DE102014223497A1

DE102014223497A1 - Verfahren eines Abschätzens einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters und ein dieses verwendendes Motorsteuerverfahren

Info

Publication number: DE102014223497A1
Application number: DE102014223497.2A
Authority: DE
Inventors: Dong Hun Lee; Sungdo KIM; Chang Seok Ryu
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-12-03
Also published as: KR101575294B1; US20150349675A1; US9350277B2

Abstract

Ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters umfasst ein Überprüfen von von einem Umrichter an einen Motor fließenden Dreiphasenströmen. Eine Spannung eines Eingangsanschlusses des Umrichters wird basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, den Dreiphasenströmen und PWM-Tastverhältnissen zum Bestimmen von Schaltoperationen einer Vielzahl von Schaltelementen des Umrichters berechnet.

Description

QUERVERWEIS ZU VERBUNDENER ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorzug der Priorität aus der bei dem koreanischen Patentamt am 2. Juni 2014 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0067187 , wobei deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren eines Abschätzens einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters und ein dieses verwendendes Motorsteuerverfahren.
HINTERGRUND
Unter Verwendung einer Batterieenergie erzeugt ein Antriebsmotor eines Fahrzeugs eine Antriebsenergie. Es gibt zahlreiche Arten von Motoren wie beispielsweise einen Motor zum Antreiben einer Wasserpumpe, einen Motor zum Antreiben eines Lüfters usw.
Im Allgemeinen wird eine Gleichspannung als eine Antriebsspannung an einen Umrichter zum Antreiben des Motors zugeführt. Zum Messen der Gleichspannung ist ein Spannungssensor vorgesehen oder ein Spannungsabtastungsschaltkreis auf einem Substrat ausgebildet. Wenn der Spannungssensor (oder der Spannungsabtastungsschaltkreis) defekt wird, kann die Gleichspannung nicht gemessen werden, damit wird eine Motorsteuerleistung des Umrichters verringert.
9(a) und 9(b) sind Zeichnungen, in welchen ein allgemeiner Sensor und ein Spannungssensor verglichen werden.
Wie in den 9(a) und 9(b) gezeigt, wird, wenn der allgemeine Sensor (zum Beispiel ein Drucksensor) einen Spannungsbereich von 0 V bis 5 V erzeugt, zum Bestimmen einer Abtrennung oder eines Kurzschlusses des Drucksensors nur der Spannungsbereich von 0,5 V bis 4,5 V verwendet. Das heißt, falls 0 V oder 5 V ausgegeben wird, wird bestimmt, dass der Drucksensor abgetrennt oder kurzgeschlossen ist.
Allerdings sollte für den Fall des Spannungssensors, selbst wenn die Abtrennung oder der Kurzschluss des Spannungssensors auftritt, der gesamte Ausgangsspannungsbereich von 0 V bis 5 V zum Abtasten der Spannung verwendet werden, womit ein Erkennen solcher Fehler scheitert.
Aufgrund der Abtrennung oder des Kurzschlusses des Spannungssensors kann, selbst wenn die Antriebsspannung an den Eingangsanschluss des Umrichters normal zugeführt wird, bestimmt werden, dass keine Antriebsspannung zugeführt wird (z.B. Ausgangsspannung = 0 V) oder dass die Antriebsspannung die zugeführte Spannung überschreitet (z.B. Ausgangsspannung = 5 V).
Das heißt, selbst wenn die Antriebsspannung normal zugeführt wird, verschlechtern sich Ausgangs- und Dynamikcharakteristika des Motors und ein Betrieb des Motors sollte angehalten werden.
Die obigen in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Informationen dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung, und damit können diese Informationen enthalten, welche nicht zu dem Stand der Technik gehören, welcher in diesem Land dem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde in dem Bestreben gemacht ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters und eines Verfahrens zum Steuern eines Motors unter Verwendung desselben bereitzustellen, welche zum Abschätzen der Spannung eines Eingangsanschlusses des Umrichters selbst ohne einen Spannungssensor, zum Bestimmen eines Fehlers des Spannungssensors, wenn der Spannungssensor vorgesehen ist, und zum Steuern des Motors, selbst wenn der Spannungssensor defekt wird, geeignet sind.
Ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Überprüfen von von einem Umrichter zu einem Motor fließenden Dreiphasenströmen. Eine Spannung eines Eingangsanschlusses des Umrichters wird basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, den Dreiphasenströmen und PWM(Pulsweitenmodulator)-Tastverhältnissen zum Bestimmen von Schaltoperationen einer Vielzahl von Schaltelementen des Umrichters berechnet.
Der Schritt des Berechnens der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann ein Berechnen von abgeschätzten Dreiphasenspannungen basierend auf der Vielzahl von Designparametern und den Dreiphasenströmen umfassen. Eine Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters kann aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{n_Est} × (PWMduty_n – 0,5) berechnet werden, wobei V_{n_Est} und PWMduty_n zu derselben Phase korrespondierende Werte sind, V_{n_Est} eine der abgeschätzten Dreiphasenspannungen ist und PWMduty_n eines der PWM-Tastverhältnisse ist.
Der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Dreiphasenspannungen kann umfassen ein Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln des D-Achsenstroms und des Q-Achsenstroms in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren. Eine abgeschätzte d-Achsenspannung und eine abgeschätzte q-Achsenspannung werden basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom berechnet. Die abgeschätzte d-Achsenspannung und die abgeschätzte q-Achsenspannung werden in eine abgeschätzte D-Achsenspannung und eine abgeschätzte Q-Achsenspannung umgewandelt, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren. Die abgeschätzte D-Achsenspannung und die abgeschätzte Q-Achsenspannung werden in abgeschätzte Dreiphasenspannungen umgewandelt, welche zu einem Dreiphasen-Koordinatensystem korrespondieren.
Die abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} können entsprechend aus Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechnet werden, wobei I_{d_feedback} ein d-Achsenrückkopplungsstrom ist, I_{q_feedback} ein q-Achsenrückkopplungsstrom ist, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_d eine d-Achseninduktivität ist, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, L_q eine q-Achseninduktivität ist und Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist.
Nur das ω_eΨ_f kann zum Berechnen der abgeschätzten q-Achsenspannung berechnet werden, wenn das I_{d_feedback}, das I_{q_feedback}, der R_S, die L_d, die ω_e und die L_q kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen können aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die basierend auf der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung aus den Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} können aus einer Gleichung
berechnet werden, wobei I_a, I_b und I_c Dreiphasenströme sind, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_a,b,c magnetische Induktivitäten von entsprechenden Phasen sind, M_ab,bc,ca gegenseitige Interphasen-Induktivitäten sind, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss eines Motorankers ist und θ ein Winkel zwischen einer d-Achse und einer a-Phase ist.
Nur die
können zum Berechnen der abgeschätzten Dreiphasenspannungen berechnet werden, falls die I_a, I_b und I_c, der R_S, die L_a,b,c, die M_ab,bc,ca und die ω_e kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen können aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die aus der Gleichung
berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Das Berechnen der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann ein Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom umfassen, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren. Der D-Achsenstrom und der Q-Achsenstrom werden in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom umgewandelt, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren. Eine abgeschätzte d-Achsenspannung und eine abgeschätzte q-Achsenspannung werden basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom berechnet; wobei die PWM-Tastverhältnisse in ein PWM-D-Achsentastverhältnis und ein PWM-Q-Achsentastverhältnis umgewandelt werden, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren. Das PWM-D-Achsentastverhältnis und das PWM-Q-Achsentastverhältnis werden in ein PWM-d-Achsentastverhältnis und ein PWM-q-Achsentastverhältnis umgewandelt, welche zu dem synchronen Koordinatensystem korrespondieren. Die Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters kann aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{m_Est} × (PWMduty_m – 0,5) berechnet werden, wobei V_{m_Est} und PWMduty_m zu der gleichen Achse korrespondieren, V_{m_Est} eine der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung ist und PWMduty_m eines des PWM-d-Achsentastverhältnisses und des PWM-q-Achsentastverhältnisses ist.
Ein Motorsteuerverfahren entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Erhalten einer abgetasteten Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters von einem Spannungssensor umfassen. Eine abgeschätzte Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters wird berechnet, falls der Umrichter eine Spannung an den Motor anlegt. Ein Absolutwert zwischen der abgetasteten Spannung und der abgeschätzten Spannung wird mit einer zulässigen Fehlerreferenz verglichen. Eine verstrichene Zeit wird, nachdem der Absolutwert die zulässige Fehlerreferenz überschreitet, genommen, falls der Absolutwert Größe als die zulässige Fehlerreferenz ist. Der Spannungssensor wird als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt, falls die verstrichene Zeit größer als eine Referenzzeit ist.
Der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann erneut ausgeführt werden, falls die verstrichene Zeit geringer oder gleich der Referenzzeit ist.
Das Motorsteuerverfahren kann weiterhin ein Zurücksetzen der genommenen verstrichenen Zeit auf Null umfassen, falls der Absolutwert geringer oder gleich der zulässigen Fehlerreferenz ist.
Das Motorsteuerverfahren kann weiterhin ein Vergleichen der abgetasteten Spannung mit einer minimalen Referenzspannung und einer maximalen Referenzspannung umfassen, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird. Eine Leitung des Spannungssensors wird als getrennt oder mit einer Erdung kurzgeschlossen bestimmt, falls die abgetastete Spannung geringer oder gleich der minimalen Referenzspannung ist.
Die Leitung des Spannungssensors wird als mit einer Stromleitung kurzgeschlossen bestimmt, falls die abgetastete Spannung größer oder gleich der maximalen Referenzspannung ist.
Das Motorsteuerverfahren kann weiterhin ein Bestimmen, dass der Spannungssensor sich in einem Vernünftigkeits-Fehlerzustand befindet, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird und die abgetastete Spannung größer als die minimale Differenzspannung und geringer als die maximale Referenzspannung ist, umfassen.
Das Motorsteuerverfahren kann weiterhin ein Steuern des Motors in einem ausfallsicheren Betrieb unter Verwendung der abgeschätzten Spannung anstelle der abgetasteten Spannung, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, umfassen.
Das Motorsteuerverfahren kann weiterhin ein Begrenzen einer maximalen Ausgabegeschwindigkeit und eines maximalen Ausgabedrehmoments des Motors, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, umfassen.
Das Berechnen der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann ein Überprüfen von von dem Umrichter zu dem Motor fließenden Dreiphasenströmen umfassen und die abgeschätzte Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, den Dreiphasenströmen und PWM-Tastverhältnissen zum Bestimmen von Schaltoperationen einer Vielzahl von Schaltelementen des Umrichters berechnet werden.
Das Berechnen der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann weiterhin ein Berechnen von abgeschätzten Dreiphasenspannungen basierend auf der Vielzahl von Designparametern und den Dreiphasenströmen umfassen. Die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters kann aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{n_Est} × (PWMduty_n – 0,5) berechnet werden, wobei V_{n_Est} und PWMduty_n zu derselben Phase korrespondierende Werte sind, V_{n_Est} eine der abgeschätzten Dreiphasenspannungen ist und PWMduty_n eines der PWM-Tastverhältnisse ist.
Der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Dreiphasenspannungen kann ein Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren, umfassen. Der D-Achsenstrom und der Q-Achsenstrom werden in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom umgewandelt, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren. Eine abgeschätzte d-Achsenspannung und eine abgeschätzte q-Achsenspannung werden basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom berechnet. Die abgeschätzte d-Achsenspannung und die abgeschätzte q-Achsenspannung werden in eine abgeschätzte D-Achsenspannung und eine abgeschätzte Q-Achsenspannung umgewandelt, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren. Die abgeschätzte D-Achsenspannung und die abgeschätzte Q-Achsenspannung werden in abgeschätzte Dreiphasenspannungen umgewandelt, welche zu einem Dreiphasen-Koordinatensystem korrespondieren. Die abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} können entsprechend aus Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechnet werden, wobei I_{d_feedback} ein d-Achsenrückkopplungsstrom ist, I_{q_feedback} ein q-Achsenrückkopplungsstrom ist, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_d eine d-Achseninduktivität ist, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, L_q eine q-Achseninduktivität ist und Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist.
Nur das ω_eΨ_f kann zum Berechnen des q-Achsenspannungsbefehls berechnet werden, wenn das I_{d_feedback}, das I_{q_feedback}, der R_S, die L_d, die ω_e und die L_q kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen können aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die aus den Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f basierend auf der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} können aus einer Gleichung
berechnet werden, wobei I_a, I_b und I_c Dreiphasenströme sind, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_a,b,c magnetische Induktivitäten von entsprechenden Phasen sind, M_ab,bc,ca gegenseitige Interphasen-Induktivitäten sind, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist und θ ein Winkel zwischen einer d-Achse und einer a-Phase ist.
Nur die
kann zum Berechnen der abgeschätzten Dreiphasenspannungen berechnet werden, falls die I_a, I_b und I_c, der R_S, die L_a,b,c, die M_ab,bc,ca und die ω_e kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Die abgeschätzten Dreiphasenspannungen können aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die aus der Gleichung
berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters kann ein Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren, umfassen. Der D-Achsenstrom und der Q-Achsenstrom werden in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom umgewandelt, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren. Eine abgeschätzte d-Achsenspannung und eine abgeschätzte q-Achsenspannung werden basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom berechnet. Die PWM-Tastverhältnisse werden in ein PWM-D-Achsentastverhältnis und ein PWM-Q-Achsentastverhältnis, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren, umgewandelt. Das PWM-D-Achsentastverhältnis und das PWM-Q-Achsentastverhältnis werden in ein PWM-d-Achsentastverhältnis und ein PWM-q-Achsentastverhältnis, welche zu dem synchronen Koordinatensystem korrespondieren, umgewandelt. Die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters kann aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{m_Est} × (PWMduty_m – 0,5) berechnet werden, wobei V_{m_Est} und PWMduty_m zu der gleichen Achse korrespondieren, V_{m_Est} eine der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung ist und PWMduty_m eines des PWM-d-Achsentastverhältnisses und des PWM-q-Achsentastverhältnisses ist.
Wie oben beschrieben, kann entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters selbst ohne einen Spannungssensor abgeschätzt werden, womit zusätzliche Kosten reduziert werden.
Wenn der Spannungssensor zum Messen der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters vorgesehen ist, kann die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters abgeschätzt werden, womit der Defekt des Spannungssensors effektiv bestimmt wird.
Zusätzlich kann, selbst wenn der Spannungssensor fehlerhaft ist, der Motor normal gesteuert werden, womit die mit der Motorsteuerung unter Verwendung der falsch abgetasteten Spannung verbundene Gefahr vermieden wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Blockdiagramm eines Motorsteuersystems für eine Drehmomentsteuerung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Motorsteuersystems für eine Geschwindigkeitssteuerung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Umrichters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B sind Blockdiagramme des Motorsteuersystems entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B sind Flussdiagramme, welche ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
6A und 6B sind Blockdiagramme eines Motorsteuersystems entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm eines Motorsteuerverfahrens entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Graph, in welchem eine abgeschätzte Spannung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine gemessene Spannung verglichen werden.
9(a) und 9(b) sind Zeichnungen, in welchen ein allgemeiner Sensor und ein Spannungssensor verglichen werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden mit Bezug zu den beiliegenden Figuren, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, vollständiger beschrieben werden.
Teile, welche für die Beschreibung unerheblich sind, werden zur klaren Beschreibung der vorliegenden Erfindung ausgelassen und dieselben oder ähnliche Merkmale werden mit denselben Bezugszeichen durchgehend durch die Beschreibung bezeichnet.
Weiterhin ist zur Zweckmäßigkeit der Beschreibung in den Figuren jedes Merkmal willkürlich dargestellt und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diejenigen, in den Figuren dargestellten, beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm einer Drehmomentssteuerung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Motorsteuersystems für eine Geschwindigkeitssteuerung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, kann eine Motorsteuereinheit 30 für eine Drehmomentssteuerung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Strombefehlsgenerator 310, eine Stromsteuereinheit 320, eine Koordinatentransformationseinheit 330 und einen Pulsweitenmodulator(PWM)-Signalgenerator 340 umfassen. Das heißt, wenn ein Motor 40 ein Antriebsmotor zur Erzeugung einer Antriebskraft eines Fahrzeugs ist, kann die Motorsteuereinheit 30 den Strombefehlsgenerator 310 umfassen, auf welchen Drehmomentsbefehle angewendet werden.
Alternativ kann, wie in 2 gezeigt, eine Motorsteuereinheit 35 für eine Geschwindigkeitssteuerung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Geschwindigkeitssteuereinheit 315, eine Stromsteuereinheit 325, eine Koordinatentransformationseinheit 335 und einen PWM-Signalgenerator 345 umfassen. Das heißt, wenn ein Motor 45 ein Antriebsmotor für eine Wasserpumpe oder einen Lüfter ist, kann die Motorsteuereinheit 35 die Geschwindigkeitssteuereinheit 315 umfassen, auf welche Geschwindigkeitsbefehle angewendet werden.
Nun wird eine Beschreibung basierend auf der Motorsteuereinheit 30 für eine Drehmomentsteuerung gegeben werden.
Da die Motorsteuereinheit 35 für eine Geschwindigkeit Steuerung ähnlich zu der Motorsteuereinheit 30 zur Steuerung des Antriebsmotors ist, mit dem Unterschied, dass die Geschwindigkeitssteuereinheit 315 für eine Geschwindigkeitssteuerung, auf welche die Geschwindigkeitsbefehle angewendet werden, weiterhin anstelle des Strombefehlsgenerators 310 umfasst ist, wird eine detaillierte Beschreibung ausgelassen werden.
3 ist eine Zeichnung einer Schaltkreisstruktur eines Umrichters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3 gezeigt, wird eine Antriebsspannung V_DC an einen Umrichter 20 angelegt. Der Umrichter 20 umfasst eine Vielzahl von Schaltelementen S₁ bis S₆ und die Spannung wird an die 3 Phasen Verbraucher Z₁ bis Z₃ entsprechend Schaltoperationen der Schaltelemente S₁ bis S₆ zugeführt.
Das Schaltelement S₁, das Schaltelement S₄ und der Verbraucher Z₁ sind mit einem Knoten N₁ gekoppelt. Das Schaltelement S₁ und das Schaltelement S₄ führen komplementäre Schaltoperationen aus. Das heißt, wenn das Schaltelement S₁ in einem An-Zustand ist, ist das Schaltelement S₄ in einem Aus-Zustand. Wenn das Schaltelement S₁ eingeschaltet wird, wird eine Gleichspannung V_DC /2 an den Verbraucher Z₁ zugeführt. Wenn das Schaltelement S₄ eingeschaltet wird, wird eine Gleichspannung –V_DC /2 an den Verbraucher Z₁ zugeführt. Entsprechend den Schaltoperationen der Schaltelemente S₁ und S₄, wird eine Wechselspannung V_a an den Verbraucher Z₁ zugeführt und ein durch den Verbraucher Z₁ fließender Strom I_a wird erzeugt.
Das Schaltelement S₃, das Schaltelement S₆ und der Verbraucher Z₂ sind mit einem Knoten N₂ gekoppelt. Das Schaltelement S₃ und das Schaltelement S₆ führen komplementäre Schaltoperationen aus. Das heißt, wenn das Schaltelement S₃ in einem Ein-Zustand ist, ist das Schaltelement S₆ in einem Aus-Zustand. Wenn das Schaltelement S₃ eingeschaltet wird, wird die Gleichspannung V_DC/2 an den Verbraucher Z₂ zugeführt. Wenn das Schaltelement S₆ eingeschaltet wird, wird die Gleichspannung –V_DC/2 an den Verbraucher Z₂ zugeführt. Entsprechend den Schaltoperationen der Schaltelemente S₃ & S₆, wird eine Wechselspannung V_b des Knotens N₂ an den Verbraucher Z₂ zugeführt und ein durch die Versorgung fließender Strom I_b wird erzeugt.
Das Schaltelement S₅, das Schaltelement S₂ und der Verbraucher Z₃ sind mit einem Knoten N₃ gekoppelt. Das Schaltelement S₅ und das Schaltelement S₂ führen komplementäre Schaltoperationen aus. Das heißt, wenn das Schaltelement S₅ in einem Ein-Zustand ist, ist das Schaltelement S₂ in einem Aus-Zustand. Wenn das Schaltelement S₅ eingeschaltet wird, wird eine Gleichspannung V_DC/2 an den Verbraucher Z₃ zugeführt. Wenn das Schaltelement S₂ eingeschaltet wird, wird die Gleichspannung –V_DC/2 an den Verbraucher Z₃ zugeführt. Entsprechend der Schaltoperationen der Schaltelemente S₅ & S₂, wird eine Wechselspannung V_C des Knotens N₃ an den Verbraucher Z₃ zugeführt und ein durch den Verbraucher Z₃ fließender Strom wird erzeugt.
Die Verbraucher Z₁ bis Z₃ sind mit einem neutralen Knoten gekoppelt. Die Schaltoperationen der Schaltelemente S₁ bis S₆ erzeugen eine Zwischenzeilenspannung V_ab zwischen einer Zeile des Verbrauchers Z₁ und einer Zeile des Verbrauchers Z₂, eine Zwischenzeilenspannung V_bc zwischen der Zeile des Verbrauchers Z₂ und einer Zeile des Verbrauchers Z₃ und eine Zwischenzeilenspannung V_ca zwischen der Zeile des Verbrauchers Z₃ und der Zeile des Verbrauchers Z₁.
Die Schaltoperationen der Schaltelemente S₁, S₃ und S₅ weisen mit Bezug zueinander eine Phasendifferenz von 120° auf. Eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen des Schaltelements S₁ und des Schaltelements S₃ ist 120°, eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen des Schaltelements S₃ und des Schaltelements S₅ ist 120° und eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen des Schaltelements S₅ und des Schaltelements S₁ ist 120°. Entsprechend ist eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen des Schaltelements S₄ und des Schaltelements S₆ 120°, ist eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen des Schaltelements S₆ und des Schaltelements S₂ 120° und ist eine Phasendifferenz zwischen den Schaltoperationen der Schaltelements S₂ und des Schaltelements S₄ 120°.
4A und 4B sind Blockdiagramme des Motorsteuersystems entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4A gezeigt, kann ein Motorsteuersystem entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Energiequelle 10, einen Umrichter 20 und eine Motorsteuereinheit 30 umfassen.
Eine Antriebsspannung (Gleichspannung) wird an einen Eingangsanschluss des Umrichters 20 von der Energiequelle 10 zugeführt und Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c werden dem Motor 40 zugeführt.
Die Motorsteuereinheit 30 kann durch einen oder mehrere Mikroprozessoren umgesetzt werden, welche durch ein vorbestimmtes Programm betrieben werden, und das vorbestimmte Programm kann eine Serie von Befehlen zum Ausführen entsprechender Schritte umfassen, welche in einem Verfahren zur Steuerung des Umrichters 20 und des Motors 40 entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Die Motorsteuereinheit 30 kann weiterhin eine Spannungsabschätzungseinheit 32 zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses des Umrichters 20 umfassen. Alternativ kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 in einer sich von der der Motorsteuereinheit 30 unterscheidenden Konfiguration umgesetzt werden. Unter den Prozessen eines Verfahrens Abschätzen der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche später beschrieben werden wird, können manche Prozesse durch die Motorsteuereinheit 30 ausgeführt werden und manche andere Prozesse durch die Spannungsabschätzungseinheit 32 ausgeführt werden.
Da die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 abgeschätzt werden kann, ist es möglich den Motor 40 selbst ohne einen zusätzlichen Spannungssensor zum Messen der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 zu steuern.
Wie in 4B gezeigt, kann die Motorsteuereinheit 30 entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Strombefehlsgenerator 310, eine Stromsteuereinheit 320, eine Koordinatentransformationseinheit 330 und einen PWM-Signalgenerator 340 umfassen.
Der Strombefehlsgenerator 310 bestimmt einen d-Achsenstrombefehl I_{d_cmd} und einen q-Achsenstrombefehl I_{q_cmd} in Abhängigkeit von Antriebsbedingungen des Fahrzeugs. Der Strombefehlsgenerator 310 weist eine d-Achsenstromkarte und eine q-Achsenstromkarte auf. Wenn ein Drehmomentsbefehl T und eine Geschwindigkeit w des Motors 40 erhalten werden, welche in einer aktuellen Antriebsbedingung des Fahrzeugs vorausgesetzt sind, gibt der Strombefehlsgenerator 310 den d-Achsenstrombefehl I_{d_cmd} und den q-Achsenstrombefehl I_{q_cmd} aus, welche zu dem Drehmomentsbefehl T und der Geschwindigkeit w korrespondieren.
Die Stromsteuereinheit 320 umfasst eine d-Achsensteuereinheit 321 und eine q-Achsensteuereinheit 322. Die d-Achsensteuereinheit 321 gibt einen d-Achsenspannungsbefehl V_{d_cmd} unter Verwendung des von dem Strombefehlsgenerator 310 erhaltenen d-Achsenstrombefehls I_{d_cmd} und eines von der Koordinatentransformationseinheit 330 erhaltenen d-Achsenrückkopplungsstroms I_{d_feedback} aus. Die q-Achsensteuereinheit 322 gibt einen q-Achsenspannungsbefehls V_{q_cmd} unter Verwendung des von dem Strombefehlsgenerator 310 erhaltenen q-Achsenstrombefehl I_{q_cmd} und eines von der Koordinatentransformationseinheit 330 erhaltenen q-Achsenrückkopplungsstroms I_{q_feedback} aus. Die d-Achsensteuereinheit 321 und die q-Achsensteuereinheit 322 können durch eine Proportional-Integral(PI)-Steuereinheit umgesetzt werden.
Die Koordinatentransformationseinheit 330 wandelt den d-Achsenspannungsbefehl V_{d_cmd} und den q-Achsenspannungsbefehl V_{q_cmd}, welche von der Stromsteuereinheit 320 erhalten werden, in Dreiphasenspannungsbefehle V_{a_cmd}, V_{b_cmd} und V_{c_cmd} um. Weiter wandelt die Koordinatentransformationseinheit 330 die von dem Umrichter 20 zu dem Motor 40 fließenden Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c in den d-Achsenrückkopplungsstrom I_{d_feedback} und den q-Achsenrückkopplungsstrom I_{q_feedback} um. Die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c können durch einen Stromsensor 60 gemessen werden. Alternativ kann der Stromsensor 60 die Zweiphasenströme aus den Dreiphasenströmen I_a, I_b und I_c messen und die Motorsteuereinheit 30 kann den verbleibenden Einphasenstrom messen.
Die Koordinatentransformationseinheit 330 umfasst eine synchrone/festgelegte Koordinatentransformationseinheit 331, eine festgelegte/Dreiphasen-Koordinatentransformationseinheit 332 und eine Dreiphasen/festgelegte Koordinatentransformationseinheit 333 und eine festgelegte/synchrone Koordinatentransformationseinheit 334. Um die Motorsteuereinheit 30 einfach auszubilden, ist ein Dreiphasen-Koordinatensystem [a, b, c], in welchem eine a-Phase, eine b-Phase und eine c-Phase gebildet sind, in einem Abstand von 120° voneinander koordinaten-transformiert.
Ein festgelegtes Koordinatensystem [D, Q] wird basierend auf einer Dreiphasen-Spule, welche auf einen Stator des Motors 40 gewickelt ist, eingestellt. Eine D-Achse ist eine Spulenrichtung einer a-Phase des Stators und eine Q-Achse ist eine Richtung, welche in Sachen eines elektrischen Winkels senkrecht auf der Spulenrichtung der a-Phase des Stators ist.
Ein synchrones Koordinatensystem [d, q] ist ein rotierendes Koordinatensystem, welches mit einem Permanentmagneten eines Rotors synchronisiert ist. Eine d-Achse ist eine Nordpolrichtung des Permanentmagneten des Rotors und eine q-Achse ist eine Richtung, welche in Sachen eines elektrischen Winkels rechtwinklig zu der Nordpolrichtung des Permanentmagneten des Rotors ist.
Basierend auf einer Position des Rotors des Motors, welche von einem Positionssensor 50 erhalten wird, wandelt die synchrone/festgelegte Koordinatentransformationseinheit 331 den d-Achsenspannungsbefehl V_{d_cmd} und den q-Achsenspannungsbefehl V_{q_cmd} in einen D-Achsenspannungsbefehl V_{D_cmd} und einen Q-Achsenspannungsbefehl V_{Q_cmd} um, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem [D, Q] korrespondieren.
Die festgelegte/Dreiphasen-Koordinatentransformationseinheit 332 wandelt den D-Achsenspannungsbefehl V_{D_cmd} und den Q-Achsenspannungsbefehl V_{Q_cmd} in die Dreiphasenspannungsbefehle V_{a_cmd}, V_{b_cmd} und V_{c_cmd} um, welche zu dem Dreiphasen-Koordinatensystem [a, b, c] korrespondieren.
Die Dreiphasen/festgelegte Koordinatentransformationseinheit 333 wandelt die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c in einen D-Achsenstrom I_D und einen Q-Achsenstrom I_Q um, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem [D, Q] korrespondieren.
Basierend auf der Position des Rotors des Motors 40, welche von dem Positionssensor 50 erhalten wird, wandelnd die festgelegte/synchrone Koordinatentransformationseinheit 334 den D-Achsenstrom I_D und den Q-Achsenstrom I_Q in den d-Achsenrückkopplungsstrom I_{d_feedback} und den q-Achsenrückkopplungsstrom I_{q_feedback} um, welche zudem synchronen Koordinatensystem [d, q] korrespondieren.
Basierend auf den Dreiphasenspannungsbefehlen V_{a_cmd}, V_{b_cmd} und V_{c_cmd}, welche von der Koordinatentransformationseinheit 330 erhalten werden, bestimmt der PWM-Signalgenerator 340 PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c.
Die PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c können eingestellt werden, so dass diese Werte zwischen 0 und 1 annehmen (0 < PWMduty_a,b,c < 1). Die PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c können auf 0 eingestellt werden, wenn ein Tastverhältnis (ein Verhältnis eines Schaltkreislaufs zu einer Einschaltzeit des Schaltelements) 0% ist, und auf 1 eingestellt werden, wenn das Tastverhältnis 100% ist.
Die Schaltelemente S₁ bis S₆ des Umrichters 20 führen Schaltoperationen entsprechend der bestimmten PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c aus und die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c fließen von dem Umrichter 20 zu dem Motor 40.
5A und 5B sind Flussdiagramme, welche ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Mit Bezug zu 5A und 5B überprüfen eine Spannungsabschätzungseinheit 32 Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c, welche von einem Umrichter 20 zu einem Motor 40 fließen (S10). Die Zweiphasenströme aus den Dreiphasenströmen I_a, I_b und I_c werden durch einen Stromsensor 60 gemessen, und der verbleibende ein Phasenstrom kann berechnet werden, so dass dieser einen Wert annimmt, welcher eine Summe der Dreiphasenströme Null werden lässt.
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 überprüft PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c, welche Schaltoperationen von Schaltelementen S₁ bis S₆ des Umrichters 20 bestimmen (S20). Die PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c werden durch einen PWM-Signalgenerator 340 basierend auf Dreiphasenspannungsbefehlen V_{a_cmd}, V_{b_cmd} und V_{c_cmd} bestimmt.
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann eine Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters 20 basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, Dreiphasenströmen I_a, I_b und I_c und den PWM-Tastverhältnissen PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c berechnen (S30).
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann abgeschätzte Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} basierend auf der Vielzahl von Designparametern und den Dreiphasenströmen I_a, I_b und I_c berechnen (S31).
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c in einen D-Achsenstrom I_D und einen Q-Achsenstrom I_Q umwandeln, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem [D, Q] korrespondieren (S310), und kann den D-Achsenstrom I_D und den Q-Achsenstrom I_Q in einen d-Achsenrückkopplungsstrom I_{d_feedback} und einen q-Achsenrückkopplungsstrom I_{q_feedback} umwandeln, welche zu einem synchronen Koordinatensystem [d, q] korrespondieren (S311).
Unter Verwendung der folgenden Gleichung 1, kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 eine abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und eine abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} berechnen (S312). Gleichung 1 ist eine auf dem synchronen Koordinatensystem basierende Motorspannungsgleichung.
[Gleichung 1]

V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback}
V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f,
wobei R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_d eine d-Achseninduktivität ist, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, L_q eine q-Achseninduktivität ist und Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist.

Der Nennwiderstand des Motorankers R_S, die d-Achseninduktivität L_d, die q-Achseninduktivität L_q und der magnetische Verkettungsfluss Ψ_f können vorab experimentell als die Designparameter berechnet werden, und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_e kann von dem Positionssensor 50 erhalten werden.
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 wandelt die unter Verwendung von Gleichung 1 berechnete abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} in die abgeschätzte D-Achsenspannung V_{D_Est} und die abgeschätzte Q-Achsenspannung V_{Q_Est} um, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem [D, Q] korrespondieren (S313), und kann die abgeschätzte D-Achsenspannung V_{D_Est} und die abgeschätzte Q-Achsenspannung V_{Q_Est} abgeschätzte Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} umwandeln, welche zu dem Dreiphasen-Koordinatensystem korrespondieren [a, b, c].
Basierend auf den abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} und den PWM-Tastverhältnissen PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 mittels Gleichung 2 berechnen.
[Gleichung 2]

V_{dc_Est} = V_{n_Est} × (PWMduty_n – 0,5),
wobei V_{n_Est} und PWMduty_n zu derselben Phase korrespondierende Werte sind, V_{n_Est} eine der abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} ist und PWMduty_n eines der PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c ist.

Im Gegensatz zu einem Koordinatentransformationsverfahren kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} mittels Gleichung 3 berechnen. Gleichung 3 ist eine auf dem Dreiphasen-Koordinatensystem basierende Motorspannungsgleichung. [Gleichung 3]
wobei R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_a,b,c magnetische Induktivitäten von entsprechenden Phasen sind, M_ab,bc,ca gegenseitige Interphasen-Induktivitäten sind, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss eines Motorankers ist und θ ein Winkel zwischen einer d-Achse und einer a-Phase ist.
Der Nennwiderstand des Motorankers R_S, die magnetischen Induktivitäten der entsprechenden Phasen L_a,b,c, die gegenseitigen Interphasen-Induktivitäten M_ab,bc,ca und der magnetische Verkettungsfluss Ψ_f des Motorankers können vorab experimentell als die Designparameter berechnet werden und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_e und der Winkel θ zwischen der d-Achse und der a-Phase können von dem Positionssensor 50 erhalten werden.
Da Gleichung 3 mehr Designparameter als Gleichung 1 aufweist, ist es effizienter die abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} zu koordinaten-transformieren. ω_eΨ_f aus Gleichung 1 und
aus Gleichung 3 sind elektromotorische Gegenkraftkomponenten, welche erzeugt werden, wenn der von dem Permanentmagneten des Rotors erzeugte magnetische Fluss durch eine Spule eines Stators hindurchtritt, wenn der Motor 40 rotiert. Wenn der Nennwiderstand des Motorankers, die induktiven Elemente, die durch die Dreiphasen-Spule fließenden Ströme und die elektrische Winkelgeschwindigkeit klein sind, werden nur die elektromotorischen Gegenkraftkomponenten ein bestimmender Wert. Daher, wenn der Nennwiderstand des Motorankers R_S, die induktiven Komponenten L_d, L_q, L_a,b,c und M_ab,bc,ca, die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c, der d-Achsenrückkopplungsstrom I_{d_feedback}, der q-Achsenrückkopplungsstrom I_{q_feedback} und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_e kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind, werden die anderen Werte bis auf die elektromotorischen Gegenkraftkomponenten vernachlässigt, so dass nur die elektromotorischen Gegenkraftkomponenten berechnet werden, womit die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} und die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} berechnet werden.
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} mit den experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen vergleichen (S32). Aufgrund eines Problems mit Bezug zu einem Design des Motors 40 oder einer Nichtlinearität der Vielzahl von Designparametern können, Fehler zwischen den mittels Gleichung 1 oder Gleichung 3 berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen und den gemessenen Dreiphasenspannungen auftreten. Wenn die abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der gemessenen Dreiphasenspannungen sind, kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c und der Dreiphasenspannungsbefehle V_{a_cmd}, V_{b_cmd} und V_{c_cmd} berechnen. Die Karte kann durch wiederholte Experimente voreingestellt sein.
Weiter kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 mittels Gleichung 4 basierend auf der abgeschätzten d-Achsenspannung V_{d_Est}, der abgeschätzten q-Achsenspannung V_{q_Est}, einem PWM-d-Achsentastverhältnis und einem PWM-q-Achsentastverhältnis berechnen.
Da die PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c als Vektorkomponenten angesehen werden können, werden die PWM-Tastverhältnisse PWMduty_a, PWMduty_b und PWMduty_c zweimal koordinaten-transformiert (das Dreiphasen-Koordinatensystem [a, b, c] => das festgelegte Koordinatensystem [D, Q] => das synchrone Koordinatensystem [d, q]), womit das PWM-d-Achsentastverhältnis und das PWM-q-Achsentastverhältnis berechnet werden.
[Gleichung 4]

V_{dc_Est} = V_{m_Est} × (PWMduty_m – 0,5),
wobei V_{m_Est} und PWMduty_m zu der gleichen Achse korrespondieren, V_{m_Est} eine der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung ist und PWMduty_m eines des PWM-d-Achsentastverhältnisses und des PWM-q-Achsentastverhältnisses ist.

8 ist ein Graph, in welchem eine abgeschätzte Spannung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine gemessene Spannung verglichen werden.
Wie in 8 gezeigt, kann, selbst unter einer Bedingung, bei der die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 variiert, verifiziert werden, dass die berechneten abgeschätzten Spannungen und die gemessenen Spannungen innerhalb des Fehlerbereichs sind.
6A und 6B sind Blockdiagramme eines Motorsteuersystems entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug zu den 6A und 6B wird eine detaillierte Beschreibung ausgelassen werden, da ein Motorsteuersystem entsprechend der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich zu dem Motorsteuersystem der vorherigen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, mit Ausnahme eines zusätzlichen Spannungssensors 70.
Der Spannungssensor 70 des Motorsteuersystems entsprechend der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ausreichend sein, falls dieser die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 messen kann. Beispielsweise kann der Spannungssensor 70 durch einen Spannungsabtastungsschaltkreis ersetzt werden, welcher auf einem Substrat gebildet ist. Daher ist dies so zu verstehen, dass der Spannungssensor 70 irgendeine Vorrichtung umfassen kann, welche die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 messen kann.
Aus Prozessen zum Bestimmen eines Fehlerzustands des Spannungssensors 70 entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zum Steuern des Motors 50 in einem ausfallsicheren Betrieb, was später beschrieben werden wird, werden manche Prozesse durch die Motorsteuereinheit 30 ausgeführt und manche andere Prozesse werden durch die Spannungsabschätzungseinheit 32 ausgeführt.
7 ist ein Flussdiagramm eines Motorsteuerverfahrens entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug zu 7 erhält die Spannungsabschätzungseinheit 32 eine abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 von dem Spannungssensor 70 (S100).
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 bestimmt, ob der Umrichter 20 die Spannung an den Motor 40 entsprechend der Schaltoperationen der Schaltelemente S₁ bis S₆ anlegt (S110).
Falls die Spannung nicht von dem Umrichter 20 an den Motor 40 angelegt wird, kann die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 nichts unter Verwendung von Gleichung 2 abgeschätzt werden.
Falls die Spannung von dem Umrichter 20 an den Motor 40 angelegt wird, berechnet die Spannungsabschätzungseinheit 32 eine abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 (S120). Die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} kann durch das Verfahren berechnet werden, welches mit Bezug zu 5A und 5B beschrieben worden ist.
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 vergleicht die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} und die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} (S130). Falls der Motor 40 normal gesteuert wird, sollten die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} und die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} innerhalb des Fehlerbereichs sein. Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann einen Absolutwert zwischen der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} und der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} mit der zulässigen Fehlerreferenz α vergleichen. Aufgrund von Messfehlern des Sensors, Designfehlern und so weiter kann es einen Unterschied zwischen der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} und der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} geben. Die zulässige Fehlerreferenz α kann durch Experimente bestimmt werden, so dass diese einen Wert annimmt, welcher von einem Fachmann bestimmt wird.
Um die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} mit der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} zu vergleichen, kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 zahlreiche Analysetechniken (zum Beispiel Standardabweichung, Varianz usw.) anstelle des Absolutwerts und der zulässigen Fehlerreferenz α verwenden.
Falls der Absolutwert zwischen der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} und der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} größer als die zulässige Fehlerreferenz α ist, nimmt die Spannungsabschätzungseinheit 32 eine verstrichene Zeit T_elapsed, nachdem der Absolutwert die zulässige Fehlerreferenz α überschreitet (S140).
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 kann die verstrichene Zeit T_elapsed und eine Referenz Zeit T_ref vergleichen. Die Referenz Zeit T_ref kann durch Experimente bestimmt werden, so dass diese einen Wert annimmt, welcher von einem Fachmann bestimmt wird.
Falls die verstrichene Zeit T_elapsed größer als die Referenzzeit T_ref ist, bestimmt die Spannungsabschätzungseinheit 32, dass der Spannungssensor 70 in einem Fehlerzustand ist (S160).
Die Spannungsabschätzungseinheit 32 startet von Schritt S110 erneut, falls die verstrichene Zeit T_elapsed geringer oder gleich der Referenzzeit T_ref ist. In Schritt S130 kann, falls der Absolutwert zwischen der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} und der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} geringer oder gleich der zulässigen Fehlerreferenz α ist, die Spannungsabschätzungseinheit 32 die genommene verstrichene Zeit T_elapsed auf Null zurücksetzen (S170).
Falls der Spannungssensor 70 als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, vergleicht die Spannungsabschätzungseinheit 32 die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} und eine minimale Referenzspannung V_{low_lim} (S180). Die minimale Referenzspannung V_{low_lim} kann von einem Fachmann unter Berücksichtigung der abgetasteten Spannung, welche in einem Zustand gemessen wird, wenn eine Leitung des Spannungssensors abgetrennt ist oder mit einer Erdung GND kurzgeschlossen ist, eingestellt werden.
Falls die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} geringer oder gleich der minimalen Referenzspannung V_{low_lim} ist, bestimmt die Spannungsabschätzungseinheit 32, das die Leitung des Spannungssensors abgetrennt oder mit der Erdung GND kurzgeschlossen ist (S190).
Falls der Spannungssensor 70 als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, vergleicht Spannungsabschätzungseinheit 32 die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} und eine maximale Referenzspannung V_{high_lim} (S200). Die maximale Referenzspannung V_{high_lim} kann von einem Fachmann unter Berücksichtigung der abgetasteten Spannung, welche in einem Zustand gemessen wird, bei dem die Leitung des Spannungssensors 70 mit einer Stromleitung kurzgeschlossen ist, eingestellt werden.
Falls die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} größer oder gleich der maximalen Referenzspannung V_{high_lim} ist, bestimmt die Spannungsabschätzungseinheit 32, dass die Leitung des Spannungssensors mit der Stromleitung kurzgeschlossen ist (S210).
Wenn der Spannungssensor 70 als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird und die abgetastete Spannung V_{dc_Sensor} größer als die minimale Referenzspannung V_{low_lim} und geringer als die maximale Referenzspannung V_{high_lim} ist, kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 bestimmen, dass der Spannungssensor 70 in einem Vernünftigkeits-Fehlerzustand ist (ein Fehlerzustand, bei welchem der Spannungssensor die abgetastete Spannung innerhalb des normalen Bereichs ausgibt, allerdings tatsächlich die fälschlich abgetastete Spannung ausgibt) (S220). Wenn der Spannungssensor 70 in dem Vernünftigkeits-Fehlerzustand ist, ist es schwierig den Motor angemessen mittels der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} zu steuern.
Wenn der Spannungssensor 70 als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, kann die Spannungsabschätzungseinheit 32 den Motor in einem ausfallsicheren Betrieb unter Verwendung der abgeschätzten Spannung V_{dc_Est} anstelle der abgetasteten Spannung V_{dc_Sensor} steuern (S230). In diesem Fall kann eine Motorsteuerleistung auf dem gleichen Niveau wie bei der Verwendung des Spannungssensors 70 beibehalten werden. Zusätzlich können aus Sicherheitsgründen, falls der Spannungssensor 70 als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird, die maximal ausgegebene Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors begrenzt werden.
Wie oben beschrieben kann entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 selbst ohne den Spannungssensor abgeschätzt werden, womit zusätzliche Kosten reduziert werden.
Wenn der Spannungssensor 70 zum Messen der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 vorgesehen ist, kann die Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters 20 abgeschätzt werden, womit der Fehler des Spannungssensors 70 effektiv bestimmt wird. Zusätzlich kann, selbst wenn der Spannungssensor 70 defekt wird, der Motor normal gesteuert werden, womit eine Gefahr der Motorsteuerung mittels der falsch abgetasteten Spannung vermieden wird.
Während diese Erfindung in Verbindung mit dem, was aktuell als praktikable beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, beschrieben worden ist, ist dies so zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil gedacht ist zahlreiche Veränderungen und äquivalente Anordnungen, welche in dem Geist und dem Schutzbereich der angefügten Ansprüche umfasst sind, zu umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-0067187 [0001]

Claims

Ein Verfahren zum Abschätzen einer Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters umfassend die Schritte: Überprüfen von von einem Umrichter zu einem Motor fließenden Dreiphasenströmen; und Berechnen einer Spannung eines Eingangsanschlusses des Umrichters basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, den Dreiphasenströmen und PWM(Pulsweitenmodulator)-Tastverhältnissen zum Bestimmen von Schaltoperationen einer Vielzahl von Schaltelementen des Umrichters.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters ein Berechnen von abgeschätzten Dreiphasenspannungen basierend auf der Vielzahl von Designparametern und den Dreiphasenströmen umfasst, wobei eine Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{n_Est} × (PWMduty_n – 0,5) berechnet wird, wobei V_{n_Est} und PWMduty_n zu derselben Phase korrespondierende Werte sind, V_{n_Est} eine der abgeschätzten Dreiphasenspannungen ist und PWMduty_n eines der PWM-Tastverhältnisse ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Dreiphasenspannungen die Schritte umfasst: Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln des D-Achsenstroms und des Q-Achsenstroms in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren; Berechnen einer abgeschätzten d-Achsenspannung und einer abgeschätzten q-Achsenspannung basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom; Umwandeln der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung in eine abgeschätzte D-Achsenspannung und eine abgeschätzte Q-Achsenspannung, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; und Umwandeln der abgeschätzten D-Achsenspannung und der abgeschätzten Q-Achsenspannung in abgeschätzte Dreiphasenspannungen, welche zu einem Dreiphasen-Koordinatensystem korrespondieren.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} aus den Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechnet werden, wobei I_{d_feedback} ein d-Achsenrückkopplungsstrom ist, I_{q_feedback} ein q-Achsenrückkopplungsstrom ist, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_d eine d-Achseninduktivität ist, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, L_q eine q-Achseninduktivität ist und Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei nur das ω_eΨ_f zum Berechnen der abgeschätzten q-Achsenspannung berechnet wird, wenn das I_{d_feedback}, das I_{q_feedback}, der R_S, die L_d, die ω_e und die L_q kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die basierend auf der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung aus den Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} aus einer Gleichung
berechnet werden, wobei I_a, I_b und I_c Dreiphasenströme sind, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_a,b,c magnetische Induktivitäten von entsprechenden Phasen sind, M_ab,bc,ca gegenseitige Interphasen-Induktivitäten sind, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist und θ ein Winkel zwischen einer d-Achse und einer a-Phase ist.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei nur die
zum Berechnen der abgeschätzten Dreiphasenspannungen berechnet wird, falls die I_a, I_b und I_c, der R_S, die L_a,b,c, die M_ab,bc,ca und die ω_e kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die aus der Gleichung
berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens der Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters weiterhin die Schritte umfasst: Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln des D-Achsenstroms und des Q-Achsenstroms in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren; Berechnen einer abgeschätzten d-Achsenspannung und einer abgeschätzten q-Achsenspannung basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom; Umwandeln der PWM-Tastverhältnisse in ein PWM-D-Achsentastverhältnis und ein PWM-Q-Achsentastverhältnis, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; und Umwandeln des PWM-D-Achsentastverhältnisses und des PWM-Q-Achsentastverhältnisses in ein PWM-d-Achsentastverhältnis und ein PWM-q-Achsentastverhältnis, welche zu dem synchronen Koordinatensystem korrespondieren, wobei die Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{m_Est} × (PWMduty_m – 0,5) berechnet wird, wobei V_{m_Est} und PWMduty_m zu der gleichen Achse korrespondieren, V_{m_Est} eine der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung ist und PWMduty_m eines des PWM-d-Achsentastverhältnisses und des PWM-q-Achsentastverhältnisses ist.
Ein Motorsteuerverfahren umfassend die Schritte: Erhalten einer abgetasteten Spannung eines Eingangsanschlusses eines Umrichters von einem Spannungssensor; Berechnen einer abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters, falls der Umrichter eine Spannung an einem Motor anlegt; Vergleichen eines Absolutwerts zwischen der abgetasteten Spannung und der abgeschätzten Spannung mit einer zulässigen Fehlerreferenz; Zeitnehmen einer verstrichenen Zeit, nachdem der Absolutwert die zulässige Fehlerreferenz überschreitet, falls der Absolutwert größer als die zulässige Fehlerreferenz ist; und Bestimmen, dass der Spannungssensor in einem Fehlerzustand ist, falls die verstrichene Zeit größer als eine Referenzzeit ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters erneut ausgeführt wird, falls die verstrichene Zeit geringer als oder gleich der Referenzzeit ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend einen Schritt: Zurücksetzen der genommenen verstrichenen Zeit auf Null, falls der Absolutwert geringer oder gleich der zulässigen Fehlerreferenz ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 11 weiterhin umfassend die Schritte: Vergleichen der abgetasteten Spannung mit einer minimalen Referenzspannung und einer maximalen Referenzspannung, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird; Bestimmen, dass eine Leitung des Spannungssensors unterbrochen oder mit einer Erdung kurz geschlossen ist, falls die abgetastete Spannung geringer als oder gleich der minimalen Referenzspannung ist; und Bestimmen, dass die Leitung des Spannungssensors mit einer Stromleitung kurz geschlossen ist, falls die abgetastete Spannung größer als oder gleich der maximalen Referenzspannung ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 14 weiterhin umfassend einen Schritt: Bestimmen, dass der Spannungssensor in einem Vernünftigkeits-Fehlerzustand ist, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird und die abgetastete Spannung größer als die minimale Referenzspannung und kleiner als die maximale Referenzspannung ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 11 weiterhin umfassend einen Schritt: Steuern des Motors in einem ausfallsicheren Betrieb unter Verwendung der abgeschätzten Spannung anstelle der abgetasteten Spannung, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 16, weiterhin einen Schritt umfassend: Beschränken einer maximalen Ausgabegeschwindigkeit und eines maximalen Ausgabedrehmoment des Motors, falls der Spannungssensor als sich in einem Fehlerzustand befindend bestimmt wird.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters ein Überprüfen der von dem Umrichter zu dem Motor fließenden Dreiphasenströme umfasst, und die abgeschätzte Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters basierend auf einer Vielzahl von Designparametern, den Dreiphasenströmen und PWM(Pulsweitenmodulator)-Tastverhältnissen zum Bestimmen von Schaltoperationen einer Vielzahl von Schaltelementen des Umrichters berechnet wird.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters weiterhin ein Berechnen von abgeschätzten Dreiphasenspannungen basierend auf der Vielzahl von Designparametern und den Dreiphasenströmen umfasst, wobei die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{n_Est} × (PWMduty_n – 0,5) berechnet wird, wobei V_{n_Est} und PWMduty_n zu derselben Phase korrespondierende Werte sind, V_{n_Est} eine der abgeschätzten Dreiphasenspannungen ist und PWMduty_n eines der PWM-Tastverhältnisse ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Dreiphasenspannungen die Schritte umfasst: Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln des D-Achsenstroms und des Q-Achsenstroms in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren; Berechnen einer abgeschätzten d-Achsenspannung und einer abgeschätzten q-Achsenspannung basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom; Umwandeln der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung in eine abgeschätzte D-Achsenspannung und eine abgeschätzte Q-Achsenspannung, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; und Umwandeln der abgeschätzten D-Achsenspannung und der abgeschätzten Q-Achsenspannung in abgeschätzte Dreiphasenspannungen, welche zu einem Dreiphasen-Koordinatensystem korrespondieren, wobei die abgeschätzte d-Achsenspannung V_{d_Est} und die abgeschätzte q-Achsenspannung V_{q_Est} aus Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f berechnet werden, wobei I_{d_feedback} ein d-Achsenrückkopplungsstrom ist, I_{q_feedback} ein q-Achsenrückkopplungsstrom ist, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_d eine d-Achseninduktivität ist, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, L_q eine q-Achseninduktivität ist und Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 20, wobei nur das ω_eΨ_f zum Berechnen des q-Achsenspannungsbefehls berechnet wird, wenn das I_{d_feedback}, das I_{q_feedback}, der R_S, die L_d, die ω_e und die L_q kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 20, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet wird, falls die aus den Gleichungen V_{d_Est} = R_SI_{d_feedback} + L_d d / dtI_{d_feedback} – ω_eL_qI_{q_feedback} V_{q_Est} = R_SI_{q_feedback} + L_q d / dtI_{q_feedback} + ω_eL_dI_{d_feedback} + ω_eΨ_f basierend auf der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 19, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen V_{a_Est}, V_{b_Est} und V_{c_Est} aus einer Gleichung
berechnet werden, wobei I_a, I_b und I_c Dreiphasenströme sind, R_S ein Nennwiderstand eines Motorankers ist, L_a,b,c magnetische Induktivitäten von entsprechenden Phasen sind, M_ab,bc,ca gegenseitige Interphasen-Induktivitäten sind, ω_e eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, Ψ_f ein magnetischer Verkettungsfluss des Motorankers ist und θ ein Winkel zwischen einer d-Achse und einer a-Phase ist.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 23, wobei nur die
zum Berechnen der abgeschätzten Dreiphasenspannungen berechnet wird, falls die I_a, I_b und I_c, der R_S, die L_a,b,c, die M_ab,bc,ca und die ω_e kleiner als die entsprechend eingestellten Referenzwerte sind.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 23, wobei die abgeschätzten Dreiphasenspannungen aus einer Beziehungskarte der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, der Dreiphasenströme und der Dreiphasenspannungsbefehle berechnet werden, falls die aus der Gleichung
berechneten abgeschätzten Dreiphasenspannungen außerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs der experimentell gemessenen Dreiphasenspannungen sind.
Das Motorsteuerverfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Berechnens der abgeschätzten Spannung des Eingangsanschlusses des Umrichters die Schritte umfasst: Umwandeln der Dreiphasenströme in einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom, welche zu einem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln des D-Achsenstroms und des Q-Achsenstroms in einen d-Achsenrückkopplungsstrom und einen q-Achsenrückkopplungsstrom, welche zu einem synchronen Koordinatensystem korrespondieren; Berechnen einer abgeschätzten d-Achsenspannung und einer abgeschätzten q-Achsenspannung basierend auf dem d-Achsenrückkopplungsstrom und dem q-Achsenrückkopplungsstrom; Umwandeln der PWM-Tastverhältnisse in ein PWM-D-Achsentastverhältnis und ein PWM-Q-Achsentastverhältnis, welche zu dem festgelegten Koordinatensystem korrespondieren; Umwandeln der PWM-D-Achsentastverhältnisse und der PWM-Q-Achsentastverhältnisse in ein PWM-d-Achsentastverhältnis und ein PWM-q-Achsentastverhältnis, welche zu dem synchronen Koordinatensystem korrespondieren, wobei die abgeschätzte Spannung V_{dc_Est} des Eingangsanschlusses des Umrichters aus einer Gleichung V_{dc_Est} = V_{m_Est} × (PWMduty_m – 0,5) berechnet wird, wobei V_{m_Est} und PWMduty_m zu der gleichen Achse korrespondieren, V_{m_Est} eine der abgeschätzten d-Achsenspannung und der abgeschätzten q-Achsenspannung ist und PWMduty_m eines des PWM-d-Achsentastverhältnisses und des PWM-q-Achsentastverhältnisses ist.
Ein nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium umfassend computerausführbare Anweisungen, welche eine Motorsteuereinheit zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 veranlassen.