DE102016220736A1 - Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems, Regelvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem - Google Patents

Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems, Regelvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft die Regelung eines elektrischen Antriebssystems für eine Kompensation von hochfrequenten Störungen, insbesondere von Oberschwingungen auf der Antriebsseite. Hierzu werden die elektrischen Phasenströme zwischen einem Stromrichter und der elektrischen Maschine erfasst und aus diesen Phasenströmen höherfrequente Frequenzanteile, wie beispielsweise Oberschwingungen, extrahiert. Für jede extrahierte Frequenz kann eine separate Regelgröße zur Kompensation generiert werden. Zur Kompensation der Störfrequenzen werden alle generierten Regelgrößen aufsummiert und als Stellgröße dem elektrischen Antriebssystems bereitgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems, sowie eine Regelvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem und ein elektrisches Antriebssystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Regelung eines elektrischen Antriebssystems zur Minimierung von Oberschwingungen.
  • Stand der Technik
  • Die Druckschrift EP 1 531 543 A1 offenbart ein Verfahren zur Stromversorgung eines mehrsträngigen Elektromotors mittels eines pulsbreitenmodulierten Inverters. Eine Steuerschaltung liefert als Ausgangssignal einen dreiphasigen Wechselstrom zur Ansteuerung des Elektromotors. Die Schaltung wird von einer Gleichspannungsquelle gespeist, wobei sich am Eingang der Steuerschaltung eine Zwischenkreiskapazität befindet.
  • Bei ganz oder teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen können im Antriebsstrang Oberschwingungen auftreten. Diese Oberschwingungen können beispielsweise durch verschiedene mechanische Komponenten verursacht werden. Dabei können sich insbesondere Oberschwingungen im Drehmoment von einem Elektromotor auf den elektrischen Antriebsstrang übertragen und dort zu einer zusätzlichen Geräuschentwicklung sowie energetischen Verlusten führen. Diese Oberschwingungen können beispielsweise durch eine entsprechende mechanische Bauweise gedämpft werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Regelvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem gemäß Patentanspruch 1, ein elektrisches Antriebssystem gemäß Patentanspruch 7 sowie ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems gemäß Patentanspruch 8.
  • Demgemäß ist vorgesehen:
  • Eine Regelvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystems mit einem Stromsensor, einer Filtereinrichtung und einer Regeleinrichtung. Der Stromsensor ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Phasenstrom zwischen einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine zu erfassen. Ferner ist der Stromsensor dazu ausgelegt, ein zu dem erfassten Phasenstrom korrespondierendes Sensorsignal bereitzustellen. Die Filtereinrichtung ist dazu ausgelegt, aus dem Sensorsignal des Stromsensors einen vorbestimmten Frequenzanteil zu extrahieren und diesen extrahierten Frequenzanteil als Filtersignal bereitzustellen. Ferner ist die Filtereinrichtung dazu ausgelegt, ein Restsignal bereitzustellen, welches das Sensorsignal ohne den extrahierten Frequenzanteil umfasst. Die Regeleinrichtung ist dazu ausgelegt, basierend auf dem Restsignal und einer Sollwertvorgabe für das elektrische Antriebssystem eine erste Regelgröße zu berechnen. Weiterhin ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, basierend auf dem Filtersignal eine zweite Regelgröße für das elektrische Antriebssystem zu berechnen. Schließlich ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, den Stromrichter unter Verwendung einer Summe aus der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße anzusteuern.
  • Weiterhin ist vorgesehen:
  • Ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, einem Stromrichter und einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung. Insbesondere ist der Stromrichter dabei dazu ausgelegt, die elektrische Maschine basierend auf von der Regelvorrichtung bereitgestellten Stellgröße aus einer Summe der erste Regelgröße und der zweiten Regelgröße anzusteuern.
  • Ferner ist vorgesehen:
  • Ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems mit den Schritten des Erfassens eines elektrischen Phasenstroms zwischen einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine und des Aufteilens des erfassten Phasenstroms in ein Filtersignal mit einem vorbestimmten Frequenzanteil und einem Restsignal ohne den vorbestimmten Frequenzanteil. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Berechnens einer ersten Regelgröße basierend auf dem Restsignal und einer Sollwertvorgabe für das elektrische Antriebssystem und des Berechnens einer zweiten Regelgröße basierend auf dem Filtersignal. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ansteuern des Stromrichters mit einer Stellgröße, die eine Summe aus der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße umfasst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es im Antriebsstrang eines elektrischen Antriebssystems aufgrund verschiedener Ursachen zu Oberschwingungen kommen kann. Diese Oberschwingungen wirken sich bezüglich der Verluste und der Geräuschentwicklung des Antriebssystems negativ aus.
  • Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Regelung für ein elektrisches Antriebssystem vorzusehen, welches eine effiziente Dämpfung oder eine Kompensation der auftretenden Oberschwingungen ermöglicht. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Phasenströme zwischen einem elektrischen Stromrichter und einer elektrischen Maschine zu analysieren. Basierend auf dieser Analyse der Phasenströme ist ein Rückschluss auf in dem elektrischen Antriebssystem auftretende Oberschwingungen möglich. Die Frequenzanteile dieser Oberschwingungen können aus den erfassten Phasenströmen in dem elektrischen Antriebssystem extrahiert werden. Aus diesen extrahierten Oberschwingungen können daraufhin separat geeignete Regelgrößen berechnet werden, die den auftretenden Oberschwingungen gezielt entgegenwirken. Diese zusätzlichen Regelgrößen können der Regelgröße für das Einstellen des Drehmoments in dem elektrischen Antriebssystem in einfacher Weise überlagert werden. Auf diese Weise ist eine gezielte und effiziente Kompensation von auftretenden Oberschwingungen in dem elektrischen Antriebssystem möglich.
  • Durch das gezielte Extrahieren und Kompensieren von Oberschwingungen in dem elektrischen Antriebssystem kann somit die Effizienz des Antriebssystems gesteigert werden. Hierdurch kann insbesondere bei einer vorgegebenen Batteriekapazität einer Traktionsbatterie auch die Reichweite eines Elektrofahrzeugs gesteigert werden. Darüber hinaus kann durch die gezielte Kompensation von Oberschwingungen auch die Geräuschentwicklung in dem elektrischen Antriebssystem reduziert werden. Dies führt nicht zuletzt auch zu einem gesteigerten Fahrkomfort eines Elektrofahrzeugs.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der vorbestimmte Frequenzanteil, der durch die Filtereinrichtung aus dem Sensorsignal des Stromsensors extrahiert wird, mehrere vorgegebene Oberschwingungen, wobei diese Oberschwingungen basierend auf einer Drehfrequenz der elektrischen Maschine in dem Antriebssystem festgelegt werden. Durch das Festlegen der zu extrahierenden Frequenzanteile basierend auf der Drehfrequenz der elektrischen Maschine und deren Oberschwingungen können gezielt die aktuellen Oberschwingungen in dem elektrischen Antriebssystem identifiziert und kompensiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Filtereinrichtung dazu ausgelegt, für jede vorgegebene Oberschwingung einen separaten Frequenzanteil zu extrahieren. Auf diese Weise können mehrere Oberschwingungen des elektrischen Antriebssystems individuell gezielt kompensiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Regeleinrichtung der Regelvorrichtung dazu ausgelegt, die vorgegebenen Oberschwingungen mittels der berechneten zweiten Regelgröße zu kompensieren. Alternativ können auch individuell für jede vorgegebene Oberschwingung Sollwerte vorgegeben werden, auf welche die identifizierten Oberschwingungen des Antriebssystems reduziert werden sollen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Filtereinrichtung einen Bandpassfilter mit komplexen Koeffizienten. Derartige komplexe Filter, welche basierend auf komplexen Filterkoeffizienten gezielt Frequenzen oder Frequenzbereiche extrahieren, sind für die Identifizierung von Oberschwingungen in dem elektrischen Antriebssystem sehr gut geeignet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Regeleinrichtung für jeden extrahierten Frequenzanteil einen individuellen Proportional-Resonant-Regler (PR-Regler). Durch den Einsatz von PR-Reglern ist eine gezielte Regelung von einzelnen vorgegebenen Frequenzanteilen, beispielsweise für eine Kompensation, möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Regelung des elektrischen Antriebssystems umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zum Ermitteln einer Drehfrequenz der elektrischen Maschine, sowie einen Schritt zum Festlegen der vorbestimmten Frequenzanteile basierend auf vorgegebenen Oberschwingungen der ermittelten Drehfrequenz der elektrischen Maschine.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt der Schritt zum Aufteilen des erfassten Phasenstroms für jede vorgegebene Oberschwingung ein separates Filtersignal bereit. Hierbei kann insbesondere für jedes bereitgestellte Filtersignal eine separate zweite Regelgröße berechnet werden. Anschließend kann die Regelung des elektrischen Antriebssystems basierend auf der Summe aller zweiten Regelgrößen und der Summe der ersten Regelgröße erfolgen.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Regelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
    • 2: eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung, wie sie einer Regelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt; und
    • 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Regelvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem umfasst eine elektrische Energiequelle 4, die einen Stromrichter 3 speist. Der Stromrichter 3 generiert Stromsignale, die an den Phasenanschlüssen einer elektrischen Maschine 2 bereitgestellt werden. Weiterhin umfasst das elektrische Antriebssystem eine Regelvorrichtung 1, welche basierend auf einer Sollwertvorgabe M den Stromrichter 3 ansteuert. Die Regelvorrichtung 1 umfasst ferner einen Stromsensor 11, welcher die elektrischen Phasenströme zwischen dem Stromrichter 3 und den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 2 erfasst. Aus diesen elektrischen Phasenströmen kann die Regelvorrichtung 1 Rückschlüsse auf den aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine 2 ermitteln und diesen in den Regelvorgang zur Einstellung der Sollwertvorgabe M einbeziehen.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform erfasst der Stromsensor 11 die elektrischen Phasenströme zwischen dem Stromrichter 3 und der elektrischen Maschine 2 und führt diese in Form von Sensorsignalen einer Filtereinrichtung 12 zu. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass die von dem Stromsensor 11 erfassten Phasenströme bereits in dem Stromsensor 11 in digitale Signale konvertiert werden und somit in digitaler Form der Filtereinrichtung 12 zugeführt werden. Darüber hinaus ist es alternativ auch möglich, dass der Stromsensor 11 zunächst ein analoges Sensorsignal bereitstellt, welches zu den erfassten Phasenströmen korrespondiert. Dieses analoge Sensorsignal kann daraufhin in einem separaten Analog-Digital-Konverter in ein digitales Signal konvertiert werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die von dem Stromrichter 11 bereitgestellten Sensorsignale auch in analoger Form der Filtereinrichtung 12 zugeführt werden und erst zu einem späteren Zeitpunkt im Signalverlauf in Digitalsignale konvertiert werden.
  • Die Filtereinrichtung 12 empfängt das zu den Phasenströmen korrespondierende Sensorsignal und extrahiert aus diesem empfangenen Sensorsignal einen oder mehrere vorbestimmte Frequenzanteile f_F. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung 12 gezielt eine oder mehrere konkrete Frequenzen oder vorgegebene Frequenzbänder aus dem bereitgestellten Sensorsignal extrahieren. Hierbei kann für jede vorgegeben Frequenz oder jedes vorgegebene Frequenzband ein separates Filtersignal f_F extrahiert werden. Ferner stellt die Filtereinrichtung 12 ein Restsignal f_R bereit, welches den Signalanteil des Sensorsignals abzüglich der extrahierten Filtersignale umfasst. Die Summe aus allen extrahierten Filtersignalen f_F und dem Restsignal f_R ergibt somit wiederum das Sensorsignal.
  • Zur Filterung des Sensorsignals und zur Extraktion der einzelnen Filtersignale f_F kann grundsätzlich jedes geeignete Filter verwendet werden. Insbesondere ist hierbei ein komplexes Filter, das heißt, ein digitales Filter mit komplexen Koeffizienten möglich. Derartige Filter mit komplexen Koeffizienten stellen für eine digitale Filterung von Frequenzen oder Frequenzbändern ein sehr geeignetes Verfahren dar.
  • Die Filtersignale f_F sowie das Restsignal f_R der Filtereinrichtung 12 werden daraufhin der Regeleinrichtung 13 bereitgestellt. Ein erster Regler der Regeleinrichtung 13 kann hierbei beispielsweise aus der Sollwertvorgabe M und dem bereitgestellten Restsignal f_R eine erste Regelgröße berechnen. Diese erste Regelgröße dient dabei dazu, an der elektrischen Maschine 2 den durch die Sollwertvorgabe M vorgegebenen Zustand, wie beispielsweise ein vorgegebenes Drehmoment oder ähnliches, einzustellen. Darüber hinaus generiert die Regelvorrichtung 12 mittels einem oder mehreren weiteren Reglern für jedes bereitgestellte Filtersignal f_F eine weitere Regelgröße. Diese Regelgrößen können hierbei beispielsweise jeweils einem Frequenzanteil des entsprechenden Filtersignals f_F entgegenwirken, um den entsprechenden Frequenzanteil in dem Phasenstrom des elektrischen Antriebssystems zu kompensieren oder zumindest zu minimieren. Darüber hinaus können gegebenenfalls auch für jede Komponente des Filtersignals f_F individuelle Sollwertvorgaben an der Regeleinrichtung 13 bereitgestellt werden, um die entsprechenden Frequenzanteile in dem elektrischen Antriebssystem auf einen vorgegebenen Sollwert einzustellen. Auf diese Weise kann beispielsweise gezielt eine vorgegebene Frequenz oder eine vorgegebene Oberschwingung in dem elektrischen Antriebssystem eingeprägt werden.
  • Nachdem die erste Regelgröße basierend auf dem Restsignal f_R und die zweite Regelgröße(n) basieren auf den Filtersignalen f_F berechnet worden sind, werden alle berechneten Regelgrößen aufsummiert. Anschließend wird unter Verwendung dieser Summe aller Regelgrößen der Stromrichter 3 des elektrischen Antriebssystems angesteuert.
  • Die vorgegebene Frequenz oder die vorgegebenen Frequenzen bzw. Frequenzbänder, welche durch die Filtereinrichtung 12 extrahiert werden, können hierbei einer oder mehrerer vorgegebenen Oberschwingungen des elektrischen Antriebssystems entsprechen. Hierzu kann die Regelvorrichtung 1 die Drehfrequenz der elektrischen Maschine 2 oder des elektrischen Antriebssystems ermitteln und aus dieser Drehfrequenz die korrespondierenden Oberschwingungen für die Drehfrequenz berechnen. Die Oberschwingungen entsprechen dabei einem Vielfachen der Drehfrequenz. Die Ermittlung der Drehfrequenz kann beispielsweise aus der Grundfrequenz der erfassten Phasenströme ermittelt werden. Darüber hinaus sind jedoch auch beliebige weitere Verfahren zur Ermittlung der aktuellen Drehfrequenz möglich. Auf diese Weise kann der Ermittlung der relevanten Oberschwingungen und der damit korrespondierenden Frequenzen bzw. Frequenzbereiche auf die jeweils aktuelle Drehfrequenz des elektrischen Antriebssystems abgestimmt werden.
  • Für die Kompensation bzw. Regelung der höherfrequenten Anteile in den Phasenströmen müssen die beteiligten Komponenten selbstverständlich eine ausreichend hohe Auflösung für die erforderlichen Frequenzen aufweisen. Daher müssen insbesondere ausreichend schnelle Analog-Digital-Konverter für die Wandlung der analogen Phasenströme in Digitalsignale eingesetzt werden. Ferner muss auch die Filtereinrichtung 12 dazu ausgelegt sein, die erfassten Sensorsignale des Stromsensors 11 für die erforderlichen Oberschwingungen extrahieren zu können. Ebenfalls muss die Regeleinrichtung 13 sowie auch der beteiligte Stromrichter 3 eine ausreichend hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit aufweisen, um neben der Grundfrequenz des Phasenstroms auch die erforderlichen Oberschwingungen stellen zu können. Hierzu sind in der Regel Komponenten erforderlich, die beispielsweise mindestens das Zehnfache der Grundfrequenz des einzustellenden Phasenstroms verarbeiten können.
  • Neben dem Einsatz einer Filtereinrichtung 12, insbesondere einer Filtereinrichtung mit komplexen Koeffizienten, ist es alternativ auch möglich, in der Regeleinrichtung 13 für die entsprechenden Frequenzanteile, die zu den kompensierenden Oberschwingungen korrespondieren, einen individuellen frequenzadaptiven Regler einzusetzen. Hierbei ist jeder dieser Regler dazu ausgelegt, jeweils nur eine vorgegebene Frequenz oder einen vorgegebenen Frequenzbereich zu regeln. Beispielsweise kann dies durch sogenannte Proportional-Resonant-Regler (PR-Regler) realisiert werden.
  • Die Regelung von elektrischen Antriebssystemen erfolgt in der Regel in einem rotor- oder statorfesten Koordinatensystem. Hierzu können die jeweiligen relevanten Werte mittels einer Clarke-Transformation oder einer Park-Transformation zwischen den jeweils geeigneten Koordinatensystemen transformiert werden. Diese Transformationen, sowie die Regelung in einem rotor- oder statorfesten Koordinatensystem sowie die erforderlichen Koordinatentransformationen an den jeweiligen Stellen des Regelsystems sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
  • Insbesondere kann beispielsweise auch eine Park-Transformation dazu genutzt werden, um aus dem Sensorsignal des Stromsensors die relevanten Frequenzanteile zu extrahieren.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung 13 der Regelvorrichtung 1 für das elektrische Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform. Die Regeleinrichtung 13 empfängt hierbei von der Filtereinrichtung 12 das Restsignal f_R. Weiterhin wird dann der Regeleinrichtung 13 eine Sollwertvorgabe M für einen Sollwert, beispielsweise eine Drehmomentvorgabe oder ähnliches, bereitgestellt. Aus dem Restsignal f_R und der Sollwertvorgabe M ermittelt ein erster Regler 131 eine erste Regelgröße. Gegebenenfalls kann diese erste Regelgröße noch in einem weiteren Schritt auf einen vorgegebenen Wertebereich normiert werden. Weiterhin werden an der Regeleinrichtung 13 ein oder mehrere Filtersignale f_F1 bis f_Fi bereitgestellt. Gegebenenfalls können darüber hinaus auch für die jeweiligen Frequenzanteile vorgegebene Sollwerte f_Soll_1 - f_Soll_i für die jeweiligen Frequenzanteile bereitgestellt. Basierend auf den Filtersignalen und den hierzu korrespondierenden Sollwerten berechnen die jeweiligen Regler 132 bis 133 die entsprechenden Regelgrößen. Auch diese Regelgrößen können gegebenenfalls auf einen vorgegebenen Wertebereich normiert werden. Anschließend werden alle berechneten Regelgrößen in einem Summationsglied 134 aufsummiert. Die Summe aller Regelgrößen stellt daraufhin die Steuergröße für die Ansteuerung des Stromrichters 3 dar.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, eine Regelung auszuführen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit dem beschriebenen elektrischen Antriebssystem erläutert wurde, durchzuführen.
  • In Schritt S1 wird zunächst ein elektrischer Phasenstrom zwischen einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine erfasst. Anschließend wird dieser erfasste Phasenstrom in Schritt S2 in ein Filtersignal f_F mit einem vorbestimmten Frequenzanteil und ein Restsignal f_R aufgeteilt, wobei das Restsignal f_R den erfassten Phasenstrom ohne das extrahierte Filtersignal f_F entspricht. In Schritt S3 wird eine erste Regelgröße berechnet, die auf dem Restsignal f_R und einer Sollwertvorgabe für das elektrische Antriebssystem basiert. In Schritt S4 wird eine zweite Regelgröße berechnet, die auf dem Filtersignal f_F basiert. Weiterhin kann die zweite Regelgröße auch auf einer weiteren Sollwertvorgabe basieren.
  • In Schritt S5 schließlich wird der Stromrichter mit einer Stellgröße angesteuert, wobei die Stellgröße aus einer Summe der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße gebildet wird.
  • Zur Festlegung der Filterfrequenzen für das Aufteilen des erfassten Phasenstroms in das Filtersignal und das Restsignal kann in einem weiteren Schritt die Drehfrequenz der elektrischen Maschine oder des elektrischen Antriebssystems ermittelt werden. Anschließend können beispielsweise Oberschwingungen der ermittelten Drehfrequenz berechnet werden. Aus diesen Oberschwingungen können Frequenzbereiche für das Aufteilen des Sensorsignals des Phasenstroms festgelegt werden. Insbesondere kann für jede vorgegebene Frequenz bzw. jede vorgegebene Oberschwingung ein separates Filtersignal aus dem erfassten Phasenstrom extrahiert werden. Das verbleibende Restsignal entspricht dabei dem Phasenstrom abzüglich sämtlicher extrahierten Filtersignale. Im Weiteren kann bei mehreren extrahierten Filtersignalen für jedes Filtersignal eine separate Regelgröße berechnet werden, wobei anschließend alle Regelgrößen aufsummiert werden.
  • Die beschriebene Regelung des elektrischen Antriebssystems ist auf elektrische Antriebssysteme mit einer beliebigen Phasenanzahl anwendbar. Auch wenn in der Regel elektrische Antriebssysteme mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine weit verbreitet sind, so kann darüber hinaus die beschriebene Regelung des elektrischen Antriebssystems auch auf elektrische Antriebssysteme mit einer beliebigen, von drei abweichenden Anzahl von Phasen angewendet werden.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Regelung eines elektrischen Antriebssystems für eine Kompensation von hochfrequenten Störungen, insbesondere von Oberschwingungen auf der Antriebsseite. Hierzu werden die elektrischen Phasenströme zwischen einem Stromrichter und der elektrischen Maschine erfasst und aus diesen Phasenströmen höherfrequente Frequenzanteile, wie beispielsweise Oberschwingungen, extrahiert. Für jede extrahierte Frequenz kann eine separate Regelgröße zur Kompensation generiert werden. Zur Kompensation der Störfrequenzen werden alle generierten Regelgrößen aufsummiert und als Stellgröße dem elektrischen Antriebssystems bereitgestellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1531543 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Regelvorrichtung (1) für ein elektrisches Antriebssystem, mit: einem Stromsensor (11), der dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Phasenstrom zwischen einem Stromrichter (3) und einer elektrische Maschine (2) zu erfassen und ein zu dem erfassten Phasenstrom korrespondierendes Sensorsignal bereitzustellen; einer Filtereinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, aus dem Sensorsignal des Stromsensors (11) einen vorbestimmten Frequenzanteil zu extrahieren, ein Filtersignal (f_F) bereitzustellen, welches den extrahierten Frequenzanteil umfasst, und ein Restsignal (f_R) bereitzustellen, welches das Sensorsignal ohne den extrahierten Frequenzanteil umfasst; und einer Regeleinrichtung (13), die dazu ausgelegt ist, basierend auf dem Restsignal (f_R) und einer Sollwertvorgabe für das elektrische Antriebssystem eine erste Regelgröße zu berechnen, basierend auf dem Filtersignal (f_F) eine zweite Regelgröße für das elektrische Antriebssystem zu berechnen, und den Stromrichter (3) unter Verwendung einer Summe aus der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße anzusteuern.
  2. Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Frequenzanteil eine oder mehrere vorgegeben Oberschwingungen basierend auf einer Drehfrequenz der elektrischen Maschine umfasst.
  3. Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Filtereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, für jede vorgegebene Oberschwingung einen separaten Frequenzanteil zu extrahieren.
  4. Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Regeleinrichtung (13) dazu ausgelegt ist, die vorgegebenen Oberschwingungen mittels der berechneten zweiten Regelgröße zu kompensieren.
  5. Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Filtereinrichtung (12) einen Bandpassfilter mit komplexen Koeffizienten umfasst.
  6. Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Regeleinrichtung (13) für jeden extrahierten Frequenzanteil einen Proportional-Resonant-Regler umfasst.
  7. Elektrisches Antriebssystem, mit: einer elektrischen Maschine (2); einem Stromrichter (3), der dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine (2) anzusteuern und einer Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebssystems, mit den Schritten: Erfassen (S1) eines elektrischen Phasenstroms zwischen einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine; Aufteilen (S2) des erfassten Phasenstroms in ein Filtersignal (f_F) mit einem vorbestimmten Frequenzanteil und ein Restsignal (f_R) ohne den vorbestimmten Frequenzanteil; Berechnen (S3) einer ersten Regelgröße basierend auf dem Restsignal (f_R) und einer Sollwertvorgabe für das elektrische Antriebssystem; Berechnen (S4) einer zweiten Regelgröße basierend auf dem Filtersignal (f_F); Ansteuern (S5) des Stromrichters mit einer Stellgröße, die eine Summe aus erster Regelgröße und zweiter Regelgröße umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, mit einem Schritt zum Ermitteln einer Drehfrequenz der elektrischen Maschine, und einem Schritt zum Festlegen der vorbestimmten Frequenzanteile basierend auf vorgegebenen Oberschwingungen der ermittelten Drehfrequenz der elektrischen Maschine.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt (S2) zum Aufteilen des erfassten Phasenstroms für jede vorgegebene Oberschwingung ein separates Filtersignal bereitstellt, und der Schritt (S4) zum Berechnen der zweiten Regelgröße für jedes Filtersignal (f_F) eine separate Regelgröße berechnet.
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DE102005017073A1 (de) * 2004-04-14 2005-11-24 Denso Corp., Kariya Steuerverfahren für magnetisch bedingte Geräusche von rotierenden Wechselstrommaschinen
EP2793392A1 (de) * 2013-04-16 2014-10-22 Siemens Aktiengesellschaft Steuergerät zur Steuerung eines Stromwandlers

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