DE102015221310A1

DE102015221310A1 - Vorrichtung, Verfahren und Programm zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE102015221310A1
Application number: DE102015221310.2A
Authority: DE
Inventors: Hassan Lamsahel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung (100-1; 100-2) zum Bereitstellen einer Stellgröße (102) für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine. Die Vorrichtung (100-1; 100-2) umfasst wenigstens einen ersten Eingang (104) für erste Eingangsgrößen (106) umfassend einen ersten Ist-Strom (108) der ersten Phasengruppe und umfassend eine erste Regelabweichung (110) zwischen dem ersten Ist-Strom (108) und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe. Die Vorrichtung (100-1; 100-2) umfasst zudem wenigstens einen zweiten Eingang (112) für zweite Eingangsgrößen (114) umfassend einen zweiten Ist-Strom (116) einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen. Die Vorrichtung (100-1; 100-2) umfasst weiterhin wenigstens einen Ausgang (118) für die Stellgröße (102). Dabei ist die Vorrichtung (100-1; 100-2) dazu ausgebildet, um die Stellgröße (102) basierend auf sowohl den ersten (106) als auch den zweiten Eingangsgrößen (108) zu ermitteln.

Description

Nachfolgende Ausführungsbeispiele liegen auf dem Gebiet der Vorrichtungen, Verfahren und Programme zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine.
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 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 hierbei der Fall sein, dass ungewollte Wechselwirkungen zwischen Phasenströmen, die an den Phasen anliegen und den getrennten Regelkreisen auftreten, wodurch eine genaue Regelung kompliziert werden kann. 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 eine Regelung einer mehrphasigen Drehfeldmaschine zu schaffen.
Diesem Bedarf tragen eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Programm zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen ersten Eingang für erste Eingangsgrößen umfassend einen ersten Ist-Strom der ersten Phasengruppe und umfassend eine erste Regelabweichung zwischen dem ersten Ist-Strom und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe. Die Vorrichtung umfasst zudem wenigstens einen zweiten Eingang für zweite Eingangsgrößen umfassend einen zweiten Ist-Strom einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens einen Ausgang für die Stellgröße. Dabei ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, um die Stellgröße basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten Eingangsgrößen zu ermitteln. Die Stellgröße kann beispielsweise eine Spannungsvorgabe umfassen. Anders ausgedrückt können Einflüsse der ersten und der zweiten Eingangsgrößen aufeinander bei der Ermittlung der Stellgröße berücksichtigt werden. Die Regelabweichung kann beispielsweise einen Strom, oder eine Differenz zwischen einem Soll-Strom und einem Ist-Strom 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 geregelt oder angesteuert werden. Somit kann ein Konzept zur Entwicklung eines Entkopplungsnetzwerkes (ENW) für eine feldorientierte Regelung (FOR) bei der Reglung einer mehrphasigen Drehfeldmaschine verbessert werden. Das ENW kann zu einer verbesserten Entkopplung unterschiedlicher Vektorkomponenten von Zustandsgrößen der Maschine sowie der (z. B. aus je drei Phasen gebildeten) Phasengruppen der Maschine führen. Beispielsweise bei einem diskreten System mit großer Reglungs-Abtastperiode kann so eine verbesserte Entkopplung erreicht werden, und die Regler für die einzelnen Ist-Ströme stärker entlasten.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner ein Entkopplungsmodul, welches dazu ausgebildet ist, um einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße für die erste Phasengruppe zu entkoppeln. Das besagte Entkopplungsnetzwerk kann somit durch ein dediziertes Entkopplungsmodul realisiert werden, welches beispielsweise als integrierte Schaltung vorliegen, und den ersten Eingang, den zweiten Eingang und den Ausgang umfassen kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, eine erste Vektorkomponente und eine zweite Vektorkomponente der ersten Regelabweichung über den ersten Eingang zu empfangen. Die Vorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, eine erste Vektorkomponente und eine zweite Vektorkomponente der Stellgröße basierend auf sowohl dem ersten und zweiten Ist-Strom als auch der ersten und der zweiten Vektorkomponente der ersten Regelabweichung zu ermitteln. Regelabweichung oder Stellgröße können beispielsweise als Vektoren in einem zweidimensionalen Koordinatensystem vorliegen, und entsprechend zwei Vektorkomponenten umfassen. Ebenso können der erste oder der zweite Ist-Strom Vektoren in diesem Koordinatensystem mit jeweils zwei Komponenten sein. Somit kann nicht nur ein Gesamteinfluss der ersten und zweiten Ist-Ströme aufeinander, sondern auch Wechselwirkungen zwischen einzelnen Komponenten derselben aufeinander aufgelöst werden, was eine genauere Berechnung für eine einzelne Komponente ermöglichen kann.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, die Stellgröße unter Berücksichtigung einer zeitlichen Verzögerung einer ersten Vektorkomponente oder einer zweiten Vektorkomponente der ersten Regelabweichung bereitzustellen. Die zeitliche Verzögerung kann beispielsweise durch ein Verhalten der Drehfeldmaschine hervorgerufen werden, und z. B. dem Verhalten eines Verzögerungsglieds 1. Ordnung (PT1-Glied) entsprechen. Dadurch kann es unter Umständen ermöglich werden, ein Maschinenverhalten, und dadurch hervorgerufene zeitliche Schwankungen bei den Regelabweichungen oder auch bei rückgeführten Größen, wie dem ersten und zweiten Ist-Strom, bei der Berechnung der Stellgröße in Bezug zu nehmen, und so die Genauigkeit der Berechnung weiter zu verbessern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner einen weiteren Ausgang für eine weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe. Dabei ist die Vorrichtung ausgebildet, um die weitere Stellgröße basierend auf sowohl einer an dem zweiten Eingang empfangenen zweiten Regelabweichung zwischen dem zweiten Ist-Strom und einem Soll-Strom der zweiten Phasengruppe als auch dem ersten Ist-Strom zu ermitteln. Hiermit kann eine Möglichkeit geschaffen werden, eine genauere Bestimmung von Stellgrößen nicht nur für Phasen der ersten Phasengruppe, sondern auch für Phasen weiterer Phasengruppen (z. B. der zweiten) durchzuführen, und diese in einem Regelkreis bereitzustellen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner einen ersten Vektormodulator, welcher dazu ausgebildet ist, die Stellgröße für die erste Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der Stellgröße und einer ersten Versorgungsspannung ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal für eine Phase der ersten Phasengruppe bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst zudem einen zweiten Vektormodulator, welcher dazu ausgebildet ist, die weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der weiteren Stellgröße und einer von der ersten Versorgungsspannung verschiedenen zweiten Versorgungsspannung ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal für eine Phase der zweiten Phasengruppe bereitzustellen. Dies kann bedeuten, dass eine Notwendigkeit für Versorgungsspannungen aus einer gemeinsamen Quelle oder zumindest gleich hohe Versorgungsspannungen zum Regeln mehrerer Phasengruppen entfallen kann. Anders ausgedrückt kann ein ruhiger Betrieb der Drehfeldmaschine und eine verbesserte Entkopplung beim Ermitteln der Stellgrößen auch mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen erreicht werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner einen mittels der ersten Versorgungsspannung versorgten ersten Wechselrichter. Der erste Wechselrichter ist dazu ausgebildet, basierend auf dem ersten pulsweitenmodulierten Signal einen ersten Phasenstrom für die Phase der ersten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem ersten Phasenstrom den ersten Ist-Strom an den ersten Eingang bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst zudem einen mittels der zweiten Versorgungsspannung versorgten zweiten Wechselrichter. Der zweite Wechselrichter ist dazu ausgebildet, basierend auf dem zweiten pulsweitenmodulierten Signal einen zweiten Phasenstrom für die Phase der zweiten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem zweiten Phasenstrom den zweiten Ist-Strom an den zweiten Eingang bereitzustellen. Mit anderen Worten kann der Ist-Strom z. B. als Dreikomponentenstrom bereitgestellt, und vor dem Empfang am Eingang in ein Zweikoordinatensystem transformiert werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung ferner eine Drehfeldmaschine, welche wenigstens die erste und die zweite Phasengruppe aufweist. Dabei ist eine Phase der ersten Phasengruppe dazu ausgebildet, den ersten Phasenstrom zu empfangen, und eine Phase der zweiten Phasengruppe dazu ausgebildet, den zweiten Phasenstrom zu empfangen. Die Phase ist hierbei beispielsweise eine leitende elektrische Verbindung, welche dazu ausgebildet ist, durch elektromagnetische Induktion eine Kraft auf einen Rotor einer Drehfeldmaschine auszuüben. Hiervon zu unterscheiden ist beispielsweise ein einem bestimmten Zeitpunkt zugeordneter Wert eines zeitlich periodisch veränderlichen Stromes, oder ein zeitlicher Versatz bei einem Verlauf zweier periodisch veränderlicher Ströme. Im Nachfolgenden wird der besagte Wert zur besseren Unterscheidung auch als „Phasenwinkel”, und der besagte Versatz als „Phasendifferenz” bezeichnet.
Bei einigen 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 ähnlich durchzuführen, wie bei zwei dreiphasigen Maschinen, was die Implementierung des Regelkreises ggf. vereinfachen kann.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Drehfeldmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine. Bei Anwendungsgebieten, bei denen permanenterregte Synchronmaschinen zum Einsatz kommen, kann somit ggf. eine verbesserte Dynamik eines Reglers bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine. Das Verfahren umfasst ein Empfangen erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Ist-Strom der ersten Phasengruppe und eine erste Regelabweichung zwischen dem ersten Ist-Strom und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe umfassen. Das Verfahren umfasst zudem ein Empfangen zweiter Eingangsgrößen, welche einen zweiten Ist-Strom einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen umfassen. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Ermitteln der Stellgröße basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten Eingangsgrößen. Dies kann zu einer höheren Genauigkeit der Regelung pro Durchlaufzyklus des Regelkreises, oder anders ausgedrückt, zu einer verbesserten Dynamik des Reglers führen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen erfolgt das Ermitteln der Stellgröße basierend auf dem ersten Ist-Strom und dem zweiten Ist-Strom, sodass dadurch ein den ersten Ist-Strom verändernder induktiver Einfluss einer zweiten Phase der zweiten Phasengruppe und eines Rotors der Drehfeldmaschine auf eine erste Phase der ersten Phasengruppe durch die Stellgröße berücksichtigt wird. Induktive Einflüsse der Phasen verschiedener Phasengruppen aufeinander, welche ggf. über verschiedene Wechselrichter regelbar sind, können somit bei einem Berechnen einer Stellgröße, z. B. Spannungsvorgabe, berücksichtigt und herausgerechnet werden. Dies kann bewirken, dass Regelabweichungen bei einem nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises geringer ausfallen als ohne Berücksichtigung des gegenseitigen Einflusses. Dadurch kann ein Regler möglicherweise entlastet werden, sodass dieser effektiver für eine Ausregelung weiterer Fehler nutzbar werden kann.
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 Vorrichtung zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel;
2 eine Illustration der unterschiedlichen Koordinatensysteme, die zur Bestimmung der für die feldorientierte Regelung relevanten Größen verwendet werden können;
3 eine Synchronmaschine gemäß einem Vergleichsbeispiel;
4 eine Drehfeldmaschine mit mehreren Phasengruppen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine gemäß einem detaillierten Ausführungsbeispiel;
6 einen Verlauf von Soll- und Ist-Strömen zweier Phasengruppen, Phasenströmen der Phasen der Phasengruppen und einer Drehzahl über die Zeit mit feldorientierter Regelung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 einen Verlauf von Soll- und Ist-Strömen zweier Phasengruppen, Phasenströmen der Phasen der Phasengruppen und einer Drehzahl über die Zeit mit feldorientierter Regelung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine 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 Pluralformen 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 (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.
Konventionelle Konzepte für die Entkopplung der beiden Achsen d und q bei einer feldorientierten Regelung (FOR) für eine dreiphasige PSM versuchen, die Wechselwirkungen zwischen den beiden Achsen (d und q) zu kompensieren, um eine schnelle und ruhige Regelung zu erreichen. Ein einfaches Vergleichsbeispiel umfasst ein Entkopplungsnetzwerk, welches umgeformte, differentielle Gleichungen der Maschine verwendet. Dabei können in kontinuierlicher Form nur die Spannungsabfälle zum Ausgang der Regler vorgesteuert sein. Für eine mehrphasige (z. B. sechsphasige) PSM ist es jedoch wünschenswert, zusätzlich zu Wechselwirkungen zwischen den beiden Achsen d und q der einzelnen dreiphasigen Wicklungen (hierin „Phasengruppen” genannt), noch die Wechselwirkungen zwischen den beiden Phasengruppen der Maschine zu berücksichtigen. Dies kann zu einer erhöhten Komplexität bei der Ansteuerung der Maschine führen. Es kann somit erstrebenswert sein, ein Entkopplungsnetzwerk, das die genannten oder alle genseitigen Wechselwirkungen in einer z. B. sechsphasigen Maschine (PSM) kompensiert, zu schaffen.
Um ein gutes Entkopplungsnetzwerk für die Ansteuerung einer mehrphasigen PSM zu realisieren, schaffen Ausführungsbeispiele ein Konzept, welches z. B. bei einem diskreten System mit einer großen Reglungs-Abtastperiode (günstige Mikrokontroller), verglichen mit konventionellen Systemen, realisierbar sein kann. Eine gute Entkopplung der beiden Achsen d und q sowie mehrerer (beispielsweise zweier) Phasengruppen der Maschine kann den Regler stark entlasten, sodass dieser gezielt hauptsächlich für die Ausregelung der restlichen Fehler einsetzbar werden kann. Das kann zu einer besseren Dynamik des gesamten Reglers führen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100-1 zum Bereitstellen einer Stellgröße 102 für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine. Die Vorrichtung 100-1 umfasst wenigstens einen ersten Eingang 104 für erste Eingangsgrößen 106, umfassend einen ersten Ist-Strom 108 der ersten Phasengruppe und umfassend eine erste Regelabweichung 110 zwischen dem ersten Ist-Strom 108 und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe. Die Vorrichtung 100-1 umfasst zudem wenigstens einen zweiten Eingang 112 für zweite Eingangsgrößen 114, umfassend einen zweiten Ist-Strom 116 einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen. Die Vorrichtung 100-1 umfasst weiterhin wenigstens einen Ausgang 118 für die Stellgröße 102. Dabei ist die Vorrichtung 100-1 dazu ausgebildet, um die Stellgröße 102 basierend auf sowohl den ersten Eingangsgrößen 106 als auch den zweiten Eingangsgrößen 114 zu ermitteln. Somit kann ein Konzept zur Entwicklung eines Entkopplungsnetzwerkes (ENW) für die FOR bei der Reglung einer beispielsweise sechsphasigen Maschine (PSM) verbessert werden. Das ENW kann zu einer verbesserten Entkopplung der beiden Koordinatenachsen d und q, durch welche z. B. ein Strom für eine Phase beschrieben werden kann, sowie der (z. B. aus je drei Phasen gebildeten) Phasengruppen der Maschine führen. Beispielsweise bei diskretem System mit großer Reglungs-Abtastperiode (günstige Mikrokontroller) kann eine verbesserte Entkopplung erreicht werden, um die Regler für die einzelnen Ist-Ströme 108; 116 stärker zu entlasten.
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.
2 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) 200 des Rotors sind in der Mitte abgebildet. Ein Dreikoordinatensystem (u, v, w) mit den dazugehörigen Achsen 210-1, 210-2 und 210-3 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 215-1, 215-2 und 215-3 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 220-1 verläuft parallel zum maximalen magnetischen Fluss 200 des permanent erregten Läufers, und die q-Achse 220-2 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 2 gezeigten Darstellung ohne Beschränkung der Allgemeinheit die α₁-Achse 230-1 so gewählt ist, dass diese identisch zur u-Achse 210-1 des u, v, w-Koordinatensystems verläuft, und die β₁-Achse 230-2 senkrecht darauf. Entsprechend ist die α₂-Achse 235-1 so gewählt, dass diese identisch zur x-Achse 215-1 des x, y, z-Koordinatensystems verläuft, und die β₂-Achse 235-2 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.
3 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer FOR für eine sechsphasige PSM 302 im Überblick. Die sechsphasige PSM 302 umfasst einen Rotor 304 und einen Stator 306, der zwei Maschinenteile 308-1; 308-2 mit jeweils drei Phasen umfasst. Ein erster Maschinenteil 308-1 wird über einen ersten Wechselrichter 310-1, und der zweite Maschinenteil 308-2 wird über einen zweiten Wechselrichter 310-2 geregelt. Eine Spannungsversorgung u_dc1 des ersten Wechselrichters 310-1 kann gleich oder, wie in 3 gezeigt, unterschiedlich oder auch unabhängig von einer Spannungsversorgung u_dc2 des zweiten Wechselrichters 310-2 ausgewählt werden.
Der erste Wechselrichter 310-1 empfängt einen ersten Signalsatz 312-1 von einem ersten Regelkreis 314-1, und der zweite Wechselrichter 310-2 empfängt einen zweiten Signalsatz 314-2 von einem zweiten Regelkreis 314-2. Die Signalsätze umfassen jeweils drei PWM Signale. Zur Bestimmung der PWM-Signale des ersten Signalsatzes 312-1 empfängt der erste Regelkreis 314-1 Rückführströme 316-1 des ersten Maschinenteils 308-1 und einen ersten Satz von Soll- oder Führungsgrößen 318-1. Zur Bestimmung der PWM-Signale des zweiten Signalsatzes 312-1 empfängt entsprechend der zweite Regelkreis 314-2 Rückführströme 316-2 des zweiten Maschinenteils 308-2 und einen zweiten Satz von Soll- oder Führungsgrößen 318-2.
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 308-1; 308-2 für sich genommen zu kompensieren, kann der erste Regelkreis 3-1 und der zweite Regelkreis 3-2 jeweils ein eigenes Entkopplungsnetzwerk umfassen. Jedoch kann eine Möglichkeit, die gegenseitigen Wirkungen der beiden Maschinenteile 308-1; 308-2 untereinander zu kompensieren, hierbei nicht gegeben sein.
Mithilfe der in 2 veranschaulichten Koordinatensysteme wird im Folgenden erklärt, wie eine PSM mit einer Vorrichtung zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen der PSM 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.

Im folgenden Ausführungsbeispiel, welches 4 zeigt, wird eine Drehfeldmaschine 402 beispielhaft als sechsphasige PSM modelliert, um die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phasen oder Spulen der Maschine in Form von Formeln nachzubilden. 4 zeigt einen Aufbau der sechsphasigen PSM 402 mit einem Rotor 404 und einem Stator 406. Der Stator umfasst die erste Phasengruppe u, v, w und die zweite Phasengruppe x, y, z, die mit einem beliebigen elektrischen Winkel γ·Z_P versetzt sind. Ist der Winkel γ bzw. γ·Z_P gleich Null, so sind die beiden Phasengruppen in Phase, oder anders ausgedrückt, die Phasendifferenz verschwindet. Die PSM 402 kann beispielsweise von der in 1 gezeigten Vorrichtung umfasst sein. Die Vorrichtung kann weiterhin einen ersten Wechselrichter 410-1 umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, basierend auf einem ersten pulsweitenmodulierten Signal einen ersten Phasenstrom 408-1 für die Phase u, v oder w der ersten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem ersten Phasenstrom 408-1 den ersten Ist-Strom an den ersten Eingang bereitzustellen. Die Vorrichtung kann zudem einen zweiten Wechselrichter 410-2 umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, basierend auf einem zweiten pulsweitenmodulierten Signal einen zweiten Phasenstrom 408-2 für die Phase x, y oder z der zweiten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem zweiten Phasenstrom 408-2 den zweiten Ist-Strom an den zweiten Eingang bereitzustellen. Der Ist-Strom kann z. B. als Dreikomponentenstrom bereitgestellt, und vor dem Empfang am Eingang in ein Zweikoordinatensystem transformiert werden. Anders ausgedrückt können sich ein Phasenstrom 408-1 oder 408-2 und ein Ist-Strom 108 oder 116 lediglich durch ihre Darstellung in verschiedenen Koordinatensystemen voneinander unterscheiden. Eine erste Versorgungsspannung u_dc1, beispielsweise Batteriespannung versorgt den ersten Wechselrichter 410-1, und eine zweite Versorgungsspannung u_dc2 den zweiten Wechselrichter 410-2. Die Versorgungsspannungen u_dc1 und u_dc2 können gleich oder verschieden hoch sein, und aus separaten Spannungsquellen bezogen werden.
Die Phase u, v und/oder w der ersten Phasengruppe ist dazu ausgebildet, den ersten Phasenstrom 408-1 zu empfangen, und die Phase x, y oder z der zweiten Phasengruppe ist dazu ausgebildet, den zweiten Phasenstrom 408-2 zu empfangen. Die Phase ist hierbei beispielsweise eine elektrisch leitende Spule, welche dazu ausgebildet ist, durch elektromagnetische Induktion eine Kraft auf den Rotor 404 der PSM 402 auszuüben.
Die Induktivität einer Achse kann als Summe dreier Summanden ausgedrückt werden, welche im Folgenden genauer beschrieben werden. Dabei ist L_ls die Streuinduktivität einer Phase oder Spule, L_a die konstante Hauptinduktivität einer Spule und L_b die winkelabhängige Induktivität des Rotors. Dementsprechend ergibt sich eine Matrix der Induktivitäten [L_ss] zu: [L_ss] = [L_ls] + [L_a] + [L_b] GL. 1
Die Streuinduktivität [L_ls] ist sehr klein im Vergleich zur Hauptinduktivität [L_a], weshalb der Einfluss auf benachbarte Spulen vernachlässigt werden kann. Die Streuinduktivität kann anders formuliert nur auf die eigene Spule wirken, woraus sich ergibt:
Die Hauptinduktivität einer Spule hat den größten Anteil am magnetischen Fluss einer Phase, und kann eine wesentliche Wirkung auf benachbarte Spulen haben. Aus diesem Grund können die Wechselwirkungen betrachtet werden, indem die Hauptinduktivität der verursachenden Spule auf die betrachtete Spule umgerechnet wird:
Die magnetische Leitfähigkeit in Richtung einer Spule kann von der Lage des Rotors abhängen, weil der Fluss durch den Stator und den Rotor geht. Umso kleiner ein Luftspalt zwischen Stator und Rotor ist, desto höher kann die magnetische Leitfähigkeit sein. Die Induktivität kann bei θ = 0° in Richtung von Spule u minimal, und bei θ = 90° maximal sein. Dementsprechend kann die Amplitude L_b bei θ = 0° minimal und bei θ = 90° maximal sein. Man erhält die Matrix für L_b:
Für die Herleitung der Spannungsgleichungen in d, q-Koordinaten, werden zwei allgemeine Gleichungen für die Spannung U_s und den magnetischen Fluss ψ_s verwendet:
Für den Fluss gilt: [ψ_s] = [L_ss]·[I_s] GL. 6 Mit: [R_s] = R_s·[1]_6×6 GL. 7
In Statorkoordinaten werden die verwendeten elektrischen Größen wie folgt definiert: [I_s] = [I_u, I_v, I_w, I_x, I_y, I_z]^T [U_s] = [U_u, U_v, U_w, U_x, U_y, U_z]^T [ψ_s] = [ψ_u, ψ_v, ψ_w, ψ_x, ψ_y, ψ_z]^T
Mit Transformation der Spannungsgleichungen von den Dreikoordinatensystemen (u, v, w und x, y, z) in die mit dem Rotor drehenden Zweikoordinatensysteme (d1, q1 für die erste Phasengruppe (u, v, w) und d2, q2 für die zweite Phasengruppe (x, y, z)) erhält man, nach Umformen und Vereinfachen, die Spannungsgleichungen für jede Achse der Maschine:
Die Induktivitäten können in dem d, q-Koordinatensystem zu neuen Größen umgeschrieben werden. Die Hauptinduktivitäten in d₁- und d₂-Achsen sind damit:
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:
Durch Einsetzen der Induktivitäten aus GL. 12–15 in GL. 8–11 kann eine neue Schreibweise der differentiellen Gleichungen der Maschine im d, q-Koordinatensystem erhalten werden. Für die d₁-Achse gilt:
Für die q₁-Achse gilt:
Für die d₂-Achse gilt:
Für die q₂-Achse gilt:
5 zeigt ein detailliertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100-2. Komponenten, die eine Entsprechung in einer der vorangegangenen Figuren besitzen, tragen hierin dieselben Bezugszeichen, und sind hierin nicht nochmals erklärt. Vielmehr wird lediglich auf eventuell vorhandene Unterschiede eingegangen. Zunächst werden Soll-Stromwerte I_sd1* 502-1 und I_sq1* 502-2 für die erste Phasengruppe und Soll-Stromwerte I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 für die zweite Phasengruppe im d, q-Koordinatensystem berechnet. Durch Subtraktion der jeweiligen Ist-Stromwerte I_sd1 506-1 und I_sq1 506-2 für die erste Phasengruppe (u, v, w) und I_sd2 508-1 und I_sq2 508-2 für die zweite Phasengruppe (x, y, z) werden jeweils Regelabweichungen Y_d1 510-1 und Y_q1 510-2 für die erste Phasengruppe, und Y_d2 512-1 und Y_q2 512-2 für die zweite Phasengruppe ermittelt, die jeweils von einem Proportional-Integralregler 514-1; 514-2; 514-3 und 514-4 verarbeitet werden.
Mit anderen Worten kann bei der FOR abhängig von dieser Differenz jeweils ein Strom Y als Ausgang der PI-Regler 514-1; 514-2; 514-3 und 514-4 generiert werden, der sich nach mehreren Durchläufen der Regelschleife so ändert, bis die Differenz verschwindet. Dazu kann ein Vorsteuerungsanteil für den Regler verwendet werden. Für den Regler in d1-Achse 514-1 bekommt man an seinem Ausgang: Y_d1 = K_{V_d1}·I_sd1Ref + K_{p_d1}·ΔI_sd1 + K_{I_d1}∫ΔI_sd1·dt GL. 20
Für den Regler in q1-Achse 514-2 gilt: Y_q1 = K_{V_q1}·I_sq1Ref + K_{p_q1}·ΔI_sq1 + K_{I_q1}∫ΔI_sq1·dt GL. 21
Für den Regler in d2-Achse 514-3 bekommt man an seinem Ausgang: Y_d2 = K_{V_d2}·I_sd2Ref + K_{p_d2}·ΔI_sd2 + K_{I_d2}∫ΔI_sd2·dt GL. 22
Für den Regler in q2-Achse 514-4 gilt: Y_q2 = K_{V_q2}·I_sq2Ref + K_{p_q2}·ΔI_sq2 + K_{I_q2}∫ΔI_sq2·dt GL. 23
Hierbei bedeuten:

Y_d1,2:: aktueller Ausgang des PI-Reglers in d1- und d2-Achse,
K_{V_d1,2}:: Verstärkungsfaktor des Vorsteuerungsanteils beim PI-Regler in d1- und d2-Achse,
K_{p_d1,2}:: Verstärkungsfaktor des Proportional-Anteils beim PI-Regler in d1 und d2 Achse
K_{I_d1,2}:: Verstärkungsfaktor des Integral-Anteils (Integrator) beim PI-Regler in d1- und d2-Achse,
ΔI_sd1,2: aktuelle Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert des Stromes in d1- und d2-Achse,
I_sd(1,2)Ref:: aktueller Sollwert des Stromes in d1- und d2-Achse,
T:: Abtastzeit des Reglers,
Y_q1,2:: aktueller Ausgang des PI-Reglers in q1- und q2-Achse,
K_{V_q1,2}:: Verstärkungsfaktor des Vorsteuerungsanteils beim PI-Regler in q1- und q2-Achse,
K_{p_q1,2}:: Verstärkungsfaktor des Proportional-Anteils beim PI-Regler in q1 und q2 Achse
K_{I_q1,2}:: Verstärkungsfaktor des Integral-Anteils (Integrator) beim PI-Regler in q1- und q2-Achse,
ΔI_sq1,2: aktuelle Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert des Stromes in q1- und q2-Achse,
I_sq(1,2)Ref:: aktueller Sollwert des Stromes in q1- und q2-Achse.

Zur Diskretisierung der Integratoren (∫ΔI_sxidt) in den GL. 20–23 kann das sogenannte Tustin-Verfahren angewendet werden.
Die Vorrichtung 100-2 umfasst bei einigen Ausführungsbeispielen, wie 5 zeigt, ein Entkopplungsmodul 516. Dieses kann z. B. der Vorrichtung 100-1 (vgl. 1) entsprechen, und ist dazu ausgebildet, um einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße für die erste Phasengruppe zu entkoppeln.
Das Entkopplungsmodul kann beispielsweise als integrierte Schaltung vorliegen, und den ersten Eingang für die ersten Eingangsgrößen, den zweiten Eingang für die zweiten Eingangsgrößen und den Ausgang für die Stellgröße umfassen. Die ersten Eingangsgrößen umfassen hier die Regelabweichungen Y_d1 510-1 und Y_q1 510-2 sowie die Ist-Stromwerte I_sd1 506-1 und I_sq1 506-2 für die erste Phasengruppe. Die zweiten Eingangsgrößen umfassen die Ist-Stromwerte I_sd2 508-1 und I_sq2 508-2 sowie optional, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, die Regelabweichungen Y_d2 512-1 und Y_q2 512-2 für die zweite Phasengruppe. Die Ist-Stromwerte 506-1; 506-2; 508-1; 508-2 und die Regelabweichungen 510-1; 501-2; 512-1; 512-2 liegen als Vektorkomponenten in dem d, q-Koordinatensystem vor. Entsprechend ist das Entkopplungsmodul 516 dazu ausgebildet, auf diesen basierend eine Vektorkomponente d oder q der Stellgröße zu ermitteln.
Die Ausgänge der PI-Regler oder Regelabweichungen Y_d1 510-1, Y_q1 510-2, Y_d2 512-1 und Y_q2 512-2 können einem Entkopplungsnetzwerk übergeben werden, welches beispielsweise Entkopplungsmodul 516 umfasst, um die gewünschten Spannungen für einen k-ten Regelschleifendurchlauf U_sd1k U_sq1k U_sd2k und U_sq2k zu berechnen. Das Entkopplungsnetzwerk kann dazu ausgebildet sein, die gegenseitigen Abhängigkeiten der beiden Achsen d und q für eine einzelne Phasengruppe und die Abhängigkeit jeder Phasengruppe von einer anderen Phasengruppe zu kompensieren. Zur Ermittlung der Funktionen zur Berechnung der Ausgangspannungen können die differentiellen Gleichungen GL. 12–15 verwendet werden. Somit kann es ermöglicht werden, diese Wechselwirkungen zwischen allen Achsen zu berücksichtigen.
Das Entkopplungsmodul 516 kann anders ausgedrückt dazu ausgebildet sein, einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße 102 für die erste Phasengruppe zu entkoppeln. Die Vorrichtung 100-2 oder das Entkopplungsmodul 516 kann ferner einen weiteren Ausgang für eine weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe umfassen, und dazu ausgebildet sein, um die weitere Stellgröße basierend auf sowohl der Vektorkomponenten der an dem zweiten Eingang empfangenen zweiten Regelabweichung Y_d2 512-1 oder Y_q2 512-2 zwischen den jeweiligen Komponenten I_sd2 508-1 oder I_sq2 508-2 des zweiten Ist-Stroms 116 und eines Soll-Stromwerts I_sd2* 504-1 und I_sq2* 504-2 der zweiten Phasengruppe als auch den Komponenten I_sd1 506-1 oder I_sq1 506-2 des ersten Ist-Stroms 108 zu ermitteln. Die Stellgröße 102 entspricht in 5 den Vektorkomponenten U_sd1k 518-1 und U_sq1k 518-2 einer Stromvorgabe für die erste Phasengruppe. Die weitere Stellgröße entspricht den Komponenten U_sd2k 520-1 und U_sq2k 520-2 einer Stromvorgabe für die zweite Phasengruppe.
Bei der Kompensation der Einflüsse der einzelnen Achsen aufeinander wird die zeitliche Änderung dieser Achsen berücksichtigt. Ihre Stromverläufe verhalten sich in der Regel wie ein Verzögerungsglied erster Ordnung. Damit können die realen Ist-Ströme in der Maschine aus den Sollwerten bei dieser Entkopplung besser nachgebildet werden. Durch Laplace-Transformation der GL. 16 für die d1-Achse, die Berücksichtigung des Verzögerungsverhaltens der Ströme und anschließende zeitliche Diskretisierung ergibt sich mithilfe weiterer Vereinfachungen die diskrete Gleichung der Spannung der d1-Achse (GL. 24).
Die Indexgrößen k und k – 1 bezeichnen dabei jeweils einen k-ten und einen (k – 1)-ten Durchlaufzyklus des Regelkreises.
Analog dazu können die Spannungen in q1-d2- und q2-Achsen ermittelt werden. Dabei können die Terme Ψ·ω_s für die q1- und q2-Spannungen erst zum Schluss aufaddiert werden, da die mechanische Zeitkonstante größer als die elektrische Zeitkonstante sein, und sich somit langsamer ändern kann.
Für die q1-Achse lautet die Spannung U_sq1:
Für die d2-Achse lautet die Spannung U_sd2:
Für die q2-Achse lautet die Spannung U_sq2:
Dabei bezeichnen:

R_s:: einen Statorwiderstand der Maschine,
Ψ:: (= Ψ_PM) den Polradfluss der Maschine,
L_d11:: die Hauptinduktivität in d1-Achse (GL. 12),
L_q11:: die Hauptinduktivität in q1-Achse (GL. 14),
L_d22:: die Hauptinduktivität in d2-Achse (GL. 12),
L_q22:: die Hauptinduktivität in q2-Achse (GL. 14),
L_d12:: die Induktivität entsprechend einem Einfluss der d2-Achse auf die d1-Achse (GL. 13),
L_q12:: die Induktivität entsprechend einem Einfluss der q2-Achse auf dieq1-Achse (GL. 15),
L_d21:: die Induktivität entsprechend einem Einfluss der d1-Achse auf died2-Achse (GL. 13),
Lq21:: die Induktivität entsprechend einem Einfluss der q1-Achse auf die q2-Achse (GL. 15),
ω_s:: (= ω_el) die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine (= n·Z_p·2·π/60),
n:: die Drehzahl der Maschine,
Z_p:: die Polpaarzahl der Maschine,
Ψ_PM:: den Fluss des Permanentmagneten der Maschine,
Y_{d1_k}, Y_{q1_k}:: die PI-Regler-Ausgänge für die d1- und q1-Achsen zu einem aktuellen Abtastschritt,
Y_{d1_k-1}, Y_{q1_k-1}:: die PI-Regler-Ausgänge für die d1- und q1-Achse einen Abtastschritt zuvor,
U_{sd1_k}, U_{sq1_k}:: die geforderten Spannungen im d1-q1-Koordinatensystem zu einem aktuellen Abtastschritt,
U_{sd1_k-1}, U_{sq1_k-1}:: die geforderten Spannungen in d1-q1-Koordinatensystem einen Abtastschritt zuvor, wobei U_{sq1_k-1} einem unmittelbar vorangegangenen Sollwert ohne den Term (Ψ_PM·ω_s) entsprechen kann,
Y_{d2_k}, Y_{q2_k}:: die PI-Regler-Ausgänge für die d2- und q2-Achsen zu einem aktuellen Abtastschritt,
Y_{d2_k-1}, Y_{q2_k-1}:: die PI-Regler-Ausgänge für die d2- und q2-Achse einen Abtastschritt zuvor,
U_{sd2_k}, U_{sq2_k}:: die geforderten Spannungen im d2-q2-Koordinatensystem zu einem aktuellen Abtastschritt,
U_{sd2_k-1}, U_{sq2_k-1}:: die geforderten Spannungen in d2-q2-Koordinatensystem einen Abtastschritt zuvor, wobei U_{sq2_k-1} einem unmittelbar vorangegangenen 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.

Nochmals mit anderen Worten beschrieben, werden in 5 die Differenzen zwischen Soll-Werten und Ist-Werten der Ströme in d1-, q1-, d2- und q2-Achsen ermittelt und an die Eingänge der PI-Regler 514-1 bis 514-4 übergeben. Die PI-Regler 514-1 bis 514-4 berechnen die entsprechenden Sollwerte Y_d1, Y_d2, Y_q1 und Y_q2. Um die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen den Achsen der beiden Phasengruppen sowie zwischen den beiden Phasengruppen gegenseitig zu kompensieren, werden die PI-Regler-Ausgänge an das Entkopplungsmodul 516 weitergeleitet. Dieses führt einen Algorithmus für das Entkopplungsnetzwerk durch, der die Spannungen U_sd1, U_sq1, U_sd2 und U_sq2 durch die Gleichungen GL. 24–27 berechnet. Damit kann eine bessere Dynamik erreicht werden Die PI-Regler können so stark entlastet werden, und nunmehr für eine Kompensation restlicher Abweichungen, um einen stationären Zustand zu erreichen, effektiver genutzt werden. Jeder Teil der Maschine (Phasengruppen u, v, w und x, y, z) kann, ähnlich wie bei einer FOR für dreiphasige Maschinen, angesteuert werden.
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 Stellgrößen als transformierte Stromvorgaben U_sα1 524-1, U_sβ1 524-2, U_sα2 526-1 und U_sβ2 526-2. Für die Transformation der Zustandsgrößen (Spannungen, Ströme oder Flüsse) der Phasengruppe (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-g2-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 5 gezeigten Ausführungsbeispiel 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. Dabei kann es sein, falls die beiden Phasengruppen unterschiedliche Spannungsversorgungen haben, dass die Änderungen der einzelnen Batteriespannungen keinen Einfluss auf die gewünschten d, q-Ströme bei beiden Maschinenteilen haben. Die Vorrichtung 100-2 umfasst ferner einen ersten Vektormodulator 528-1, welcher dazu ausgebildet ist, die Stellgröße für die erste Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der Stellgröße und einer ersten Versorgungsspannung U_dc1 ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal 530-1; 530-2; 530-3 für eine Phase der ersten Phasengruppe bereitzustellen. Die Vorrichtung 100-2 umfasst zudem einen zweiten Vektormodulator 528-2, welcher dazu ausgebildet ist, die weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der weiteren Stellgröße und einer 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 410-1, und das zweite pulsweitenmodulierte Signal 532-1; 532-2; 532-3 wird von einem zweiten Wechselrichter 410-2 empfangen, die z. B. den bereits in 4 gezeigten entsprechen können. Der erste Wechselrichter 410-1 erzeugt den ersten Phasenstrom 408-1 für die Phase u, v oder w der ersten Phasengruppe, und der zweite Wechselrichter 410-2 erzeugt den zweiten Phasenstrom 408-2 für die Phase x, y oder z der zweiten Phasengruppe. Wie bereits erläutert, dienen der erste und zweite Phasenstrom 408-1; 408-2 zum Betreiben der Drehfeldmaschine 402, die entsprechend dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut sein kann. Zusätzlich durchläuft der erste Phasenstrom 408-1 ein erstes Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-1 und der zweite Phasenstrom 408-2 ein zweites Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-2, welche die jeweiligen Phasenströme zuerst in das α, β-Koordinatensystem, und dann in das d, q-Koordinatensystem rücktransformieren, und anschließend als Ist-Ströme 506-1; 506-2; 508-1 und 508-2 zum Ermitteln der Regelabweichungen für einen nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises und an das Entkopplungsmodul 516 bereitstellen.
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 und Polpaarzahl Z_p zu einer Größe aufsummiert werden, welche an das zweite Koordinaten-Transformationsnetzwerk 534-2 zur Umrechnung der zweiten Ist-Ströme 508-1 und 508-2 von α, β- in d, q-Koordinaten verwendet wird. Eine zeitliche Ableitung 542 des Winkels θ_el liefert ferner eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_el, welche an das Entkopplungsmodul 516 bereitgestellt wird.
6 zeigt Simulationsergebnisse für die Regelung einer sechsphasigen PSM-Maschine mit einem in 5 beispielhaft dargestellten Ansteuerkonzept bei gleichen, und 7 bei unterschiedlichen Batteriespannungen. In 6 und 7 sind folgende Größen (von oben nach unten) dargestellt: die Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse 610; 710 und q1-Achse 620; 720 für die erste Phasengruppe der Maschine (u, v, w), und in d2-Achse 630; 730 und q2-Achse 640; 740 für die zweite Phasengruppe der Maschine (x, y, z), der Verlauf der Drehzahl 650; 750, der Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw) 660; 760 und der Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz) 670; 770.
Die Maschine wird bei beiden Simulationen linear auf eine Drehzahl 650; 750 von 5000 rpm beschleunigt. Zum Zeitpunkt t = 0,05 s wird ein Lastsprung in beiden Teilen der Maschine durchgeführt. In 6 sind die Batteriespannungen U_dc1 und U_dc2 gleich (= 12 V). Anders ausgedrückt werden die beiden dreiphasigen Phasengruppen der Maschine hierbei unter gleichen Randbedingungen angesteuert. Die Ströme in d1-Richtung 610, q1-Richtung 620, d2-Richtung 630 und q2-Richtung 640 weisen jeweils einen ruhigeren Verlauf als bei einem konventionellen Konzept auf, und die Wechselwirkungen zwischen diesen können durch das entworfene Entkopplungsnetzwerk besser kompensiert werden. Die Phasenströme 660 und 670 der beiden Phasengruppen sind sinusförmig und haben die gleiche Amplitude.
In 7 sind die Batteriespannungen U_dc1 und U_dc2 unterschiedlich (U_dc1 = 11 V und U_dc2 = 14 V) Trotz der unterschiedlichen Randbedingungen zeigen die beiden dreiphasigen Phasengruppen der Maschine bei ihrer Ansteuerung gemäß dem durch 5 erläuterten Ausführungsbeispiel ein ruhiges Verhalten. Während die dreiphasige Phasengruppe (u, v, w) mit der kleineren Batteriespannung (U_dc1 = 11 V) mehr Strom in d-Richtung 710 bei hohen Drehzahlen erzeugt, kann bei der dreiphasigen Phasengruppe (x, y, z) mit der größeren Batteriespannung (U_dc2 = 14 V) unter Umständen kein d-Strom 730 bei hohen Drehzahlen benötigt werden. Die beiden Maschinenteile oder Phasengruppen erzeugen den gleichen q-Strom 720; 740 im Grunddrehzahlbereich. Mit steigender Drehzahl 750 kann die dreiphasige Phasengruppe mit der kleinen Batteriespannung einen kleineren q-Strom 720 (bzw. kleineres Drehmoment) erzeugen. Auch bei diesem Beispiel können die Ströme in d1-Richtung 710, q1-Richtung 720, d2-Richtung 730 und q2-Richtung 740 einen ruhigeren Verlauf als bei einem konventionellen Konzept aufweisen, und die Wechselwirkungen zwischen diesen trotz unterschiedlicher Batteriespannungen durch das entworfene ENW besser kompensiert werden. Die Phasenströme der beiden Wicklungen sind sinusförmig und haben unterschiedliche Amplituden.
Durch das entworfene ENW können die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen d und q für jede dreiphasige Phasengruppe sowie die Abhängigkeit jeder dreiphasigen Phasengruppe von der anderen dreiphasigen Phasengruppe besser kompensiert werden. Damit kann ggf. eine bessere Dynamik und gute stationäre Genauigkeit erreicht werden.
8 zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 800 zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine. Das Verfahren 800 umfasst ein Empfangen 810 erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Ist-Strom der ersten Phasengruppe und eine erste Regelabweichung zwischen dem ersten Ist-Strom und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe umfassen. Das Verfahren 800 umfasst zudem ein Empfangen 820 zweiter Eingangsgrößen, welche einen zweiten Ist-Strom einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen umfassen. Das Verfahren 800 umfasst weiterhin ein Ermitteln 830 der Stellgröße basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten Eingangsgrößen. Dies kann zu einer höheren Genauigkeit der Regelung pro Durchlaufzyklus des Regelkreises, oder anders ausgedrückt, zu einer verbesserten Dynamik des Reglers führen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen erfolgt das Ermitteln 830 der Stellgröße basierend auf dem ersten Ist-Strom und dem zweiten Ist-Strom, sodass dadurch ein den ersten Ist-Strom verändernder induktiver Einfluss einer zweiten Phase der zweiten Phasengruppe und eines Rotors der Drehfeldmaschine auf eine erste Phase der ersten Phasengruppe durch die Stellgröße berücksichtigt wird. Induktive Einflüsse der Phasen verschiedener Phasengruppen aufeinander, welche ggf. über verschiedene Wechselrichter regelbar sind, können somit bei einem Berechnen einer Stellgröße, z. B. Spannungsvorgabe, herausgerechnet werden. Dies kann bewirken, dass Regelabweichungen bei einem nachfolgenden Durchlauf des Regelkreises geringer ausfallen als ohne Berücksichtigung des gegenseitigen Einflusses. Dadurch kann ein Regler möglicherweise entlastet werden, sodass dieser effektiver für eine Ausregelung weiterer Fehler nutzbar werden kann.
Mit einer mehr-(z. B. sechs-)phasigen Maschine gemäß Ausführungsbeispielen kann der Ausfall des gesamten elektrischen Antriebes bei manchen Fehlern (Ausfall einer Spannungsversorgung oder Kurzschluss der Phasengruppen) vermieden werden. Für einen redundanten Antrieb kann ein Herstellungs-, Betriebs- oder Wartungsaufwand einer sechsphasigen Maschine viel kleiner als für zwei dreiphasige PSM-Maschinen werden. So kann z. B. ein zusätzlicher Rotor mit teuren Magneten entfallen, und so Kosten sparen, oder auch ein gemeinsamer Stator mit ähnlichem Eisengehalt wie bei einer einzigen dreiphasigen PSM Maschine verwendet werden. Bei einem möglichen Ausfall einer Spannungsversorgung oder Fehler in einer der beiden dreiphasigen Phasengruppen kann die Maschine mindestens mit der Hälfte einer gesamten Leistung betrieben werden. Durch das entwickelte Konzept der Ansteuerung kann die beispielhaft als sechsphasige PSM ausgeführte Maschine auf verbesserte Weise geregelt werden. Durch das entwickelte Konzept des Entkopplungsnetzwerkes kann es möglich sein, dass die Wechselwirkungen zwischen den beiden dreiphasigen Phasengruppen der Maschine besser kompensiert werden. Auch kann eine größere Regelabtastperiode (günstige Mikrokontroller) verwendet werden. Beispielsweise im Bereich der Automobilindustrie können bei Massenproduktionen (wie Lenkungen) damit möglicherweise vermehrt Kosten eingespart werden. Bei Traktionsantrieben (wie z. B. Hybrid- oder Elektroauto) oder Stellantrieben (z. B. Lenkungen) können ggf. Sicherheit für den Benutzer und Redundanz weiter verbessert werden. Durch die Regelung der Maschine gemäß Ausführungsbeispielen werden Stromschwankungen und Überlagerungen der magnetischen Oberwellen in der Maschine womöglich vermieden, die in manchen Strom- oder Drehzahlbereichen Geräuschprobleme verursachen könnten. Raum und Kosten des Antriebes (beispielsweise kann statt zwei dreiphasigen Maschinen eine sechsphasige Maschine eingesetzt werden) können so reduziert werden, und möglicherweise eine kostengünstigere Implementierung ermöglichen.
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 Verfahrensschritt 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

100-1; 100-2: Vorrichtung
102: Stellgröße
104: Erster Eingang
106: Erste Eingangsgrößen
108: Erster Ist-Strom
110: Erste Regelabweichung
112: Zweiter Eingang
114: Zweite Eingangsgrößen
116: Zweiter Ist-Strom
118: Ausgang
200: Flussvektor
210-1: u-Achse
210-2: v-Achse
210-3: w-Achse
215-1: x-Achse
215-2: y-Achse
215-3: z-Achse
220-1: d-Achse
220-2: q-Achse
230-1: α₁-Achse
230-2: β₁-Achse
235-1: α₂-Achse
235-2: β₂-Achse
302: Sechsphasige PSM
304: Rotor
306: Stator
308-1: Erster Maschinenteil
308-2: Zweiter Maschinenteil
310-1: Erster Wechselrichter
310-2: Zweiter Wechselrichter
314-1: Erster Signalsatz
314-2: Zweiter Signalsatz
316-1: Rückführströme des ersten Maschinenteils
316-2: Rückführströme des zweiten Maschinenteils
318-1: Erster Satz von Führungsgrößen
318-2: Zweiter Satz von Führungsgrößen
402: Drehfeldmaschine
404: Rotor
406: Stator
408-1: Erster Phasenstrom
408-2: Zweiter Phasenstrom
410-1: Erster Wechselrichter
410-2: Zweiter Wechselrichter
502-1; 502-2: Soll-Stromwerte für die erste Phasengruppe
504-1; 504-2: Soll-Stromwerte für die zweite Phasengruppe
506-1; 506-2: Ist-Stromwerte für die erste Phasengruppe
508-1; 508-2: Ist-Stromwerte für die zweite Phasengruppe
510-1; 510-2: Vektorkomponenten der ersten Regelabweichung
512-1; 512-2: Vektorkomponenten der zweiten Regelabweichung
514-1; 514-2; 514-3; 514-4: PI-Regler
516: Entkopplungsmodul
518-1; 518-2: Vektorkomponenten einer Stromvorgabe für die erste Phasengruppe
520-1; 520-2: Vektorkomponenten einer Stromvorgabe für die zweite Phasengruppe
522-1: Erster Koordinatentransformator
522-2: Zweiter Koordinatentransformator
524-1; 524-2: Transformierte Stromvorgaben (für die erste Phasengruppe)
526-1; 526-2: Transformierte Stromvorgaben (für die zweite Phasengruppe)
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
610: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse
620: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d2-Achse
630: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q1-Achse
640: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q2-Achse
650: Verlauf der Drehzahl
660: Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw)
670: Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz)
710: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d1-Achse
720: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in d2-Achse
730: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q1-Achse
740: Verläufe der Soll- und Ist-Ströme in q2-Achse
750: Verlauf der Drehzahl
760: Verlauf der Phasenströme (I_su, I_sv, I_sw)
770: Verlauf der Phasenströme (I_sx, I_sy, I_sz)
800: Verfahren
810: Empfangen
820: Empfangen
830: Ermitteln

Claims

Vorrichtung (100-1; 100-2) zum Bereitstellen einer Stellgröße (102) für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine, umfassend: wenigstens einen ersten Eingang (104) für erste Eingangsgrößen (106) umfassend einen ersten Ist-Strom (108) der ersten Phasengruppe und umfassend eine erste Regelabweichung (110) zwischen dem ersten Ist-Strom (108) und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe; wenigstens einen zweiten Eingang (112) für zweite Eingangsgrößen (114) umfassend einen zweiten Ist-Strom (116) einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen; und wenigstens einen Ausgang (118) für die Stellgröße (102); wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, um die Stellgröße (102) basierend auf sowohl den ersten (106) als auch den zweiten Eingangsgrößen (114) zu ermitteln.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ein Entkopplungsmodul (516), welches dazu ausgebildet ist, um einen induktiven Einfluss einer Phase der zweiten Phasengruppe von der Stellgröße (102) für die erste Phasengruppe zu entkoppeln.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, eine erste Vektorkomponente (510-1) und eine zweite Vektorkomponente (510-2) der ersten Regelabweichung über den ersten Eingang zu empfangen, und eine erste Vektorkomponente (518-1) und eine zweite Vektorkomponente (518-2) der Stellgröße (102) basierend auf sowohl dem ersten (108) und zweiten Ist-Strom (116) als auch der ersten (510-1) und der zweiten Vektorkomponente (510-2) der ersten Regelabweichung zu ermitteln.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, welche ferner dazu ausgebildet ist, die Stellgröße (102) unter Berücksichtigung einer zeitlichen Verzögerung einer ersten Vektorkomponente (510-1) oder einer zweiten Vektorkomponente (510-2) der ersten Regelabweichung bereitzustellen.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen weiteren Ausgang für eine weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe; wobei die Vorrichtung (100-1; 100-2) ausgebildet ist, um die weitere Stellgröße basierend auf sowohl einer an dem zweiten Eingang (112) empfangenen zweiten Regelabweichung zwischen dem zweiten Ist-Strom (116) und einem Soll-Strom (504-1; 504-2) der zweiten Phasengruppe als auch dem ersten Ist-Strom (108) zu ermitteln.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß Anspruch 5, ferner umfassend: einen ersten Vektormodulator (528-1), welcher dazu ausgebildet ist, die Stellgröße für die erste Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der Stellgröße und einer ersten Versorgungsspannung ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal (530-1; 530-2; 530-3) für eine Phase der ersten Phasengruppe bereitzustellen, und einen zweiten Vektormodulator (528-2), welcher dazu ausgebildet ist, die weitere Stellgröße für die zweite Phasengruppe zu empfangen, und basierend auf der weiteren Stellgröße und einer von der ersten Versorgungsspannung verschiedenen zweiten Versorgungsspannung ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal (532-1; 532-2; 532-3) für eine Phase der zweiten Phasengruppe bereitzustellen.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß Anspruch 6, ferner umfassend: einen mittels der ersten Versorgungsspannung versorgten ersten Wechselrichter (410-1), welcher dazu ausgebildet ist, basierend auf dem ersten pulsweitenmodulierten Signal (530-1; 530-2; 530-3) einen ersten Phasenstrom (408-1) für die Phase der ersten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem ersten Phasenstrom (408-1) den ersten Ist-Strom (108) an den ersten Eingang bereitzustellen; und einen mittels der zweiten Versorgungsspannung versorgten zweiten Wechselrichter (410-2), welcher dazu ausgebildet ist, basierend auf dem zweiten pulsweitenmodulierten Signal (532-1; 532-2; 532-3) einen zweiten Phasenstrom (408-1) für die Phase der zweiten Phasengruppe zu erzeugen, und basierend auf dem zweiten Phasenstrom (408-1) den zweiten Ist-Strom (116) an den zweiten Eingang bereitzustellen.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine Drehfeldmaschine (402), welche wenigstens die erste und die zweite Phasengruppe aufweist, wobei eine Phase der ersten Phasengruppe dazu ausgebildet ist, den ersten Phasenstrom (408-1) zu empfangen, und wobei eine Phase der zweiten Phasengruppe dazu ausgebildet ist, den zweiten Phasenstrom (408-2) zu empfangen.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Phasengruppe jeweils drei Phasen umfassen, und wobei die Drehfeldmaschine (402) eine sechsphasige Drehfeldmaschine ist.
Vorrichtung (100-1; 100-2) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Drehfeldmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine (402) ist.
Verfahren (800) zum Bereitstellen einer Stellgröße für eine erste Phasengruppe aus einer Mehrzahl von Phasengruppen einer Drehfeldmaschine, umfassend: Empfangen (810) erster Eingangsgrößen, welche einen ersten Ist-Strom der ersten Phasengruppe und eine erste Regelabweichung zwischen dem ersten Ist-Strom und einem Soll-Strom der ersten Phasengruppe umfassen; Empfangen (820) zweiter Eingangsgrößen, welche einen zweiten Ist-Strom einer zweiten Phasengruppe der Mehrzahl der Phasengruppen umfassen; und Ermitteln (830) der Stellgröße basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten Eingangsgrößen.
Verfahren (800) gemäß Anspruch 11, wobei das Ermitteln (830) der Stellgröße basierend auf dem ersten Ist-Strom und dem zweiten Ist-Strom erfolgt, sodass dadurch ein den ersten Ist-Strom verändernder induktiver Einfluss einer zweiten Phase der zweiten Phasengruppe und eines Rotors der Drehfeldmaschine auf eine erste Phase der ersten Phasengruppe durch die Stellgröße berücksichtigt wird.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens (800) gemäß Anspruch 11 oder 12, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.