DE102018123459A1

DE102018123459A1 - Vorsteuerung von permanentmagnet-gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE102018123459A1
Application number: DE102018123459.7A
Authority: DE
Inventors: Perit Pramod; Rakesh Mitra
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2019-03-28
Also published as: CN109560730B; CN109560730A; US20190097556A1; US10404197B2

Abstract

Technische Lösungen werden für ein Motorsteuerungssystem beschrieben, das ein Vorsteuerungsmodul zum Steuern eines vom Motor erzeugten Ausgangsdrehmoments beinhaltet. Die Vorsteuerung beinhaltet das Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal. Weiterhin beinhaltet die Vorsteuerung das Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einer Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors. Weiterhin beinhaltet die Vorsteuerung das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch Summieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls. Weiterhin beinhaltet die Vorsteuerung noch das Senden des Spannungsbefehls an den Motor zum Erzeugen des Ausgangsdrehmoments.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Permanentmagnet-Gleichstrommotoren (PMDC-Motoren) und insbesondere das Ermöglichen einer Vorsteuerung von Drehmoment und Strom bei derartigen Motoren.
Permanentmagnet-Gleichstrommotoren (PMDC-Motoren) werden häufig für Bewegungssteuerungsanwendungen eingesetzt, wie z.B. in elektrischen Servolenkungssystemen (EPS-Systemen), Elektrowerkzeugen usw. Die Drehmomentregelung von PMDC-Motorantrieben erfolgt durch Stromregelung unter Verwendung einer gemessenen Stromrückführung (durch eine Strommessschaltung). Die so durchgeführte Rückführungsstromregelung bietet abstimmbare Steuerungsbandbreitencharakteristiken für Strom (und damit Drehmoment), verbesserte Störungsunterdrückung und reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Modellierungsunsicherheiten. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von PMDC-Motorantrieben mit Regelbetrieb besteht darin, dass Positions- oder Geschwindigkeitsmessungen zur Steuerung nicht erforderlich sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Motorgeschwindigkeit ein wichtiges Signal ist, das die Leistung der Systemsteuerung verbessert, da sie für Leistungsbegrenzung, Kompensator-Verstärkungsplanung und andere ähnliche Steuerfunktionen verwendet werden kann.
Die Vorsteuerung von Strom und Drehmoment von PMDC-Motorantrieben ist eine weitere Betriebsart. Der Vorsteuerungsmodus erfordert ein genaues Modell der Maschine, einschließlich Nichtlinearitäten (wie z.B. Bürstenabfallspannung), und weist eine geringe Bandbreite (begrenzt durch die Abtastrate) und schlechte Leistungsmerkmale bei der Störungsunterdrückung auf. Er ist jedoch typischerweise nicht anfällig für Instabilitäten (aufgrund des offenen Regelkreises) und rauschfrei, da Stromsensoren normalerweise nicht für die Implementierung der Vorsteuerung benötigt werden. Darüber hinaus sind die Rauschübertragungskennwerte von Vorsteuerungssystemen im Vergleich zu Regelungssystemen geringer.
Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Strom-Vorsteuerung zu verwenden, um PMDC-Motoren in Anwendungen wie EPS-Systemen, Elektrowerkzeugen und anderen zu betreiben.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Motorsteuerungssystem ein Vorsteuerungsmodul zum Steuern eines vom Motor erzeugten Ausgangsdrehmoments. Die Vorsteuerung beinhaltet das Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal. Weiterhin beinhaltet die Vorsteuerung das Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einer Bürstenabfallspannung bzw. einem Bürstenspannungsabfall des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung bzw. einem Gegen-EMK-Spannungsabfall des Motors. Weiterhin beinhaltet die Vorsteuerung das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch Summieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls. Des Weiteren beinhaltet die Vorsteuerung das Senden des Spannungsbefehls an den Motor zum Erzeugen des Ausgangsdrehmoments.
Weiterhin werden eine oder mehrere Ausführungsformen für ein Verfahren zum Steuern eines Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung beschrieben, wobei der Motor ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist. Das Verfahren beinhaltet das Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor durch ein Motorsteuerungssystem basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor durch das Motorsteuerungssystem basierend auf einer Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors. Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch das Motorsteuerungssystem, indem der erste Spannungsbefehl und der zweite Spannungsbefehl summiert werden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Senden des Spannungsbefehls an den Motor durch das Motorsteuerungssystem zum Erzeugen eines Ausgangsdrehmoments.
Des Weiteren werden eine oder mehrere Ausführungsformen eines Systems beschrieben, das einen Motor und ein Motorsteuerungssystem beinhaltet. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet ein Steuermodul, das ein Ausgangsdrehmoment des Motors durch eine Strom-Vorsteuerung steuert. Die Strom-Vorsteuerung beinhaltet das Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal. Die Strom-Vorsteuerung beinhaltet ferner das Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einer Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors. Die Strom-Vorsteuerung beinhaltet ferner das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch Summieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls. Die Strom-Vorsteuerung beinhaltet ferner das Senden des Spannungsbefehls an den Motor zum Erzeugen des Ausgangsdrehmoments.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich werden.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung konkret beansprucht. Das Vorstehende und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen, in denen:

1 eine exemplarische Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem Lenksystem ist;
2 ein Blockdiagramm eines Anlagenmodells eines elektrischen Systems eines PMDC-Motors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
3 ein Blockdiagramm eines Systems zur Vorsteuerung von Strom (und Drehmoment) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
4 eine Vorsteuerung unter Verwendung einer Geschwindigkeitserfassungsschaltung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen darstellt;
5 eine Vorsteuerung unter Verwendung einer Geschwindigkeit darstellt, die von einem Positionssensor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen berechnet wird;
6 ein Blockdiagramm der Vorsteuerung unter Verwendung einer Störungsschätzschaltung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen darstellt;
7 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems zum Betreiben eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Strom-Vorsteuerung mit einem Geschwindigkeitsbeobachter darstellt, der unter Verwendung des mechanischen Anlagenmodells eines EPS-Systems implementiert ist, in dem das PMDC-Antriebssystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen eingesetzt wird;
8 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems zum Betreiben eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Strom-Vorsteuerung mit einem Geschwindigkeitsbeobachter darstellt, der unter Verwendung des mechanischen Anlagenmodells eines allgemeinen elektromechanischen Systems implementiert ist, in dem das PMDC-Antriebssystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird;
9 ein Flussdiagramm für ein exemplarisches Verfahren zum Steuern von Strom eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulicht; und
10 ein Flussdiagramm für ein exemplarisches Verfahren zum Steuern von Strom eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe Modul und Submodul auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und Speicher, der eine oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie zu erkennen ist, können die nachfolgend beschriebenen Submodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine exemplarische Ausführungsform eines Fahrzeugs 10 mit einem Lenksystem 12. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Lenksystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einem Lenkwellensystem 16 gekoppelt ist, das eine Lenksäule, eine Zwischenwelle und die erforderlichen Gelenke beinhaltet. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Lenksystem 12 ein EPS-System, das ferner eine Lenkungsassistenzeinheit 18 beinhaltet, die mit dem Lenkwellensystem 16 des Lenksystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Alternativ kann die Lenkassistenzeinheit 18 den oberen Teil des Lenkwellensystems 16 mit dem unteren Teil dieses Systems koppeln. Die Lenkassistenzeinheit 18 beinhaltet beispielsweise einen Lenkmechanismus (nicht dargestellt) mit Zahnstange und Zahnrad, der über das Lenkwellensystem 16 mit einem Lenkstellgliedmotor 19 und einem Getriebe gekoppelt sein kann. Während des Betriebs, während ein Fahrzeugführer das Lenkrad 14 dreht, unterstützt der Lenkstellgliedmotor 19 die Bewegung der Spurstangen 20, 22, die wiederum mit den jeweiligen Straßenrädern 28, 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelte Achsschenkel 24 bzw. 26 bewegen.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31, 32, 33, die beobachtbare Zustände des Lenksystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 erfassen und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale basierend auf den beobachtbaren Zuständen. In einem Beispiel ist der Sensor 31 ein Drehmomentsensor, der ein Fahrereingabe-Lenkraddrehmoment (HWT) erfasst, das vom Fahrer des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. Der Drehmomentsensor erzeugt darauf basierend ein Fahrerdrehmomentsignal. In einem weiteren Beispiel ist der Sensor 32 ein Motorwinkel- und Drehzahlsensor, der einen Drehwinkel sowie eine Drehzahl des Lenkstellgliedmotors 19 erfasst. In noch einem weiteren Beispiel ist der Sensor 32 ein Lenkrad-Positionssensor, der eine Position des Lenkrades 14 erfasst. Der Sensor 33 erzeugt darauf basierend ein Lenkrad-Positionssignal.
Ein Steuerungsmodul 40 empfängt das eine oder die mehreren von den Sensoren 31, 32, 33 eingegebenen Sensorsignale und es kann andere Eingänge, wie beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34, empfangen. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt ein Befehlssignal zum Steuern des Lenkstellgliedmotors 19 des Lenksystems 12 basierend auf einem oder mehreren der Eingänge und ferner basierend auf den Systemen und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung. Die Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung wenden eine Signalkonditionierung an, um Aspekte des Lenksystems 12 durch die Lenkungsassistenzeinheit 18 zu steuern. Die Kommunikation mit anderen Unterkomponenten des Fahrzeugs 10, wie beispielsweise einem Antiblockiersystem (ABS) 44, einem elektronischen Stabilitätsregelungssystem (ESC) 46 und anderen Systemen (nicht dargestellt), kann beispielsweise über einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus) oder ein anderes in der Technik bekanntes Fahrzeugnetzwerk zum Austausch von Signalen wie dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34 erfolgen.
In einem oder mehreren Beispielen ist der Motor 19 ein PMDC-Motor, der mit den hierin beschriebenen technischen Lösungen gesteuert wird. Es ist zu beachten, dass, obwohl hierin Ausführungsformen des Lenksystems 12 diskutiert werden, die hierin beschriebenen technischen Lösungen zur Vorsteuerung von PMDC-Motoren in jeder Anwendung mit PMDC-Motoren anwendbar sind, wie z.B. Wasserfahrzeuge, Elektrowerkzeuge, Rotorpumpen und andere derartige Anwendungen. PMDC-Motorantriebe werden in der Industrie häufig für kostengünstige Anwendungen eingesetzt. Typischerweise werden Regelungstechniken mit Stromrückführung für die Strom- und Drehmomentregelung von PMDC-Maschinen eingesetzt. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen den Einsatz der Vorsteuerung und bieten somit mehrere Vorteile. So erfordert beispielsweise die Verwendung einer Vorsteuerung keine Stromsensoren, wenn Positions- oder Geschwindigkeitssensoren verfügbar sind, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus reduziert die Vorsteuerung die Instabilität aufgrund der offenen Regelkreise des Motorsteuerungssystems. Des Weiteren bietet eine Vorsteuerung einen fehlertoleranten Steuerungsbetrieb des PMDC-basierten Antriebssystems. Weitere Vorteile werden für den Fachmann leicht verständlich sein. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen bieten mehrere Konfigurationen zur Vorsteuerung von PMDC-Motoren, die für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können.
Eine Strom-Vorsteuerung verwendet im Gegensatz zur Regelung mit Stromrückführung die Motorgeschwindigkeit zur Stromregelung. Es ist zu beachten, dass die Regelung mit Rückführung keine Geschwindigkeit „erfordert“, jedoch wird die Motorgeschwindigkeit verwendet, um die Leistung der Regelung mit Rückführung zu verbessern. Andererseits kann die Vorsteuerung nicht ohne Geschwindigkeit durchgeführt werden. Obwohl die Motorgeschwindigkeit mit Hilfe von Geschwindigkeitssensoren gemessen oder durch Differenzierung der von Positionssensoren gemessenen Positionssignale erhalten werden kann, kann sie auch mit Hilfe von Beobachtern geschätzt werden.
Das Modell der PMDC-Maschinen besteht aus zwei maßgebenden Gleichungen, die die Spannung, den Strom und das (elektromagnetische) Drehmoment der Maschine wie folgt in Beziehung zueinander setzen. $\begin{matrix} v = e_{g} + R i_{a} + L \frac{d i_{a}}{d t} + v_{b} \\ = K_{e} ω_{m} + R i_{a} + L \frac{d i_{a}}{d t} + v_{b} \end{matrix}$
$T_{e} = K_{e} i_{a}$
wobei v, i_a und T_e jeweils die Eingangsspannung, der Strom und das elektromagnetische Drehmoment der Maschine sind. K_e, R und L stellen jeweils die Gegen-EMK-(und Drehmoment)-Konstante, den Motorschaltungswiderstand und die Induktivität der Maschine dar. e_g stellt die Gegen-EMK-Abfallspannung dar, und v_b ist die nichtlineare Bürstenabfallspannung und ist eine Funktion des Stroms wie folgt. $v_{b} = σ (i_{a}) V_{0} (1 - e^{- | \frac{i_{a}}{I_{0}} |})$
wobei V₀ und I₀ Bürstenabfallparameter sind. Im Allgemeinen sind alle Maschinenparameter nichtlineare Funktionen der Betriebstemperatur und der magnetischen Sättigung (verursacht durch Hochstrombetrieb).
Weiterhin variieren die elektrischen Parameter des Motors 19, nämlich die Gegen-EMK-Konstante oder Drehmomentkonstante K_e, der Widerstand R und die Induktivität L dynamisch mit dem Betriebszustand des Motors 19. Die maßgebende Gleichung für Parameterschwankungen bei einer gegebenen Magnettemperatur θ_Tm kann wie folgt ausgedrückt werden, $K_{e} = γ_{K_{e}} (K_{e n} (1 + α_{M} (θ_{T m} - θ_{n})))$
wobei γ_Ke ein Skalierungsfaktor ist, der die magnetische Sättigung berücksichtigt, und eine Funktion des Motorstroms i_a ist. Weiterhin ist α_M eine Konstante, die einen Temperaturkoeffizienten des im Motor 19 verwendeten Permanentmagnetmaterials darstellt.
Weiterhin kann die Induktivität des Motors 19 durch die Gleichung beschrieben werden: $L = γ_{L} L_{n}$
wobei γ_L ein Skalierungsfaktor für die Induktivität basierend auf den magnetischen Sättigungseigenschaften des Motors 19 ist und eine Funktion des Motorstroms I_a ist.
Des Weiteren kann der Motorschaltungswiderstand durch die Gleichung beschrieben werden: $R = R_{F E T} (1 + α_{S i} (θ_{T S i} - θ_{n})) + R_{m} (1 + α_{C u} (θ_{T C u} - θ_{n}))$
wobei R_FET der Nennwert des FET-Widerstandes ist, α_Si eine Konstante ist, die den Temperaturkoeffizienten von Silizium darstellt, θ_TSi die Temperatur der FETs im Betriebszustand ist, θ_n die Nenntemperatur ist, bei der R_FET gemessen wird, R_m der Nennwert des Motorwiderstandes ist, α_cu eine Konstante ist, die den Temperaturkoeffizienten der Kupferwicklungen darstellt, θ_TCu die Temperatur der Wicklungen im Betriebszustand ist, θ_n die Nenntemperatur ist, bei der R_m gemessen wird.
Die obige Gleichung für den Widerstand liefert den Widerstand der Motorschaltung anstatt nur den Widerstand der Motorwicklungen. In einem oder mehreren Beispielen werden die vorgenannten Modelle der Parametervariationen verwendet, um die Motorparameter kontinuierlich in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu schätzen, was zu einer verbesserten Schätzung der von dem Motorsteuerungssystem verwendeten Signale führt.
Aus Sicht des Designs des Steuerungssystems ist der PMDC-Motor eine Anlage, und das zuvor vorgestellte Zeitbereichsmodell des PMDC-Motors kann in den s-Bereich transformiert werden als: $V (s) = (L s + R) I_{α} (s) + E_{g} (s) + V_{B} (s)$
2 stellt ein Blockdiagramm einer Anlage eines elektrischen Systems eines PMDC-Motors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Wie dargestellt, basiert die Drehmomentabgabe 110 eines PMDC-Motors 100 auf einem Stromausgang 120 und der Gegen-EMK-Konstante K_e. Weiterhin basiert der Ausgangsstrom 120 auf einem Eingangsspannungsbefehl (V) 130, der Bürstenabfallspannung (V_b) 140 und der Gegen-EMK-Abfallspannung (E_g) 150.
3 stellt ein Blockdiagramm eines Systems zur Vorsteuerung von Strom (und Drehmoment) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Motorsteuerungssystem 200 ermöglicht die Vorsteuerung des PMDC-Motors 100 und steuert entsprechend die Drehmomentabgabe des PMDC-Motors 100. In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet das Motorsteuerungssystem 200 neben anderen Komponenten einen Strom-Vorsteuerungscontroller. Die vorliegende Offenbarung verwendet den Begriff „Motorsteuerungssystem“, um den Strom-Vorsteuerungscontroller zu bezeichnen. In einem oder mehreren Beispielen steuert das Motorsteuerungssystem 200 die Drehmomentabgabe 110 des PMDC-Motors 100 durch Berechnen von Spannungen unter Verwendung einer Umkehrung des Maschinenmodells des PMDC-Motors 100 mit geschätzten Parametern und einem befohlenen Strom.
Wie dargestellt, besteht der Spannungsbefehl V 130 aus G(s) 230, die auf einem Eingangsstrombefehl (I_C) 210, einer geschätzten Bürstenabfallspannung (ṽ_b) 240 und einer geschätzten Gegen-EMK-Abfallspannung (ẽ_g) 250 basiert.
Das Motorsteuerungssystem 200 erzeugt die geschätzte Bürstenabfallspannung 240 mit dem Ausdruck: ${\tilde{v}}_{b} = σ (I_{c}) V_{0} (1 - e^{- | \frac{I_{C}}{I_{0}} |})$
wobei V₀ und I₀ vorbestimmte Bürstenabfallparameter sind und I_C der Strombefehl ist. Es ist zu beachten, dass die Schätzung des Bürstenabfalls zwar als Funktion des Strombefehls dargestellt wird, aber auch durch Ersetzen des Strombefehls durch den gemessenen Motorstrom geschätzt werden kann, wenn Motorstrommessungen verfügbar sind.
Weiterhin beinhaltet das Motorsteuerungssystem 200 die G(s) 230 basierend auf dem Motorschaltungswiderstandswert (R) und dem Induktivitätswert (L) für den Eingangsstrombefehl (I_C) 210. Der Motorschaltungswiderstandwert und der Induktivitätswert sind vorbestimmte Werte oder Schätzwerte. Es ist zu beachten, dass die Annäherung des Ableitungsterms s̃ von einer Standardform wie $\frac{s}{{(τ s + 1)}^{n}}$
sein kann, die dann mit verschiedenen Techniken wie Rückwärtsdifferenz, bilinearer Transformation usw. diskretisiert werden kann, oder ein direktes digitales Ableitungsdesign mit sehr gezielten Verstärkungs- und Phasenreaktionen sein kann, um die gewünschten Eigenschaften für Genauigkeit, Komplexität und Rauschübertragung zu erreichen.
Wie dargestellt, erzeugt das Motorsteuerungssystem 200 die geschätzte Gegen-EMK-Abfallspannung (Ẽ_g) 250 basierend auf dem vorbestimmten Wert der Gegen-EMK-Konstante und einer geschätzten Motorgeschwindigkeit (ω_m). Das Motorgeschwindigkeitssignal kann mit einem Geschwindigkeitssensor gemessen oder durch Differenzieren der Motorposition, die von einem Positionssensor beschafft wird, erhalten werden.
4 stellt eine Vorsteuerung unter Verwendung einer Geschwindigkeitserfassungsschaltung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dar. Eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung 300 überwacht die Motorgeschwindigkeit und stellt die erfasste Geschwindigkeit als Eingang für das Motorsteuerungssystem 200 zur Verfügung. Die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 300 weist eine Übertragungsfunktion H_ω(s) auf, die die Dynamik des Geschwindigkeitssensors darstellt. Es ist zu beachten, dass die Übertragungsfunktion je nach den Eigenschaften des speziellen Sensors von der in 4 dargestellten Übertragungsfunktion erster Ordnung abweichen kann. In einem oder mehreren Beispielen kann ein Tiefpassfilter eine vorgegebene Grenzfrequenz (W_v) verwenden, die von der Motorgeschwindigkeit abhängt.
Das Hinzufügen eines Geschwindigkeitssensors erhöht jedoch die Kosten und Komplexität, insbesondere bei kostensensiblen Anwendungen wie einer EPS.
5 stellt eine Vorsteuerung unter Verwendung einer von einem Positionssensor berechneten Geschwindigkeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Eine Positionserfassungsschaltung 400 überwacht eine Position des Motors und stellt die erfasste Position als Eingang für das Motorsteuerungssystem 200 zur Verfügung. In einem oder mehreren Beispielen ist die Positionserfassungsschaltung 400 billiger als die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 300.
In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet das Motorsteuerungssystem 200 ein Motorgeschwindigkeitsmodul 410, das die geschätzte Motorgeschwindigkeit basierend auf dem Motorpositionssignal berechnet. So berechnet beispielsweise das Motorgeschwindigkeitsmodul 410 die Motorgeschwindigkeit, indem es das Motorpositionssignal differenziert. In einem oder mehreren Beispielen liefert das Motorpositionssignal eine Winkelposition der Motorwelle.
Die Ableitungsimplementierung s̃_p zum Beschaffen der geschätzten Motorgeschwindigkeit aus dem Motorpositionssignal kann von einer Form wie $\frac{s}{{(τ s + 1)}^{n}}$
sein, die dann unter Verwendung verschiedener Techniken wie Rückwärtsdifferenz oder bilinearer Transformation diskretisiert werden kann, oder sie kann ein Design mit einer direkten digitalen Ableitung mit sehr gezielten Verstärkungs- und Phasenreaktionen sein, um die gewünschten Eigenschaften bei Genauigkeit, Komplexität und Rauschübertragung zu erreichen. Es ist zu beachten, dass in anderen Beispielen die Übertragungsfunktion H_θ(s), die die Dynamik des Positionssensors repräsentiert, je nach den Eigenschaften des speziellen Sensors von der in der Figur dargestellten Übertragungsfunktion erster Ordnung abweichen kann.
6 stellt ein Blockdiagramm einer Vorsteuerung unter Verwendung einer Störungsschätzschaltung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dar. Es wird eine Störungsschätzschaltung 500 verwendet, die ein Störungsbeobachtermodul 510 zum Bestimmen einer Störungsschätzung des PMDC-Motors 100 beinhaltet. Die Störungsschätzung beinhaltet die Gegen-EMK (BEMK) und den Bürstenabfall des PMDC-Systems 100. In einem oder mehreren Beispielen wird ein geschätztes Motorgeschwindigkeitssignal aus der Störungsschätzung unter Verwendung eines Vorsteuerungs-Modells des nichtlinearen Bürstenabfalls extrahiert. Das Motorsteuerungssystem 200 verwendet die ermittelte Störungsschätzung zur Vorkompensation der Störung selbst, da die Störungsschätzung aus der geschätzten Bürstenabfallspannung $(\tilde{V_{b}})$
240 und einer geschätzten Gegen-EMK-Abfallspannung (Ẽ_g) 250 zusammengesetzt ist. In einem oder mehreren Beispielen ist eine Abstimmung in das Störungsbeobachtermodul 510 eingebettet, um die Abstimmung des Schätzers für einen Bediener einfach und intuitiv zu gestalten.
Zum Beispiel kann das PMDC-Motormodell in dem s-Bereich, das zuvor vorgestellt wurde (Gl. (6)), dargestellt werden als: $V (s) = (L s + R) I_{a} (s) + D (s)$
wobei D(s) die Störung darstellt, die eine Zusammensetzung aus E_g(s) +V_B(s), der Gegen-EMK-Abfallspannung 250 und der Bürstenabfallspannung 240 ist.
Das Störungsbeobachtermodul 510 arbeitet nach einem Anlagenmodell, das in Zustandsraumform wie folgt ausgedrückt werden kann. ${\dot{\hat{x}}}_{d} = A_{d} {\hat{x}}_{d} + B_{d} u_{d} + L_{d} (y_{d} - C_{d} {\hat{x}}_{d})$
wobei der Zustandsvektor, der Eingangsvektor und der Ausgangsvektor x̂_d = [Î d̂]^T _, u_d = V, y_d = I_m sind, und die Störung d = Ẽ_g + Ṽ_b ist. Die Verstärkungsmatrix des Beobachters kann als Ld =[L₁ L₂]^T geschrieben werden, und die Verstärkungsabstimmung kann mit Techniken wie der Polplatzierung oder einer der Optimalsteuerungstechniken durchgeführt werden. Der I_m ist der zum Beispiel von einem Stromsensor 520 gemessene Ausgangsstrom des Motors 19. Die restlichen Beobachtermatrizen werden unter Verwendung geschätzter Parameter im Anlagenmodell konstruiert, wie unten dargestellt. $A_{d} = [\begin{matrix} - \frac{\hat{R}}{\hat{L}} & \frac{1}{\hat{L}} \\ 0 & 0 \end{matrix}]$
$B_{d} = {[\begin{matrix} \frac{1}{\hat{L}} & 0 \end{matrix}]}^{T}$
$C_{d} = [\begin{matrix} 1 & 0 \end{matrix}]$
Weiterhin wird die Störungsschätzung d als ein Zustand des Motorsteuerungssystems mit einem unbekannten Anfangszustand betrachtet. Unter dieser Annahme hat die unbekannte Schrittfunktion eine Ableitung von Null, und dementsprechend kann das modifizierte Anlagenmodell wie folgt beschrieben werden: $\frac{d}{d t} [\begin{matrix} i_{a} \\ d \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{R}{L} & \frac{1}{L} \\ 0 & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ d \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{1}{L} \\ 0 \end{matrix}] v$
Die Zustandsraumdarstellung kann in eine Transfermatrixform umgewandelt werden, indem die Laplace-Transformation wie unten gezeigt verwendet wird. $[\begin{matrix} \hat{I} \\ \hat{d} \end{matrix}] = {(s I_{d} - A + L_{d} C_{d})}^{- 1} B_{d} V + {(s I_{d} - A + L_{d} C_{d})}^{- 1} L_{d} I_{m}$
wobei I_d die Identitätsmatrix ist. Somit kann die Störschätzung d̂ wie unten gezeigt in Form von Übertragungsfunktionen geschrieben werden. $[\hat{d}] = [\begin{matrix} D_{d i} (s) & D_{d v} (s) \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{m} \\ V \end{matrix}]$
Es ist zu beachten, dass, während hier in einem oder mehreren Beispielen ein Beobachter mit voller Ordnung beschrieben wird, stattdessen ein Beobachter mit reduzierter Ordnung eingesetzt werden kann. Außerdem ist zu beachten, dass die Stromsensor-Übertragungsfunktion H_i(s) vom betrachteten Sensor abhängt.
Folglich verwenden die technischen Lösungen die Störungsschätzung unter Verwendung eines Beobachters, um die Vorsteuerung des Motors 19 bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass der Störungsschätzer D(s) = [D_dv(s) D_di(s)] eine Strommessung (I_m) erfordert, so dass bei Stromsensor-Fehlerzuständen die Störungsschätzung nicht funktioniert und somit der Betrieb des Vorsteuerungscontrollers 200 verhindert wird.
Es ist auch zu beachten, dass der in 6 dargestellte, auf Störungsbeobachtern basierende Strom-Vorsteuerungscontroller zwar die Störungsschätzung veranschaulicht, die sich sowohl aus der Gegen-EMK als auch der Bürstenabfallschätzung zusammensetzt, dass aber auch eine andere Implementierung möglich ist, bei der der Störungsschätzer nur ein Gegen-EMK-Schätzer ist und die Bürstenabfallkompensation mit einem Vorsteuerungs-Bürstenabfallmodell unter Verwendung eines in Gl. 7 erwähnten Strombefehls durchgeführt wird. Ein solcher Schätzer verwendet ein elektrisches Anlagenmodell eines PMDC-Motors, ohne den hierin beschriebenen Bürstenabfallterm einzubeziehen.
7 stellt ein Motorsteuerungssystem dar, das ein Beobachtermodul verwendet, das auf dem mechanischen Modell des Systems basiert, in dem das PMDC-Antriebssystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen eingesetzt wird. Das Motorsteuerungssystem 200 verwendet ein Geschwindigkeitsbeobachtermodul 610, das ein geschätztes Motorgeschwindigkeitssignal basierend auf einem mechanischen Modell 600 eines Systems liefert, dem der Motor 100 ein Drehmoment bereitstellt.
Ist beispielsweise das betrachtete elektromechanische System die EPS 12, schätzt der Geschwindigkeitsbeobachter 610 die Motorgeschwindigkeit basierend auf einem mechanischen Anlagenmodell der EPS 12. In einem oder mehreren Beispielen verwendet das Zustandsbeobachtermodul 610 ein 3-Massen-Anlagenmodell 600 des EPS-Systems 12, das durch die folgenden mathematischen Ausdrücke zeitkontinuierlich beschrieben werden kann. $\dot{x} = A x + B u + E d;$
und $y = C x$
wobei x ein Zustandsvektor mit Werten des aktuellen Zustands des EPS-Systems 12 ist, u ein Eingangsvektor mit messbaren (und steuerbaren) Eingängen für das EPS-System 12 ist und d ein Störungsvektor mit messbaren Werten ist, die nicht steuerbar und typischerweise nichtlinear sind. Weiterhin ist y ein Ausgangsvektor, der auf dem aktuellen Zustand x des EPS-Systems 12 basiert. A, B, C und E sind konfigurierbare Matrizen, die zum Modellieren des Motors 19 des EPS-Systems 12 eingerichtet sind. In einem oder mehreren Beispielen können die Matrizen vorkonfiguriert sein. Da die aktuellen Ausgänge der Anlage und ihr zukünftiger Zustand beide basierend auf den aktuellen Zuständen und den aktuellen Eingängen bestimmt werden, wird der Ausgang der Anlage, y(k), zur Lenkung des Zustands des Zustandsbeobachtermoduls 610 verwendet.
Es wird in Betracht gezogen, dass das EPS-System 12 im 3-Massen-Anlagenmodell 600 ein Fahrermoment T_d, ein Assistenzdrehmoment T_a und eine Zahnstangenkraft oder ein gleichwertiges Zahnstangendrehmoment T_r erfährt. Das Fahrerdrehmoment stellt die Kraft dar, die der Bediener/Fahrer des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad ausübt, um das Fahrzeug 10 zu lenken. Das Assistenzdrehmoment stellt das vom Motor 19 des EPS-Systems 12 bereitgestellte Fahrerassistenzdrehmoment dar, um den Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs 10 zu unterstützen. Das Zahnstangendrehmoment stellt Kräfte dar, wie z.B. Reibung, die die Zahnstange und das Zahnrad 312 des EPS-Systems 12 während des Betriebs des Fahrzeugs 10 erfahren; z.B. Reibung von den Rädern 28 und 30, die eine Fahrbahnoberfläche berühren usw.
Im Falle des 3-Massen-Anlagenmodells 600 verwendet das Geschwindigkeitsbeobachtermodul 610 das Assistenzdrehmoment T_a als Systemeingang u, ein Torsionsstabdrehmoment T_bar und einen Lenkradwinkel θ_hw als Teil des gemessenen Zustands x. Das Geschwindigkeitsbeobachtermodul 610 berechnet die geschätzte Motorbasisgeschwindigkeitsschätzung mit dem 3-Massen-Anlagenmodell 600 und gibt diese anschließend aus. Die Zustandsraumbeschreibung des Beobachters ist unten angegeben. ${\dot{\hat{x}}}_{b} = A_{b} {\hat{x}}_{b} + B_{b} u_{b} + L_{b} (y_{b} - C_{b} {\hat{x}}_{b})$
wobei die Zustands-, Eingangs- und Ausgangsvektoren x̂_b = [θ_HW ω_HW θ_AM ω_AW θ_m ω_m]^T, u_b = T_e, y_b = [T_HW θ_HW]^T sind, und das Steuerungssignal aus dem gemessenen Strom und der geschätzten Spannungskonstante als T_e = K̃_eI_m geschätzt wird. Die Abstimmung der Beobachterverstärkungsmatrix L_b kann mit Techniken wie der Polplatzierung oder einer der Optimalsteuerungstechniken durchgeführt werden. Die restlichen Beobachtermatrizen werden unter Verwendung geschätzter Parameter im Anlagenmodell konstruiert, wie unten dargestellt. $\begin{matrix} A_{b} = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ - \frac{K_{C}}{J_{H W}} & - \frac{b_{C} + b_{H W}}{J_{H W}} & \frac{K_{C}}{J_{H W}} & \frac{b_{c}}{J_{H W}} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ \frac{K_{C}}{J_{A M}} & \frac{b_{c}}{J_{A M}} & - \frac{K_{C} + K_{c o u p} + K_{L}}{J_{A M}} & - \frac{b_{A M} + b_{c o u p}}{J_{A M}} & \frac{K_{c o u p}}{J_{A M}} & \frac{b_{c o u p}}{J_{A M}} \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & \frac{K_{c o u p}}{J_{m}} & \frac{b_{c o u p}}{J_{m}} & - \frac{K_{c o u p}}{J_{m}} & - \frac{b_{c o u p} + b_{m}}{J_{m}} \end{matrix}] \\ B_{b} = {[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{1}{J_{m}} \end{matrix}]}^{T} und \\ C_{b} = [\begin{matrix} - K_{C} & 0 & K_{C} & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \end{matrix}] \end{matrix}$
wobei alle Parameter Schätzungen der tatsächlichen Parameter des mechanischen Systems sind. Die Parameter in den Matrizen A, B, C und D beinhalten Trägheit (J), Dämpfung (K) und Steifigkeit (b) des Lenkrades 14, des Assistenzsubsystems 18 und des Motors 19. Die Zustandsraumdarstellung kann in eine Transfermatrixform umgewandelt werden, indem die Laplace-Transformation wie unten gezeigt verwendet wird. ${\hat{x}}_{b} = {(s I_{b} - A_{b} + L_{b} C_{b})}^{- 1} B_{b} U_{b} + {(s I_{b} - A_{b} + L_{b} C_{b})}^{- 1} L_{b} Y_{b}$
wobei I_b die Identitätsmatrix ist. Bei einem weiteren Auflösen nach der Geschwindigkeitsschätzung lautet der Ausdruck für die Geschwindigkeitsschätzung wie folgt. ${\hat{ω}}_{m} = [\begin{matrix} M_{ω T} & M_{ω θ} & M_{ω I} \end{matrix}] {[\begin{matrix} T_{H W} & θ_{H W} & I_{m} \end{matrix}]}^{T}$
Es ist zu verstehen, dass die Beobachtermatrizen zwar für ein 3-Massen-Anlagenmodell dargestellt sind, in anderen Beispielen stattdessen jedoch auch ein einfacheres Modell wie ein 2-Massen- oder 1-Massen-Modell verwendet werden kann. Außerdem kann eine Implementierung eines Beobachters mit reduzierter Ordnung verwendet werden. In der obigen Gleichung stellen M-Terme „mechanische“ Terme dar, die Übertragungsfunktionen darstellen, die die Dynamik der Geschwindigkeitsschätzung aufgrund jedes der Eingangssignale darstellen. So stellt beispielsweise M_ωT die Dynamik dar, die die Motorgeschwindigkeitsschätzung aufweist, wenn sie der T_HW-Eingabe (Lenkrad- oder Torsionsstabdrehmomenteingabe) ausgesetzt ist.
8 stellt ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems zum Betreiben eines PMDC-Motors mit einer Strom-Vorsteuerung unter Verwendung eines mechanischen Anlagenmodells eines allgemeinen elektromechanischen Systems dar, wobei der Motor gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird. Das Vorsteuerungs-Motorsteuerungssystem 200 des PMDC-Motors 100 verwendet ein Beobachtungsmodul 710, das ein mechanisches Modell 700 des Systems verwendet, in dem der PMDC-Motor 100 verwendet wird. Das in 8 dargestellte System ist eine allgemeine Version des in 7 dargestellten Systems, wobei das mechanische Modell der EPS 12 verwendet wird. Im allgemeineren Fall, der in 8 dargestellt ist, stellt X alle gemessenen Ausgänge dar, die für das Design des Beobachters verwendet werden können. Die Übertragungsmatrix des Beobachters 700 kann wie folgt beschrieben werden. ${\hat{ω}}_{m} = [\begin{matrix} M_{ω X} & M_{ω I} \end{matrix}] {[\begin{matrix} X & I_{m} \end{matrix}]}^{T}$
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm für ein exemplarisches Verfahren zum Steuern des Stroms eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das Verfahren beinhaltet das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsstrom, der wiederum auf einem Eingangsstrombefehl basieren kann, wie bei 910 dargestellt. Der Spannungsbefehl kann unter Verwendung einer Induktivität und eines Widerstands des Motorsteuerungssystems wie hierin beschrieben berechnet werden.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen einer Bürstenabfallspannung (V_b) des Motors, wie bei 920 dargestellt. Die Bürstenabfallspannung wird basierend auf dem Eingangsstrom berechnet, z.B. unter Verwendung des Ausdrucks in Gleichung 2 hierin unter Verwendung vorbestimmter Bürstenabfallparameter. Alternativ oder zusätzlich kann die Bürstenabfallspannung aus gemessenen Strömen berechnet werden, wenn eine solche Strommessschaltung im System vorhanden ist.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen einer Gegen-EMK-Abfallspannung (E_g) des Motors, wie bei 930 dargestellt. Zur Berechnung der Gegen-EMK-Abfallspannung werden ein vorbestimmter Gegen-EMK-Parameter und ein Motorgeschwindigkeitssignal verwendet. In einem oder mehreren Beispielen kann das Motorgeschwindigkeitssignal von einem Motorgeschwindigkeitssensor (4) empfangen werden. Alternativ wird das Motorgeschwindigkeitssignal basierend auf einem Motorpositionssensor geschätzt (5). Alternativ dazu wird das Motorgeschwindigkeitssignal basierend auf einem mechanischen Modell des Systems, in dem der PMDC-Motor verwendet wird, geschätzt (7 und 8).
Das Verfahren beinhaltet ferner das Zusammensetzen eines endgültigen Spannungsbefehls für den Motor basierend auf dem ersten Spannungsbefehl, der Bürstenabfallspannung und der Gegen-EMK-Abfallspannung, wie bei 940 dargestellt. In einem oder mehreren Beispielen wird die Summe der drei Komponenten an den Motor geliefert, um einen entsprechenden Strom zu erzeugen, der den Motor in Drehung versetzt und ein entsprechendes Drehmoment erzeugt.
10 veranschaulicht ein Flussdiagramm für ein exemplarisches Verfahren zum Steuern des Stroms eines PMDC-Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das Verfahren beinhaltet das Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsstrom, der wiederum auf einem Eingangsstrombefehl basieren kann, wie bei 1010 dargestellt. Der Spannungsbefehl kann unter Verwendung einer Induktivität und eines Widerstands des Motorsteuerungssystems wie hierin beschrieben berechnet werden.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Berechnen einer geschätzten Störung des Motors, die sich aus Gegen-EMK- und Bürstenabfallspannung zusammensetzt, wie bei 1020 dargestellt. In einem oder mehreren Beispielen wird die Störung mit einem Störungsbeobachtermodul geschätzt, das einen gemessenen Stromausgang des Motors verwendet, um die Störung zu schätzen.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Zusammensetzen eines endgültigen Spannungsbefehls für den Motor basierend auf dem ersten Spannungsbefehl und der geschätzten Störung, wie bei 1030 dargestellt.
In einem oder mehreren Beispielen kann das Verfahren zur Vorsteuerung durch das Steuerungsmodul 40 für einen Assistenzmotor in einer EPS 12 implementiert werden, jedoch sind die technischen Lösungen nicht auf eine EPS 12 beschränkt und können in anderen Anwendungen, wie Rotorpumpe, Elektrowerkzeuge, Wasserfahrzeuge und dergleichen, verwendet werden. Das Steuerungsmodul 40 kann eine elektronische Schaltung wie ein Prozessor, eine integrierte Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder eine andere elektronische Schaltung zur Motorsteuerung sein.
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen die Vorsteuerung eines PMDC-Motors, indem sie eine Motorgeschwindigkeit auf mehrere verschiedene Weisen schätzen. Die Frequenzgänge vom Eingangsdrehmomentbefehl T_c zum elektromagnetischen Drehmoment T_e (unter der Annahme eines Bürstenabfalls von Null) für die verschiedenen Vorsteuerungsimplementierungen sowie die Frequenzgänge der Übertragungsfunktion mit offenem Regelkreis des EPS-Systems vom Eingangsdrehmomentbefehl T_c zum Lenkraddrehmoment T_HW zeigen, dass das dynamische Verhalten (Bandbreite) einer Drehmoment- (und Strom-)Steuerung und damit die Stabilitätsreserven von Motorsteuerungssystemen zwischen Rückführungsarchitekturen und (verschiedenen) Strom-Vorsteuerungsarchitekturen für hierin beschriebene PMDC-Antriebe vergleichbar sind. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen verwenden eine oder mehrere Konfigurationen zur Vorsteuerung von PMDC-Maschinen, einschließlich sensor- und beobachterbasierter Steuerungstechniken. Obwohl Ausführungsformen mit einem EPS-System beschrieben wurden, ist zu beachten, dass die hierin beschriebenen technischen Lösungen zur Strom-(Drehmoment-)Vorsteuerung eines elektrischen Subsystems mit einem PMDC-Elektroantrieb verwendet werden können und nicht auf ein spezielles mechatronisches System oder Produkt beschränkt sind.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jedem möglichen technischen Detaillierungsgrad der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein (oder mehrere) computerlesbare Speichermedien mit computerlesbaren Programmanweisungen darin beinhalten, um einen Prozessor zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hierin unter Bezugnahme auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden kann.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, das/der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der beschriebenen logischen Funktionen umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei aufeinanderfolgend dargestellte Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können je nach betroffener Funktionalität manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Hardware-basierte Spezialsysteme implementiert werden können, die die beschriebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen von Hardware und Computeranweisungen für spezielle Zwecke ausführen.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass alle hier beispielhaft dargestellten Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien wie Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar) wie beispielsweise Magnetplatten, optische Platten oder Bänder beinhalten oder anderweitig Zugriff darauf haben können. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien beinhalten, die in einem Verfahren oder einer Technologie zur Speicherung von Informationen implementiert sind, wie beispielsweise von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Solche Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder dafür zugänglich oder damit verbindbar. Alle hierin beschriebenen Anwendungen oder Module können unter Verwendung von computerlesbaren/ausführbaren Anweisungen implementiert werden, die auf diesen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Obwohl die technischen Lösungen in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, sollte leicht verständlich sein, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen zu integrieren, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und dem Umfang der technischen Lösungen entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben wurden, ist es außerdem verständlich, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen beinhalten können. Dementsprechend sind die technischen Lösungen nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt anzusehen.

Claims

Motorsteuerungssystem für einen Motor, umfassend: ein Vorsteuerungsmodul, das zum Steuern eines vom Motor erzeugten Ausgangsdrehmoments ausgestaltet ist durch: Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal; Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor basierend auf einer Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors; Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch Summieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls; und Senden des Spannungsbefehls an den Motor zum Erzeugen des Ausgangsdrehmoments.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Spannungsbefehl basierend auf einer elektrischen Induktivität einer elektrischen Schaltung des Motors berechnet wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei der erste Spannungsbefehl ferner basierend auf einem elektrischen Widerstand der elektrischen Schaltung des Motors berechnet wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls umfasst: Berechnen der Bürstenabfallspannung basierend auf vorbestimmten Bürstenabfallparametern.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Berechnen der Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors basierend auf einem vorbestimmten Gegen-EMK-Parameter und einem Motorgeschwindigkeitssignal.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Empfangen eines Motorpositionssignals und Berechnen der Motorgeschwindigkeit unter Verwendung des Motorpositionssignals.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Schätzen des Motorgeschwindigkeitssignals unter Verwendung eines mechanischen Anlagenmodells eines Systems, in dem das Motorsteuerungssystem verwendet wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Berechnen einer Störungsschätzung des Motorsteuerungssystems basierend auf einem Anlagenmodell des Motorsteuerungssystems, wobei die Störungsschätzung aus der Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors besteht.
Verfahren zum Steuern eines Motors unter Verwendung einer Vorsteuerung, wobei der Motor ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist, und wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines ersten Spannungsbefehls für den Motor durch ein Motorsteuerungssystem basierend auf einem Eingangsdrehmomentsignal; Berechnen eines zweiten Spannungsbefehls für den Motor durch das Motorsteuerungssystem basierend auf einer Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors; Berechnen eines Spannungsbefehls für den Motor durch das Motorsteuerungssystem durch Summieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls; und Senden des Spannungsbefehls an den Motor durch das Motorsteuerungssystem zum Erzeugen eines Ausgangsdrehmoments.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Spannungsbefehl basierend auf einer elektrischen Induktivität einer elektrischen Schaltung des Motors und auf einem elektrischen Widerstand der elektrischen Schaltung des Motors berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls umfasst: Berechnen der Bürstenabfallspannung basierend auf vorbestimmten Bürstenabfallparametern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Berechnen der Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors basierend auf einem vorbestimmten Gegen-EMK-Parameter und einem Motorgeschwindigkeitssignal.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Empfangen eines Motorpositionssignals und Berechnen der Motorgeschwindigkeit unter Verwendung des Motorpositionssignals.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Berechnen des Motorgeschwindigkeitssignals unter Verwendung eines mechanischen Anlagenmodells eines Systems, in dem das Motorsteuerungssystem verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen des zweiten Spannungsbefehls ferner umfasst: Berechnen einer Störungsschätzung des Motorsteuerungssystems basierend auf einem Anlagenmodell des Motorsteuerungssystems, wobei die Störungsschätzung aus der Bürstenabfallspannung des Motors und einer Gegen-EMK-Abfallspannung des Motors besteht.