DE102018127508A1 - Kompensation von Drehmomentwelligkeit mit Vorsteuerung in Motorsteuerungssystemen - Google Patents

Abstract

Es werden technische Lösungen beschrieben, um eine Drehmomentwelligkeitskompensation bereitzustellen, wenn ein Motorsteuerungssystem in einem Vorsteuerungsmodus betrieben wird. Ein beispielhaftes Motorsteuerungssystem enthält einen Vorsteuerungscontroller, der einen ersten Strombefehl empfängt, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht, und der einen zweiten Strombefehl empfängt, der einer Drehmomentwelligkeit entspricht. Der Vorsteuerungscontroller erzeugt einen Spannungsbefehl beruhend auf dem ersten Strombefehl und auf dem zweiten Strombefehl, wobei der Spannungsbefehl an einen Motor angelegt wird.

Description

• HINTERGRUND
• Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Motorsteuerungssysteme und sie spricht insbesondere technische Herausforderungen hinsichtlich einer Drehmomentwelligkeitskompensation an, wenn Motorsteuerungssysteme unter Verwendung einer Vorsteuerung betrieben werden.
• Industrieanwendungen, die geringe Kosten und hohe Steuerungsleistung benötigen, verwenden typischerweise einen komplexen elektrischen Antrieb in Bewegungssteuerungssystemen, wobei die Komplexität durch verschiedene Komponenten wie etwa einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine eingeführt wird, um Kosten zu optimieren. Diese Optimierung der Kosten führt allgemein dazu, dass Geräusch-, Vibrations- und Rauhigkeitseigenschaften (NVH-Eigenschaften) der elektrischen Maschinen, die manchmal wünschenswerte Schwellenwertniveaus überschreiten, geändert werden müssen.
• Typischerweise erzeugen elektrische Maschinen, die synchrone Permanentmagnetmaschinen (PMSM) verwenden, die unter Verwendung einer Vorsteuerung betrieben werden können, eine der Ordnung folgende Drehmomentwelligkeit (einschließlich eines Nutrastmoments) aufgrund der nicht sinusförmigen Magnetflussverteilung der Gegen-EMK (BEMK) um einen oder mehrere Luftspalte in der PMSM herum. Ferner führen Ungleichgewichte zwischen drei (oder mehr) Leistungsphasen, die verwendet werden, um die PMSM zu betreiben, ebenfalls zu Drehmomentwelligkeit. Ferner führen mehrere andere maschinenspezifische nicht ideale Zustände zu Drehmomentwelligkeit. Zudem existieren auch gesteuerte induzierte parasitäre Drehmomente im Antriebssystem der PMSM.
• Diese Drehmomentwelligkeiten verursachen ferner, dass sich die NVH-Eigenschaften der PMSM verschlechtern. Wenn das NVH-Verhalten wünschenswerte Schwellenwertniveaus überschreitet, kann dies ein Unwohlsein von Bedienern verursachen, beispielsweise wenn die PMSM Teil eines Lenkungssystems, eines Fahrzeugs, von Haushaltsgeräten oder eines beliebigen anderen Systems ist, und kann das System sogar betriebsunfähig machen. Ferner kann NVH zu einer strukturellen Beschädigung des Systems und/oder des Umfelds führen. Folglich ist es wünschenswert, das NVH-Verhalten des Systems zu verbessern.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Es werden technische Lösungen zum Bereitstellen einer Drehmomentwelligkeitskompensation beschrieben, wenn ein Motorsteuerungssystem in einem Vorsteuerungsmodus betrieben wird. Ein beispielhaftes Motorsteuerungssystem umfasst einen Vorsteuerungscontroller, der einen ersten Strombefehl empfängt, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht, und der einen zweiten Strombefehl empfängt, der einer Drehmomentwelligkeit entspricht. Der Vorsteuerungscontroller erzeugt einen Spannungsbefehl beruhend auf dem ersten Strombefehl und auf dem zweiten Strombefehl, wobei der Spannungsbefehl an einen Motor angelegt wird.
• In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein beispielhaftes Verfahren zur Drehmomentwelligkeitskompensation eines Motorsteuerungssystems, wenn dieses in einem Vorsteuerungsmodus betrieben wird, dass von einem Vorsteuerungscontroller ein erster Strombefehl empfangen wird, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Vorsteuerungscontroller ein zweiter Strombefehl empfangen wird, der einer Drehmomentwelligkeit entspricht. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Vorsteuerungscontroller ein Spannungsbefehl beruhend auf dem ersten Strombefehl und auf dem zweiten Strombefehl erzeugt wird, wobei der Spannungsbefehl an einen Motor angelegt wird.
• In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein beispielhaftes Servolenkungssystem einen Motor und ein Motorsteuerungssystem, das den Motor in einem Vorsteuerungsmodus betreibt. Das Betreiben umfasst, dass ein erster Strombefehl empfangen wird, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht, und ferner, dass ein zweiter Strombefehl empfangen wird, der einer Drehmomentwelligkeit in einer Schaltung des Motors entspricht. Das Motorsteuerungssystem erzeugt einen Spannungsbefehl beruhend auf dem ersten Strombefehl und auf dem zweiten Strombefehl, wobei der Spannungsbefehl an den Motor angelegt wird, um eine Verlagerung zu verursachen.
• 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 dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und andere 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 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems ist;
• 2 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems darstellt, das eine Vorsteuerung mit Drehmomentwelligkeits-Kompensationsfähigkeit in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet;
• 3 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentwelligkeits-Kompensationsmoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
• 4 einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Vorsteuerungs-Stromcontrollers, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation implementiert, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
• 5 einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Vorsteuerungs-Stromcontrollers, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation implementiert, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
• 6 einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Vorsteuerungs-Stromcontrollers, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation implementiert, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt; und
• 7 einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Vorsteuerungs-Stromcontrollers, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation implementiert, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.
• GENAUE BESCHREIBUNG
• Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie etwa eine anwendungsspezifische 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 ohne Einschränkung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS) 40, das zum Implementieren 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 Stange in einem Gehäuse 50 und ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Ritzelzahnrad, das unter einem Getriebegehäuse 52 angeordnet ist. Wenn die Bedienereingabe, die hier im Nachstehenden 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. Eine Drehung des Ritzelzahnrads bewegt die Zahnstange, welche Spurstangen 38 (nur eine ist gezeigt) bewegt, was wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist gezeigt) bewegt, welche ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist gezeigt) einschlagen.
• Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch die Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die allgemein durch Bezugszeichen 24 bezeichnet ist und den Controller 16 und eine elektrische Maschine 46 umfasst, welche ein synchroner Permanentmagnetmotor (PMSM) 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 eine beliebige andere geeignete Art von Positionssensor sein kann und ein Positionssignal 20 an den Controller 16 liefert. Die Motorgeschwindigkeit kann mit einem Tachometer oder einer beliebigen 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 bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Motorgeschwindigkeit ω_m als Änderung der Motorposition θ, die von einem Positionssensor 32 gemessen wird, über ein vorgegebenes Zeitintervall hinweg berechnet werden. Zum Beispiel kann die Motorgeschwindigkeit c_m als die 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 hergeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche gut bekannte Methoden zum Ausführen der Funktion der Ableitung gibt.
• Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst der 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 vom Typ mit variablem Widerstandswert umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an den Controller 16 im Verhältnis zu dem Betrag an Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl dies ein Typ von Drehmomentsensor ist, werden auch andere geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtungen, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet werden, genügen. In Ansprechen auf die verschiedenen Eingaben sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, welcher eine Drehmomentunterstützung für das Lenkungssystem durch eine Schnecke 47 und durch ein Schneckenrad 48 liefert, wodurch eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitgestellt wird.
• Obwohl die offenbarten Ausführungsformen mit Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben sind, soll erwähnt werden, dass festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die offenbarten Ausführungsformen auf eine beliebige Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, welche einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die Bezugnahmen und Beschreibungen hierin für viele Formen von Parametersensoren zutreffen, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind auf Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen. Außerdem sei erwähnt, dass bei Bezugnahmen hierin auf elektrische Maschinen, die ohne Einschränkung Motoren umfassen, hier im Nachstehenden der Kürze und Einfachheit halber ohne Beschränkung nur auf Motoren Bezug genommen wird.
• In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet der Controller 16 das Drehmoment, die Position und die Geschwindigkeit und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zur Lieferung der benötigten 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 entsprechende(n) Spannung(en) aus einem (nicht gezeigten) Umrichter heraus zu entwickeln, welcher optional in den Controller 16 integriert sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 46 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen wird der Controller 24 in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler betrieben, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ wird der Controller 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus betrieben, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen in Beziehung mit der Position und der Geschwindigkeit des Motors 46 und mit dem gewünschten Drehmoment stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment 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 Magnetfeldschwankungen oder von anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren umfassen Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen/eines der Vorstehenden umfassen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit diejenige des Motors 46 anzeigt.
• Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, welche Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen derartigen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignale 18 davon, die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht gezeigt) ansprechen können, welche ausgestaltet ist, um eine Reaktion 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 proportional zu der speziellen Temperatur ist.
• Neben weiteren werden das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an den Controller 16 angelegt. Der Controller 16 verarbeitet alle Eingabesignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was dazu führt, dass ein Rotorpositionswert, ein Motorgeschwindigkeitswert und ein Drehmomentwert zur Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie etwa die vorstehend erwähnten, werden je nach Wunsch häufig auch linearisiert, kompensiert und 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. Zusätzlich kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung verwendet werden, um Rauschen zu beseitigen oder ungewünschte Spektraleigenschaften zu vermeiden.
• Um die vorgeschriebenen 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 einen/eine/eines der Vorstehenden umfassen, enthalten. Zum Beispiel kann der Controller 16 eine Eingabesignalverarbeitung und Filterung enthalten, um eine genaue Abtastung und Umsetzung oder Beschaffung derartiger Signale aus Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale des Controllers 16 und von bestimmten Prozessen darin werden hier zu einem späteren Zeitpunkt gründlich erörtert.
• Es existiert eine technische Herausforderung mit PMSM-basierten elektrischen Maschinen wie etwa der EPS 40, da diese Maschinen eine der Ordnung folgende Drehmomentwelligkeit (einschließlich eines Nutrastmoments) aufgrund einer nicht sinusförmigen Magnetflussverteilung der Gegen-EMK (BEMK) um den Luftspalt herum erzeugen. Ferner führen auch Ungleichgewichte zwischen drei Leistungsphasen zu Drehmomentwelligkeit. Zudem führen mehrere andere maschinenspezifische nicht ideale Zustände zu Drehmomentwelligkeit. Des Weiteren können auch gesteuerte induzierte parasitäre Drehmomente in dem Antriebssystem existieren. Wie vorstehend beschrieben wurde, führen diese Drehmomentwelligkeiten zu NVH-Problemen, indem die NVH-Eigenschaften des Motorsteuerungssystems über vorbestimmte Schwellenwerte hinaus verschlechtert werden. Daher existiert eine technische Herausforderung zum Verbessern des NVH-Verhaltens.
• In einem oder mehreren Beispielen kann die Minimierung passiv sein, wobei die Maschinenkonstruktion selbst die nicht idealen Zustände niedrig hält. Alternativ können aktive Steuerungsalgorithmen verwendet werden, die die Drehmomentwelligkeit kompensieren. Typischerweise wurden derartige Techniken in Maschinen entwickelt und eingesetzt, bei denen von dem Controller 16 eine Steuerung mit Rückkopplung bzw. Regelung verwendet wird, um eine Stromregelung der PMSM 46 auszuführen, da eine Steuerung mit Rückkopplung eine Stromnachführung, eine Störungszurückweisung und Abstimmbarkeit bei gewünschten Niveaus bereitstellt.
• Die hier beschriebenen technischen Lösungen sprechen die technischen Herausforderungen hinsichtlich der Verbesserung des NVH-Verhaltens an, wenn der Controller 16 eine Vorsteuerung zur Stromregelung der PMSM 46 verwendet. Die Vorsteuerung ist eine alternative Technik, die verwendet werden kann, um beispielsweise Anwendungskosten zu reduzieren, da die Vorsteuerung keine Stromsensoren verwendet. Die hier beschriebenen technischen Lösungen verwenden eine aktive Kompensation der Drehmomentwelligkeit mit Hilfe einer Strominjektion für Motorsteuerungssysteme unter Verwendung einer Vorsteuerung.
• 2 stellt ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems unter Verwendung einer Vorsteuerung dar und stellt eine Kompensation von Drehmomentwelligkeit in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen bereit. Das dargestellte Motorsteuerungssystem 100 kann Teil des Lenkungssystems 40 oder einer beliebigen anderen Maschine sein, die einen Motor verwendet, um eine Verlagerung, die Erzeugung von Drehmoment und dergleichen zu bewirken. In einem oder mehreren Beispielen ist der Umrichter 122 mit dem Motor 46 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der Motor 46 ein mehrphasiger, synchroner Permanentmagnetmotor (PMSM). In den hier beschriebenen Beispielen wird der Motor 46 als dreiphasiger PMSM betrachtet, jedoch soll erwähnt werden, dass der Motor 46 in anderen Beispielen ein mehrphasiger Motor sein kann. Das Steuerungsmodul 16 ist mit dem Motor 46 durch den Umrichter 122 verbunden.
• Das Steuerungsmodul 16 empfängt einen Motordrehmomentbefehl T_C von einem Drehmomentsteuerungssystem wie zum Beispiel einem Lenkungssteuerungssystem. Das Steuerungsmodul 16 enthält eine Steuerungslogik zum Senden eines Motorspannungsbefehls V_dqc an den Motor 19 durch den PWM-Generator 130 und den Umrichter 122. Der Spannungsbefehl enthält eine Direktachsenkomponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsenkomponente (q-Achsen-Komponente).
• Das Steuerungsmodul 16 enthält ein Referenzerzeugungsmodul 110, das einen Strombefehl für den Eingabedrehmomentbefehl T_C beruhend auf einem oder mehreren Signalen, wie etwa einer Motorgeschwindigkeit ω_m und einer DC-Koppelspannung V_dc , welche den Betriebszustand des Elektroantriebssystems bestimmen, erzeugt. Das Referenzerzeugungsmodul bestimmt einen Referenzstrom (I_dqr ) zur Verwendung für die PMSM-Steuerung beruhend auf den Eingabeparametern.
• Der Referenzstrombefehl (I_dqr ) in den d/q-Achsen wird an einen Strom-Vorsteuerungscontroller 120 gesendet, der eine Stromsteuerungsmaßnahme für den Controller 16 implementiert. Der Strom-Vorsteuerungscontroller 120 setzt den Strombefehl (I_dqr ) in den Spannungsbefehl (V_dqc ) um, welcher dann über einen PWM-Generator 130 und den Umrichter 122 an den Motor 46 angelegt wird. Der PWM-Generator 130 verwendet die gewünschten Tastverhältnisse oder Einschaltzeiten für jeden der Schalter des Umrichters und erzeugt geeignete Gatesignale zum Treiben der Schalter und legt diese an.
• Der Controller 16 enthält ferner ein Drehmomentwelligkeits-Kompensationsmodul 140, das einen Drehmomentwelligkeits-Kompensationsbefehl (I_dqp ) erzeugt und sendet, um zusätzliche pulsierende Stromsignale in die d/q-Achse zu injizieren. Der Strom-Vorsteuerungscontroller 120 empfängt die pulsierenden Stromsignale, die dem Drehmomentwelligkeits-Kompensationsbefehl (I_dqp ) entsprechen, und fügt die pulsierenden Stromsignale zu dem Basisstrombefehl (I_dqr ) hinzu.
• 3 stellt ein Blockdiagramm für ein beispielhaftes Drehmomentwelligkeits-Kompensationsmodul in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Drehmomentwelligkeits-Kompensationsmodul enthält neben weiteren Komponenten eine Drehmomentwelligkeits-Nachschlagetabelle 142, eine Injektionsstromberechnung 144 und eine Amplituden- und Phasenkorrektur 146.
• Die Drehmomentwelligkeit (einschließlich des Nutrastmoments) der Maschine, etwa der PMSM 46 in dem EPS 40, wird offline ermittelt, zum Beispiel, indem Tests bei konstanter geringer Geschwindigkeit bei konstanten Strom- oder Drehmomentniveaus durchgeführt werden und die Drehmomentdaten aufgezeichnet werden. Die Drehmomentdaten werden in Oberwellenordnungen zerlegt, die weiter kompensiert werden. Die Daten für die Drehmomentwelligkeit, die kompensiert werden soll, werden zuerst offline ermittelt und dann in Nachschlagetabellen für jede Ordnung in dem Controller 16 geladen. Das Nachschlagen 142 der Drehmomentwelligkeit ermöglicht das Zugreifen auf die Nachschlagetabellen und das Bereitstellen eines Drehmomentwelligkeitswerts aus den Nachschlagetabellen entsprechend dem Strombefehl (I_dqr ). Anschließend verwendet die Injektionsstromberechnung 144 ein vorkonfiguriertes Maschinenmodell der Maschine unter Verwendung der PMSM 46, um optimale d- und/oder q-Achsen-Strombefehle zu berechnen. In einem oder mehreren Beispielen wird die Berechnung online ausgeführt, d.h. dynamisch während der Laufzeit der Maschine. Alternativ wird die Berechnung in einem oder mehreren Beispielen offline ausgeführt und entsprechende d/q-Achsenwerte für den ermittelten Drehmomentwelligkeitswert werden in einer oder mehreren weiteren Nachschlagetabellen gespeichert, die über das Drehmomentwelligkeitsnachschlagen 142 zugänglich sind. Die d/q-Achsen-Stromwerte werden unter Verwendung des Maschinenmodells berechnet, so dass sie, wenn sie an die PMSM 46 geliefert werden, ein pulsierendes Drehmoment erzeugen, welches die tatsächliche Drehmomentwelligkeit der Maschine auslöscht.
• Ferner kompensiert die Amplituden- und Phasenkorrektur 146 zusätzliche Effekte, etwa eine geschwindigkeitsabhängige Schwankung der Maschinendrehmomentwelligkeit, Bandbreitenbeschränkungen des Stromcontrollers usw. Diese Kompensation wird durch eine Veränderung der Amplitude und Phase des pulsierenden Stroms als Funktion der Betriebszustände durchgeführt, die in das Steuerungsmodul 16 eingegeben werden, welche die Maschinengeschwindigkeit (ω_m ), den Drehmomentbefehl (T_C ) und die Ströme umfassen.
• Das für diese Berechnungen verwendete Maschinenmodell kann ein mathematisches Modell der PMSM 46 sein, wie etwa folgendes: $$V_d=L_d\frac{d{I}_d}{dt}+R{I}_d+\frac{N_p}{2}{\omega }_m{L}_q{I}_q$$

  

  $$V_q=L_q\frac{d{I}_q}{dt}+R{I}_q-\frac{N_p}{2}{\omega }_m{L}_d{I}_d+K_e{\omega }_m$$

  

  $$T_e=\frac{3}{2}{K}_e{I}_q+\frac{3}{4}{N}_p\left(L_q-L_d\right)I_d{I}_q$$

  
• Hier sind V_d , V_q die d/q-Motorspannungen (in Volt), I_d , I_q sind die d/q-Motorströme (in Ampere), L_d , L_q sind die d/q-Achsen-Motorinduktivitäten (in Henry), R ist der Widerstand der Motorschaltung (Motor plus Controller) (in Ohm), K_e ist der BEMK-Koeffizient des Motors (in Volt/rad/s), ω_m ist die mechanische Motorgeschwindigkeit (in rad/s) und T_e ist das elektromagnetische Motordrehmoment (in Nm). Motorparameter schwanken im Betrieb (erheblich). In einem oder mehreren Beispielen kann es eine Schwankung von über 100% bei R geben, und eine Schwankung von 5 - 20% bei den Induktivitäten L_d , L_q und eine Schwankung von 15 - 20% bei K_e . Beispielsweise schwankt R mit Aufbau und Temperatur, L_q , L_d schwanken aufgrund der Sättigung (d.h. als Funktion von I_q und I_d ), und K_e schwankt aufgrund der Sättigung (als Funktion von I_q ) und mit der Temperatur. Es sei angemerkt, dass die Drehmomentgleichung nichtlinear ist und die Summe aus dem Drehmoment, das durch Abschwächen des Magnetfelds von den Permanentmagneten entwickelt wird, und dem Reluktanzdrehmoment repräsentiert, das durch die Rotorausprägung (Differenz zwischen L_d und L_q ), und vorbestimmte Werte von I_q und I_d erzeugt wird.
• Das Maschinenmodell im Frequenzbereich kann wie folgt geschrieben werden. $$V_d=\left(L_{d}s+R\right)I_d+{\omega }_e{L}_q{I}_q$$

  

  $$V_q=\left(L_{q}s+R\right)I_q-{\omega }_e{L}_d{I}_d+K_e{\omega }_m$$

  
• Das vorstehende Modell repräsentiert eine typische PMSM-Maschine und beschreibt die pulsierenden Komponenten nicht. Die elektrische Motorgeschwindigkeit ω_e ist gleich den Polpaaren $\frac{N_p}{2}$

  

  multipliziert mit der mechanischen Motorgeschwindigkeit ω_m.
• Wieder mit Bezugnahme auf 2 enthält der Controller 16 ferner ein Parameterschätzmodul 150, das die Werte für L_dq , R und K_e schätzt, die in dem mathematischen Modell der Maschine verwendet werden.
• Der Vorsteuerungscontroller 120 verwendet die geschätzten Maschinenparameter, um Spannungsbefehle für einen Satz von gegebenen Strombefehlen I_dr und I_qr zu bestimmen. Die Spannungsbefehle in der Vorsteuerung sind wie folgt gegeben. $$V_{dr}=\left({\tilde{L}}_d\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{dr}+{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q{I}_{qr}$$

  

  $$V_{qr}=\left({\tilde{L}}_q\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{qr}-{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d{I}_{dr}+{\tilde{K}}_e{\tilde{\omega }}_m$$

  
• Hier impliziert die Tilde, dass die Parameter und Signale in dem Controller geschätzt sind, wobei V_dqr die befohlenen Spannungen sind und I_dqr die Strombefehle sind. In einem oder mehreren Beispielen werden die Parameter in dem Controller 16 unter Berücksichtigung sowohl von Temperatur als auch von magnetischen Sättigungseffekten dynamisch geschätzt. Wenn die Schätzung genau ist, folgen die tatsächlichen Ströme den gemessenen Strömen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Ableitungsterm s̃ auch eine Approximation der echten Ableitung ist. Ein Beispiel für den zeitkontinuierlichen Ableitungsterm ist wie folgt. $$\tilde{s}=\frac{s}{\left(\tau s+1\right)}$$

  

  In der vorstehenden Repräsentation der Ableitung ist S der reine Ableitungsterm und $\frac{1}{\tau s+1}$

  

  repräsentiert ein Tiefpassfilter. Die Verwendung eines Tiefpassfilters in Kombination mit der reinen Ableitung trägt zur Modifikation der ungewünschten hochfrequenten Antwort auf den reinen Ableitungsterm bei. (Es wird darauf hingewiesen, dass die Schreibweise s̃ * I_d -Befehl eine Differentiation des I_d -Befehls anzeigt).
• Wenn τ auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird, kann die Ableitung genau geschätzt werden. Die zeitkontinuierliche Ableitung kann zeitdiskret implementiert werden (z-Bereich), beispielsweise unter Verwendung der Tustin-Approximation (oder anderer Techniken) wie folgt. $$s=\frac{2}{T_s}\frac{1-z^{-1}}{1+z^{-1}}$$

  
• Hier ist T_S die Abtastzeit in dem diskreten Regelkreis. Es wird darauf hingewiesen, dass die approximierte Ableitung auf andere Weisen implementiert werden kann, einschließlich durch Veränderung der zeitkontinuierlichen Approximation, durch Verwenden anderer zeitdiskreter Approximationen der zeitkontinuierlichen Äquivalente oder durch direktes Konstruieren des Ableitungsterms im diskreten Bereich.
• In einem oder mehreren Beispielen enthält das Maschinenmodell Oberwellenkomponenten, die nicht Teil des vorstehend dargestellten Modells sind. Diese Oberwellenkomponenten erscheinen sowohl in den Spannungs- als auch in den Drehmomentgleichungen und die hier beschriebenen technischen Lösungen können mit diesen Modellen ebenfalls verwendet werden.
• Wie vorstehend beschrieben wurde, führen die hier beschriebenen technischen Lösungen eine Drehmomentwelligkeitskompensation aus, indem zusätzliche pulsierende Strombefehle injiziert werden, die ein pulsierendes Drehmoment erzeugen, das zu der tatsächlichen Drehmomentwelligkeit der Maschine phasenverschoben ist. Das tatsächliche Drehmoment der PMSM 46 einschließlich der Drehmomentwelligkeit kann sein: $$T_e=\frac{3}{2}{K}_e{I}_q+\frac{3}{2}\frac{N_P}{2}\left(L_q-L_d\right)I_d{I}_q+T_p$$

  

  wobei T_p das pulsierende Drehmoment ist und in der Ordnung der Drehung der PMSM 46 folgt, d.h. die Frequenzen der pulsierenden Drehmomentkomponenten sind ganzzahlige Vielfache der augenblicklichen Motorgeschwindigkeit. Dies kann unter Verwendung einer Fourierreihe mathematisch wie folgt dargestellt werden. $$T_p={\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{T}_n\left(I_d,I_q\right)}\text{sin}\left(n\theta +{\varphi }_n\left(I_d,I_q\right)\right)$$

  

  wobei n die Oberwellenordnung ist, θ die elektrische Position ist und Tn, ϕ_n jeweils die Amplitude und Phase der Drehmomentwelligkeit bei dieser Oberwellennummer ist.
• Typischerweise sind sowohl T_n als auch ϕ_n Funktionen der tatsächlichen Ströme I_dq des PMSM 46. Um daher die Drehmomentwelligkeit zu kompensieren, ist ein Weg zum Berechnen des pulsierenden zu injizierenden Stroms I_qp wie folgt: $$\begin{array}{c}{I}_{qp}=\frac{-T_p}{\frac{3}{2}{K}_e+\frac{3}{2}\frac{N_P}{2}\left(L_q-L_d\right)I_d}\\ =-{\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\frac{T_n\left(I_d,I_q\right)}{\frac{3}{2}{K}_e+\frac{3}{2}\frac{N_P}{2}\left(L_q-L_d\right)I_d}sin\left(n\theta +{\varphi }_n\left(I_d,I_q\right)\right)}\end{array}$$

  
• In einem oder mehreren Beispielen wird nur die pulsierende q-Achsen-Stromkomponente injiziert, während die d-Achsen-Stromkomponente konstant gehalten wird. Ferner wird der endgültige q-Achsen-Strombefehl zur Summe aus I_qr und I_qp , die als Eingabe an den Stromvorsteuerungscontroller 120 gesendet wird. Wie in der vorstehenden Notation dargestellt ist, ist der pulsierende Strom I_qp eine Summe aller Oberwellenordnungen der Drehmomentwelligkeit, die kompensiert wird.
• Alternativ können in einem oder mehreren Beispielen pulsierende Komponenten in sowohl die d-Achsen-Ströme als auch die q-Achsen-Ströme injiziert werden, um die Drehmomentwelligkeit zu kompensieren. Der Stromvorsteuerungscontroller 120 empfängt die Komponenten I_qp und/oder I_dp zum Erzeugen der geeigneten Ströme, welche die Drehmomentwelligkeit der Maschine kompensieren.
• 4 stellt einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Stromvorsteuerungscontrollers dar, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. Der Stromvorsteuerungscontroller 120A, der in 4 dargestellt ist, implementiert eine Drehmomentwelligkeitskompensation durch Beschaffen des Kompensationsstrombefehls (I_dqp ), der die pulsierenden Stromkomponenten enthält, und er implementiert die dynamische Vorsteuerungskompensation unter Verwendung einer Approximation eines Ableitungsausdrucks.
• Wie gezeigt, umfasst die Drehmomentwelligkeitskompensation bei 410 das Addieren des Strombefehls (I_dqr ) von dem Referenzerzeugungsmodul 110 und des Kompensationsstrombefehls (I_dqp ) von dem Drehmomentwelligkeitskompensationsmodul 140. Folglich wird der resultierende Strombefehl (I_dqf ) berechnet als $$I_{dqf}=I_{dqr}+I_{dqp}$$

  
• Hier ist für den Fall, bei dem nur eine einzige Ordnung n kompensiert wird, I_dqp = a_dqnsin (nθ + ϕ_dqn). Im Fall von mehreren Ordnungen n jedoch enthalten die pulsierenden Ströme mehrere Oberwellenordnungen, die kompensiert werden, was mathematisch dargestellt werden kann als $$I_{dqp}={\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }{a}_{dqn}\text{sin}\left(n\theta +{\varphi }_{dqn}\right)}$$

  
• Folglich werden unter Verwendung der hier beschriebenen technischen Lösungen mehrere Oberwellenordnungen gleichzeitig kompensiert. Ferner werden bei 420 und 430 die Spannungsvorsteuerungsbefehle unter Verwendung der Gesamtstrombefehle (I_dqf ) wie folgt berechnet. $$V_{df}=\left({\tilde{L}}_d\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{df}+{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q{I}_{qf}$$

  

  $$V_{qf}=\left({\tilde{L}}_q\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{qf}-{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d{I}_{df}+{\tilde{K}}_e{\tilde{\omega }}_m$$

  
• Der resultierende Spannungsbefehl V_dqc (der die Komponenten V_df und V_dq enthält) wird dann an den PMSM-Motor 46 weitergeleitet. Die (bei 420 und 430 gezeigten) Berechnungen kompensieren die BEMK und die Drehmomentwelligkeit, die während des Betriebs des Motors 46 erzeugt werden können, wie bei 440 bzw. 450 dargestellt ist.
• In einem oder mehreren Beispielen wird für das Tiefpassfilter eine Zeitkonstante unter einem vorbestimmten Schwellenwert verwendet, um den Ableitungsausdruck (s̃) der pulsierenden Komponente, der für die Berechnung verwendet wird, zu optimieren. Wenn die Zeitkonstante jedoch über den vorbestimmten Schwellenwert hinaus erhöht wird, kann hochfrequentes Rauschen durch die Strombefehle zur Ausgabe gelangen, was zu einem suboptimalen NVH-Verhalten des Systems 100 führt. Um diese technische Herausforderung anzusprechen, gestalten die hier beschriebenen technischen Lösungen die Zeitkonstante des Tiefpassfilters adaptiv, indem sie die Zeitkonstante als Funktion der elektrischen Motorgeschwindigkeit ω_e wie folgt festlegen. $$\tau \left({\omega }_e\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{m{n}_{max}{\omega }_{emin}}\text{,}& {\omega }_e>{\omega }_{emin}\\ \frac{1}{m{n}_{max}{\omega }_e},& {\omega }_e\ge {\omega }_{emin}\end{array}\right\}$$

  
• Hier ist ω_emin ein erster elektrischer Geschwindigkeitsschwellenwert, über welchem die Zeitkonstante mit der Motorgeschwindigkeit verändert wird, m ist ein abstimmbarer Skalierungsfaktor und n_max ist die höchste Oberwellenordnung, die kompensiert wird. Es sei angemerkt, dass das Vorstehende ein Beispiel ist, und dass in anderen Ausführungsformen andere Festlegungsfunktionen verwendet werden können, um das NVH-Verhalten und die Leistung der Drehmomentwelligkeitskompensation zu optimieren. Alternativ oder zusätzlich können die adaptiven Techniken in Abhängigkeit von dem verwendeten Typ der Approximation der Ableitung variieren.
• Die Spannungsvorsteuerungskomponenten, die von dem Filtermodul 420 berechnet werden, und eine auf der BEMK beruhende Komponente (430) werden bei 460 addiert, um einen endgültigen Spannungsvorsteuerungsbefehl V_dqc zu bestimmen. Der endgültige Spannungsvorsteuerungsbefehl wird an den Motor 46 angelegt, um das gewünschte Drehmoment zu erzeugen und um die BEMK sowie die Pulsierungen der Drehmomentwelligkeit zu kompensieren.
• 5 stellt einen beispielhaften Datenfluss eines beispielhaften Stromvorsteuerungscontrollers dar, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. Der in 5 dargestellte Stromvorsteuerungscontroller 120B implementiert eine Drehmomentwelligkeitskompensation durch Trennen der Ableitungsterme für die konstanten und pulsierenden Komponenten.
• Der Strombefehl (I_dqf ) wird bei 510 wieder berechnet als $$I_{dqf}=I_{dqr}+I_{dqp}$$

  
• Ferner wird bei 510 unter Verwendung von I_dqr ein Ableitungsterm s̃_r für die konstante Komponente bestimmt. Zudem werden bei 520 separate Ableitungsterme der pulsierenden Komponenten s_{n 1p}, ..., s_{n kp} in I_dqp bestimmt, die jeder Komponente I_dqn1p , I_dqn2p , ..., I_dqnnp entsprechen. Unter Verwendung eines oder mehrerer Filter werden die Ableitungsterme für jede Ordnung adaptiv gestaltet, und die Grenzfrequenzen dieser Filter werden bei 520 auf der Grundlage der Frequenz nω_e der speziellen pulsierenden Komponente, die kompensiert wird, berechnet. Zum Beispiel zeigt 5 einen Fall, bei dem insgesamt k Ordnungen kompensiert werden, und die Werte der Ordnungen sind n₁ , n₂ , ..., n_k . Die Ableitung eines adaptiven Filters wird in einem Beispiel weiter beschrieben.
• Es sei angemerkt, dass die Ableitungsterme (s), die für die d-Achse (s_d ) und für die q-Achse (s_q ) bestimmt werden, in einem oder mehreren Beispielen unterschiedlich sein können, jedoch nehmen die hier beschriebenen Beispiele zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Erläuterung die gleichen Ableitungsterme (s) für die beiden Achsen an. Beispielsweise können im Fall von separaten Ableitungstermen für jede Achse die Ableitungsterme der pulsierenden Komponenten s_{dn 1p}, ..., s_{dn kp} für die d-Achse und s _{qn 1p} , ..., s_{qn kp} für die q-Achse sein.
• Das Basisfilter wird wie folgt gewählt: $$H\left(s\right)=\frac{a{s}^2}{{\left(\tau s+1\right)}^2}$$

  
• Damit dieses Filter bei der interessierenden Frequenz nω_e ein Ableitungsfilter ist, werden die folgenden Bedingungen für Amplitude und Phase geprüft, um zu bestätigen, dass s = jnω_e. $$\left|H\left(s\right)\right|=\left|s\right|$$

  

  $$\angle H\left(s\right)=\frac{\pi }{2}$$

  
• Wenn diese Bedingungen wahr sind, stellt dies sicher, dass das Filter bei der interessierenden Frequenz ein reines Ableitungsfilter ist. Durch Anwenden der vorstehenden Bedingungen werden die Werte für a und τ wie folgt bestimmt. $$a=\frac{2}{n{\omega }_e}$$

  

  $$\tau =\frac{1}{n{\omega }_e}$$

  
• Mit den vorstehend erwähnten Parametern kann das adaptive Filter wie folgt dargestellt werden. $$H\left(s\right)=\frac{2n{\omega }_e{s}^2}{{\left(s+n{\omega }_e\right)}^2}$$

  
• 6 stellt einen beispielhaften Vorsteuerungscontroller 120B unter Verwendung des vorstehend bestimmten adaptiven Filters in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Es sei angemerkt, dass das vorstehend gezeigte adaptive Filter nur ein Beispiel ist, und dass in anderen Implementierungen andere zeitkontinuierliche Filter verwendet werden können. Um das Filter ferner zeitdiskret zu implementieren, kann das adaptive Filter unter Verwendung verschiedener Diskretisierungstechniken diskretisiert werden, wie etwa mit dem Verfahren der bilinearen Transformation mit Pre-Warping, wobei die kritische Frequenz der speziellen Oberwellenordnung kompensiert wird. Die Gleichung zum Umsetzen des Filters aus dem zeitkontinuierlichen Bereich (oder s-Bereich) in den zeitdiskreten Bereich (oder z-Bereich) für die bilineare Technik mit Pre-Warping ist wie folgt: $$s=\frac{n{\tilde{\omega }}_e}{tan\left(\frac{n{\tilde{\omega }}_e{T}_s}{2}\right)}\frac{1-z^{-1}}{1+z^{-1}}$$

  

  wobei n die elektrische Oberwellenordnung ist, T_s die Abtastzeit des Regelkreises ist und ω̃_e die geschätzte elektrische Geschwindigkeit ist. In anderen Beispielen können auch andere Transformationstechniken wie etwa die Tustin-Transformation verwendet werden, um zeitkontinuierliche Konstruktionen in diskrete Zeit umzusetzen. Ferner kann auch eine direkte Konstruktion von zeitdiskreten Filtern ausgeführt werden, um das adaptive Filter zu realisieren.
• Mit Bezug auf 5 und 6 berechnet der Vorsteuerungscontroller 120B bei 530 des Weiteren ferner eine Spannungsvorsteuerungs-Befehlskomponente unter Verwendung der Gesamtstrombefehle (I_dqf ) beruhend unter anderem auf R, L und ω_e .
• Bei 540 werden die Spannungsvorsteuerungskomponenten, die von den mehreren Filtermodulen 510, 520, 530 berechnet werden und ferner eine auf der BEMK beruhende Komponente (430) addiert, um einen endgültigen Spannungsvorsteuerungsbefehl V_dqc zu bestimmen. Der endgültige Spannungsvorsteuerungsbefehl wird an den Motor 46 angelegt, um die BEMK sowie die Drehmomentwelligkeitspulsierungen zu kompensieren und das befohlene Drehmoment zu erzeugen.
• 7 stellt einen beispielhaften Datenfluss für einen beispielhaften Stromvorsteuerungscontroller dar, der eine Drehmomentwelligkeitskompensation in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. Der in 7 dargestellte Stromvorsteuerungscontroller 120C implementiert eine Drehmomentwelligkeitskompensation durch Vorberechnen der pulsierenden Spannungsbefehle aus den Strombefehlen unter Verwendung geschätzter Parameter und durch direktes Injizieren der Spannungsbefehle.
• In einem oder mehreren Beispielen werden bei 720 die pulsierenden Spannungen V_dqnp für jede der n Oberwellenordnungen berechnet. Beispielsweise können die pulsierenden Strombefehle I_dnp und I_qnp für den Fall mit einer einzigen Ordnung n wie folgt ausgedrückt werden. $$I_{dnp}=a_{dn}\text{sin}\left(n\theta +{\varphi }_{dn}\right)$$

  

  $$I_{qnp}=a_{qn}\text{sin}\left(n\theta +{\varphi }_{qn}\right)$$

  
• Ferner können die pulsierenden Spannungskomponenten berechnet werden, indem die Strombefehlsausdrücke in den vorstehend präsentierten Gleichungen der Maschinenspannungen und Maschinenströme substituiert werden. Die resultierenden Spannungsgleichungen werden daher wie folgt erhalten. $$\begin{array}{c}{V}_{dnp}=R{I}_{dnp}+{\omega }_e{L}_q{I}_{qnp}+L_d{\dot{I}}_{dnp}\\ =b_{dn}\text{sin}\left(n\theta +{\psi }_{dn}\right)\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}{V}_{qnp}=R{I}_{qnp}-{\omega }_e{L}_d{I}_{dnp}+L_q{\dot{I}}_{qnp}\\ =b_{qn}\text{sin}\left(n\theta +{\psi }_{qn}\right)\end{array}$$

  

  wobei b_qn , b_dn , ψ_qn , ψ_dn Funktionen von Maschinenparametern und von Koeffizienten a_dn , a_qn , ϕ_dn, ϕ_qn von pulsierenden Strombefehlen sind.
• Die vorstehend erwähnten Gleichungen wenden eine Kompensation an, bei der sowohl pulsierende d-Achsenströme als auch pulsierende q-Achsenströme zur Kompensation injiziert werden. Im Fall, dass nur eine der pulsierenden Komponenten injiziert wird, werden nur die entsprechenden Gleichungen verwendet, d.h. die Werte von Koeffizienten des anderen Strombefehls werden auf Null gesetzt.
• Ferner ist die vorstehend erwähnte Beschreibung für eine einzige Ordnung (n=1) und in einem oder in mehreren Beispielen werden ähnliche Berechnungen für die anderen Oberwellenordnungen ausgeführt, um die Drehmomentwelligkeitskompensation auf mehrere Ordnungen auszudehnen, indem das Prinzip der Überlagerung verwendet wird, das aussagt, dass bei einem linearen System die Nettoantwort an einem gegebenen Ort und zu einer gegebenen Zeit, die durch zwei oder mehr Stimuli verursacht wird, die Summe der Antworten ist, welche von jedem Stimulus einzeln verursacht worden wäre. Entsprechend sind in einem oder mehreren Beispielen mehrere Module, die dem in 7 gezeigten Modul 720 ähneln, enthalten, um mehrere pulsierende Stromkomponenten zu erzeugen.
• Zudem berechnet der Vorsteuerungscontroller 120C wie hier beschreiben bei 510 und 530 Spannungsbefehlskomponenten für I_dqr und I_dqf unter Verwendung der L- und R-Terme. Die aus den mehreren Filtermodulen 510, 720, 530 berechneten Spannungsvorsteuerungskomponenten und ferner eine auf der BEMK beruhende Komponente (430) werden bei 540 addiert, um einen endgültigen Spannungsvorsteuerungsbefehl V_dqc zu bestimmen. Der endgültige Spannungsvorsteuerungsbefehl wird an den Motor 46 angelegt, um die Drehmomentwelligkeitspulsierungen zu kompensieren.
• Es sei angemerkt, dass auch andere Effekte wie etwa die geschwindigkeitsabhängige Veränderung der Drehmomentwelligkeit oder Begrenzungen der Controllerbandbreite die Effektivität der einen oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen beeinflussen können. Diese Effekte können kompensiert werden, indem die pulsierende Stromkomponente durch Amplituden- und Phasenverstellungen justiert wird. Beispielsweise können die pulsierenden Strombefehle wie folgt berechnet (justiert) werden, um Schwankungen der Controllerbandbreite durch Last und Geschwindigkeit zu kompensieren. $$I_{dqp}=m_{dqn}{a}_{dqn}\text{sin}\left(n\theta +{\varphi }_{dqn}+a_{dqn}\right)$$

  
• Hier sind m_dqn und a_dqn die Justierungsparameter für die Amplitude und die Phase, die als Funktionen der Last (Drehmoment oder Ströme) und der Geschwindigkeit festgelegt werden können.
• Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen das Reduzieren der Drehmomentwelligkeit von einem Basiswert in einem Motorsteuerungssystem aus, das mit einer Vorsteuerung betrieben wird, ohne die Verwendung von Stromsensoren. Die hier beschriebenen technischen Lösungen können unabhängig davon verwendet werden, wie die pulsierenden Strombefehle erzeugt werden.
• In einem oder mehreren Beispielen wird die Drehmomentwelligkeit durch einen Stromvorsteuerungscontroller kompensiert, indem eine Referenz durch Injizieren eines Strombefehls mit pulsierenden Komponenten verstellt wird. In einem oder mehreren Beispielen wird eine Summe aus dem Referenzbefehl und den pulsierenden Komponenten justiert (120A).
• Alternativ werden in einem oder mehreren Beispielen separate Approximationen von Ableitungen für einen Basisstrombefehl von einem Referenzstromgenerator zusätzlich zu der Approximation für die pulsierenden Strombefehle durchgeführt (120B). beispielsweise werden einzelne Ableitungsterme für verschiedene Oberwellenordnungen bestimmt. Die einzelnen Ableitungsterme für jede Ordnung werden auf der Grundlage einer adaptiven Zeitkonstante angepasst. Ferner sind hier technische Lösungen für eine verbesserte Schätzung des Ableitungsterms für pulsierende Komponenten beschrieben.
• Des Weiteren bestimmt der Stromvorsteuerungscontroller in einem oder mehreren Beispielen Spannungskomponenten, die den pulsierenden Komponenten entsprechen, unter Verwendung einer Berechnung beruhend auf trigonometrischen Identitäten unter Verwendung von Koeffizienten für pulsierende Strombefehle (120C).
• Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jedem möglichen technischen Detailniveau der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien enthalten, die darauf computerlesbare Programmanweisungen aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
• Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier mit Bezug auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme und Kombinationen aus Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder 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 dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen repräsentieren, welcher ein oder mehrere ausführbare Anweisungen umfasst, um die beschriebenen logischen Funktionen zu implementieren. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge auftreten, als in den Figuren beschrieben ist. Beispielsweise können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem soll erwähnt werden, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammveranschaulichung durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen durchführen oder Kombinationen aus spezialisierter 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 enthalten oder anderweitig darauf zugreifen können, wie etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar), wie zum Beispiel Magnetplatten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien umfassen, die mit einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, wie etwa von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Diese Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder für diese zugänglich oder damit verbindbar. Alle hier beschriebenen Anwendungen oder Module können unter Verwendung von computerlesbaren/ausführbaren 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 begrenzt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden 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 (15)

1. Motorsteuerungssystem, das eine Drehmomentwelligkeitskompensation bereitstellt, wenn es in einem Vorsteuerungsmodus betrieben wird, wobei das Motorsteuerungssystem umfasst: einen Vorsteuerungscontroller, der ausgestaltet ist, um: einen ersten Strombefehl zu empfangen, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht; einen zweiten Strombefehl zu empfangen, der einer zu kompensierenden Drehmomentwelligkeit entspricht; und einen Spannungsbefehl auf der Grundlage des ersten Strombefehls und des zweiten Strombefehls zu erzeugen, wobei der Spannungsbefehl an einen Motor angelegt wird.
2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls umfasst: Bestimmen eines ersten Spannungsbefehls unter Verwendung des ersten Strombefehls und ferner auf der Grundlage einer Motorinduktivität, eines Motorschaltungswiderstands und einer Motorgeschwindigkeit; Bestimmen eines zweiten Spannungsbefehls unter Verwendung des zweiten Strombefehls und ferner auf der Grundlage der Motorinduktivität, des Motorschaltungswiderstands und der Motorgeschwindigkeit; und Addieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls.
3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls ferner umfasst: Bestimmen eines dritten Spannungsbefehls, der einer Gegen-EMK des Motors entspricht; und Addieren des ersten Spannungsbefehls, des zweiten Spannungsbefehls und des dritten Spannungsbefehls.
4. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Spannungsbefehl (Vdqf) eine d-Achsen-Komponente (Vdf) und eine q-Achsen-Komponente (Vqf) umfasst und wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls (Vdqf) umfasst: Bestimmen eines endgültigen Strombefehls (I_dqf) durch Addieren des ersten Strombefehls (Idqr) und des zweiten Strombefehls (Idqp), die jeweils q-Achsen-Komponenten und d-Achsen-Komponenten enthalten; Bestimmen der d-Achsen-Komponente (Vdf) des Spannungsbefehls unter Verwendung sowohl der d-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Idf) als auch der q-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Iqf); und Bestimmen der q-Achsen-Komponente (Vqf) des Spannungsbefehls unter Verwendung sowohl der d-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Idf) als auch der q-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Iqf).
5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, wobei der Spannungsbefehl berechnet wird zu $$V_{df}=\left({\tilde{L}}_d\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{df}-{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d{I}_{qf}$$

   

   $$V_{qf}=\left({\tilde{L}}_q\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{qf}-{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d{I}_{qf}+{\tilde{K}}_e{\tilde{\omega }}_m,$$

   

   wobei L eine Induktivität des Systems repräsentiert, R einen Widerstand des Systems repräsentiert, ω_e eine elektrische Motorgeschwindigkeit repräsentiert, ω_m eine Motorgeschwindigkeit repräsentiert, K_e einen vorbestimmten Wert repräsentiert und s einen Ableitungsterm repräsentiert.
6. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Strombefehl (Idqp) für eine Drehmomentwelligkeit mit einer einzigen Ordnung ist.
7. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Strombefehl (Idqp) für eine Drehmomentwelligkeit mit mehreren Ordnungen ist, wobei der Spannungsbefehl die Drehmomentwelligkeit mit mehreren Ordnungen gleichzeitig kompensiert.
8. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Motorsteuerungssystem Teil eines Lenkungssystems eines Fahrzeugs ist.
9. Verfahren zur Drehmomentwelligkeitskompensation eines Motorsteuerungssystems, wenn es in einem Vorsteuerungsmodus betrieben wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: von einem Vorsteuerungscontroller ein erster Strombefehl, der einem Eingabedrehmomentbefehl entspricht, empfangen wird; von dem Vorsteuerungscontroller ein zweiter Strombefehl, der einer zu kompensierenden Drehmomentwelligkeit entspricht, empfangen wird; und von dem Vorsteuerungscontroller ein Spannungsbefehl beruhend auf dem ersten Strombefehl und auf dem zweiten Strombefehl erzeugt wird, wobei der Spannungsbefehl an einen Motor angelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls umfasst, dass: ein erster Spannungsbefehl unter Verwendung des ersten Strombefehls und ferner beruhend auf einer Motorinduktivität, einem Motorschaltungswiderstand und einer Motorgeschwindigkeit bestimmt wird; ein zweiter Spannungsbefehl unter Verwendung des zweiten Strombefehls und ferner beruhend auf der Motorinduktivität, dem Motorschaltungswiderstand und der Motorgeschwindigkeit bestimmt wird; und der erste Spannungsbefehl und der zweite Spannungsbefehl addiert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls ferner umfasst, dass: ein dritter Spannungsbefehl, der einer Gegen-EMK des Motors entspricht, bestimmt wird; und der erste Spannungsbefehl, der zweite Spannungsbefehl und der dritte Spannungsbefehl addiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Spannungsbefehl (Vdqf) eine d-Achsen-Komponente (Vdf) und eine q-Achsen-Komponente (Vqf) umfasst, und wobei das Erzeugen des Spannungsbefehls (Vdqf) umfasst, dass: ein endgültiger Strombefehl (I_dqf) bestimmt wird, indem der erste Strombefehl (Idqr) und der zweite Strombefehl (Idqp) addiert werden, die jeweils q-Achsen-Komponenten und d-Achsen-Komponenten enthalten; die d-Achsen-Komponente (Vdf) des Spannungsbefehls unter Verwendung sowohl der d-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Idf) als auch der q-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Iqf) bestimmt wird; und die q-Achsen-Komponente (Vqf) des Spannungsbefehls unter Verwendung sowohl der d-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Idf) als auch der q-Achsen-Komponente des endgültigen Strombefehls (Iqf) bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Spannungsbefehl berechnet wird als $$V_{df}=\left({\tilde{L}}_d\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{df}+{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q{I}_{qf}$$

    

    $$V_{qf}=\left({\tilde{L}}_q\tilde{s}+\tilde{R}\right)I_{qf}-{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q{I}_{qf}+{\tilde{K}}_e{\tilde{\omega }}_m\text{,}$$

    

    wobei L eine Induktivität des Systems repräsentiert, R einen Widerstand des Systems repräsentiert, ω_e eine elektrische Motorgeschwindigkeit repräsentiert, ω_m eine Motorgeschwindigkeit repräsentiert, K_e einen vorbestimmten Wert repräsentiert und s einen Ableitungsterm repräsentiert.
14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Strombefehl (Idqp) für eine Drehmomentwelligkeit mit einer einzigen Ordnung ist.
15. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Strombefehl (Idqp) für eine Drehmomentwelligkeit mit mehreren Ordnungen ist, wobei der Spannungsbefehl die Drehmomentwelligkeit mit mehreren Ordnungen gleichzeitig kompensiert.

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