgestellt. Dadurch wird zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) eine Berechnung von Stellgrößen 607-1; 607-2 oder 657-1; 657-2 zu einem dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) initialisiert. Durch eine von einem Entkoppler 638; 688 bereitgestellte Größe wird aus den Stellgrößen 607-1; 607-2 oder 657-1; 657-2 jeweils eine Spannungskomponente 608-1; 608-2 oder 658-1; 658-2 errechnet. Ferner umfasst das System 600; 650 eine Versorgungsspannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf das Signal 645; 695 eine Spannung 620-1 bis 620-3 oder 670-1 bis 670-3 für eine Phase der Drehstrommaschine 640; 690 zu verändern. Die Versorgungsspannungsquelle kann beispielsweise eine Batterie oder den Wechselrichter 616; 666 umfassen.Analogous to 5 is in 6a and 6b a processor 641 ; 691 available. The processor 641 ; 691 receives a speed 642 ; 692 which can correspond to a mechanical angular velocity. The processor 641 ; 691 also receives a battery power 643 ; 693 , a battery voltage 644 ; 694 and an electrical angular velocity 636 ; 687 s ) The battery voltage 644 ; 694 may correspond to the supply voltage Udc in some embodiments. The received sizes can z. B. are compared with a reference or threshold value, and when exceeding or falling below the threshold, a signal 645 ; 695 from the processor 641 ; 691 to the PWM generator 614 or vector modulator 664 to be provided. By the signal 645 ; 695 For example, in some embodiments, the AKS is first established. The tensions 620-1 to 620-3 or 670-1 to 670-3 for the phases of the three-phase machine 640 ; 690 take in response to the signal 645 ; 695 the value zero. Further, in some embodiments, the signal 645 ; 695 causes the AKS to cancel. The processor 641 ; 691 also receives reference values 602-1 ; 602-2 (I sd , I sq ) or 652-1 ; 652-2 (I 1A ; I 1B ), and uses these to calculate integrator values 646-1 ; 646-2 (Y Id , Y Iq ) or 696-1 ; 696-2 (Y IA , Y IB ). The integrator values 646-1 ; 646-2 or 696-1 ; 696-2 are each to the PI controller 606-1 ; 606-2 or 656-1 ; 656-2 provided. As a result, at the current sample time (k) a calculation of manipulated variables 607-1 ; 607-2 or 657-1 ; 657-2 is initialized to a sample time (k-1) preceding the current sample time (k). By one of a decoupler 638 ; 688 provided size is from the manipulated variables 607-1 ; 607-2 or 657-1 ; 657-2 one voltage component each 608-1 ; 608-2 or 658-1 ; 658-2 calculated. Furthermore, the system includes 600 ; 650 a supply voltage source configured to respond in response to the signal 645 ; 695 a tension 620-1 to 620-3 or 670-1 to 670-3 for one phase of the three-phase machine 640 ; 690 to change. The supply voltage source may be, for example, a battery or the inverter 616 ; 666 include.

7a zeigt ein Laufdiagramm eines Algorithmus 700-1 zur Überwachung der PSM, und 7b zeigt ein Laufdiagramm eines Algorithmus 700-2 zur Überwachung der ASM. Der Algorithmus 700-1; 700-2 kann beispielsweise mittels des Prozessors 641; 691 (vgl. 6a und 6b) ausgeführt werden. Zunächst erfolgt ein Start 702 des Algorithmus 700-1; 700-2. In einem normalen Fall wird die Maschine mittels der Sollstromvorgaben IsdRef und IsqRef mit der konventionellen FOR 704 (vgl. 2a und 2b) betrieben. Durch ein Überwachen 706 von Drehzahl, Batteriestrom oder Batteriespannung wird ermittelt, ob ein AKS zu einem aktuellen Zeitpunkt erforderlich ist. Ist ein AKS erforderlich, oder mit anderen Worten ein unerwünschter Betriebszustand, z. B. überhöhte Drehzahl, niedrige Batteriespannung bei hohen Drehzahlen oder hohe Batterieströme, aufgetreten, so wird die Maschine über ein AKS-Signal aktiv kurzgeschlossen. Dabei erfolgt ein Gleichsetzen 708 der PWM-Signale (z. B. die PWM-Signale 618-1 bis 618-3 in 6a oder die PWM-Signale 668-1 bis 668-3 in 6b) auf denselben Wert, z. B. 50% eines Ursprungswertes. Ist kein AKS erforderlich, umfasst der Algorithmus 700-1; 700-2 ein Überprüfen 710 eines vorangegangenen Abtastschrittes auf einen möglicherweise aktiven AKS. War in dem vorangegangenen Abtastschritt kein AKS aktiv, wird die Maschine weiterhin unter Verwendung der Sollströme Isd,qRef oder IsA,BRef mit der konventionellen FOR 704 betrieben. War ein AKS in dem vorangegangenen Abtastschritt aktiv, wird eine Rückberechnung 712 der Integratoren vorgenommen. Bei der PSM erfolgt dabei eine Berechnung 714-1 des Ausgangswertes des q-PI-Reglers nach GL. 13a, eine Berechnung 716-1 des Integratorwertes in q-Achse nach GL. 15a, eine Berechnung 718-1 des Ausgangswertes des d-PI-Reglers nach GL. 14a und eine Berechnung 720-1 des Integratorwertes in d-Achse nach GL. 16a, wie in 7a dargestellt. Bei der ASM erfolgt dabei eine Berechnung 714-2 des Ausgangswertes es B-PI-Reglers nach GL. 16b, eine Berechnung 716-2 des Integratorwertes in B-Achse nach GL. 18b, eine Berechnung 718-2 des Ausgangswertes des A-PI-Reglers nach GL. 17b und eine Berechnung 720-2 des Integratorwertes in A-Achse nach GL. 19b, wie in 7b dargestellt. Mittels der so berechneten Integratorwerte wird bei der PSM eine FOR 722-1, wie anhand von 6a beschrieben, und bei der ASM eine FOR 722-2, wie anhand von 6b beschrieben, durchgeführt. Beim Umschalten von AKS auf FOR werden die Integratoren nach GL. 13a bis GL. 16a oder nach GL. 16b bis GL. 19b aus der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ωs, den Sollströmen Isd,qRef oder IsA,BRef und ggf. weiteren Parametern der Maschine zurückberechnet. Zum Zeitpunkt der neuen Berechnung der FOR 722-1; 722-2 sind die Startwerte der Integratoren vorhanden, die zu einem glatten Verlauf der Maschinenströme führen können. Die bei der konventionellen FOR 704, der FOR 722-1; 722-2 oder dem durch den AKS erfolgten Gleichsetzen 708 resultierenden PWM-Signale werden nach einem Bereitstellen 724 an den Wechselrichter von diesem empfangen. Es folgt ein Ende 726 des Algorithmus. 7a shows a flow diagram of an algorithm 700-1 to monitor the PSM, and 7b shows a flow diagram of an algorithm 700-2 for monitoring the ASM. The algorithm 700-1 ; 700-2 can for example by means of the processor 641 ; 691 (see. 6a and 6b ). First, a start 702 of the algorithm 700-1 ; 700-2 , In a normal case, the machine is driven by the set current inputs IsdRef and IsqRef with the conventional FOR 704 (see. 2a and 2 B ) operated. By monitoring 706 speed, battery current or battery voltage determines if an AKS is required at a current time. Is an AKS required, or in other words an undesirable operating condition, eg. As excessive speed, low battery voltage at high speeds or high battery currents occurred, the machine is actively shorted via an AKS signal. Thereby an equalization takes place 708 the PWM signals (eg the PWM signals 618-1 to 618-3 in 6a or the PWM signals 668-1 to 668-3 in 6b ) to the same value, e.g. B. 50% of an original value. If no AKS is required, the algorithm includes 700-1 ; 700-2 a check 710 a previous sampling step on a possibly active AKS. If no AKS was active in the previous sampling step, the machine becomes furthermore using the desired currents I sd, qRef or I sA, BRef with the conventional FOR 704 operated. If an AKS was active in the previous sampling step, a back calculation takes place 712 made by the integrators. The PSM is doing a calculation 714-1 the output value of the q-PI controller according to GL. 13a, a calculation 716-1 of the integrator value in q-axis according to GL. 15a, a calculation 718-1 the output value of the d-PI controller according to GL. 14a and a calculation 720-1 of the integrator value in d-axis according to GL. 16a, as in 7a shown. At the ASM a calculation is done 714-2 the output value of B-PI controller according to GL. 16b, a calculation 716-2 of the integrator value in B axis according to GL. 18b, a calculation 718-2 the output value of the A-PI controller according to GL. 17b and a calculation 720-2 of the integrator value in A-axis according to GL. 19b, as in 7b shown. By means of the integrator values thus calculated, a FOR is set in the PSM 722-1 as based on 6a described, and at the ASM a FOR 722-2 as based on 6b described, performed. When switching from AKS to FOR, the integrators become GL. 13a to GL. 16a or GL. 16b to GL. 19b from the electrical angular velocity ω s , the setpoint currents I sd, qRef or I sA, BRef and possibly further parameters of the machine calculated back. At the time of the new calculation of FOR 722-1 ; 722-2 the integrator starting values are present, which can lead to a smooth course of the machine currents. The case of the conventional FOR 704 , the FOR 722-1 ; 722-2 or the equalization made by the AKS 708 resulting PWM signals are after a provision 724 to the inverter from this received. There is an end 726 of the algorithm.

8a zeigt das Verhalten einer Maschine beim Übergang AKS/FOR mit Rücksetzen der Integratoren auf 0. 8b zeigt das Verhalten einer Maschine mit Berechnung der Integratoren nach GL. 13a bis 16a. Im Einzelnen in 8a und 8b gezeigt sind die zeitlichen Verläufe von PWM-Signalen 800-1; 800-2, Phasenstromvektoren 810-1; 810-2, Phasenstrom-d-Komponente 820-1; 820-2 (Isd), Phasenstrom-q-Komponente 830-1; 830-2 (Isq), Drehmoment 840; 840-2, Drehzahl 850; 850-2 und AKS-Signal 860; 860-2 bei einer PSM-Maschine. Die Ströme übersteigen zu dem Zeitpunkt des Umschaltens beispielsweise 135 Ampere (A) und können bei höheren Drehzahlen noch größer sein. Bei dieser Maschine kann es wünschenswert sein, dass ein maximaler Phasenstrom von beispielsweise 110A nicht überschritten wird. Vergleicht man die zeitlichen Verläufe von PWM-Signalen 800-1 bei Rücksetzen der Integratorwerte auf 0 mit den zeitlichen Verläufen von PWM-Signalen 800-2 bei Berechnung der Integratoren nach GL. 13a bis 16a in 8b, wird ersichtlich, dass der Übergang bei dem Zeitpunkt des Aufhebens des AKS trotz hoher Drehzahlen in 8b weniger sprunghaft verläuft. 8a shows the behavior of a machine at transition AKS / FOR with reset of the integrators to 0. 8b shows the behavior of a machine with calculation of the integrators according to GL. 13a to 16a. In detail in 8a and 8b the time profiles of PWM signals are shown 800-1 ; 800-2 , Phase current vectors 810-1 ; 810-2 , Phase current d component 820-1 ; 820-2 (Isd), phase current q component 830-1 ; 830-2 (Isq), torque 840 ; 840-2 , Rotation speed 850 ; 850-2 and AKS signal 860 ; 860-2 in a PSM machine. For example, the currents exceed 135 amps (A) at the time of switching and may be even greater at higher speeds. In this machine, it may be desirable to have a maximum phase current of, for example 110A is not exceeded. Comparing the temporal characteristics of PWM signals 800-1 when the integrator values are reset to 0 with the time sequences of PWM signals 800-2 when calculating the integrators according to GL. 13a to 16a in 8b , it can be seen that the transition at the time of cancellation of the AKS despite high speeds in 8b less leaps and bounds.

Bei Ausführungsbeispielen kann die Maschine durch das aktive Kurzschließen gut geschützt werden. Mit anderen Worten kann die Maschine geschützt werden, und dabei möglicherweise ein Ausschalten bzw. Abbremsen bis zum Stillstand vermieden werden. Ferner können unter Umständen hohe Drehzahlen (und daraus ggf. resultierende Zerstörungen der Maschinenlager) oder ungewünschte Belastungen der Batterie (Spitzenleistungen) vermieden werden. Zusätzlich kann es möglich sein, eventuell auftretende Konsequenzen von Strompeaks beim Übergang AKS zu FOR durch das Umschalten von AKS zu FOR gemäß Ausführungsbeispielen (und dadurch die Möglichkeit des Vermeidens von Strompeaks) zu verhindern. Diese Konsequenzen können ein Verursachen akustischer Probleme, ein Ausschalten der Endstufe, ein Verringern der Lebensdauer der Endstufe oder Batterie, ein Zerstören von Halbleiterbauteilen oder ein zumindest teilweises Entmagnetisieren der Magnete einer PSM umfassen. Mögliche Einsatzgebiete von Ausführungsbeispielen umfassen z. B. Stellantriebe (z. B. Servolenkung, ERC.) oder Traktionsantriebe (Hybridfahrzeug, Elektromobilität, Servo-Antriebe in der Industrie).In embodiments, the machine can be well protected by the active shorting. In other words, the machine can be protected, possibly avoiding stopping or decelerating to a stop. Furthermore, under certain circumstances, high rotational speeds (and any resulting destruction of the machine bearings resulting therefrom) or undesired loads on the battery (peak powers) can be avoided. In addition, it may be possible to prevent any consequences of current peaks in the transition AKS to FOR by switching from AKS to FOR according to embodiments (and thereby the possibility of avoiding current peaks). These consequences may include causing acoustic problems, turning off the final stage, reducing the endurance or battery life, destroying semiconductor devices, or at least partially de-magnetizing the magnets of a PSM. Possible applications of embodiments include z. As actuators (eg., Power steering, ERC.) Or traction drives (hybrid vehicle, electric mobility, servo drives in the industry).

Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The features disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures may be taken to be and effect both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens-schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory, on the electronically readable control signals are stored, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.

Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System an Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.A programmable hardware component may be integrated by a processor, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a computer, a computer system, an application-specific integrated circuit (ASIC) Circuit (IC), a system on chip (SOC), a programmable logic element or a field programmable gate array with a microprocessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) may be formed.

Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.The digital storage medium may therefore be machine or computer readable. Thus, some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed. One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires. The program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier. The program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein. The data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network. Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.

Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.For example, a program according to one embodiment may implement one of the methods during its execution by, for example, reading or writing one or more data into memory locations, optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or caused by another operating principle working components. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program. A program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and control other devices, machines and components ,

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
PhasenstromvektorPhase current vector
110-1; 110-2; 110-3110-1; 110-2; 110-3
U,V,W-KoordinatenU, V, W-coordinate
120-1; 120-2120-1; 120-2
d,q-Koordinatend, q-coordinate
130-1; 130-2130-1; 130-2
α,β-Koordinatenα, β coordinates
140140
Raumzeigerspace vector
150-1; 150-2150-1; 150-2
α,β-Koordinatenα, β coordinates
160-1; 160-2160-1; 160-2
d,q-Koordinatend, q-coordinate
170-1; 170-2 170-1; 170-2
a,b-Koordinatena, b coordinates
200200
FOR-ReglerFOR controller
202-1; 202-2202-1; 202-2
Führungsgrößenreference variables
204-1; 204-2204-1; 204-2
SollstromvorgabenTarget current requirements
205205
FeedbacksignalFeedback signal
206-1; 206-2206-1; 206-2
PI-ReglerPI controller
207-1; 207-2207-1; 207-2
Stellgrößenmanipulated variables
208-1; 208-2208-1; 208-2
Spannungskomponentenvoltage components
210210
d,q/1,2,3-Wandlerd, q / 1,2,3-converter
212-1; 212-2; 212-3212-1; 212-2; 212-3
Spannungsvorgabenvoltage requirements
214214
Vektormodulatorvector modulator
216216
Wechselrichterinverter
218-1; 218-2; 218-3218-1; 218-2; 218-3
PWM-SignalePWM signals
220-1; 220-2; 220-3220-1; 220-2; 220-3
Betriebsspannungoperating voltage
224224
Umwandlerconverter
230230
Positionssensorposition sensor
232232
Mechanischer WinkelMechanical angle
234234
Elektrischer WinkelElectric angle
236236
Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
238238
Entkopplerdecoupler
240240
Permanenterregte SynchronmaschinePermanent magnet synchronous machine
250250
FOR-ReglerFOR controller
252-1; 252-2252-1; 252-2
Führungsgrößenreference variables
254-1; 254-2254-1; 254-2
SollstromvorgabenTarget current requirements
255255
FeedbacksignalFeedback signal
256-1; 256-2256-1; 256-2
PI-ReglerPI controller
257-1; 257-2257-1; 257-2
Stellgrößenmanipulated variables
258-1; 258-2258-1; 258-2
Spannungskomponentenvoltage components
260260
A,B/α,β-WandlerA, B / α, β-converter
262-1; 262-2; 262-3262-1; 262-2; 262-3
Spannungsvorgabenvoltage requirements
264264
PWM GeneratorPWM generator
266266
Wechselrichterinverter
268-1; 268-2; 268-3268-1; 268-2; 268-3
PWM-SignalePWM signals
270-1; 270-2; 270-3270-1; 270-2; 270-3
Betriebsspannungoperating voltage
274274
Umwandlerconverter
276276
Weiterer UmwandlerAnother converter
278278
Elektrischer FlussElectric river
280280
Winkelgeberangle encoder
282282
Elektrische LäuferkreisfrequenzElectrical rotor circuit frequency
284284
Mechanische WinkelgeschwindigkeitMechanical angular velocity
286286
Flussmodellflow model
288288
Entkopplerdecoupler
290290
Asynchronmaschineasynchronous
300300
Verfahrenmethod
310310
BestimmenDetermine
320320
BestimmenDetermine
330330
InitialisierenInitialize
340340
AufhebenCancel
400-1; 400-2400-1; 400-2
PI-ReglerPI controller
402-1; 402-2402-1; 402-2
Aktuelle DifferenzCurrent difference
404-1; 404-2404-1; 404-2
Stellgrößemanipulated variable
406-1; 406-2406-1; 406-2
VorsteuerungsanteilPilot Share
408-1; 408-2408-1; 408-2
Integrativer AnteilIntegrative share
410-1; 410-2410-1; 410-2
Integratorintegrator
412-1; 412-2412-1; 412-2
Spannungsvorgabenvoltage requirements
414414
EntkopplungsnetzwerkDecoupling network
416416
Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
500500
Vorrichtungcontraption
510510
Regelungseinrichtungcontrol device
520520
Prozessorprocessor
530 530
Signalsignal
540540
Integratorwertintegrator value
600600
Systemsystem
602-1; 602-2602-1; 602-2
Führungsgrößenreference variables
604-1; 604-2604-1; 604-2
SollstromvorgabenTarget current requirements
605605
FeedbacksignalFeedback signal
606-1; 606-2606-1; 606-2
PI-ReglerPI controller
607-1; 607-2607-1; 607-2
Stellgrößenmanipulated variables
608-1; 608-2608-1; 608-2
Spannungskomponentenvoltage components
610610
d,q/1,2,3-Wandlerd, q / 1,2,3-converter
612-1; 612-2; 612-3612-1; 612-2; 612-3
Spannungsvorgabenvoltage requirements
614614
Vektormodulatorvector modulator
616616
Wechselrichterinverter
618-1; 618-2; 618-3618-1; 618-2; 618-3
PWM-SignalePWM signals
620-1; 620-2; 620-3620-1; 620-2; 620-3
Betriebsspannungoperating voltage
624624
Umwandlerconverter
630630
Positionssensorposition sensor
632632
Mechanischer WinkelMechanical angle
634634
Elektrischer WinkelElectric angle
636636
Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
638638
Entkopplerdecoupler
640640
Permanenterregte SynchronmaschinePermanent magnet synchronous machine
641641
Prozessorprocessor
642642
Drehzahlrotation speed
643643
Batteriestrombattery power
644644
Batteriespannungbattery voltage
645645
Signalsignal
646-1; 646-2646-1; 646-2
Integratorwerteintegrator values
650650
Systemsystem
652-1; 652-2652-1; 652-2
Führungsgrößenreference variables
654-1; 654-2654-1; 654-2
SollstromvorgabenTarget current requirements
655655
FeedbacksignalFeedback signal
656-1; 656-2656-1; 656-2
PI-ReglerPI controller
657-1; 657-2657-1; 657-2
Stellgrößenmanipulated variables
658-1; 658-2658-1; 658-2
Spannungskomponentenvoltage components
660660
A,B/α,β-WandlerA, B / α, β-converter
662-1; 662-2; 662-3662-1; 662-2; 662-3
Spannungsvorgabenvoltage requirements
664664
PWM GeneratorPWM generator
666666
Wechselrichterinverter
668-1; 668-2; 668-3668-1; 668-2; 668-3
PWM-SignalePWM signals
670-1; 670-2; 670-3670-1; 670-2; 670-3
Betriebsspannungoperating voltage
674674
Umwandlerconverter
676676
Weiterer UmwandlerAnother converter
678678
Elektrischer FlussElectric river
680680
Winkelgeberangle encoder
682682
Elektrische LäuferkreisfrequenzElectrical rotor circuit frequency
684684
Mechanische WinkelgeschwindigkeitMechanical angular velocity
686686
Flussmodellflow model
687687
Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
688688
Entkopplerdecoupler
690690
Asynchronmaschineasynchronous
691691
Prozessorprocessor
692692
Drehzahlrotation speed
693693
Batteriestrombattery power
694694
Batteriespannungbattery voltage
695695
Signalsignal
696-1; 696-2696-1; 696-2
Integratorwerteintegrator values
700-1; 700-2700-1; 700-2
Algorithmusalgorithm
702702
Startbegin
704704
konventionelle FORconventional FOR
706706
ÜberwachenMonitor
708708
Gleichsetzenequate
710710
ÜberprüfenTo verify
712712
RückberechnungClaw-back
714-1; 714-2714-1; 714-2
Berechnungcalculation
716-1; 716-2716-1; 716-2
Berechnungcalculation
718-1; 718-2718-1; 718-2
Berechnungcalculation
720-1; 720-2720-1; 720-2
Berechnungcalculation
722-1; 722-2722-1; 722-2
FORFOR
724724
BereitstellenProvide
726726
EndeThe End
800-1; 800-2800-1; 800-2
Verlauf der PWM-SignaleCourse of the PWM signals
810-1; 810-2810-1; 810-2
Verlauf des PhasenstromvektorsCourse of the phase current vector
820-1; 820-2820-1; 820-2
Verlauf der Phasenstrom-d-KomponenteCourse of the phase current d component
830-1; 830-2830-1; 830-2
Verlauf der Phasenstrom-q-KomponenteCourse of the phase current q-component
840-1; 840-2840-1; 840-2
Verlauf des DrehmomentsCourse of the torque
850-1; 850-2850-1; 850-2
Verlauf der DrehzahlCourse of the speed
860-1; 860-2860-1; 860-2
Verlauf des AKS-SignalsHistory of the AKS signal

Claims (17)

Ein Verfahren (300) zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt, umfassend: Bestimmen (310) einer Stellgröße Y des Regelkreises, die zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt korrespondiert; unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für den aktuellen Samplezeitpunkt, Bestimmen (320) eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt; und Initialisieren (330) eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil.A procedure ( 300 ) for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time, comprising: determining ( 310 ) a manipulated variable Y of the control loop, which corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time; taking into account a target current specification for the current sample time, determining ( 320 ) an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable through the control loop; and initialize ( 330 ) of an integrator of the control loop with the determined integrative component. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, bei dem der Regelkreis zur feldorientierten Regelung der Drehstrommaschine dient.Procedure ( 300 ) according to claim 1, wherein the control circuit for field-oriented control of the three-phase machine is used. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der integrative Anteil YI unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe IsSoll(k) zum aktuellen Samplezeitpunkt (k), der Stellgröße Y, welche zu dem Betriebszustand der Synchronmaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) korrespondiert und eines Proportionalkoeffizienten für einen Proportionalanteil Kp einer Proportional-Integral-Regelung wie folgt bestimmt wird: YI = Y – KP·IsSoll(k). Procedure ( 300 ) according to claim 1 or 2, wherein the integrative component Y I , taking into account a set current command I ssoll (k) at the current sample time (k), the manipulated variable Y, which corresponds to the operating state of the synchronous machine at the previous sample time (k - 1) and a proportional coefficient for a proportional component K p of a proportional-integral control is determined as follows: Y I = Y - K P · I ssoll (k) . Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Regelkreis ausschließlich eine Proportional-Integral-Regelung verwendet.Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the control circuit uses only a proportional-integral control. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Betriebszustand der Drehstrommaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt wenigstens teilweise dadurch gekennzeichnet ist, dass eine gemeinsame Kurzschlussspannung für eine Mehrzahl von Phasen der Drehstrommaschine einen Wert von Null aufweist.Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the operating state of the three-phase machine at the previous sampling time is at least partially characterized in that a common short-circuit voltage for a plurality of phases of the three-phase machine has a value of zero. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der vorangegangene Samplezeitpunkt dem aktuellen Samplezeitpunkt unmittelbar voraus geht.Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the preceding sample time immediately precedes the current sample time. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Aufheben (340) des aktiven Kurzschlusszustandes.Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, further comprising a cancellation ( 340 ) of the active short circuit condition. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Drehstrommaschine eine Permanenterregte Synchronmaschine (PSM) ist.Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the three-phase machine is a permanent-magnet synchronous machine (PSM). Verfahren (300) gemäß Anspruch 8, wobei der Regelkreis einen Stromvektor I in einem statorfesten Koordinatensystem für eine d-Komponente Id und für eine q-Komponente Iq des Stromvektors getrennt regelt, wobei für jede der Komponenten ein integrativer Anteil bestimmt wird; und ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert wird. Procedure ( 300 ) according to claim 8, wherein the control circuit separately regulates a current vector I in a stator-fixed coordinate system for a d-component I d and for a q-component I q of the current vector, wherein an integrative component is determined for each of the components; and an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component. Verfahren (300) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Stellgröße Y eine Komponente Yd und eine Komponente Yq in einem statorfesten Koordinatensystems umfasst, und wobei die Komponente Yd oder die Komponente Yq wenigstens teilweise durch eine d-Komponente und eine q-Komponente einer Induktivität einer Statorwicklung Ls des Stators bestimmt werden.Procedure ( 300 ) according to claim 8 or 9, wherein the manipulated variable Y comprises a component Y d and a component Y q in a statorfesten coordinate system, and wherein the component Y d or the component Y q at least partially by a d-component and a q-component of a Inductance of a stator winding L s of the stator can be determined. Verfahren (300) gemäß Anspruch 10, wobei die Komponente Yd und die Komponente Yq der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen:
Figure DE102014205244A1_0015
bestimmt werden, wobei Rs ein Widerstand der Statorwicklung des Stators und ωs eine Winkelgeschwindigkeit sind.
Procedure ( 300 ) according to claim 10, wherein the component Y d and the component Y q of the manipulated variable Y based on the equations:
Figure DE102014205244A1_0015
where R s is a resistance of the stator winding of the stator and ω s is an angular velocity.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine (ASM) ist.Procedure ( 300 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the three-phase machine is an asynchronous machine (ASM). Verfahren (300) gemäß Anspruch 12, wobei der Regelkreis einen Stromvektor I in einem mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystem für eine A-Komponente IA und für eine B-Komponente IB des Stromvektors getrennt regelt, wobei für jede der Komponenten getrennt ein integrativer Anteil bestimmt wird; und ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert wird.Procedure ( 300 ) according to claim 12, wherein the control circuit separately controls a current vector I in a co-ordinate system moving with a stator field for an A component I A and for a B component I B of the current vector, separately determining an integrative component for each of the components; and an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Stellgröße Y eine Komponente YA und eine Komponente YB eines mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystems umfasst, und wobei die Komponente YA oder die Komponente YB wenigstens teilweise durch eine Stator-Selbstinduktivität L1 und eine Rotor-Selbstinduktivität 12 bestimmt werden.Procedure ( 300 ) according to one of claims 12 or 13, wherein the manipulated variable Y comprises a component Y A and a component Y B of a co-moving with a stator field coordinate system, and wherein the component Y A or the component Y B at least partially by a stator self-inductance L first and a rotor self-inductance 12 be determined. Verfahren (300) gemäß Anspruch 10, wobei die Komponente YA und die Komponente YB der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen:
Figure DE102014205244A1_0016
bestimmbar sind, wobei R1 ein Widerstand eines Stators, R2 ein Widerstand eines Rotors, M eine gemeinsame Induktivität von Rotor und Stator,
Figure DE102014205244A1_0017
L = σL1, ωm eine elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors, ωK eine Winkelgeschwindigkeit eines durch den Stator erzeugten elektromagnetischen Feldes, und Ψ2A eine Rotorflusskomponente in A-Achse eines mit einem durch den Stator erzeugten elektromagnetischen Feld mitbewegten Koordinatensystems sind.
Procedure ( 300 ) according to claim 10, wherein the component Y A and the component Y B of the manipulated variable Y based on the equations:
Figure DE102014205244A1_0016
where R 1 is a resistance of a stator, R 2 is a resistance of a rotor, M is a common inductance of rotor and stator,
Figure DE102014205244A1_0017
L = σL 1 , ω m is an electrical angular velocity of the rotor, ω K is an angular velocity of an electromagnetic field generated by the stator, and Ψ 2A is a rotor flux component in A-axis of a coordinate system moving with an electromagnetic field generated by the stator.
Vorrichtung (500) zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom (602-1; 602-2; 652-1; 652-2) zum Betrieb einer Drehstrommaschine (640; 690) bei einem Übergang von einem aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine (640; 690) zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine (640; 690) an einem aktuellen Samplezeitpunkt, umfassend eine Regelungseinrichtung (510) und einen Prozessor (520; 641; 691), welcher dazu ausgebildet ist, zu einem aktuellen Samplezeitpunkt (k) ein Signal (530) zum Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes an die Regelungseinrichtung (510) bereitzustellen, und zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) eine Berechnung einer Stellgröße (607-1; 607-2; 657-1; 657-2) zu initialisieren, wobei die Stellgröße (607-1; 607-2; 657-1; 657-2) einem dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) zugeordnet ist.Contraption ( 500 ) for initializing a control circuit for a current ( 602-1 ; 602-2 ; 652-1 ; 652-2 ) for operating a three-phase machine ( 640 ; 690 ) at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine ( 640 ; 690 ) to a controlled operation of the three-phase machine ( 640 ; 690 ) at a current sample time, comprising a control device ( 510 ) and a processor ( 520 ; 641 ; 691 ) which is designed to generate a signal (k) at a current sample time (k) 530 ) for canceling the active short-circuit state to the control device ( 510 ), and at the current sample time (k) a calculation of a manipulated variable ( 607-1 ; 607-2 ; 657-1 ; 657-2 ), whereby the manipulated variable ( 607-1 ; 607-2 ; 657-1 ; 657-2 ) is assigned to a sample time point (k-1) preceding the current sample time (k). System (600), umfassend eine Vorrichtung (500) gemäß Anspruch 16 und eine Versorgungsspannungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf das Signal (530) eine Spannung (620-1; 620-2; 620-3; 670-1; 670-2; 670-3) für eine Phase der Drehstrommaschine (640; 690) zu verändern.System ( 600 ), comprising a device ( 500 ) according to claim 16 and a supply voltage source, which is designed in response to the signal ( 530 ) a tension ( 620-1 ; 620-2 ; 620-3 ; 670-1 ; 670-2 ; 670-3 ) for one phase of the three-phase machine ( 640 ; 690 ) to change.
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