DE102015220366A1

DE102015220366A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen

Info

Publication number: DE102015220366A1
Application number: DE102015220366.2A
Authority: DE
Inventors: Hassan Lamsahel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-20
Also published as: CN106921323A; CN106921323B

Abstract

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung (400) zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße (402) für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße (404) für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen. Die Vorrichtung (400) umfasst wenigstens einen ersten Eingang (406) für erste Eingangsgrößen (408), welche einen ersten Sollwert-Vektor (410) für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit (412) eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen. Die Vorrichtung (400) umfasst außerdem wenigstens einen zweiten Eingang (414) für zweite Eingangsgrößen (416), welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor (418) für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit (412) umfassen. Die Vorrichtung (400) umfasst weiterhin wenigstens einen ersten Ausgang (420) für die erste Stellgröße (402) und wenigstens einen zweiten Ausgang (422) für die zweite Stellgröße (404). Die Vorrichtung (400) ist dazu ausgebildet, die erste Stellgröße (402) für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor (410) und der Winkelgeschwindigkeit (412) zu ermitteln und an die erste Phasengruppe bereitzustellen, und die zweite Stellgröße (404) für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor (418) und der Winkelgeschwindigkeit (412) zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen.

Description

Nachfolgende Ausführungsbeispiele liegen auf dem Gebiet der Vorrichtungen, Verfahren und Computerprogramme zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen.
Zur Umwandlung elektrischer in kinetische Energie werden nebst anderen Bauformen von Elektromotoren sogenannte Drehfeld- oder Drehstrommaschinen verwendet. Drehfeldmaschinen können einen Stator mit einer ringförmigen Anordnung sogenannter Phasen umfassen, die zeitlich variable Magnetfelder erzeugen können, und dadurch einen magnetischen Rotor, beispielsweise einen Läufer mit einem Permanentmagneten, in Rotation versetzen können. Drehfeldmaschinen, beispielsweise permanenterregten Synchronmaschinen (PSM oder PMSM) oder Asynchronmaschinen (ASM), werden in unterschiedlichen Anwendungen, z. B. Hybridauto, Elektroauto, Servoantriebe, Werkzeugmaschinen, etc. eingesetzt. Um Fehlerzustände zu umgehen, kann es beispielsweise bei elektrischen Antrieben eines Fahrzeugs sinnvoll sein, mehrphasige Maschinen mit redundanter Stromversorgung einzusetzen. Beispielsweise kann dies eine Drehfeld-Synchronmaschine mit sechs Phasen sein, von denen jeweils drei über einen getrennten Regelkreis angesteuert werden. Es kann jedoch in manchen Betriebszuständen der Fall sein, dass eine üblicherweise zum Regeln durchgeführte Messung von Phasenströmen, die an den Phasen der Maschine anliegen, nicht gewünscht oder nicht möglich ist. In Folge dessen kann möglicherweise eine genaue Regelung der Maschine nicht oder nur schwer möglich sein. Dies kann auch weitere Arten von Drehfeldmaschinen betreffen, beispielsweise Asynchronmaschinen, oder allgemein solche, bei denen mehr als ein Regelkreis zu einer Regelung der Phasenströme verwendet wird.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Konzept für einen Betrieb einer mehrphasigen Drehfeldmaschine bei Ausfall einer Phasenstrommessung zu schaffen.
Diesem Bedarf tragen eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen ersten Eingang für erste Eingangsgrößen, welche einen ersten Sollwert-Vektor für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen. Die Vorrichtung umfasst außerdem wenigstens einen zweiten Eingang für zweite Eingangsgrößen, welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit umfassen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens einen ersten Ausgang für die erste Stellgröße und wenigstens einen zweiten Ausgang für die zweite Stellgröße. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, die erste Stellgröße für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln und an die erste Phasengruppe bereitzustellen, und die zweite Stellgröße für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen. Ein Sollwert-Vektor kann ein vektoriell dargestellter Sollwert für eine Steuerung oder Regelung der Drehfeldmaschine, oder anders ausgedrückt, ein durch die Maschine zu erreichender Wert, sein. Vektorielle Darstellung kann bedeuten, dass der Sollwert-Vektor, in einem mehrdimensionalen Raum beschrieben ist, und mehrere Komponenten umfasst. Der Sollwert kann dabei eine elektrische Größe, z. B. Strom oder Spannung, sein. Die Stellgröße kann beispielsweise eine Spannungsvorgabe umfassen. Eine Phasengruppe, auch als (mehrphasige) Wicklung bezeichnet, umfasst z. B. wenigstens drei Phasen. Eine Phase bei einer Drehfeldmaschine kann durch eine Spule gebildet werden. Die Phasen können in gleichen Winkelabständen, z. B. 120°, zueinander angeordnet sein. Eine Phasengruppe kann über einen eigenen Wechselrichter geregelt oder angesteuert werden. Mit anderen Worten können verschiedene Phasengruppen über verschiedene Wechselrichter mit verschiedenen Versorgungsspannungen angesteuert werden. Dies kann es ermöglichen, die Drehfeldmaschine auch dann zu betreiben, wenn keine Strommessung in einer oder mehreren Phasen durchgeführt wird. Somit kann sogar die Strommessung absichtlich unterbrochen werden, beispielsweise in Betriebszuständen, bei denen eine Strommessung im Zusammenhang mit einer feldorientierten Regelung (FOR) zu unerwünschter Geräuschentwicklung führen kann.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet, die zweite Stellgröße für die zweite Phasengruppe zusätzlich basierend auf einem von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang empfangenen Istwert-Vektor zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen. Der Istwert-Vektor kann beispielsweise einen Strom, oder eine Differenz zwischen einem Soll-Strom und einem Ist-Strom, oder anders ausgedrückt, eine Regelabweichung, umfassen. Damit kann eine Regelung einer Phasengruppe, beispielsweise FOR, vorgenommen werden, während eine andere Phasengruppe gesteuert, beispielsweise mittels feldorientierter Steuerung (FOS), betrieben wird. Ein Übergang der gesamten Maschine in die FOS kann dadurch ggf. vermieden werden, beispielsweise, wenn lediglich in einer von mehreren Phasengruppen keine Strommessung erfolgt. So kann unter Umständen eine Leistungsausbeute oder Genauigkeit der Maschine verbessert werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner ein Erzeugermodul, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor und den zweiten Sollwert-Vektor basierend auf einem ersten Solldrehmoment für die erste Phasengruppe der Drehfeldmaschine und einem zweiten Solldrehmoment für die zweite Phasengruppe zu erzeugen, und an den jeweiligen Eingang bereitzustellen. Damit kann es ermöglicht werden, ein zu erzeugendes Drehmoment den Phasengruppen individuell zuzuteilen, und dabei ggf. verschiedene Betriebszustände der Maschine besser zu berücksichtigen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Erzeugermodul dazu ausgebildet, den ersten Sollwert-Vektor und den zweiten Sollwert-Vektor derart zu erzeugen, dass das erste Solldrehmoment Null beträgt, und das zweite Solldrehmoment einem Gesamtsolldrehmoment der Drehfeldmaschine entspricht, falls die erste Stellgröße basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit, und die zweite Stellgröße basierend auf der Winkelgeschwindigkeit und einer Differenz aus dem zweiten Sollwert-Vektor und dem Istwert-Vektor ermittelt wird. Anders ausgedrückt kann somit ein Gesamtsolldrehmoment lediglich durch solche Phasengruppen erzeugt werden, die mittels FOR betrieben werden, und ein Solldrehmoment für eine mittels FOS betriebene Phasengruppe null sein, was eine Genauigkeit und möglicherweise eine Leistungsausbeute der Maschine weiter verbessern könnte.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Erzeugermodul dazu ausgebildet, den ersten Sollwert-Vektor und den zweiten Sollwert-Vektor derart zu erzeugen, dass das zweite Solldrehmoment einem oberen Drehmomentgrenzwert für die zweite Phasengruppe, und das erste Solldrehmoment einer Differenz aus dem Gesamtsolldrehmoment und dem oberen Drehmomentgrenzwert für die zweite Phasengruppe entspricht, falls das Gesamtsolldrehmoment größer ist als der obere Drehmomentgrenzwert. Dadurch könnte es möglich werden, einen maximalen Anteil des Gesamtsolldrehmoments durch einen geregelten Teil der Maschine zu erzeugen, sodass möglicherweise einschränkende Auswirkungen einer FOS auf die Maschinengenauigkeit oder -leistung auf verringertem Niveau gehalten werden könnten.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Erzeugermodul dazu ausgebildet, den ersten Sollwert-Vektor und den zweiten Sollwert-Vektor derart zu erzeugen, dass das erste Solldrehmoment und das zweite Solldrehmoment jeweils 50 Prozent des Gesamtsolldrehmoments der Drehfeldmaschine entsprechen, falls die erste Stellgröße basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit, und die zweite Stellgröße basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird. Dies kann bewirken, dass beispielsweise bei einer Maschine mit zwei Phasengruppen eine zu erreichende Leistung auf beide Phasengruppen gleichverteilt wird, wenn sich diese in demselben Betriebszustand befinden (z. B. FOS).
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet, die erste oder zweite Stellgröße derart zu ermitteln, dass ein tatsächlicher Wert der ersten oder zweiten Stellgröße von einem auf dem ersten oder zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit basierenden Wert abweicht. Mit anderen Worten kann dies eine Über- oder Unterkompensation einer Differenz aus Soll- und Istwerten bedeuten. Dadurch kann es möglich werden, eine Dynamik der FOS auf einen benutzerdefinierten Wert einzustellen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen entspricht die erste oder zweite Stellgröße jeweils einer Spannungsvorgabe mit einer ersten Vektorkomponente U_sdi und einer zweiten Vektorkomponente U_sqi. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, die erste oder zweite Stellgröße basierend auf den Gleichungen
für die erste Vektorkomponente und
für die zweite Vektorkomponente zu ermitteln. Dabei sind T_dij, T_qij eine maschinenabhängige Zeitkonstante, T_i eine gewünschte Zeitkonstante, s ein bilinearer Transformationsparameter, I_sdiRef, I_sqiRef Vektorkomponenten des Sollwert-Vektors und R_s ein Statorwiderstand der Drehfeldmaschine. Der bilineare Transformationsparameter kann beispielsweise in Zusammenhang mit einer Diskretisierung mittels des sogenannten Tustin-Verfahrens stehen. Somit kann eine festzulegende Dynamik der Maschinensteuerung zuvor mathematisch ermittelt werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner ein Entkopplungsmodul, welches dazu ausgebildet ist, einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße für die erste Phasengruppe zu entkoppeln oder einen induktiven Einfluss einer Phase der ersten Phasengruppe von der Stellgröße für die zweite Phasengruppe zu entkoppeln. So könnte beispielsweise bei einer Regelung einer Phasengruppe eine verbesserte Entkopplung erreicht werden, und die Regler für die einzelnen Ist-Ströme stärker entlastet werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfassen die erste und die zweite Phasengruppe jeweils drei Phasen. Dabei ist die Drehfeldmaschine eine sechsphasige Drehfeldmaschine. Mit anderen Worten kann ein Stator der Drehfeldmaschine genau sechs Phasen haben. Dies können die jeweils drei Phasen der ersten und der zweiten Phasengruppe sein. Somit kann es möglich sein, eine Regelung oder Steuerung ähnlich durchzuführen, wie bei zwei dreiphasigen Maschinen, was die Implementierung der Regelung oder Steuerung ggf. vereinfachen kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Drehfeldmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine. Bei Anwendungsgebieten, bei denen permanenterregte Synchronmaschinen zum Einsatz kommen, kann somit ggf. eine verbesserte Leistung oder Genauigkeit der Maschine auch bei einem Stromsensorausfall erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen. Das Verfahren umfasst ein Empfangen erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Sollwert-Vektor für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen. Das Verfahren umfasst zudem ein Empfangen zweiter Eingangsgrößen, welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit umfassen. Das Verfahren umfasst außerdem ein Ermitteln der ersten Stellgröße für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Ermitteln der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit. Dadurch kann eine Steuerung einer Maschine mit mehreren Phasengruppen, bei der ein Empfangen von Rückführgrößen möglicherweise entfallen kann, vorgenommen werden. Ein Weiterbetrieb einer solchen Maschine könnte damit auch bei einem bewusst herbeigeführten oder unbeabsichtigten Stromsensorausfall erfolgen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe basierend auf der Winkelgeschwindigkeit und einer Differenz aus dem zweiten Sollwert-Vektor und einem von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang empfangenen Istwert-Vektor. Damit könnte eine Phasengruppe der Maschine gesteuert, und eine weitere Phasengruppe geregelt betrieben, und damit unter Umständen eine verbesserte Leistung oder Genauigkeit der Maschine erreicht werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Illustration der unterschiedlichen Koordinatensysteme, die zur Bestimmung der für die FOR oder FOS relevanten Größen verwendet werden können;
2 eine permanenterregte Synchronmaschine gemäß einem Vergleichsbeispiel;
3 eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem Entkopplungsnetzwerk gemäß einem Vergleichsbeispiel;
4 eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel;
5 eine Vorrichtung zum Bereitstellen der ersten Stellgröße und der zweiten Stellgröße in einem ersten Betriebszustand gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel;
6 eine Vorrichtung zum Bereitstellen der ersten Stellgröße und der zweiten Stellgröße in einem zweiten Betriebszustand gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel;
7 eine Vorrichtung zum Bereitstellen der ersten Stellgröße und der zweiten Stellgröße in einem dritten Betriebszustand gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel;
8 ein Ablaufdiagramm eines FOR/FOS-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 einen Verlauf von Soll- und Ist-Strömen zweier Phasengruppen, Phasenströmen der Phasen der Phasengruppen, Soll- und Ist-Drehmomenten und einer Drehzahl über die Zeit mit feldorientierter Steuerung und feldorientierter Regelung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 einen Verlauf von Soll- und Ist-Strömen zweier Phasengruppen, Phasenströmen der Phasen der Phasengruppen, Soll- und Ist-Drehmomenten und einer Drehzahl über die Zeit mit feldorientierter Steuerung und feldorientierter Regelung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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.
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.
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.
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.).
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.
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.
Weit verbreitetet in der Industrie ist die dreiphasige PSM als Drehfeldmaschine mit einem auf oder im Läufer montierten Permanentmagneten. Der Stator kann aus in Abständen von 120° verteilen Spulen gebildet werden. In zunehmend vielen Fällen werden Aggregate in der Industrie (z. B. bei Automobilen oder Flugzeugen) elektrifiziert. Unter anderem um eine Betriebssicherheit bei elektrischen Motoren weiter zu verbessern, können dabei zusätzliche Redundanzen im elektrischen Antrieb eingeführt werden. Für den Fall dass die Spannungsversorgung oder ein Teil des Antriebes ausfallen, können somit Behinderungen im Betrieb der Maschine möglicherweise umgangen werden. In der Automobilindustrie, z. B. bei einer Servolenkung oder einem elektrischen Auto, können Drehfeldmaschine eingesetzt werden, um die gewünschte Kraft bzw. Leistung zu erzeugen. Einige Fehler im Antrieb (z. B. Wicklungskurzschluss oder Spannungsversorgungsausfall) können jedoch zu einer Ausschaltung der Maschine führen, und möglicherweise zu einem sicherheitskritischen Zustand führen. Aus diesen Gründen werden in vielen Fällen mehrphasige Maschinen mit redundanter Spannungsversorgung zum Einsatz gebracht.
Die Zustandsgrößen dieser PSM (beispielsweise Strom, Spannung und Fluss) können in einem Drei-Koordinatensystem (u, v, w) oder (x, y, z) sowie in einem Zwei-Koordinatensystem (d, q) oder (α, β) dargestellt werden. Diese Koordinatensysteme werden nachfolgend noch näher erläutert. Ein bereits genanntes Beispiel für eine mehrphasige Drehfeldmaschine, anhand dessen einige nachfolgende Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist eine sechsphasige permanenterregte Synchronmaschine mit aufmontierten oder eingegrabenen Magneten. Dabei sind im Stator zwei dreiphasige Wicklungen oder dreiphasige Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) enthalten. Jede dreiphasige Phasengruppe umfasst drei mit 120°-Abständen verteile Spulen. Die beiden dreiphasigen Phasengruppen können z. B. in Phase, oder mit einem elektrischen Versatz γ·Z_P versetzt angeordnet sein. Dabei bedeutet γ einen mechanischen Winkel zwischen Spulen und Z_P eine Anzahl von Polpaaren. Der Rotor kann ähnlich wie bei einer dreiphasigen Maschine aufgebaut sein. Der Rotor umfasst beispielsweise einen Permanentmagneten, und weist ein magnetisches Feld auf, welches die Spulen der dreiphasigen Phasengruppen durchfließt. Die Maschine kann sich wie zwei dreiphasige PSMs verhalten, die einen gemeinsamen Rotor, und zwei unterschiedliche, mit einem Winkel γ versetzte Phasengruppen aufweisen.
1 gibt der Vollständigkeit halber einen Überblick über drei Koordinatensysteme einer dreiphasigen Maschine, die für eine Berechnung oder eine Beschreibung einer beliebigen Zustandsgröße verwendet werden können. Es gibt 2 dreiphasige Phasengruppen, die um den elektrischen Versatz γ·Z_P verschoben sind. Dieser elektrische Versatz kann bei einer sechsphasigen Maschine z. B. 60° betragen, alternativ aber auch weniger, z. B. 30° oder 15°. Die einzelnen Spulen oder Phasen einer dreiphasigen Phasengruppe sind um 120° zueinander versetzt. Die Spulen u, v und w gehören zur ersten Phasengruppe, und die Spulen x, y und z zur zweiten Phasengruppe. Der Schenkelpolrotor und ein magnetischer Flussvektor (Ψ_PM) 100 des Rotors sind in der Mitte abgebildet. Ein Dreikoordinatensystem (u, v, w) mit den dazugehörigen Achsen 110-1, 110-2 und 110-3 entspricht einem Koordinatensystem, das durch die Position der einzelnen Spulen der ersten Phasengruppe des Stators gegeben ist. Ein weiteres Dreikoordinatensystem (x, y, z) mit den dazugehörigen Achsen 115-1, 115-2 und 115-3 entspricht einem Koordinatensystem, das durch die Position der einzelnen Spulen der zweiten Phasengruppe des Stators gegeben ist.
Für eine Regelung der Maschine bzw. des elektrischen Motors können Zustandsgrößen, beispielsweise ein Phasenstrom, in ein mit dem Rotor drehendes Koordinatensystem, das d,q-Koordinatensystem transformiert werden. Die d-Achse 120-1 verläuft parallel zum maximalen magnetischen Fluss 100 des permanent erregten Läufers, und die q-Achse 120-2 senkrecht dazu. Anders ausgedrückt können diese durch Koordinaten d₁, q₁ für die erste Phasengruppe, und durch mit diesen Koordinaten d₁, q₁ koinzidierende Koordinaten d₂, q₂ für die zweite Phasengruppe ausgedrückt werden.
Ferner können die Größen auch in einem kartesischen zweidimensionalen Koordinatensystem, dem α,β-Koordinatensystem beschrieben werden, wobei in der in 1 gezeigten Darstellung ohne Beschränkung der Allgemeinheit die α₁-Achse 130-1 so gewählt ist, dass diese identisch zur u-Achse 110-1 des u,v,w-Koordinatensystems verläuft, und die β₁-Achse 130-2 senkrecht darauf. Entsprechend ist die α₂-Achse 135-1 so gewählt, dass diese identisch zur x-Achse 115-1 des x,y,z-Koordinatensystems verläuft, und die β₂-Achse 135-2 senkrecht darauf. Bei einigen anderen Ausführungsbeispielen kann eine Drehfeldmaschine auch eine Asynchronmaschine sein, oder mehr als zwei Phasengruppen, oder auch mehr oder weniger als sechs Phasen aufweisen. Es können beispielsweise auch bei einer vierphasigen Maschine vier Phasen mit 90°-Abständen zueinander angeordnet sein.
Mit der Transformation der Zustandsgrößen der beiden Phasengruppen in das d,q-Koordinatensystem können sich die differentiellen Gleichungen der Maschine vereinfachen, die das dynamische Verhalten des elektrischen Motors beschreiben. In diesen Koordinaten können beide Phasengruppen der Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine geregelt werden. Anders ausgedrückt kann für jeden Teil der Maschine eine feldorientierte Regelung (FOR) wie für eine dreiphasige PSM verwendet werden.
2 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer FOR für eine sechsphasige PSM 202 im Überblick. Die sechsphasige PSM 202 umfasst einen Rotor 204 und einen Stator 206, der zwei Maschinenteile 208-1; 208-2 mit jeweils drei Phasen umfasst. Ein erster Maschinenteil 208-1 wird über einen ersten Wechselrichter 210-1, und der zweite Maschinenteil 208-2 wird über einen zweiten Wechselrichter 210-2 geregelt. Eine Spannungsversorgung u_dc1 des ersten Wechselrichters 210-1 kann gleich oder, wie in 2 gezeigt, unterschiedlich oder auch unabhängig von einer Spannungsversorgung u_dc2 des zweiten Wechselrichters 210-2 ausgewählt werden.
Der erste Wechselrichter 210-1 empfängt einen ersten Signalsatz 212-1 von einem ersten Regler 214-1, und der zweite Wechselrichter 210-2 empfängt einen zweiten Signalsatz 214-2 von einem zweiten Regler 214-2. Die Signalsätze umfassen jeweils drei PWM-Signale. Zur Bestimmung der PWM-Signale des ersten Signalsatzes 212-1 empfängt der erste Regler 214-1 Rückführströme 216-1 des ersten Maschinenteils 208-1 und einen ersten Satz von Soll- oder Führungsgrößen 218-1. Zur Bestimmung der PWM-Signale des zweiten Signalsatzes 212-1 empfängt entsprechend der zweite Regler 214-2 Rückführströme 216-2 des zweiten Maschinenteils 208-2 und einen zweiten Satz von Soll- oder Führungsgrößen 218-2.
Für die Durchführung der FOR können neben der Rotorposition und der Zwischenkreisspannungen Informationen über die Phasenströme I_su,v,w, bzw. I_sx,y,z erforderlich sein, um die Rückkupplung des Regelkreises durchzuführen. Dies kann bedeuten, dass Strommesssensoren zur Messung der Ströme benötigt werden. Dabei können ferner auch in Ausführungsbeispielen pro Maschinenteil nur zwei Phasenströme gemessen und der dritte Strom anhand einer Knotenregel berechnet (z. B. I_sw = –I_su – I_sv), wodurch ggf. Kosten gespart werden können.
Um die gegenseitige Wirkung der Vektorkomponenten der jeweiligen Ist-Ströme I_sd1,2 und I_sq1,2 für jeden Maschinenteil 208-1; 208-2 für sich genommen zu kompensieren, kann der erste Regler 214-1 und der zweite Regler 214-2 jeweils ein eigenes Entkopplungsnetzwerk umfassen.
Mithilfe der in 2 veranschaulichten Koordinatensysteme wird im Folgenden erklärt, wie eine PSM mit einem Entkopplungsnetzwerk geregelt werden kann. Als konkretes Beispiel wird eine sechsphasige PSM betrachtet, welche eine erste und eine zweite Phasengruppe zu jeweils drei Phasen umfasst. Dieses Beispiel ist jedoch lediglich exemplarisch zu verstehen; Ausführungsbeispiele sind somit nicht auf die zuvor genannten Anzahlen der Phasengruppen einer Maschine oder Phasen pro Phasengruppe beschränkt. Weiterhin kann bei anderen Ausführungsbeispielen die Maschine eine Asynchronmaschine (ASM) sein. Bei der nachfolgenden Betrachtung bezeichnen im Einzelnen:

ω_el:: die elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors,
ω_mech:: dessen mechanische Winkelgeschwindigkeit,
θ_mech:: den mechanischen Winkel des Rotors,
θ_el:: dessen elektrischen Winkel,
Z_p:: die Polpaarzahl der Maschine,
I_su,v,w:: Phasenströme der ersten Phasengruppe (u, v, w) der sechsphasigen Maschine,
I_sx,y,z:: Phasenströme der zweiten Phasengruppe (x, y, z) der sechsphasigen Maschine,
U_dc1:: die Zwischenkreisspannung (kann bei manchen Ausführungsbeispielen im Automobilbereich einer Batteriespannung entsprechen) zur Versorgung der ersten Phasengruppe (u, v, w) der sechsphasigen Maschine,
U_dc2:: die Zwischenkreisspannung zur Versorgung der zweiten Phasengruppe (x, y, z) der sechsphasigen Maschine,
PWM₁₂₃:: pulsweitenmodulierte Signale (auch: PWM-Werte) zur Ansteuerung des Wechselrichters.

3 zeigt ein Vergleichsbeispiel eines FOR-Regelkreises 300. Komponenten, die eine Entsprechung in einer der vorangegangenen Figuren besitzen, tragen hierin dieselben Bezugszeichen, und sind nicht nochmals erklärt. Vielmehr wird lediglich auf eventuell vorhandene Unterschiede eingegangen. Zunächst werden Soll-Stromwerte I_sd1* 302-1 und I_sq1* 302-2 für den ersten dreiphasigen Maschinenteil und Soll-Stromwerte I_sd2* 304-1 und I_sq2* 304-2 für den zweiten dreiphasigen Maschinenteil im d,q-Koordinatensystem berechnet. Durch Subtraktion der jeweiligen Ist-Stromwerte I_sd1 306-1 und I_sq1 306-2 für den ersten Maschinenteil (u, v, w) und I_sd2 308-1 und I_sq2 308-2 für den zweiten Maschinenteil (x, y, z) werden jeweils Regelabweichungen Y_d1 310-1 und Y_q1 310-2 für den ersten Maschinenteil, und Y_d2 312-1 und Y_q2 312-2 für den zweiten Maschinenteil ermittelt, die jeweils von einem Proportional-Integralregler 314-1; 314-2; 314-3 und 314-4 verarbeitet werden.
Mit anderen Worten kann bei der FOR abhängig von dieser Differenz jeweils ein Strom Y als Ausgang der PI-Regler 314-1; 314-2; 314-3 und 314-4 generiert werden, der sich nach mehreren Durchläufen der Regelschleife so ändert, bis die Differenz verschwindet. Dazu kann ein Vorsteuerungsanteil für den Regler verwendet werden.
Der FOR-Regelkreis 300 umfasst ein Entkopplungsmodul 316. Dieses entkoppelt einen induktiven Einfluss einer Phase des zweiten Maschinenteils von einer Spannungsvorgabe für den ersten Maschinenteil, und umgekehrt. Die Ist-Stromwerte 306-1; 306-2; 308-1; 308-2 und die Regelabweichungen 310-1; 301-2; 312-1; 312-2 liegen als Vektorkomponenten in dem d,q-Koordinatensystem vor. Entsprechend ist das Entkopplungsmodul 316 dazu ausgebildet, auf diesen basierend eine Vektorkomponente d oder q der Spannungsvorgabe zu ermitteln. Die Spannungsvorgabe für den ersten Maschinenteil umfasst die Vektorkomponenten U_sd1k 318-1 und U_sq1k 318-2. Die Spannungsvorgabe für den zweiten Maschinenteil umfasst die Komponenten U_sd2k 320-1 und U_sq2k 320-2.
Die Ausgänge der PI-Regler 314-1; 314-2; 314-3 und 314-4 oder Regelabweichungen Y_d1 310-1, Y_q1 310-2, Y_d2 312-1 und Y_q2 312-2 können einem Entkopplungsmodul 316 übergeben werden, um die gewünschten Spannungen für einen k-ten Regelschleifendurchlauf U_sd1k U_sq1k U_sd2k und U_sq2k zu berechnen. Das Entkopplungsmodul 316 kompensiert die gegenseitigen Abhängigkeiten der beiden Achsen d und q für einen einzelnen Maschinenteil und die Abhängigkeit jedes Maschinenteils von einem anderen Maschinenteil. Jeder Teil der Maschine (u, v, w und x, y, z) kann, ähnlich wie bei einer FOR für dreiphasige Maschinen, angesteuert werden.
Die Vektorkomponenten U_sd1k 318-1 und U_sq1k 318-2 werden vom Entkopplungsmodul 316 an einen ersten Koordinatentransformator 322-1, und die Vektorkomponenten U_sd2k 320-1 und U_sq2k 320-2 an einen zweiten Koordinatentransformator 322-2 bereitgestellt. Die Koordinatentransformationen liefern transformierte Spannungsvorgaben U_sα1 324-1, U_sβ1 324-2, U_sα2 326-1 und U_sβ2 326-2. Für die Transformation der Zustandsgrößen (Spannungen, Ströme oder Flüsse) des dreiphasigen Maschinenteils (u, v, w) von dem oder in das d1-q1-Koordinatensystem kann dabei lediglich der elektrische Winkel θ_el verwendet werden. Aufgrund der Versetzung der Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) zueinander mit dem Winkel γ bzw. γ·Z_P können bei Transformationen und Rücktransformationen von (x, y, z) von oder in d2-q2-Koordinaten der elektrische Winkel θ_el und der elektrische Winkel (Z_p·γ) verwendet werden. Die Spannungen U_sd1, U_sq1 werden bei dem in 3 gezeigten Vergleichsbeispiel lediglich über den elektrischen Winkel θ_el in das (u,v,w)-System, und die Spannungen U_sd2 U_sq2 über θ_el und (Z_p·γ) in das (x,y,z)-System transformiert.
Mit diesen Statorspannungen können für jeden Teil der Maschine entsprechende pulsweitenmodulierte (PWM)-Werte ermittelt werden. Der FOR-Regelkreis 300 umfasst ferner einen ersten Vektormodulator 328-1, welcher die Spannungsvorgabe für den ersten Maschinenteil empfängt, und basierend auf der Spannungsvorgabe und einer ersten Versorgungsspannung U_dc1 ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal 330-1; 330-2; 330-3 für eine Phase des ersten Maschinenteils bereitstellt. Der FOR-Regelkreis 300 umfasst zudem einen zweiten Vektormodulator 328-2, welcher die weitere Spannungsvorgabe für den zweiten Maschinenteil empfängt, und basierend auf der weiteren Spannungsvorgabe und einer von der ersten Versorgungsspannung U_dc1 verschiedenen zweiten Versorgungsspannung U_dc2 ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal 332-1; 332-2; 332-3 für eine Phase des zweiten Maschinenteils bereitstellt.
Das erste pulsweitenmodulierte Signal 330-1; 330-2; 330-3 wird von einem ersten Wechselrichter 210-1, und das zweite pulsweitenmodulierte Signal 332-1; 332-2; 332-3 wird von einem zweiten Wechselrichter 210-2 empfangen, die z. B. den bereits in 2 gezeigten entsprechen können. Der erste Wechselrichter 210-1 erzeugt den ersten Phasenstrom 208-1 für die Phase u, v oder w des ersten Maschinenteils, und der zweite Wechselrichter 210-2 erzeugt den zweiten Phasenstrom 208-2 für die Phase x, y oder z des zweiten Maschinenteils. Der erste und zweite Phasenstrom 208-1; 208-2 dienen zum Betreiben der Drehfeldmaschine 202. Zusätzlich durchläuft der erste Phasenstrom 208-1 ein erstes Koordinaten-Transformationsnetzwerk 334-1 und der zweite Phasenstrom 208-2 ein zweites Koordinaten-Transformationsnetzwerk 334-2, welche die jeweiligen Phasenströme zuerst in das α,β-Koordinatensystem, und dann in das d,q-Koordinatensystem rücktransformieren, und anschließend als Ist-Ströme 306-1; 306-2; 308-1 und 308-2 zum Ermitteln der Regelabweichungen für einen nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises und an das Entkopplungsmodul 316 bereitstellen.
Ein Geber 336 ermittelt die mechanische Winkelposition des Läufers θ_mech. Durch Multiplikation 338 mit der Polpaarzahl Z_p wird der elektrische Winkel θ_el ermittelt. Dieser kann an das erste Koordinaten-Transformationsnetzwerk 334-1 zur Umrechnung der ersten Ist-Ströme 306-1 und 306-2 von α,β- in d,q-Koordinaten übergeben werden. Der elektrische Winkel θ_el kann mit dem Produkt 340 aus mechanischem Winkelabstand γ und Polpaarzahl Z_p zu einer Größe aufsummiert werden, welche an das zweite Koordinaten-Transformationsnetzwerk 334-2 zur Umrechnung der zweiten Ist-Ströme 308-1 und 308-2 von α,β- in d,q-Koordinaten verwendet wird. Eine zeitliche Ableitung 342 des Winkels θ_el liefert ferner eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_el, welche an das Entkopplungsmodul 316 bereitgestellt wird.
4 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 400 zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße 402 für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße 404 für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen. Die Vorrichtung 400 umfasst wenigstens einen ersten Eingang 406 für erste Eingangsgrößen 408, welche einen ersten Sollwert-Vektor 410 für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit 412 eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen. Die Vorrichtung 400 umfasst außerdem wenigstens einen zweiten Eingang 414 für zweite Eingangsgrößen 416, welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor 418 für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit 412 umfassen. Die Vorrichtung 400 umfasst weiterhin wenigstens einen ersten Ausgang 420 für die erste Stellgröße 402 und wenigstens einen zweiten Ausgang 422 für die zweite Stellgröße 404. Die Vorrichtung 400 ist dazu ausgebildet, die erste Stellgröße 402 für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor 410 und der Winkelgeschwindigkeit 412 zu ermitteln und an die erste Phasengruppe bereitzustellen, und die zweite Stellgröße 404 für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor 418 und der Winkelgeschwindigkeit 412 zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen. Dies kann es ermöglichen, die Drehfeldmaschine auch dann zu betreiben, wenn keine Strommessung in einer oder mehreren Phasen durchgeführt wird. Somit kann sogar die Strommessung absichtlich unterbrochen werden, beispielsweise in Betriebszuständen, bei denen eine Strommessung im Zusammenhang mit einer feldorientierten Regelung (FOR) zu unerwünschter Geräuschentwicklung führen kann.
Die Vorrichtung 400 kann optional eine bauliche Trennung in einen ersten und einen zweiten Bereich aufweisen. Der erste Bereich umfasst den ersten Eingang 406 und den ersten Ausgang 420, und ist an die erste Phasengruppe gekoppelt. Der zweite Bereich umfasst den zweiten Eingang 414 und den zweiten Ausgang 422, und ist an die zweite Phasengruppe gekoppelt.
Lediglich beispielhaft kann die Drehfeldmaschine eine sechsphasige PSM mit zwei Phasengruppen zu je drei Phasen sein. Andere Ausführungsbeispiele können sich auch auf eine Maschine mit einer anderen Anzahl an Phasengruppen oder Phasen pro Gruppe, oder auf eine ASM beziehen. Wie bereits eingangs erläutert, kann bei einer dreiphasigen Phasengruppe eine Strommessung in zwei der Phasen vorgenommen werden, und für die dritte durch die Knotenregel errechnet werden.
Wird für eine dreiphasige Phasengruppe die Strommessung derart ausfallen, dass keine zwei Phasenströme gemessen werden, so könnte die FOR für diese Phasengruppe ggf. nicht durchgeführt werden. Alternativ kann die dreiphasige Phasengruppe ohne Strommessung ausgeschaltet werden. Damit kann die Maschine mit der Hälfte der Leistung betrieben werden. Fallen die Strommessungen in beiden Phasengruppen aus, so kann möglicherweise die gesamte Maschine nicht mit der FOR angesteuert werden. In diesem Fall kann nach einer konventionellen Methode die gesamte Maschine ausgeschaltet werden. Anders ausgedrückt kann bei dem ersten Fall die Leistung reduziert, und bei dem zweiten Fall die Maschine ausgeschaltet werden. In beiden Fällen können diese Maßnahmen für manche Anwendungen (z. B. Lenkung, Elektroantrieb, etc.) kritisch sein.
Ferner kann die Strommessung in bestimmten Drehzahlbereichen im Zusammenhang mit der FOR Geräuschentwicklungen verursachen. Deswegen kann es erwünscht sein, in bestimmten Anwendungen teilweise (drehzahlabhängig) die Strommessung auszuschalten. Um dies durchzuführen, können Ausführungsbeispiele ein Konzept zur Ansteuerung der 6-Phasige Maschine schaffen, bei dem eine Verwendung von Stromsensoren unter Umständen entfallen kann. Es wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Folgenden erläutert, wie eine 6-phasige Maschine ohne die Strommessung für eine oder für beide dreiphasigen Phasengruppen der Maschine angesteuert werden kann. Dabei können sich einige Ausführungsbeispiele auf eine FOS mit einstellbarer Dynamik beziehen. Möglicherweise kann damit die gleiche Dynamik wie bei der FOR erreicht werden.
Die FOS kann auf herkömmliche Art mit einer maschineneigenen Dynamik betrieben werden. Die eigene Dynamik der Maschine oder die Dynamik zur Bildung des Stromes bzw. des Drehmomentes kann von den elektrischen Parametern der Maschine abhängen. Eine von der Maschine abhängige Dynamik kann zudem variabel sein, da die Induktivitäten bei hohen Strömen in Sättigung übergehen (abnehmen) können, und der elektrische Widerstand temperaturabhängig sein kann.
Um die genannten Probleme der starren Dynamik der FOS (diese können von der Strecke abhängig sein) zu überwinden, können Ausführungsbeispiele eine beliebige Einstellung der Dynamik der FOS, z. B. für eine 6-phasige PSM-Maschine, ermöglichen. Die FOS kann für die beiden Teile der Maschine mit den Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) eingesetzt werden. Dabei kann es möglich sein, von Fall zu Fall abhängig unterschiedliche Kombinationen zwischen FOR und FOS für die beiden Phasengruppen zu realisieren. Mittels der in 4 beschriebenen Vorrichtung 400 kann es beispielsweise möglich sein, für jede der beiden Teile der Maschine mit den Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) eine eigene FOS zu entwickeln. Dabei werden die differentiellen Gleichungen einer 6-phasigen Maschine betrachtet. Die 6-phasige Maschine lässt sich über die differentiellen Gleichungen im d,q-Koordinatensystem (vgl. 1) beschreiben. Die erste und zweite Stellgröße 402; 404 können beispielsweise eine Spannung, ausgedrückt in Vektorform, oder eine Komponente eines solchen Spannungsvektors sein. So kann z. B. die erste Stellgröße 402 die Spannungskomponenten U_sd1 und U_sq1, und die zweite Stellgröße 404 die Spannungskomponenten U_sd2 und U_sq2 umfassen. Ein Maschinenstrom kann ebenfalls als Vektor mit den Komponenten I_sd1, I_sq1 für die erste Phasengruppe, und I_sd2, I_sq2 für die zweite Phasengruppe dargestellt werden. Die elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors der Drehfeldmaschine kann mit ω_el oder ω_s, aus der Drehzahl n und der Polpaarzahl Z_p über den Zusammenhang ω_s = ω_el = Z_pn· 2π / 60 ermittelt werden. Ein Polradfluss der Maschine kann mit Ψ_PM, und ein elektrischer Widerstand eines Stators der Maschine mit R_s bezeichnet werden. Für die erste Phasengruppe der Maschine (u, v, w) gelten in der d1- und q1-Achse die folgenden Zusammenhänge:
Für die zweite Phasengruppe der Maschine (x, y, z) gelten die beiden Spannungsgleichungen in d2- und q2-Achse:
Dabei werden die Induktivitäten L in dq-Koordinatensystem aus den Achsen-Induktivitäten gewonnen. Die Hauptinduktivitäten in d1 und d2-Achsen sind:
Die Induktivitäten, die den Einfluss der d1-Achse auf die d2-Achse L_d21 und umgekehrt L_d12 darstellen, sind:
Die Hauptinduktivitäten in q1- und q2-Achsen sind:
Die Induktivitäten, die den Einfluss der q1-Achse auf die q2-Achse L_q21 und umgekehrt L_q12 darstellen, sind:
Die Induktivität einer Achse setzt sich bei GL. 5–8 aus bis zu drei Teilen zusammen. Im Einzelnen sind dies eine Streuinduktivität L_ls einer Spule (die Spule ist einer Phase der Drehfeldmaschine zugeordnet), eine konstante Hauptinduktivität L_a einer Spule und eine winkelabhängige Induktivität L_b des Rotors.
Wie zuvor erwähnt, kann die Maschine eine maschineneigene Dynamik aufweisen, die durch eine Zeitkonstante beschrieben werden kann. Die Zeitkonstante kann beispielsweise einem Intervall entsprechen, welches die Maschine benötigt, um nach einem Empfang eines Sollwerts einen entsprechenden Istwert einzuregeln. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 400 ferner dazu ausgebildet, die erste oder zweite Stellgröße 402; 404 derart zu ermitteln, dass ein tatsächlicher Wert der ersten oder zweiten Stellgröße 402; 404 von einem auf dem ersten oder zweiten Sollwert-Vektor 410; 418 und der Winkelgeschwindigkeit (ω_s) 412 basierenden Wert abweicht. Mit anderen Worten kann dies eine Über- oder Unterkompensation einer Differenz aus Soll- und Istwerten bedeuten. Bei Überkompensation kann sich dabei ein Sollwert möglicherweise schneller, und bei Unterkompensation langsamer einregeln. Dadurch kann es möglich werden, eine Dynamik der FOS auf einen benutzerdefinierten Wert einzustellen, oder anders ausgedrückt, die Zeitkonstante zu verändern.
Um die Zeitkonstanten T_d11 und T_q11 der Strecke für die erste Phasengruppe der Maschine mit den Phasen u, v und w zu kompensieren, und eine gewünschte Zeitkonstante T₁ (bzw. T₂) einzustellen, kann folgender Ansatz, der durch die Übertragungsfunktion (siehe im Weiteren GL. 12 und GL. 13) eingeleitet wird, verwendet werden:
Ein Sollstromvektor mit den Komponenten I_sd1Ref, I_sq1Ref für die erste Phasengruppe, oder I_sd2Ref, I_sq2Ref für die zweite Phasengruppe kann beispielsweise dem ersten oder zweiten Sollwert-Vektor 410; 418 entsprechen. s bezeichnet einen bilinearen Transformationsparameter, der für eine zeitliche Diskretisierung, oder anders ausgedrückt, für eine Umwandlung zwischen der zeitkontinuierlichen und der zeitdiskreten Darstellung von Systemfunktionen, nach dem sogenannten Tustin-Verfahren verwendet wird. Mit der Berücksichtigung des Einflusses der anderen Achsen (d2, q2, q1) auf die Achse d1 und durch die Diskretisierung mit Tustin-Verfahren: s = 2·(Z – 1) / T·(Z + 1) GL.11 kann die diskrete Gleichung der Spannung der d1-Achse U_sd1 mit einstellbarer Dynamik über die Zeitkonstante T₁ bestimmt werden:
Analog dazu können die Spannungen in q1-, d2- und q2-Achsen ermittelt werden, wobei die Terme ψ·ω_s für q1- und q2-Spannungen erst zum Schluss aufaddiert werden können, da die mechanische Zeitkonstante größer als die elektrische Zeitkonstante sein, und sich somit langsamer ändern kann. Für die q1-Achse ergibt sich die diskrete Gleichung für die Spannung U_sq1 mit einstellbarer Dynamik über die Zeitkonstante T₂
Für die d2-Achse erhält ergibt sich die diskrete Gleichung für die Spannung U_sd2 mit einstellbarer Dynamik über die Zeitkonstante T₃:
Für die q2-Achse ergibt sich die diskrete Gleichung für die Spannung U_sq2 mit einstellbarer Dynamik über die Zeitkonstante T4:
Es bezeichnen hierbei im Einzelnen:

L_d11:: die Hauptinduktivität in d1-Achse (s. GL. 5),
L_q11:: die Hauptinduktivität in q1-Achse (s. GL. 7),
L_d22:: die Hauptinduktivität in d2-Achse (s. GL. 5),
L_q22:: die Hauptinduktivität in q2-Achse (s. GL. 7),
L_d12:: die dem Einfluss der d2-Achse auf die d1-Achse entsprechende Induktivität (s. GL. 6),
L_q12:: die dem Einfluss der q2-Achse auf q1-Achse entsprechende Induktivität (s. GL. 8),
L_d21:: die dem Einfluss der d1-Achse auf d2-Achse entsprechende Induktivität (s. GL. 6),
L_q21:: die dem Einfluss der q1-Achse auf q2-Achse entsprechende Induktivität (s. GL. 8),
I_sd1(k), I_sq1(k):: die Sollwerte der Ströme für die erste Phasengruppe (u, v, w) in d1- und q1-Achse (zu einem aktuellen Abtastschritt),
I_sd1(k–1), I_sq1(k–1):: die Sollwerte der Ströme für die erste Phasengruppe (u, v, w) in d1- und q1-Achse (einen Abtastschritt vor dem aktuellen Abtastschritt),
U_sd1(k), U_sq1(k):: die geforderten Spannungen in d1,q1-Koordinatensystem (zu einem aktuellen Abtastschritt),
U_sd1(k–1), U_sq1(k–1):: die geforderten Spannungen in d1,q1-Koordinatensystem (einen Abtastschritt vor dem aktuellen Abtastschritt), wobei U_sq1(k–1) einem vorherige Sollwert ohne den Term (Ψ_PM·ω_s) entsprechen kann,
I_sd2(k), I_sq2(k):: die Sollwerte der Ströme für die zweite Phasengruppe (x, y, z) in d2- und q2-Achse (zu einem aktuellen Abtastschritt),
I_sd2(k), I_sq2(k):: die Sollwerte der Ströme für die zweite Phasengruppe (x, y, z) in d2- und q2-Achse (einen Abtastschritt vor dem aktuellen Abtastschritt),
U_sd2(k), U_sq2(k):: die geforderten Spannungen in d2,q2-Koordinatensystem (zu einem aktuellen Abtastschritt),
U_sd2(k–1), U_sq2(k–1):: die geforderten Spannungen in d2,q2-Koordinatensystem (einen Abtastschritt vor dem aktuellen Abtastschritt), wobei U_sq2(k–1) einem vorherige Sollwert ohne den Term (Ψ_PM·ω_s) entsprechen kann,
T_d11:: die elektrische Zeitkonstante der Maschine in d1-Achse (= L_d11/R_s),
T_q11:: die elektrische Zeitkonstante der Maschine in q1-Achse (= L_q11/R_s),
T_d22:: die elektrische Zeitkonstante der Maschine in d2-Achse (= L_d22/R_s),
T_q22:: die elektrische Zeitkonstante der Maschine in q2-Achse (= L_q22/R_s),
T:: der verwendete Regler-Abtastschritt,
T₁:: die Zeitkonstante zur Einstellung der Dynamik in d1-Achse,
T₂:: die Zeitkonstante zur Einstellung der Dynamik in q1-Achse,
T₃:: die Zeitkonstante zur Einstellung der Dynamik in d2-Achse, und
T₄:: die Zeitkonstante zur Einstellung der Dynamik in q2-Achse.

Die Ansteuerung einer Drehfeldmaschine 602, z. B. 6-phasigen PSM für unterschiedliche, beispielhafte Fälle ist in 5, 6 und 7 dargestellt. Ist keine FOS nötig, kann die Drehfeldmaschine 602 auch beispielsweise mit der FOR anhand der 3 angesteuert werden. Ist die Strommessung in beiden Phasengruppen nicht möglich (beispielsweise wegen Stromsensorausfall, oder bewusst, um Geräuscheffekte durch Stromsensoren zu reduzieren, etc.), so kann die Drehfeldmaschine 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit der FOS anhand der 5 angesteuert werden. Die Vorrichtung 400 umfasst ein Entkopplungsmodul 516, welches dazu ausgebildet ist, einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße 402; 404 für die erste Phasengruppe sowie einen Einfluss einer Phase auf die anderen Phasen derselben Phasengruppe zu entkoppeln. So könnte beispielsweise bei einer Regelung einer Phasengruppe eine verbesserte Entkopplung erreicht werden, und die PI-Regler 514-1; 514-2; 514-3; 514-4 für die einzelnen Ist-Ströme stärker entlastet werden. Das Entkopplungsmodul 516 kann, wie 6 und 7 zeigen, ein Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w) 516-1 und ein, davon optional baulich getrenntes, Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z) 516-2 umfassen, die unabhängig voneinander zwischen einem FOR-Betrieb und einem FOS-Betrieb umschalten können. Dabei ist das Entkopplungsmodul 516; 516-1; 516-2 dazu ausgebildet, die Stellgrößen 402; 404 gemäß den Gleichungen 12 bis 15 zu ermitteln. Das Entkopplungsmodul 516 kann mittels eines Prozessors, oder ferner als Netzwerk oder elektrische Schaltung implementiert sein.
Die Vorrichtung 400 ist in einem Ausführungsbeispiel, welches 5 zeigt, dazu ausgebildet, einen FOS-Betrieb für die erste und die zweite Phasengruppe der Drehfeldmaschine 602 durchzuführen, bei dem die ersten Eingangsgrößen 408 lediglich den Sollwert-Vektor 410 und die Winkelgeschwindigkeit 412, und die zweiten Eingangsgrößen 416 lediglich den Sollwert-Vektor 418 und die Winkelgeschwindigkeit 412 umfassen. Bei den in 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 400 ferner dazu ausgebildet, die zweite Stellgröße 404 für die zweite Phasengruppe zusätzlich basierend auf einem von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang 414 empfangenen Istwert-Vektor 506; 508 zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen. Der Istwert-Vektor 506; 508 entspricht beispielsweise in 7 einem Ist-Strom mit den Komponenten I_sd1 506-1 und I_sq1 506-2, oder in 6 mit den Komponenten I_sd2 508-1 und I_sq2 508-2. Damit kann eine FOR einer Phasengruppe vorgenommen werden, während eine andere Phasengruppe mittels FOS betrieben wird. Ein Übergang der gesamten Maschine in die FOS kann dadurch ggf. vermieden werden, wenn lediglich in einer von mehreren Phasengruppen keine Strommessung erfolgt. Es sei hierin klargestellt, dass die Begriffe „erste Phasengruppe” und „zweite Phasengruppe” in 6 und 7 nicht an bestimmte Phasengruppen (u, v, w) oder (x, y, z) gebunden sind. Vielmehr dienen diese Begriffe einer Unterscheidung zwischen einer mittels FOS gesteuerten (ersten) Phasengruppe, und einer mittels FOR geregelten (zweiten) Phasengruppe. Somit entspricht in 6 das Phasentripel (u, v, w) der gesteuerten ersten, und (x, y, z) der geregelten zweiten Phasengruppe. Umgekehrt entspricht in 6 das Phasentripel (u, v, w) der geregelten zweiten, und (x, y, z) der gesteuerten ersten Phasengruppe. Anders ausgedrückt können erste und zweite Phasengruppe in den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 die Bedeutungen je nachdem tauschen, welche Phasengruppe mittels FOS, und welche mittels FOR betrieben wird.
Zunächst wird der erste Sollwert-Vektor 410, dessen Komponenten die Soll-Stromwerte I_sd1* 502-1 und I_sq1* 502-2 für die Phasengruppe (u, v, w) sind, und der zweite Sollwert-Vektor 418, dessen Komponenten die Soll-Stromwerte I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 für die Phasengruppe (x, y, z) sind, im d,q-Koordinatensystem berechnet. In 6 werden durch Subtraktion der jeweiligen Ist-Stromwerte I_sd2 508-1 und I_sq2 508-2 der Phasengruppe (x, y, z) jeweils Regelabweichungen Y_d2 512-1 und Y_q2 512-2 für die Phasengruppe (x, y, z) ermittelt, die jeweils von einem Proportional-Integralregler 514-3 und 514-4 verarbeitet, und an das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z) 516-2 bereitgestellt. Die Soll-Stromwerte I_sd1* 502-1 und I_sq1* 502-2 für die Phasengruppe (u, v, w) werden direkt an das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w) 516-1 bereitgestellt.
Entsprechend werden in 7 durch Subtraktion der jeweiligen Ist-Stromwerte I_sd1 506-1 und I_sq1 506-2 für die Phasengruppe (u, v, w) jeweils Regelabweichungen Y_d1 510-1 und Y_q1 510-2 für die Phasengruppe (u, v, w) ermittelt, die jeweils von einem Proportional-Integralregler 514-1 und 514-2 verarbeitet, und an das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w) 516-2 bereitgestellt. Die Soll-Stromwerte I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 für die Phasengruppe (x, y, z) werden direkt an das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z) 516-2 bereitgestellt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen empfängt das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z) 516-2 die Soll-Stromwerte I_sd1* 502-1 und I_sq1* 502-2 für die Phasengruppe (u, v, w), um deren induktiven Einfluss auf die Phasengruppe (x, y, z) zu kompensieren. Ebenso empfängt das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w) 516-1 die Soll-Stromwerte I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 für die Phasengruppe (x, y, z) um deren induktiven Einfluss auf die Phasengruppe (u, v, w) zu kompensieren. In 6 durchlaufen dabei die Soll-Stromwerte I_sd1* 502-1 und I_sq1* 502-2 jeweils ein Filter 612-1; 612-2 vor dem Empfang durch das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w) 516-1. In 7 durchlaufen analog die die Soll-Stromwerte I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 jeweils ein Filter 612-1; 612-2 vor dem Empfang durch das Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z) 516-2.
Bei der FOR kann abhängig von den Differenzen aus Soll- und Istströmen jeweils ein Strom Y als Ausgang der PI-Regler 514 generiert werden, der sich nach mehreren Durchläufen der Regelschleife so ändert, bis die Differenz verschwindet. Dazu kann ein Vorsteuerungsanteil für den Regler verwendet werden.
Die Stellgröße für die Phasengruppe (u, v, w) umfasst in den 5, 6 und 7 die Vektorkomponenten U_sd1k 518-1 und U_sq1k 518-2 einer Spannungsvorgabe für die Phasengruppe (u, v, w). Die Stellgröße für die Phasengruppe (x, y, z) umfasst die Vektorkomponenten U_sd2k 520-1 und U_sq2k 520-2 einer Spannungsvorgabe für die Phasengruppe (x, y, z).
Die Vektorkomponenten U_sd1k 518-1 und U_sq1k 518-2 werden vom Entkopplungsmodul 516 an einen ersten Koordinatentransformator 522-1, und die Vektorkomponenten U_sd2k 520-1 und U_sq2k 520-2 an einen zweiten Koordinatentransformator 522-2 bereitgestellt. Die Koordinatentransformationen liefern die Vektorkomponenten der Stellgrößen 402; 404 als transformierte Spannungsvorgaben U_sα1 524-1, U_sβ1 524-2, U_sα2 526-1 und U_sβ2 526-2. Die Spannungen U_sd1, U_sq1 werden bei den in 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich über den elektrischen Winkel θ_el in das (u,v,w)-System, und die Spannungen U_sd2 U_sq2 aufgrund der Versetzung der Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) zueinander mit dem Winkel γ bzw. γ·Z_P über die Summe aus θ_el und (Z_p·γ) in das (x,y,z)-System transformiert.
Mit diesen transformierten Spannungsvorgaben U_sα1 524-1, U_sβ1 524-2, U_sα2 526-1 und U_sβ2 526-2 können für jede Phasengruppe der Maschine 602 entsprechende pulsweitenmodulierte (PWM)-Werte ermittelt werden. Ein erster Vektormodulator 328-1 ist dazu ausgebildet, die ersten transformierten Spannungsvorgaben U_sα1 524-1 und U_sβ1 524-2 für die erste Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf diesen und einer ersten Versorgungsspannung U_dc1 ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal 330-1; 330-2; 330-3 für eine Phase der ersten Phasengruppe bereitzustellen. Zudem ist ein zweiter Vektormodulator 328-2 dazu ausgebildet, die zweiten transformierten Spannungsvorgaben U_sα2 526-1 und U_sβ2 526-2 für die zweite Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf diesen und einer (optional von der ersten Versorgungsspannung U_dc1 verschiedenen) zweiten Versorgungsspannung U_dc2 ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal 532-1; 532-2; 532-3 für eine Phase der zweiten Phasengruppe bereitzustellen.
Das erste pulsweitenmodulierte Signal 530-1; 530-2; 530-3 wird von einem ersten Wechselrichter 610-1, und das zweite pulsweitenmodulierte Signal 532-1; 532-2; 532-3 wird von einem zweiten Wechselrichter 610-2 empfangen. Der erste Wechselrichter 610-1 erzeugt den ersten Phasenstrom 608-1 für die Phase u, v oder w der ersten Phasengruppe, und der zweite Wechselrichter 610-2 erzeugt den zweiten Phasenstrom 608-2 für die Phase x, y oder z der zweiten Phasengruppe. Der erste und zweite Phasenstrom 608-1; 608-2 dienen zum Betreiben der Drehfeldmaschine 602.
Zusätzlich durchläuft in 7 der erste Phasenstrom 608-1 ein erstes Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-1 und in 6 der zweite Phasenstrom 608-2 ein zweites Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-2, welche die jeweiligen Phasenströme zuerst in das α,β-Koordinatensystem, und dann in das d,q-Koordinatensystem rücktransformieren. Anschließend werden diese in 7 als Ist-Ströme 506-1 und 506-2 zum Ermitteln der Regelabweichungen für einen nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises für die mit der FOR betriebene Phasengruppe (x, y, z) an das Entkopplungsmodul 516-1, oder in 6 als Ist-Ströme 508-1 und 508-2 zum Ermitteln der Regelabweichungen für einen nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises für die mit der FOR betriebene Phasengruppe (u, v, w) an das Entkopplungsmodul 516-2 bereitgestellt. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel entfällt die Rücktransformation und die Bereitstellung der Phasenströme 608-1; 608-2 an das Entkopplungsmodul 516.
Ein Geber 536 ermittelt die mechanische Winkelposition des Läufers θ_mech. Durch Multiplikation 538 mit der Polpaarzahl Z_p wird der elektrische Winkel θ_el ermittelt. Dieser kann an das erste Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-1 zur Umrechnung der ersten Ist-Ströme 506-1 und 506-2 von α,β- in d,q-Koordinaten übergeben werden. Der elektrische Winkel θ_el kann mit dem Produkt 540 aus mechanischem Winkelabstand γ zwischen den Phasengruppen und Polpaarzahl Z_p zu einer Größe aufsummiert werden, welche von dem zweiten Koordinatentransformator 522-2 zur Umrechnung der zweiten Stellgröße 404 von d,q- in α,β-Koordinaten verwendet wird. Die aufsummierte Größe kann außerdem in 6 an das zweite Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-2 zur Umrechnung der zweiten Ist-Ströme 508-2 von α,β- in d,q-Koordinaten verwendet werden. Eine zeitliche Ableitung 542 des Winkels θ_el liefert ferner eine elektrische Winkelgeschwindigkeit 412 (ω_el), welche an das Entkopplungsmodul 516 bereitgestellt wird.
Ist die Strommessung in der Phasengruppe (u, v, w) nicht mehr möglich, während die Strommessung in der anderen Phasengruppe (x, y, z) noch einsatzfähig ist, kann die Ansteuerung der 6-phasigen Maschine 602 auf das Ausführungsbeispiel von 6 umgeschaltet werden. Dabei können die Spannungen U_sd1 und U_sq1 für die Phasengruppe (u, v, w) durch den FOS-Algorithmus mit der GL. 12 und 13 ermittelt werden. Die Ströme der Phasengruppe (x, y, z) können über die FOR geregelt werden. Die Differenzen zwischen Sollwerten und Istwerten der Ströme in d2- und q2-Richtung können ermittelt und an den Eingängen den PI-Reglern 514 übergeben werden. Die PI-Regler 514 berechnen die entsprechende Sollwerte Y_d2 und Y_q2.
Nochmals mit anderen Worten erklärt können, um die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen den Achsen der beiden dreiphasigen Phasengruppen sowie zwischen den beiden Phasengruppen zu kompensieren, die PI-Regler-Ausgänge und die gefilterten Sollwerte der beiden anderen Sollströme aus der Phasengruppe (u, v, w) I_sdRef1 und I_sqRef1 an das Entkopplungsmodul 516 weitergeleitet werden. Die Filterung kann dazu dienen, die Dynamik der Strecke mit der Phasengruppe (u, v, w) nachzubilden. Der Algorithmus für das Entkopplungsnetzwerk berechnet die Spannungen U_sd2 und U_sq2. Die PI-Regler können dadurch stark entlastet werden und hauptsächlich versuchen, die restlichen Abweichungen zu kompensieren um einen stationären Zustand zu erreichen. Analog dazu kann bei dem umgekehrten Fall, wenn die Strommessung in der Phasengruppe (x, y, z) nicht mehr möglich ist, während die Strommessung in der anderen Phasengruppe (U, v, w) noch einsatzfähig ist, die Ansteuerung der 6-phasigen Maschine auf das Ausführungsbeispiel von 7 umgeschaltet werden. Die Spannungen U_sd2 und U_sq2 können über die FOS (GL. 14 und 15), und die Spannungen U_sd1 und U_sq1 über die FOR mit dem Entkopplungsnetzwerk 516 berechnet werden.
Die Teile der Maschine (Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z)) können jeweils wie eine unabhängige dreiphasige Maschine angesteuert werden. Für die Transformation der Zustandsgrößen (z. B. Spannungen, Ströme, Flüsse) der Phasengruppe (u, v, w) in d1,q1-Koordinaten und umgekehrt kann lediglich der elektrische Winkel θ_el verwendet werden. Aufgrund der Versetzung der Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) zueinander mit dem Winkel γ können alle Transformationen und Rücktransformationen der Phasengruppe (x, y, z) in d2,q2-Koordinaten mit dem elektrischen Winkel θ_el und dem Winkel-Offset (Z_p·γ) durchgeführt werden. Die Spannungen U_sd1, U_sq1 können lediglich über den elektrischen Winkel θ_el in das u,v,w-System und die Spannungen U_sd2, Usq2 über θ_el mit dem Offset (Z_p·γ in das x,y,z-System transformiert werden (siehe 3, 5, 6 und 7). Mit den Statorspannungen können für jeden Teil der Maschine die entsprechenden PWM-Werte ermittelt werden. Dabei kann ein Einfluss der Änderungen der einzelnen Batteriespannungen (falls die beiden Phasengruppen unterschiedliche Spannungsversorgung haben) auf die gewünschten d,q-Ströme bei beiden Phasengruppen verschwinden.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen FOR/FOS-Algorithmus 800 zum Steuern und/oder Regeln der Maschine mittels FOR bzw. FOS. Nach einem Start 802 des Algorithmus 800 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Gesamtsolldrehmoment M_RefG verwendet, um die Sollstromwerte 502-1; 502-2; 504-1; 504-2 (vgl. 5, 6 und 7) zu erzeugen. Zudem werden Sensor-Flag-Werte verwendet, um einen Ausfall der Strommessung in den Phasengruppen (u, v, w) oder (x, y, z) anzuzeigen. Bei einer Änderung eines oder beider Sensor-Flag-Werte kann ein Umschalt-Befehl ausgelöst werden. Dabei wird eine Entscheidung 804 über eine FOS oder FOR jeweils für die Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z), hier als Wicklungen bezeichnet, getroffen. Es kann zwischen vier Fällen unterschieden werden. Bei einem ersten Fall 806 werden beide Phasengruppen jeweils mit FOR betrieben. Bei einem zweiten Fall 808 werden beide Phasengruppen jeweils mit FOS betrieben. Bei einem dritten Fall 810 werden die Phasengruppe (u, v, w) mit FOS, und die Phasengruppe (x, y, z) mit FOR betrieben. Bei einem vierten Fall 812 werden die Phasengruppe (u, v, w) mit FOR, und die Phasengruppe (x, y, z) mit FOS betrieben.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung 400 ferner ein Erzeugermodul, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor 410 und den zweiten Sollwert-Vektor 418 basierend auf einem ersten Solldrehmoment M_Ref1 für die erste Phasengruppe der Drehfeldmaschine 602 und einem zweiten Solldrehmoment M_Ref2 für die zweite Phasengruppe zu erzeugen, und an den jeweiligen Eingang 406; 414 bereitzustellen. Das Erzeugermodul kann z. B. einen Stromgenerator umfassen. Das zuvor erwähnte Gesamtsolldrehmoment M_RefG kann eine Summe aus dem ersten und dem zweiten Solldrehmoment sein. Im ersten Fall 806, oder bei einer FOR beider Phasengruppen, kann beispielsweise das Gesamtsolldrehmoment M_RefG einer ersten Aufteilungsregel 814 auf die beiden Phasengruppen (u, v, w) und (x, y, z) folgen, nach welcher M_Ref1 = M_Ref2 = M_RefG/2 ist. Durch Ausfall von Stromsensoren oder eine Entscheidung zur Ausschaltung der Strommessung, z. B. zur Vermeidung von Geräuscheffekten in manchen Strom- oder Drehzahlbereichen, kann die FOS verwendet werden. Wird gemäß dem zweiten Fall 808 die FOS für beide Phasengruppen eingesetzt, so kann das Gesamtsolldrehmoment M_RefG, einer zweiten Aufteilungsregel 816 auf beide Phasengruppen folgen (M_Ref1 = M_Ref2 = M_RefG/2), die der ersten Aufteilungsregel 814 entsprechen kann. Wird in einer Phasengruppe der Maschine die FOS und in der anderen Phasengruppe der Maschine die FOR eingesetzt (dritter Fall 810 und vierter Fall 812), kann bedingt die mit der FOR angesteuerte Phasengruppe der Maschine das Gesamtsolldrehmoment M_RefG allein bereitstellen. Dies kann eine verbesserte Genauigkeit der Maschinenleistung bewirken, da die FOS weniger genau als die FOR sein kann. Im dritten Fall 810 kann eine Überprüfung 818 erfolgen, ob das Gesamtsolldrehmoment M_RefG größer als eine Obergrenze für das Solldrehmoment M_Ref2max für die mit FOR geregelte Phasengruppe (x, y, z) ist. Im vierten Fall 812 kann eine Überprüfung 820 erfolgen, ob das Gesamtsolldrehmoment M_RefG größer als eine Obergrenze für das Solldrehmoment M_Ref1max für die mit FOR geregelte Phasengruppe (u, v, w) ist. Wird ein höheres Drehmoment als das maximal erlaubte Drehmoment für den Teil der Maschine mit der FOR (M_RefG > M_Refimax; mit i = 1, 2) gefordert, so kann gemäß einer dritten Aufteilungsregel 822 bzw. vierten Aufteilungsregel 824 der Teil der Maschine mit der FOS die Differenz (= M_RefG – M_Refimax) bereitstellen. Ist dies nicht der Fall, kann die mit FOR geregelte Phasengruppe das Gesamtsolldrehmoment M_RefG gemäß einer fünften Aufteilungsregel 826 bzw. sechsten Aufteilungsregel 828 allein bereitstellen. Die berechneten Solldrehmomente für die beiden Phasengruppen können in allen vier Fällen 806; 808; 810 und 812 einer Begrenzung 830 auf ihre maximalen Drehmomente (M_Refimax) unterliegen. Weiterhin erfolgt eine Übergabe 832 der berechneten Solldrehmomente an das Erzeugermodul, bzw. den Generator, zum Erzeugen der Sollstromwerte 502-1; 502-2; 504-1; 504-2. Im ersten Fall 806 kann eine FOR der Maschine gemäß dem in 3 gezeigten Vergleichsbeispiel, im zweiten Fall 808 eine FOS gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, im dritten Fall 810 eine FOS und FOR gemäß dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel, und im vierten Fall 812 eine FOS und FOR gemäß dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgenommen werden. Es kann ein Ende 834 des Algorithmus folgen.
9 und 10 zeigen die Simulationsergebnisse für verschiedene Ansteuerungsszenarien einer 6-phasigen PSM-Maschine gemäß den Ausführungsbeispielen nach 6 und 7. In 9 und 10 sind folgende Größen (von oben nach unten) dargestellt: die Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse 910; 1010 und in q1-Achse 920; 1020 für die Phasengruppe (u, v, w) der Maschine und in d2-Achse 930; 1030 und in q2-Achse 940; 1040 für die Phasengruppe (x, y, z) der Maschine, der Verlauf der Drehzahl 950; 1050, der Verlauf von Gesamtsollwert, Gesamtistwert, Istwert der (u, v, w)-Phasengruppe und Istwert der (x, y, z)-Phasengruppe des Drehmoments 960; 1060, der Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw) 970; 1070 und der Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz) 980; 1080. Die Maschine wird auf eine Drehzahl von 3300 rpm beschleunigt. Zum Zeitpunkt t = 0.05 s wird eine Lastsprung in beiden Phasengruppen der Maschine durchgeführt.
In 9 wird ein maximales Drehmoment 960 gefordert, und zum Zeitpunkt t₁ = 0.3 s wird die Phasengruppe (u, v, w) mit der FOS betrieben. Dabei ist zu sehen, dass die entsprechenden Ströme I_sd1 910 und I_sq1 920 lediglich kleine Abweichungen von ihren Sollwerten enthalten. Die Ströme I_sd2 930 und I_sq2 940 können weiterhin gemessen und geregelt werden. Sie stimmen dabei gut mit ihren Sollwerten überein. Das maximale Drehmoment 960 wird eingestellt. Kleine Abweichungen sind ab t₁ = 0.3 s wegen der FOS in Phasengruppe (u, v, w) zu sehen. Die Ströme (d1, q1, d2 und q2) weisen einen ruhigen Verlauf auf, und die Wechselwirkungen zwischen diesen können durch die FOS und das Entkopplungsnetzwerk gemäß Ausführungsbeispielen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden besser oder sogar optimal kompensiert werden. Die Phasenströme 970 und 980 der beiden Phasengruppen sind sinusförmig und haben die gleiche Amplitude.
In 10 wird ein kleineres Drehmoment 1060 von 2,5 Nm gefordert, und zum Zeitpunkt t₁ = 0.1 s wird die Phasengruppe (x, y, z) mit der FOS betrieben. Dabei ist zu sehen, dass die Ströme I_sd2 1010 und I_sq2 1020 lediglich kleine Abweichungen von ihren Sollwerten enthalten. Die Ströme I_sd1 1030 und I_sq1 1040 können weiterhin gemessen und geregelt werden. Sie stimmen dabei gut mit ihren Sollwerten überein. Bis zum Zeitpunkt t₁ = 1 s wurde das Drehmoment gleichmäßig auf beide Phasengruppen geteilt. Nach t₁ = 1 s wird die Phasengruppe (x, y, z) mit der FOS bis zu ihrem maximalen Drehmoment angesteuert, und die Phasengruppe mit der FOS stellt den Rest des gesamten Drehmoments ein (vgl. 1060). In einem sogenannten Feldschwächungsbereich werden die beiden Phasengruppen bis zu ihrem maximal möglichen Drehmoment betrieben, um den geforderten Gesamtdrehmomentsollwert einzustellen. Kleine Abweichungen sind ab t₁ = 0.1 wegen FOS in Phasengruppe (x, y, z) zu sehen. Die Ströme (d1, q1, d2 und q2) weisen einen ruhigen Verlauf auf, und die Wechselwirkungen zwischen diesen können durch die FOS und das Entkopplungsnetzwerk gemäß Ausführungsbeispielen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden besser oder sogar optimal kompensiert werden. Die Phasenströme 1070 und 1080 der beiden Phasengruppen sind sinusförmig.
11 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren 1100 zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 umfasst ein Empfangen 1110 erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Sollwert-Vektor für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen. Das Verfahren 1100 umfasst zudem ein Empfangen 1120 zweiter Eingangsgrößen, welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit umfassen. Das Verfahren 1100 umfasst außerdem ein Ermitteln 1130 der ersten Stellgröße für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit, oder anders ausgedrückt, ein Steuern der ersten Stellgröße. Das Verfahren 1100 umfasst weiterhin ein Ermitteln 1140 der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit, oder anders ausgedrückt, ein steuern der zweiten Stellgröße. Nochmals mit anderen Worten kann das Ermitteln 1130 der ersten Stellgröße und das Ermitteln 1140 der zweiten Stellgröße über einen offenen Steuerkreis erfolgen. Dadurch kann eine Steuerung einer Maschine mit mehreren Phasengruppen, bei der ein Empfangen von Rückführgrößen möglicherweise entfallen kann, vorgenommen werden. Ein Weiterbetrieb einer solchen Maschine könnte damit auch bei einem bewusst herbeigeführten oder unbeabsichtigten Stromsensorausfall erfolgen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren 1100 ferner ein Ermitteln 1150 der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe basierend auf der Winkelgeschwindigkeit und einer Differenz aus dem zweiten Sollwert-Vektor und eifern von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang empfangenen Istwert-Vektor, oder anders ausgedrückt, ein Regeln der Stellgröße. Das Ermitteln 1150 kann über einen geschlossenen Regelkreis, und innerhalb eines Abtastschrittes alternativ zu dem Ermitteln 1140 über den offenen Steuerkreis erfolgen. Während einer Betriebszeit der PSM kann es auch möglich sein, ein- oder mehrmals zwischen Ermitteln 1150 der zweiten Stellgröße über den geschlossenen Regelkreis und Ermitteln 1140 der zweiten Stellgröße über den offenen Steuerkreis hin und her zu schalten. Damit könnte eine Phasengruppe der Maschine gesteuert, und eine weitere Phasengruppe geregelt betrieben, und damit unter Umständen eine verbesserte Leistung oder Genauigkeit der Maschine erreicht werden.
Durch Ausführungsbeispiele kann es möglich werden, die Genauigkeit eines Antriebs mittels einer Drehfeldmaschine zu verbessern. Dazu kann die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen d und q für jede dreiphasige Phasengruppe sowie die Abhängigkeit jeder dreiphasigen Phasengruppe von der anderen dreiphasigen Phasengruppe für die beschriebenen Kombinationen von FOR und FOS kompensiert werden. Damit kann es möglich sein, eine bessere Dynamik und bessere Genauigkeit des Drehmomentes auch bei einem Ausfall von Stromsensoren zu erreichen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Ausfall des gesamten elektrischen Antriebes bei manchen Fehlerzuständen (Ausfall einer Spannungsversorgung, Kurzschluss der Wicklungen in einem Teil der Maschine, etc.) möglicherweise vermieden werden. Bei einem redundanten Antrieb kann der Aufwand für eine sechsphasige Maschine viel kleiner als für zwei dreiphasige PSM-Maschinen ausfallen. Im Einzelnen kann es beispielsweise möglich sein, eine sechsphasige Maschine mit einem einzigen Rotor mit dem unter Umständen teuren Magneten, oder auch mit einem einzigen Stator mit ähnlichem Eisengehalt wie bei einer einzigen dreiphasigen PSM-Maschine zu betreiben. Raum und Kosten des Antriebes können reduziert werden, da eine sechsphasige Maschine eingesetzt wird, und somit eine zweite (redundante dreiphasige) Maschine entfallen kann. Damit könnte eine kostengünstigere Lösung für eine Redundanz bei einem Antrieb geschaffen werden. Bei einem möglichem Ausfall einer Spannungsversorgung oder einem Fehler in einer der beiden dreiphasigen Phasengruppen könnte die Maschine wenigstens mit der Hälfte der gesamten Leistung betreiben werden. Beispielsweise im Bereich der Automobilindustrie könnte durch Ausführungsbeispiele bei Traktionsantrieben (wie z. B. Hybrid- oder Elektro-Auto) oder Stellantrieben (Lenkungen, etc.) mehr Sicherheit und mehr Redundanz für den Benutzer geschaffen werden. Durch das beispielhaft gezeigte Konzept der Ansteuerung kann man die sechsphasige Maschine bei Stromsensorausfall unter Umständen erleichtert ansteuern. Durch eine Ansteuerung der Maschine gemäß einigen Ausführungsbeispielen könnte die sechsphasige Maschine bei teilweisem oder totalem Ausfall der Strommessung ggf. weiterhin mit voller Leistung angesteuert werden. Durch die Umschaltung auf FOS gemäß Ausführungsbeispielen könnte eine Geräuschentwicklung wegen der Strommessung in bestimmten Strom- und Drehzahlbereichen der Maschinen womöglich vermieden werden.
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.
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.
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.
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.
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.
Allgemein können Ausführungsbeispiele 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.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste

100: Flussvektor
110-1: u-Achse
110-2: v-Achse
110-3: w-Achse
115-1: x-Achse
115-2: y-Achse
115-3: z-Achse
120-1: d-Achse
120-2: q-Achse
130-1: α₁-Achse
130-2: β₁-Achse
135-1: α₂-Achse
135-2: β₂-Achse
202: Sechsphasige PSM
204: Rotor
206: Stator
208-1: Erster Maschinenteil
208-2: Zweiter Maschinenteil
210-1: Erster Wechselrichter
210-2: Zweiter Wechselrichter
212-1: Erster Signalsatz
212-2: Zweiter Signalsatz
214-1: Erster Regler
214-2: Zweiter Regler
216-1: Rückführströme des ersten Maschinenteils
216-2: Rückführströme des zweiten Maschinenteils
218-1: Erster Satz von Führungsgrößen
218-2: Zweiter Satz von Führungsgrößen
300: FOR-Regelkreis
302-1; 302-2: Soll-Stromwerte für die erste Phasengruppe
304-1; 304-2: Soll-Stromwerte für die zweite Phasengruppe
306-1; 306-2: Ist-Stromwerte für die erste Phasengruppe
308-1; 308-2: Ist-Stromwerte für die zweite Phasengruppe
310-1; 310-2: Vektorkomponenten der ersten Regelabweichung
312-1; 312-2: Vektorkomponenten der zweiten Regelabweichung
314-1; 314-2; 314-3; 314-4: PI-Regler
316: Entkopplungsmodul
318-1; 318-2: Vektorkomponenten einer Spannungsvorgabe für die erste Phasengruppe
320-1; 320-2: Vektorkomponenten einer Spannungsvorgabe für die zweite Phasengruppe
322-1: Erster Koordinatentransformator
322-2: Zweiter Koordinatentransformator
324-1; 324-2: Transformierte Spannungsvorgaben (für die erste Phasengruppe)
326-1; 326-2: Transformierte Spannungsvorgaben (für die zweite Phasengruppe)
328-1: Erster Vektormodulator
328-2: Zweiter Vektormodulator
330-1; 330-2; 330-3: Erstes pulsweitenmoduliertes Signal
332-1; 332-2; 332-3: Zweites pulsweitenmoduliertes Signal
334-1: Erstes Koordinaten-Transformationsnetzwerk
334-2: Zweites Koordinaten-Transformationsnetzwerk
336: Geber
338: Multiplikation
340: Produkt aus Winkelabstand und Polpaarzahl
342: Zeitliche Ableitung
400: Vorrichtung
402: Erste Stellgröße
404: Zweite Stellgröße
406: Erster Eingang
408: Erste Eingangsgrößen
410: Erster Sollwert-Vektor
412: Winkelgeschwindigkeit
414: Zweiter Eingang
416: Zweite Eingangsgrößen
418: Zweite Sollwert-Vektor
420: Erster Ausgang
422: Zweiter Ausgang
502-1; 502-2: Soll-Stromwerte für die Phasengruppe (u, v, w)
504-1; 504-2: Soll-Stromwerte für die Phasengruppe (x, y, z)
506: Istwert-Vektor
506-1; 506-2: Ist-Stromwerte für die Phasengruppe (u, v, w)
508: Istwert-Vektor
508-1; 508-2: Ist-Stromwerte für die Phasengruppe (x, y, z)
510-1; 510-2: Regelabweichung der Phasengruppe (u, v, w)
512-1; 512-2: Regelabweichung der Phasengruppe (x, y, z)
514-1; 514-2; 514-3; 514-4: PI-Regler
516: Entkopplungsmodul
516-1: Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (u, v, w)
516-2: Entkopplungsmodul für die Phasengruppe (x, y, z)
518-1; 518-2: Vektorkomponenten einer Spannungsvorgabe für die Phasengruppe (u, v, w)
520-1; 520-2: Vektorkomponenten einer Spannungsvorgabe für die Phasengruppe (x, y, z)
522-1: Erster Koordinatentransformator
522-2: Zweiter Koordinatentransformator
524-1; 524-2: Transformierte Spannungsvorgaben für die Phasengruppe (u, v, w)
526-1; 526-2: Transformierte Spannungsvorgaben für die zweite Phasengruppe (x, y, z)
528-1: Erster Vektormodulator
528-2: Zweiter Vektormodulator
530-1; 530-2; 530-3: Erstes pulsweitenmoduliertes Signal
532-1; 532-2; 532-3: Zweites pulsweitenmoduliertes Signal
534-1: Erstes Koordinaten-Transformationsnetzwerk
534-2: Zweites Koordinaten-Transformationsnetzwerk
536: Geber
538: Multiplikation
540: Produkt aus Winkelabstand und Polpaarzahl
542: Zeitliche Ableitung
602: Drehfeldmaschine
608-1: Phasenströme der Phasengruppe (u, v, w)
608-2: Phasenströme der Phasengruppe (x, y, z)
610-1: Erster Wechselrichter
610-2: Zweiter Wechselrichter
800: FOS/FOR-Algorithmus
802: Start
804: Entscheidung
806: Erster Fall
808: Zweiter Fall
810: Dritter Fall
812: Vierter Fall
814: Erste Aufteilungsregel
816: Zweite Aufteilungsregel
818: Überprüfung
820: Überprüfung
822: Dritte Aufteilungsregel
824: Vierte Aufteilungsregel
826: Fünfte Aufteilungsregel
828: Sechste Aufteilungsregel
830-1; 830-2; 830-3; 830-4: Begrenzung
832-1; 832-2; 832-3; 832-4: Übergabe
834: Ende
910: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse
920: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d2-Achse
930: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q1-Achse
940: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q2-Achse
960: Verlauf der Drehzahl
950: Verlauf des Gesamtsolldrehmoments und der Istdreh-momente (M_IstG, M_1Ist, M_2Ist)
970: Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw)
980: Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz)
1010: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse
1020: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d2-Achse
1030: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q1-Achse
1040: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q2-Achse
1050: Verlauf der Drehzahl
1060: Verlauf des Gesamtsolldrehmoments und der Istdrehmomente (M_IstG, M_1Ist, M_2Ist)
1070: Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw)
1080: Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz)
1100: Verfahren
1110: Empfangen (erster Eingangsgrößen)
1120: Empfangen (zweiter Eingangsgrößen)
1130: Ermitteln (einer ersten Stellgröße)
1140: Ermitteln (einer zweiten Stellgröße)
1150: Ermitteln (einer zweiten Stellgröße)

Claims

Vorrichtung (400) zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße (402) für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße (404) für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen, umfassend: wenigstens einen ersten Eingang (406) für erste Eingangsgrößen (408), welche einen ersten Sollwert-Vektor (410) für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit (412) eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen; wenigstens einen zweiten Eingang (414) für zweite Eingangsgrößen (416), welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor (418) für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit (412) umfassen; wenigstens einen ersten Ausgang (420) für die erste Stellgröße (402); und wenigstens einen zweiten Ausgang (422) für die zweite Stellgröße (404), wobei die Vorrichtung (400) dazu ausgebildet ist, die erste Stellgröße (402) für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor (410) und der Winkelgeschwindigkeit (412) zu ermitteln und an die erste Phasengruppe bereitzustellen, und die zweite Stellgröße (404) für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor (418) und der Winkelgeschwindigkeit (412) zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen.
Vorrichtung (400) gemäß Anspruch 1, welche ferner dazu ausgebildet ist, die zweite Stellgröße (404) für die zweite Phasengruppe zusätzlich basierend auf einem von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang (414) empfangenen Istwert-Vektor (506; 508) zu ermitteln und an die zweite Phasengruppe bereitzustellen.
Vorrichtung (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Erzeugermodul, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor (410) und den zweiten Sollwert-Vektor (418) basierend auf einem ersten Solldrehmoment für die erste Phasengruppe der Drehfeldmaschine (602) und einem zweiten Solldrehmoment für die zweite Phasengruppe zu erzeugen, und an den jeweiligen Eingang (406; 414) bereitzustellen.
Vorrichtung (400) gemäß Anspruch 3, wobei das Erzeugermodul dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor (410) und den zweiten Sollwert-Vektor (418) derart zu erzeugen, dass das erste Solldrehmoment Null beträgt, und das zweite Solldrehmoment einem Gesamtsolldrehmoment der Drehfeldmaschine (602) entspricht, falls die erste Stellgröße (402) basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor (410) und der Winkelgeschwindigkeit (412), und die zweite Stellgröße (404) basierend auf der Winkelgeschwindigkeit (412) und einer Differenz aus dem zweiten Sollwert-Vektor (418) und dem Istwert-Vektor (506; 508) ermittelt wird.
Vorrichtung (400) gemäß Anspruch 4, wobei das Erzeugermodul dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor (410) und den zweiten Sollwert-Vektor (418) derart zu erzeugen, dass das zweite Solldrehmoment einem oberen Drehmomentgrenzwert für die zweite Phasengruppe, und das erste Solldrehmoment einer Differenz aus dem Gesamtsolldrehmoment und dem oberen Drehmomentgrenzwert für die zweite Phasengruppe entspricht, falls das Gesamtsolldrehmoment größer ist als der obere Drehmomentgrenzwert.
Vorrichtung (400) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Erzeugermodul dazu ausgebildet ist, den ersten Sollwert-Vektor (410) und den zweiten Sollwert-Vektor (418) derart zu erzeugen, dass das erste Solldrehmoment und das zweite Solldrehmoment jeweils 50 Prozent des Gesamtsolldrehmoments der Drehfeldmaschine (602) entsprechen, falls die erste Stellgröße basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor (410) und der Winkelgeschwindigkeit (412), und die zweite Stellgröße basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor (418) und der Winkelgeschwindigkeit (412) ermittelt wird.
Vorrichtung (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, welche ferner dazu ausgebildet ist, die erste oder zweite Stellgröße (402; 404) derart zu ermitteln, dass ein tatsächlicher Wert der ersten oder zweiten Stellgröße (402; 404) von einem auf dem ersten oder zweiten Sollwert-Vektor (410; 418) und der Winkelgeschwindigkeit (412) basierenden Wert abweicht.
Vorrichtung (400) gemäß Anspruch 7, wobei die erste oder zweite Stellgröße (402; 404) jeweils einer Spannungsvorgabe mit einer ersten Vektorkomponente U_sdi (518-1; 520-1) und einer zweiten Vektorkomponente U_sqi (518-2; 520-2) entsprechen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die erste oder zweite Stellgröße (402; 404) basierend auf den Gleichungen
für die erste Vektorkomponente (518-1; 520-1) und
für die zweite Vektorkomponente (518-2; 520-2) zu ermitteln, wobei T_dij, T_qij eine maschinenabhängige Zeitkonstante, T_i eine gewünschte Zeitkonstante, s ein bilinearer Transformationsparameter, I_sdiRef, I_sqiRef Vektorkomponenten (502-1; 502-2; 504-1; 504-2) des Sollwert-Vektors (410; 418) und R_s ein Statorwiderstand der Drehfeldmaschine (602) sind.
Vorrichtung (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Entkopplungsmodul (516; 516-1; 516-2), welches dazu ausgebildet ist, einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße (402) für die erste Phasengruppe oder einen induktiven Einfluss einer Phase der ersten Phasengruppe von der Stellgröße (404) für die zweite Phasengruppe zu entkoppeln.
Vorrichtung (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste und die zweite Phasengruppe jeweils drei Phasen umfassen, und wobei die Drehfeldmaschine (602) eine sechsphasige Drehfeldmaschine ist.
Vorrichtung (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Drehfeldmaschine (602) eine permanenterregte Synchronmaschine ist.
Verfahren (1100) zum Bereitstellen einer ersten Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine und einer zweiten Stellgröße für eine zweite Phasengruppe aus der Mehrzahl von Phasengruppen, umfassend: Empfangen (1110) erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Sollwert-Vektor für die erste Phasengruppe und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors der Drehfeldmaschine umfassen; Empfangen (1120) zweiter Eingangsgrößen, welche wenigstens einen zweiten Sollwert-Vektor für die zweite Phasengruppe und die Winkelgeschwindigkeit umfassen; Ermitteln (1130) der ersten Stellgröße für die erste Phasengruppe basierend auf dem ersten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit; und Ermitteln (1140) der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe wenigstens basierend auf dem zweiten Sollwert-Vektor und der Winkelgeschwindigkeit.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 12, ferner umfassend: Ermitteln (1150) der zweiten Stellgröße für die zweite Phasengruppe basierend auf der Winkelgeschwindigkeit und einer Differenz aus dem zweiten Sollwert-Vektor und einem von der zweiten Phasengruppe über den zweiten Eingang empfangenen Istwert-Vektor.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens (1100) gemäß Anspruch 12 oder 13, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.