DE102018127244A1

DE102018127244A1 - Leistungsmanagement in Antrieben mit synchronen Permanentmagnetmotoren

Info

Publication number: DE102018127244A1
Application number: DE102018127244.8A
Authority: DE
Inventors: Haibo Li; Prerit Pramod
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-05-09
Also published as: US10454395B2; CN109768740B; US20190140564A1; CN109768740A

Abstract

Es werden technische Lösungen für ein Leistungsmanagement in synchronen Permanentmagnetmaschinen beschrieben. Ein beispielhaftes System umfasst einen synchronen Permanentmagnetmotor (PMSM) und ein Motorsteuerungssystem, das einen Versorgungsstrom und einen regenerativen Strom des PMSM begrenzt. Das Begrenzen umfasst, dass ein Drehmomentbefehl empfangen wird und ein entsprechender Strombefehl erzeugt wird, um einen Drehmomentbetrag zu erzeugen, der auf dem Drehmomentbefehl beruht. Ferner umfasst das Begrenzen das Ermitteln eines geschätzten entnommenen Batteriestroms, der dem Strombefehl entspricht. Ferner wird in Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom einen Schwellenwert überschreitet, ein modifizierter Drehmomentbefehl erzeugt und es wird auch ein modifizierter Strombefehl erzeugt, der dem modifizierten Drehmomentbefehl entspricht. Der modifizierte Strombefehl wird verwendet, um zu veranlassen, dass der PMSM den Drehmomentbetrag erzeugt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Motorsteuerungssysteme und insbesondere ein Leistungsmanagement in synchronen Permanentmagnetmaschinen.
Synchrone Permanentmagnetmaschinen (PMSMs) werden in Elektroantriebsanwendungen aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, ihres überlegenen Steuerungsverhaltens und ihrer Zuverlässigkeit in großem Umfang eingesetzt. Typischerweise wird eine Drehmomentregelung von PMSMs auf indirekte Weise durch eine Regelung mit Stromrückkopplung ausgeführt, welche typischerweise Strom- und Positionsmessungen verwendet. Die feldorientierte Regelung (FOC) ist die am häufigsten verwendete Technik zur Stromregelung, bei der alle AC-Signale über eine Referenzrahmentransformation in DC-Signale transformiert werden. Das Regelungssystem wird dann in dem synchron rotierenden oder d/q-Referenzrahmen implementiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden technische Lösungen für das Leistungsmanagement in synchronen Permanentmagnetmaschinen beschrieben. Ein beispielhaftes System enthält einen synchronen Permanentmagnetmotor (PMSM) und ein Motorsteuerungssystem, das einen Versorgungsstrom und einen regenerativen Strom des PMSM begrenzt. Das Begrenzen umfasst, dass ein Drehmomentbefehl empfangen wird und ein entsprechender Strombefehl erzeugt wird, um einen Drehmomentbetrag beruhend auf dem Drehmomentbefehl zu erzeugen. Ferner umfasst das Begrenzen, dass ein geschätzter Batteriestrom ermittelt wird, der dieser entsprechend dem Strombefehl entnommen wird. In Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom einen Schwellenwert überschreitet, wird ferner ein modifizierter Drehmomentbefehl erzeugt, und es wird auch ein modifizierter Strombefehl erzeugt, der dem modifizierten Drehmomentbefehl entspricht. Der modifizierte Strombefehl wird verwendet, um zu bewirken, dass der PMSM den Drehmomentbetrag erzeugt.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Begrenzen eines Versorgungsstroms und eines regenerativen Stroms in einem Motorsteuerungssystem, dass ein Drehmomentbefehl empfangen wird und ein entsprechender Strombefehl erzeugt wird, um einen Drehmomentbetrag in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbefehl zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein geschätzter Batteriestrom ermittelt wird, der dieser entsprechend dem Strombefehl entnommen wird. In Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom einen Schwellenwert überschreitet, umfasst das Verfahren, dass ein modifizierter Drehmomentbefehl erzeugt wird und dass ein modifizierter Strombefehl erzeugt wird, der dem modifizierten Drehmomentbefehl entspricht. Ferner umfasst das Verfahren, dass der modifizierte Strombefehl gesendet wird, um zu bewirken, dass ein Motor den Drehmomentbetrag erzeugt.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Motorsteuerungssystem ein Stromerzeugungsmodul, das einen Drehmomentbefehl empfängt und einen entsprechenden Strombefehl erzeugt, um einen Drehmomentbetrag gemäß dem Drehmomentbefehl zu erzeugen. Ferner ermittelt ein Modul zum Schätzen und Vergleichen von Batterieströmen einen geschätzten Batteriestrom, der einer Stromversorgung entnommen wird, um den Strombefehl anzuwenden. Ferner vergleicht das Modul zum Schätzen und Vergleichen von Batterieströmen den geschätzten Batteriestrom mit einem maximalen Batteriestromschwellenwert. In Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom den maximalen Batteriestromschwellenwert überschreitet, sendet das Modul zum Schätzen und Vergleichen von Batterieströmen einen Rückkopplungsfaktor zum Modifizieren des Drehmomentbefehls und in Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom den maximalen Batteriestromschwellenwert einhält, wird der Strombefehl zum Erzeugen von Drehmoment gesendet. Ferner modifiziert ein Batteriestrom-Vorbegrenzungsmodul den Drehmomentbefehl unter Verwendung des Rückkopplungsfaktors und sendet den modifizierten Drehmomentbefehl an das Stromerzeugungsmodul.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung besser ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 ein EPS-System in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentsteuerungsalgorithmus für PMSMs darstellt;
3 einen Leistungsfluss eines Motorsteuerungssystems darstellt;
4 ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zum Begrenzen von Versorgungsströmen und regenerativen Strömen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
5 ein Blockdiagramm eines Moduls zur Vorbegrenzung eines Versorgungsstroms und eines regenerativen Stroms und einen Rückkopplungskreis in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
6 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Moduls zum Schätzen und Vergleichen von Versorgungsströmen und regenerativen Strömen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
7 beispielhafte Ergebnisse für ein beispielhaftes Motorsteuerungssystem darstellt, das die hier beschriebene Begrenzung von Versorgungsströmen und regenerativen Strömen implementiert; und
8 beispielhafte Ergebnisse für das beispielhafte Motorsteuerungssystem ohne Implementierung der hier beschriebenen Begrenzung von Versorgungsströmen und regenerativen Strömen darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie etwa eine anwendungsspezifisehe integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Nun mit Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne sie einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkungsmechanismus 36 ist ein System mit einer Zahnstange und einem Ritzelzahnrad und enthält eine (nicht gezeigte) mit Zähnen versehene Zahnstange in einem Gehäuse 50 und ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Ritzelzahnrad, das unter einem Getriebegehäuse 52 angeordnet ist. Wenn die Bedienereingabe, die hier im Nachfolgenden als Lenkrad 26 bezeichnet wird (z.B. ein Handrad und dergleichen), gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 durch ein Universalgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzelzahnrad. Die Drehung des Ritzelzahnrads bewegt die Zahnstange, welche Spurstangen 38 (nur eine ist gezeigt) bewegt, wodurch wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist gezeigt) bewegt werden, welche ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist gezeigt) drehen bzw. einschlagen.
Eine Unterstützung durch die elektrische Servolenkung wird durch die Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die allgemein durch Bezugszeichen 24 bezeichnet ist und den Controller 16 und eine elektrische Maschine 46 enthält, welche ein synchroner Permanentmagnetmotor sein kann und hier im Nachstehenden als Motor 46 bezeichnet wird. Der Controller 16 wird durch eine Leitung 12 von der Fahrzeugstromversorgung 10 mit Leistung versorgt. Der Controller 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, welcher ein Sensor mit optischer Codierung, ein Sensor mit variablem Widerstandswert oder ein anderer geeigneter Typ von Positionssensor sein kann, und dieser liefert dem Controller 16 ein Positionssignal 20. Eine Motorgeschwindigkeit kann mit einem Tachometer oder einer anderen Vorrichtung gemessen werden und an den Controller 16 als Motorgeschwindigkeitssignal 21 übertragen werden. Eine als ω_m bezeichnete Motorgeschwindigkeit kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus ermittelt werden. Beispielsweise kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als Änderung der Motorposition θ, die von einem Positionssensor 32 gemessen wird, über ein vorgegebenes Zeitintervall berechnet werden. Zum Beispiel kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motorgeschwindigkeit aus der Motorposition als die zeitliche Änderungsrate der Position abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche gut bekannte Methoden zum Ausführen der Funktion der Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das Drehmoment, das von dem Fahrzeugbediener auf das Lenkrad 26 aufgebracht wird. Der Drehmomentsensor 28 kann einen (nicht gezeigten) Torsionsstab und einen (ebenfalls nicht gezeigten) Sensor mit variablem Widerstandswert enthalten, welcher ein variables Drehmomentsignal 18 an den Controller 16 in Relation zu dem Betrag an Verdrehung am Torsionsstab ausgibt. Dies ist zwar ein Typ eines Drehmomentsensors, jedoch kann jede andere geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, genügen. In Ansprechen auf die verschiedenen Eingaben sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, der eine Drehmomentunterstützung für das Lenkungssystem durch eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 liefert, wodurch Drehmomentunterstützung für die Fahrzeugsteuerung bereitgestellt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die offenbarten Ausführungsformen durch Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben werden, es jedoch festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die Bezugnahmen und Beschreibungen hierin auf viele Formen von Parametersensoren zutreffen, welche ohne Einschränkung Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen umfassen. Außerdem soll erwähnt werden, dass hierin auf elektrische Maschinen, welche ohne Einschränkung Motoren umfassen, im Nachstehenden der Kürze und Einfachheit halber ohne Einschränkung nur als Motoren Bezug genommen wird.
In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet der Controller 16 das Drehmoment, die Position, die Geschwindigkeit und dergleichen um einen oder mehrere Befehle zum Liefern der angeforderten Ausgabeleistung zu berechnen. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt in Ansprechen darauf ein oder mehrere Ausgabebefehlssignale bereit, in diesem Fall beispielsweise für den Motor 46. Der Controller 16 ist ausgestaltet, um die entsprechenden Spannungen aus einem (nicht gezeigten) Umrichter heraus zu entwickeln, welcher optional in den Controller 16 integriert sein kann und der hier als Controller 16 bezeichnet wird, sodass, wenn sie an den Motor 46 angelegt werden, das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Controller 24 in einem Modus mit Steuerungsrückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet der Controller 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und der Geschwindigkeit des Motors 46 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das Drehmoment, das von einem Bediener aufgebracht wird, ermittelt. Ein Positionscodierer ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu detektieren. Der Codierer kann die Drehposition auf der Grundlage einer optischen Detektion, von Schwankungen eines Magnetfelds oder mit anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren umfassen Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines/einen der Vorstehenden umfassen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit diejenige des Motors 46 anzeigt.
Ein gewünschtes Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 ermittelt werden, welche Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen derartigen Drehmomentsensor 28 und das oder die Drehmomentsignale 18 von diesem, die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche (nicht gezeigte) Vorrichtung ansprechen, die ausgestaltet ist, um eine Antwort bereitzustellen, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen ist ein oder sind mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 46 angeordnet. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 ausgestaltet, um die Temperatur des Erfassungsabschnitts des Motors 46 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an den Controller 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren umfassen Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorstehenden Sensoren umfassen, welche, wenn sie geeignet platziert sind, ein kalibrierbares Signal bereitstellen, das zu der speziellen Temperatur proportional ist.
Das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden neben anderen an den Controller 16 angelegt. Der Controller 16 verarbeitet alle Eingabesignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motorgeschwindigkeitswert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale wie die vorstehend erwähnten werden häufig auch linearisiert, kompensiert und auf Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder ungewünschte Eigenschaften des beschafften Signals zu beseitigen. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Zudem kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung angewendet werden, um Rauschen zu beseitigen und ungewünschte Spektraleigenschaften zu vermeiden.
Um die vorstehend beschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die Berechnungen dafür (z.B. die Erkennung von Motorparametern, Steuerungsalgorithmen und dergleichen) auszuführen, kann der Controller 16 ohne Einschränkung ein oder mehrere Prozessoren, Computer, DSPs, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Eingabe/Ausgabe-Signalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eine/einen/eines der Vorstehenden umfassen, enthalten. Beispielsweise kann der Controller 16 eine Verarbeitung und Filterung von Eingabesignalen umfassen, um ein genaues Abtasten und Umwandeln oder Beschaffen derartiger Signale aus Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale des Controllers 16 und bestimmter Prozesse darin werden hier zu einem späteren Zeitpunkt gründlich erörtert.
In einem oder mehreren Beispielen ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen ein Leistungsmanagement des Elektroantriebsabschnitts des EPS-Systems, d.h. des Motorsteuerungssystems. Es sei darauf hingewiesen, dass die technischen Lösungen hier zwar unter Verwendung von Ausführungsformen eines Lenkungssystems beschrieben sind, die technischen Lösungen jedoch auf jedes andere Motorsteuerungssystem anwendbar sind, das bei einem anderen PMSM verwendet wird.
Um eine Spannungsquelle eines Elektroantriebssystems (Motorsteuerungssystems) zu schützen, wird in dem Motorsteuerungssystem typischerweise eine Begrenzung der Spannung über einem Versorgungs- und/oder regenerativen Strom vorgegeben. Diese Begrenzungen können in der Form einer offlinekalibrierten Tabelle oder einer sich online kontinuierlich verändernden Begrenzung, die an das Motorsteuerungssystem gesendet wird, vorliegen. Wenn diese Begrenzung des Versorgungs- und/oder regenerativen Stroms gegeben ist, wird der Motorstrombefehl modifiziert, um sicherzustellen, dass das System nicht mehr Versorgungsstrom entnimmt oder mehr regenerativen Strom als angegeben zuführt, sodass die Stromquelle geschützt wird. In speziellen Beispielen für ein Motorsteuerungssystem, das im Fall von Kraftfahrzeuganwendungen verwendet wird, etwa bei einem Lenkungssystem, ist die Stromversorgung eine Fahrzeugbatterie.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen die technische Herausforderung des Begrenzens der Versorgungs- oder regenerativen Ströme in dem Motorsteuerungssystem an. In einem oder mehreren Beispielen ermöglichen die technischen Lösungen das aktive Begrenzen sowohl des Versorgungs- als auch des regenerativen Stroms, die zwischen der Stromversorgung und dem PMSM fließen. Die Begrenzungsmaßnahme beschränkt die Entnahme des Versorgungs- und regenerativen Stroms durch aktive Modifizierung von Drehmomentbefehlen und stellt außerdem wiederum die vollständige Nutzung der Spannung sicher. Die Begrenzung des Versorgungs- und regenerativen Stroms wird in eine äquivalente Drehmomentbegrenzung des PMSM umgesetzt, indem die Leistungsgleichungen des Leistungsflusskreises auf der Grundlage des Prinzips der Leistungserhaltung in dem Motorsteuerungssystem gelöst werden, und sie wird durch eine Onlinemodifikation von Drehmomentbefehlen gemäß dem durch die Batteriestrombegrenzung maximal zulässigen Drehmoment implementiert. Die hier beschriebenen technischen Lösungen schützen daher die Stromversorgung, etwa eine Batterie, vor einem übermäßigen Entlade- oder Ladestrom bei allen Betriebsbedingungen des PMSM-Antriebssystems. Ferner sind die hier beschriebenen technischen Lösungen auf alle Elektroantriebssysteme anwendbar, die PMSMs verwenden, und sind nicht auf irgendeine spezielle Anwendung beschränkt.
2 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentregelungsalgorithmus für PMSMs dar. Das Blockdiagramm stellt ein Motorsteuerungssystem 100 dar, bei dem für eine gegebene DC-Koppelspannung V_DC, welche von einer Batterie 110 stammt, und für eine (mechanische) Motorgeschwindigkeit ω_m das maximale Drehmoment T_e,max berechnet wird und dann mit einem gegebenen Drehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
verglichen wird, um einen endgültigen Drehmomentbefehl $T_{e, f i n a l}^{*}$
innerhalb der Systemkapazität durch ein Drehmomentbegrenzungsmodul 120 zu erzeugen. Folglich ermöglicht das Motorsteuerungssystem 100 eine Motordrehmomentregelung und eine Motorstromregelung. $T_{e, f i n a l}^{*}$
wird an ein Modul 130 für maximales Drehmoment pro Ampere (MTPA-Modul) gesendet, um Strombefehle $i_{d}^{*} und i_{q}^{*}$
zu berechnen, welche an ein Modul 140 für maximales Drehmoment pro Volt (MTPV-Modul) gesendet werden, um zu prüfen, ob die entsprechende PMSM-Spannung v_m den maximal möglichen Wert v_m,max überschreitet, der durch die DC-Koppelspannung begrenzt ist. Wenn die PMSM-Spannung v_m v_m,max nicht überschreitet, werden die von dem MTPA-Modul 130 berechneten Strombefehle als endgültige Befehle $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
zur PMSM-Regelung verwendet; andernfalls werden von dem MTPV-Block 140 andere Befehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i_{q, f i n a l}^{*}$
erzeugt, um der Spannungsbegrenzung des PMSM zu genügen. Die endgültigen Strombefehle werden dann an einen Stromregler 150 gesendet, der eine Stromnachführung und damit eine Drehmomentnachführung sicherstellt. Hier bezeichnet „Nachführung“ wie nahe der Ausgabestrom (oder das Ausgabedrehmoment) bei dem gewünschten Strom (oder bei dem gewünschten Drehmoment), wie durch den Strombefehl (den Drehmomentbefehl) angefordert, liegt.
Um die Batterie 110 davor zu schützen, dass sie durch zu große Ströme übermäßig entladen oder geladen wird, und dadurch die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, wird eine Batteriestrombegrenzung während des Betriebs des PMSM 110 ausgeführt. Der PMSM 160 kann der Motor 26 sein, der in dem Lenkungssystem 40 verwendet wird, oder eine beliebige andere Anwendung. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden typischerweise Nachschlagetabellen (LUT) verwendet, um die Drehmoment- und Strombefehle so einzustellen, dass der Batteriestrom den Maximalwert nicht überschreitet. Eine technische Herausforderung bei einem derartigen Ansatz besteht darin, dass eine Offline-Kalibrierung für verschiedene Motoren ausgeführt werden muss, die zeitaufwendig ist. Aufgrund des Offline-Charakters dieser Techniken sind die Strom- und Drehmomentbefehle außerdem nicht optimal, da sich dynamisch verändernde Betriebsbedingungen des PMSM 160 nicht berücksichtigt werden. Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen eine Batteriestrombegrenzung, die die Fähigkeit aufweist, sowohl Versorgungsströme als auch regenerative Ströme gleichzeitig zu begrenzen, die mit zumindest einer Schwellenwertgenauigkeit über alle Betriebsregionen des PMSM 160 hinweg implementiert werden kann, wenn der PMSM 160 online ist, und die ferner die vollständige Nutzung der DC-Koppelspannung sicherstellt. Die technischen Lösungen werden weiter beschrieben.
3 stellt einen Leistungsfluss eines Motorsteuerungssystems dar. Das Motorsteuerungssystem, das dargestellt ist, stammt von dem Lenkungssystem 40 mit dem Steuerungsmodul 16 und dem Motor 46, welche einen Spannungskreis definieren, der die Spannung über der (nicht gezeigten) Batterie 110 und die Spannung am Eingang des (nicht gezeigten) Umrichters, der dann mit dem Motor 46 verbunden ist, umfasst.
Für eine gegebene Batteriespannung (V_BATT) und für eine Messung der Spannungseingabe (V_DC) in das System 16 können die Leistungsgleichungen aufgelöst werden, um Motorstrombegrenzungen zu erhalten. Ein Versorgungsstrom I_S steht in Beziehung zu dem regenerativen Strom I_B wie folgt: $I_{b} = - I_{s}$
Ferner kann das Spannungsschaltkreismodell, das die Batterie berücksichtigt, mathematisch wie folgt ausgedrückt werden: $V_{D C} = V_{B A T T} - R_{B H} I_{s}$
wobei R_BH den Batteriekabelstrangwiderstand repräsentiert. Die Leistungsgleichgewichtsgleichung dieses Systems kann wie folgt geschrieben werden: $\begin{matrix} V_{D C} I_{s} - R_{c} I_{s}^{2} = P_{e} \\ - V_{D C} I_{b} - R_{c} I_{b}^{2} = P_{e} \end{matrix}$
wobei R_C der Eingangswiderstand des Controllers ist und P_e die elektrische Leistung ist, die in das Motorsteuerungssystem eingegeben (oder dem Motorsteuerungssystem entnommen) wird. Der Ausdruck für P_e wird hier im Detail weiter beschrieben. Wieder mit Bezug auf 3 ist, wenn der PMSM als Motor 46 betrieben wird, der Batteriestrom i_b der Versorgungsstrom, der der Batterie 110 entnommen wird, und er wird als positiver Wert betrachtet; wenn der PMSM andernfalls als Generator betrieben wird, ist der Batteriestrom i_b ein regenerativer Strom, der an die Batterie 110 zurückgeliefert wird und er wird als negativ betrachtet.
Wenn die Leistungsgleichungen für eine gegebene Batteriestromgrenze I_b,max gemäß dem Leistungserhaltungsprinzip gelöst werden, um die PMSM-Drehmomentbegrenzung zu erhalten, kann die Leistungsgleichgewichtsgleichung des Systems geschrieben werden als $P_{in} = P_{e} + i_{b}^{2} Rc,$
wobei P_in, P_e und R_C jeweils die Eingabeleistung der DC-Kopplung, die elektrische Eingabeleistung des PMSM-Antriebssystems und der Eingangswiderstand der DC-Kopplung sind.
Die Spannungen der DC-Kopplung und der Batterie 110 stehen wie folgt in Beziehung: $V_{D C} = V_{B A T T} - i_{b} R_{B H}$
wobei V_BATT und R_BH jeweils die Batteriespannung und der Batteriekabelstrangwiderstand sind.
Ferner können P_in und P_e wie folgt hergeleitet werden: $P_{i n} = V_{D C} i_{b}$
$P_{e} = T_{e} ω_{m} + P_{l o s s}$
wobei T_eω_m und P_loss jeweils die elektrische Ausgabeleistung und die Verluste des PMSM sind. Die elektrischen Verluste umfassen Umrichterverluste, Wicklungsverluste, Kernverluste und Streuverluste in dem PMSM. Die dominante Komponente von allen Verlustkomponenten ist der Wicklungsverlust. Folglich kann das elektromagnetische Drehmoment wie folgt geschrieben werden: $T_{e} = \frac{P_{e} - P_{l o s s}}{ω_{m}} = \frac{P_{i n} - i_{b}^{2} R_{C} - P_{l o s s}}{ω_{m}} = \frac{V_{D C} i_{b} - i_{b}^{2} R_{C} - P_{l o s s}}{ω_{m}}$
Wenn Batteriestromgrenzen in dem typischen PMSM-Steuerungsalgorithmus berücksichtigt werden müssen, muss der Drehmomentbefehl entsprechend modifiziert werden. Insbesondere wird, wenn ein maximaler Batterieversorgungsstrom oder ein regenerativer Strom I_b,max des PMSM als Steuerungsbegrenzung des PMSM hinzugefügt wird, das maximal zulässige Drehmoment sein: $T_{b, m a x} = \frac{V_{D C} I_{b, m a x} - I_{b, m a x}^{2} R_{C} - P_{l o s s}}{ω_{m}}$
Die technische Herausforderung besteht hier darin, dass die Verlustkomponente P_loss in dieser Berechnungsformel für T_b,max durch den Motorstrom i_m beeinflusst wird, wodurch das Drehmoment T_b,max rückwirkend beeinflusst wird, das in den Motorsteuerungsalgorithmus gesendet wird. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen diese technische Herausforderung an, indem sie eine Drehmomentbefehl-Vorbegrenzung mit einem iterativen Aktualisierungsverfahren kombinieren, um die gekoppelte Interaktion zwischen Drehmoment und Motorstrom zu beseitigen oder zu minimieren.
4 stellt ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zur Begrenzung von Versorgungs- und regenerativen Strömen in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. In einem oder mehreren Beispielen sind die hier beschriebenen technischen Lösungen in den in 4 gezeigten PMSM-Steuerungsalgorithmus integriert, um Strombefehle $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
zu erzeugen, um sicherzustellen, dass Versorgungs- und regenerative Ströme unter vordefinierten Grenzen bleiben. Wie dargestellt umfasst das Verfahren eine Vorbegrenzung des Eingabestroms (Versorgung oder regenerativ) i_b, wie bei 420 gezeigt ist, und ferner ein Schätzen und Vergleichen von i_b, wie bei 440 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Eingabeparametern, wie bei 410 gezeigt ist. Die Eingabeparameter umfassen mindestens $T_{e}^{*},$
V_DC, ω_m und I_b,max.
Das Vorbegrenzen von i_b umfasst das Aufbereiten von Parametern und die Modifikation von Drehmomentbefehlen, wie bei 422 und 424 gezeigt ist. Die aufbereiteten Parameter und der modifizierte Drehmomentbefehl werden gemeinsam verwendet, um die Strombefehle $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
zu berechnen, wie bei 430 gezeigt ist.
Ferner umfasst das Verfahren, dass der Batteriestrom i_b basierend auf den Strombefehlen $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
geschätzt wird und untersucht wird, ob der geschätzte i_b innerhalb angegebener Grenzwerte liegt, (jeweils ein Wert für Versorgungs- und regenerative Stromgrenzen), wie bei 442 und 444 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass Rückkopplungsaktualisierungsinformationen für den vorherigen Drehmomentbefehlsmodifikationsschritt bereitgestellt werden und dass das Verfahren iterativ durchlaufen wird, bis der geschätzte i_b den vordefinierten Grenzen genügt, wie bei 446 gezeigt ist. Es gibt mehrere Wege zum Implementieren des Kreises zur Vorbegrenzung und Rückkopplung von i_b, um zu ermöglichen, dass das Begrenzen von i_b durch eine Drehmomentbefehlsmodifikation und eine iterative Aktualisierung durchgeführt wird. Die Strombefehle, welche die vordefinierten Grenzen erfüllen, werden festgehalten, um sie an den Stromregler 150 als die Befehle $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
weiterzuleiten, wie bei 450 gezeigt ist.
5 stellt ein Blockdiagramm eines Moduls zum Vorbegrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen und einen Teil des Rückkopplungskreises in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Modul 520 zum Vorbegrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen implementiert die Parameteraufbereitung und die Drehmomentbefehlsmodifikation. In einem oder mehreren Beispielen ist das Modul zum Vorbegrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen Teil des Steuerungsmoduls 16, es wird von dem Steuerungsmodul 16 ausgeführt oder es ist eine separate elektronische Schaltung, die in dem Motorsteuerungssystem 200 enthalten ist. Ferner umfasst das Modul 520 zum Vorbegrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen in einem oder mehreren Beispielen separate Module - unter anderem ein Parameteraufbereitungsmodul 522 und ein Drehmomentbefehlsmodifikationsmodul 524.
Das Modul 520 zum Vorbegrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen erkennt in einem oder mehreren Beispielen als Teil der Parameteraufbereitung einen Betriebsmodus des PMSM 160 unter Verwendung des Produkts aus $T_{e}^{*}$
und ω_m, wie bei 530 gezeigt ist. Beruhend auf dem Betriebsmodus werden der maximale Versorgungsstrom I_b,max1 und der maximale regenerative Strom I_b,max2 zur Aufbereitung der Parameter dynamisch verwendet. Wenn das Produkt größer als Null ist, wird festgestellt, dass sich der PMSM-Betriebsmodus (anfänglich) im Motormodus befindet, und das Verfahren umfasst, dass I_b,max = I_b,max1 gesetzt wird, wie bei 532 gezeigt ist. Wenn das Produkt kleiner als Null ist, wird das System im regenerativen Betriebsmodus (oder Generierungsmodus) betrieben und I_b,max = I_b,max2 gesetzt, wie bei 534 gezeigt ist. Ferner wird ein Skalierungsfaktor k beruhend darauf verwendet, dass das Produkt größer (oder gleich) oder kleiner als Null ist. Der Skalierungsfaktor k ist ein Drehmomentfaktor, der verwendet wird, um die Abhängigkeit der Drehmomentberechnung vom Verlust zu verringern, wobei die Drehmomentberechnung ist $T_{e} = \frac{k (V_{D C} i_{b} - i_{b}^{2} R_{C})}{ω_{m}}$
Bei Berücksichtigung der maximalen Batteriestromgrenzen kann das maximale Drehmoment, das Versorgungs- und regenerative Ströme innerhalb der Grenzen sicherstellt, wie bei 542 berechnet werden als $T_{b, m a x} = \frac{k (V_{D C} I_{b, m a x} - I_{b, m a x}^{2} R_{C})}{ω_{m}}$
Nach der Berechnung von T_b,max wird der ursprüngliche Drehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
aktualisiert und durch den kleineren Wert von $T_{e}^{*}$
und T_b,max ersetzt, wie bei 544 gezeigt ist. Da die mechanische Leistung des PMSM im Motormodus aus der Batterie 110 stammt, ist in diesem Modus k kleiner als 1 (532). Im regenerativen Modus jedoch ist k in diesem Modus größer als 1 (534), da die Leistung von dem PMSM 160 zu der Batterie 110 fließt. Der Drehmomentfaktor k wird durch den Rückkopplungskreis kontinuierlich aktualisiert, bis die Grenzen für Versorgungs- und regenerative Ströme erfüllt sind, wie bei 550 gezeigt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die konstanten Werte, die in dem vorstehenden Beispiel und/oder in der 5 oder in einem/einer beliebigen anderen Beispiel/Zeichnung hierin dargestellt sind, Beispiele sind und in Abhängigkeit von Systemparametern und speziellen Betriebsbedingungen in anderen Beispielen variieren können. In einem oder mehreren Beispielen wird ein Parameteradaptionsschema verwendet, um eine schnellere Konvergenz des Werts von k während der Implementierung des vorstehenden Verfahrens zu erreichen. Darüber hinaus kann die Drehmomentmodifikation alternativ als T_b,max = T_b,max - ΔT ausgeführt werden, wobei ΔT ein Drehmomentaktualisierungsschritt ist. In anderen Beispielen können alternative Verfahren zum Aktualisieren des Drehmoments innerhalb des Rückkopplungskreises verwendet werden.
In einem oder mehreren Beispielen weist der PMSM-Betrieb eine kritische Region bei geringen Motordrehzahlen auf (Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegen), bei der das Produkt $T_{e}^{*} ω_{m} < 0$
ist, und die Batterie 110 dennoch Strom an das System liefert. Bei einer derartigen kritischen Region ist die Batteriestrombeschränkung, die in der i_b-Vorbegrenzung angegeben ist, nicht korrekt, weil angenommen wird, dass die Batterie 110 durch einen regenerativen Strom geladen wird, sie jedoch immer noch Strom liefert. Um einen Fehler in diesem Fall zu vermeiden, wird das vorstehend beschriebene Verfahren in einem oder mehreren Beispielen modifiziert.
6 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Moduls zum Schätzen und Vergleichen von i_b in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. In einem oder mehreren Beispielen ist das Modul zum Schätzen und Vergleichen von i_b Teil des Steuerungsmoduls 16, es wird von dem Steuerungsmodul 16 ausgeführt oder es ist eine separate elektronische Schaltung, die in dem Motorsteuerungssystem 200 enthalten ist. Ferner enthält das Modul 620 zum Schätzen und Vergleichen von Versorgungs- und regenerativen Strömen in einem oder mehreren Beispielen separate Module - neben weiteren ein Batteriestrom-Schätzmodul 622 und ein Batteriestrom-Vergleichsmodul 624.
Das Modul 620 zum Schätzen und Vergleichen von Versorgungs- und regenerativen Strömen führt eine oder mehrere Operationen zum Schätzen des Batteriestroms i_b unter Verwendung der endgültigen Strombefehle aus den Vorbegrenzungsoperationen 520 aus, wie bei 622 gezeigt ist. Das Modul 620 zum Schätzen und Vergleichen von Versorgungs- und regenerativen Strömen führt ferner eine oder mehrere Operationen aus, um zu prüfen, ob das System gerade in der kritischen Region betrieben wird, wie bei 630 gezeigt ist. Auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs werden die Batteriestromgrenzen dynamisch eingestellt. Zum Beispiel wird in der kritischen Region die Stromgrenze zu I_b,max = -I_b,max1 korrigiert, was sicherstellt, dass der Versorgungsstrom innerhalb der gegebenen Grenze I_b,max1 liegt, wie bei 632 gezeigt ist. Wenn das System gerade nicht in der kritischen Region betrieben wird, wird der Wert I_b,max nicht verstellt, wie bei 634 gezeigt ist. Ferner wird der geschätzte Batteriestrom i_b mit der Batteriestromgrenze I_b,max unter Verwendung eines Modulo-Operators an den Werten verglichen, wie bei 636 gezeigt ist.
Der Batteriestrom i_b (während einer oder mehrerer Iterationen) kann unter Verwendung der vorstehend angegebenen Leistungsgleichungen geschätzt werden. Die Leistungsgleichung $V_{DC} i_{b} - R_{c} i_{b}^{2} = P_{e}$
kann wie folgt gelöst werden, um i_b zu erhalten. $i_{b} = \frac{V_{D C} + \sqrt{V_{D C}^{2} - 4 R_{c} P_{e}}}{2 R_{c}},$
wobei die in das Motorsteuerungssystem eingegebene elektrische Leistung P_e aus dem elektromagnetischen Drehmoment, den Maschinenströmen, der Spannung und von Motorparametern erhalten wird. Die Leistung P_e kann mit Hilfe des elektromagnetischen Drehmoments T_e wie folgt ausgedrückt werden. $P_{e} = \frac{3}{2} (T_{e} ω_{m} + I_{d}^{2} R_{m} + I_{q}^{2} R_{m} + P_{m i s c})$
wobei P_misc die Verlustkomponente ist, welche die Motorkernverluste sowie ein oder mehrere Streuverluste in dem Motorsteuerungssystem umfasst, R_m der Motorschaltungswiderstand ist, der die Widerstände des Motors und der Leistungsschaltung umfasst und I_d und I_q jeweils die d-Achsen- und q-Achsen-Motorströme sind. Ferner ist $P_{l o s s} = I_{d}^{2} R_{m} + I_{q}^{2} R_{m} + P_{m i s c} .$
Des Weiteren kann das Drehmoment mit Hilfe der Motorströme wie folgt repräsentiert werden. $T_{e} = \frac{3}{2} (K_{e} I_{q} + \frac{N_{p}}{2} (L_{q} - L_{d}) I_{d} I_{q})$
wobei K_e die Konstante der Motorspannung oder des Motordrehmoments ist, N_p die Anzahl der Rotorpole ist, und L_d und L_q jeweils die d-Achsen- und q-Achsen-Induktivitäten sind. Folglich kann P_e mit Hilfe der Motorströme unter Verwendung des Drehmomentausdrucks erhalten werden. Alternativ kann die Leistung P_e mit Hilfe von V_d und V_q ausgedrückt werden, welche jeweils die d-Achsen- und q-Achsen-Motorspannungen sind, indem die Beziehungen zwischen Spannung und Strom des Motors wie folgt genutzt werden. $V_{d} = I_{d} R_{m} + \frac{N_{p}}{2} ω_{m} L_{q} I_{q}$
$V_{q} = I_{q} R_{m} - \frac{N_{p}}{2} ω_{m} L_{d} I_{d} + K_{e} ω_{m}$
Wenn die Begrenzung eingehalten wird, werden die Strombefehle festgehalten, um sie an den Stromregler 150 als die Befehle $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
weiterzuleiten, wie bei 450 gezeigt ist. Wenn die Grenze nicht eingehalten wird, werden die Strombefehle unter Verwendung des Rückkopplungskreises wie hier beschrieben erneut berechnet, um den Drehmomentfaktor k zu verstellen, wie bei 550 gezeigt ist.
7 stellt beispielhafte Ergebnisse für ein beispielhaftes Motorsteuerungssystem dar, welches eine hier beschriebene Begrenzung von Versorgungs- und regenerativen Strömen implementiert. In dem beispielhaften Fall, für welchen die Ergebnisse dargestellt sind, sind die Grenzen für die Versorgungs- und regenerativen Ströme auf I_b,max1 = 50 A bzw. I_b,max2 = -40 A eingestellt. Ferner stellt 8 beispielhafte Ergebnisse für das beispielhafte Motorsteuerungssystem ohne Implementierung der hier beschriebenen Begrenzung von Versorgungs- und regenerativen Strömen dar.
Aus 7 ist ersichtlich, dass sowohl Versorgungs- als auch regenerative Ströme erfolgreich innerhalb der Maximalwerte begrenzt werden. Im Vergleich mit dem endgültigen Drehmomentbefehl $T_{e, f i n a l}^{*}$
in 8 (ohne eine Batteriestrombegrenzung) wird $T_{e, f i n a l}^{*}$
in 7 (mit der Begrenzung) modifiziert, um neue Strombefehle zu erzeugen, wenn die Begrenzung der Versorgungs- und regenerativen Ströme in den PMSM-Steuerungsalgorithmus integriert ist. Dieser modifizierte Drehmomentbefehl $T_{e, f i n a l}^{*}$
wird in Übereinstimmung mit gegebenen Batteriestromgrenzen beruhend auf dem Leistungserhaltungsprinzip berechnet und durch den Rückkopplungskreis iterativ aktualisiert, bis die Stromgrenzenbeschränkung eingehalten wird, wie hier beschrieben ist. Aufgrund des modifizierten Drehmomentbefehls werden sowohl der Motorstrom als auch die Motorspannung, welche in 7 und 8 auch gezeigt sind, verändert. Die Ergebnisse demonstrieren die Effektivität der Begrenzung für sowohl Versorgungsströme als auch regenerative Ströme. Es soll erwähnt werden, dass diese Ergebnisse ein Beispiel sind, und dass in einem oder mehreren Beispielen unter Verwendung anderer fallspezifischer Parameter und Faktoren die Ergebnisse variieren können.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen daher ein Leistungsmanagement (eine Leistungsbegrenzung) eines Motors, speziell durch Begrenzen von Versorgungs- und regenerativen Strömen, wenn verschiedene Beschränkungen und Anforderungen gegeben sind. Die hier beschriebenen technischen Lösungen können verwendet werden, um Beschränkungen von Versorgungs- und regenerativen Strömen für PMSM-Maschinen unabhängig von Betriebsbedingungen anzuwenden, und sie sind nicht auf spezielle Betriebsbedingungen wie etwa nur auf regenerative Ströme oder nur nicht ausgeprägte Pole begrenzt. Ferner ermöglichen es die hier beschriebenen technischen Lösungen, dass die Begrenzung der Versorgungs- und regenerativen Ströme auf dynamische Weise angewendet wird, indem die Grenzen dynamisch eingestellt werden, statt dass die Grenzen offline kalibriert werden. Ferner stellen die hier beschriebenen technischen Lösungen eine maximale Spannungsnutzung über alle PMSM-Betriebsregionen hinweg bei gegebenen Batteriestrombegrenzungseinschränkungen sicher.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt bei jedem möglichen technischen Detailniveau der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit darin gespeicherten computerlesbaren Programmanweisungen enthalten, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier mit Bezugnahme auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogramprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme und/oder Kombinationen aus Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder den Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. Diesbezüglich kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen repräsentieren, welche ein oder mehrere ausführbare Anweisungen umfassen, um die beschriebenen logischen Funktionen zu implementieren. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken beschriebenen Funktionen außerhalb der Reihenfolge auftreten, die in den Figuren beschrieben ist. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es soll auch erwähnt werden, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammveranschaulichung und Kombinationen aus Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammveranschaulichung durch spezielle hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen durchführen oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Außerdem ist festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die hier beispielhaft beschrieben sind, welche Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien wie etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbare und/oder nicht entfernbare) enthalten oder anderweitig darauf Zugriff haben können, wie zum Beispiel Magnetplatten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien umfassen, die durch ein beliebiges Verfahren oder eine beliebige Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Diese Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder für diese zugänglich oder mit dieser verbindbar. Alle hier beschriebenen Anwendungen oder Module können unter Verwendung von computerlesbaren/computerausführbaren Anweisungen implementiert werden, die durch diese computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die im Vorstehenden hier nicht beschrieben wurden, welche aber mit dem Geist und Umfang der technischen Lösungen übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben wurden, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich dürfen die technischen Lösungen nicht so aufgefasst werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung begrenzt sind.

Claims

System, das umfasst: einen synchronen Permanentmagnetmotor (PMSM); und ein Motorsteuerungssystem, das ausgestaltet ist, um einen Versorgungsstrom und einen regenerativen Strom zu begrenzen, wobei das Motorsteuerungssystem ausgestaltet ist, um: einen Drehmomentbefehl zu empfangen und einen entsprechenden Strombefehl zu erzeugen, um einen Drehmomentbetrag auf der Grundlage des Drehmomentbefehls zu erzeugen; einen geschätzten entnommenen Batteriestrom entsprechend dem Strombefehl zu bestimmen; und in Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom einen Schwellenwert überschreitet: einen modifizierten Drehmomentbefehl zu erzeugen; einen modifizierten Strombefehl zu erzeugen, der dem modifizierten Drehmomentbefehl entspricht; und den modifizierten Strombefehl zu senden, um zu veranlassen, dass der PMSM den Drehmomentbetrag erzeugt.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Stromregler mit Rückkopplung umfasst, der den modifizierten Strombefehl in einen Spannungsbefehl zum Anlegen an den PMSM umsetzt.
System nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des modifizierten Drehmomentbefehls umfasst, dass der Drehmomentbefehl iterativ modifiziert wird und der geschätzte entnommene Batteriestrom bestimmt wird, bis der geschätzte Batteriestrom den Schwellenwert einhält.
System nach Anspruch 3, wobei das Modifizieren des Drehmomentbefehls umfasst, dass ein Drehmomentfaktor k modifiziert wird, der verwendet wird, um den Drehmomentbefehl zu berechnen.
System nach Anspruch 4, wobei der Drehmomentbefehl berechnet wird als $T_{e} = \frac{k (V_{D C} i_{b} - i_{b}^{2} R_{C})}{ω_{m}},$
wobei T_e der Drehmomentbefehl ist, k der Drehmomentfaktor ist, V_DC eine DC-Koppelspannung ist, R_C ein Eingangswiderstand des Motorsteuerungssystems ist, ω_m eine Motorgeschwindigkeit ist und i_b der Batteriestrom ist.
System nach Anspruch 3, wobei das Modifizieren des Drehmomentbefehls umfasst, dass der Drehmomentbefehl um einen vorbestimmten Betrag dekrementiert wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert, der zum Vergleichen des geschätzten Batteriestroms verwendet wird, beruhend auf einem Betriebsmodus des Motorsteuerungssystems dynamisch ermittelt wird.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Vorsteuerungs-Stromcontroller umfasst, der den modifizierten Strombefehl in einen Spannungsbefehl zum Anlegen an den PMSM umsetzt.
Verfahren zum Begrenzen eines Versorgungsstroms und eines regenerativen Stroms in einem Motorsteuerungssystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Drehmomentbefehl empfangen wird und ein entsprechender Strombefehl erzeugt wird, um einen Drehmomentbetrag in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbefehl zu erzeugen; ein geschätzter entnommener Batteriestrom ermittelt wird, der dem Strombefehl entspricht; und in Ansprechen darauf, dass der geschätzte Batteriestrom einen Schwellenwert überschreitet: ein modifizierter Drehmomentbefehl erzeugt wird; ein modifizierter Strombefehl erzeugt wird, der dem modifizierten Drehmomentbefehl entspricht; und der modifizierte Strombefehl gesendet wird, um zu veranlassen, dass ein Motor den Drehmomentbetrag erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Erzeugen des modifizierten Drehmomentbefehls umfasst, dass der Drehmomentbefehl iterativ modifiziert wird und der geschätzte entnommene Batteriestrom bestimmt wird, bis der geschätzte Batteriestrom den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Modifizieren des Drehmomentbefehls umfasst, dass ein Drehmomentfaktor k modifiziert wird, der verwendet wird, um den Drehmomentbefehl in jeder Iteration zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Drehmomentbefehl berechnet wird als $T_{e} = \frac{k (V_{D C} i_{b} - i_{b}^{2} R_{C})}{ω_{m}},$
wobei T_e der Drehmomentbefehl ist, k der Drehmomentfaktor ist, V_DC eine DC-Koppelspannung ist, R_C ein Eingangswiderstand des Motorsteuerungssystems ist, ω_m eine Motorgeschwindigkeit ist und i_b der Batteriestrom ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Modifizieren des Drehmomentbefehls umfasst, dass der Drehmomentbefehl in jeder Iteration um einen vorbestimmten Betrag dekrementiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schwellenwert, der zum Vergleichen des geschätzten Batteriestroms verwendet wird, auf der Grundlage eines Betriebsmodus des Motorsteuerungssystems dynamisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Betriebsmodus des Motorsteuerungssystems auf der Grundlage des Drehmomentbefehls und einer Geschwindigkeit des Motors bestimmt wird.