DE102019115064A1 - System und verfahren zur steuerung eines induktionsmotors - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren regelt den Betrieb eines Induktionsmotors durch Erzeugen von Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse und Erzeugen eines Stromkompensationswerts unter Verwendung eines Modulationsindex und eines Ist-/Rückkopplungs-Modulationsindex. Ein Winkel (θ) wird zwischen einer Richtung des konstanten Drehmoments und einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor abgeleitet, wobei auch die separaten Komponenten des Stromkompensationswerts der d-Achse und q-Achse abgeleitet werden. Eine Kompensationsrichtung wird unter Verwendung des Winkels (θ) bestimmt. Die Richtung ist die des konstanten Drehmomenteinheitsvektors, wenn cos θ einen kalibrierten Schwellenwert überschreitet und andernfalls in Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektors. Die Komponenten der d-Achse und der q-Achse werden zu den Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse in der bestimmten Richtung hinzugefügt, um die endgültigen Strombefehle für die d-Achse und q-Achse abzuleiten, die zur Steuerung des Motordrehmoments verwendet werden. Eine Elektrik und ein Kraftfahrzeug beinhalten die Steuerung.

Description

• EINLEITUNG
• Ein Induktionsmotor beinhaltet einen Stator und einen auf einem Lager montierten Rotor, wobei der Stator und der Rotor durch einen kleinen Luftspalt voneinander getrennt sind. Abtriebsdrehmoment von einem Induktionsmotor wird durch Ändern der Stärke eines rotierenden Magnetfelds gesteuert, wodurch wiederum die in den Wicklungen des Stators fließende elektrische Strommenge eingestellt wird. Es kann wünschenswert sein, den Stromverbrauch des Motors während Perioden mit zunehmender Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, z. B. durch Begrenzen eines Anstiegs der Versorgungsspannung oder des Stroms an den Statorwicklungen. Leistung ist jedoch das Produkt der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, und daher erfordern Bemühungen, die Leistung während Perioden mit zunehmender Motordrehzahl auf einem stationären Niveau zu halten, eine entsprechende Verringerung des Motordrehmoments. Flussschwächung ist eine Steuertaktik, die in bestimmten Flussschwächungsbetriebsbereichen angewendet wird, um das Drehmoment zu reduzieren. Auf diese Weise kann der Gesamtwirkungsgrad bei höheren Motordrehzahlen verbessert werden.
• KURZDARSTELLUNG
• Hierin wird eine Strategie zum Steuern eines Induktionsmotors mit einem Stator und einem Rotor offenbart. Die offenbarte Steuerstrategie verwendet eine programmierte Steuerlogik in Form eines Flussschwächungsreglers, um elektrische Stromreferenzen zu erzeugen, die verwendet werden, um die Drehmomentgenauigkeit in Flussschwächungsbetriebsbereichen zu verbessern, wobei eine erhöhte Spannungsausnutzung bei einem bestimmten Bereich mit maximalem Drehmoment pro Spannung (MTPV-Bereich) des Induktionsmotors auftritt.
• Insbesondere verwendet die Strategie einen Winkel zwischen einem Paar von Einheitsvektoren, d. h. einem konstanten Drehmomentrichtungsvektor und einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor, um genau zu bestimmen, wann in den vorgenannten MTPV-Bereich einzutreten ist. In einem Flussschwächungsbereich unterhalb des MTPV-Bereichs wird der konstante Drehmomenteinheitsvektor verwendet, um einen Direktachsen-Strombefehl (d-Achsen-Strombefehl) und einen Quadraturachsenstrombefehl (q-Achsen-Strombefehl) an den Stator anzupassen. Eine Größe der Kompensation der Strombefehle für die d-Achse und q-Achse wird separat unter Verwendung einer zusätzlichen Steuerlogik abgeleitet.
• Mit einem Winkel (θ), definiert zwischen der Richtung des konstanten Drehmoments und der abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektoren, wird der konstante Drehmomenteinheitsvektor verwendet wird, um die Richtung der Strombefehlskompensation zu bestimmen, wenn cos θ größer als oder gleich einem kalibrierten Schwellenwert ist. Der abnehmende Spannungsellipseneinheitsvektor wird anstelle des konstanten Drehmomenteinheitsvektors verwendet, wenn cos θ kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist. Cos θ kann online berechnet werden, um Schwankungen der Motortemperatur und der Zwischenkreisspannung, die letztendlich den Induktionsmotor antreibt, ordnungsgemäß zu berücksichtigen.
• Ein exemplarisches Verfahren zur Regelung des Betriebs des Induktionsmotors beinhaltet
  das Erzeugen von Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse für den Stator unter Verwendung einer Steuerung und das Erzeugen eines Stromkompensationswerts unter Verwendung eines befohlenen Modulationsindex und eines Ist-/Rückkopplungs-Modulationsindex des Induktionsmotors. Das Verfahren beinhaltet ferner
  das Ableiten eines Winkels (θ) zwischen einem Einheitsvektor der Richtung des konstanten Drehmoments und einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor des Induktionsmotors, sowie Ableiten separater Komponenten der d-Achse und q-Achse des Stromkompensationswerts.
• Als Teil des Verfahrens bestimmt die Steuerung auch eine Richtung der Strombefehlskompensation unter Verwendung des Winkels (θ). Die Richtung der Strombefehlskompensation befindet sich in Richtung des konstanten Drehmomenteinheitsvektors, wenn cos θ größer als oder gleich einem kalibrierten Schwellenwert ist, und in Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektors, wenn cos θ kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist. Das Verfahren beinhaltet das Hinzufügen der Komponenten der d-Achse und q-Achse zu den Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse in der ermittelten Richtung, um endgültige Strombefehle für die d-Achse und q-Achse abzuleiten. Der Drehmomentbetrieb des Induktionsmotors wird danach unter Verwendung der endgültigen Strombefehle für die d-Achse und q-Achse gesteuert.
• Eine Elektrik beinhaltet den oben erwähnten Induktionsmotor und die Steuerung.
• Hierin wird auch ein Kraftfahrzeug offenbart, das ein Getriebe mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, einen Satz von mit dem Abtriebselement verbundenen Laufrädern, den Induktionsmotor und die Steuerung beinhaltet. Der Rotor ist in einer exemplarischen Ausführungsform mit dem Antriebselement des Getriebes verbunden.
• Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Elektrik mit einem mehrphasigen Induktionsmotor, der mit einer Last gekoppelt ist und in einem Flussschwächungsbereich gemäß der vorliegenden Steuerstrategie gesteuert wird.
• 2 ist ein schematisches Logik-Flussdiagramm der in 1 dargestellten Steuerung.
• 3 ist ein Diagramm von konstanten Drehmomentausdrücken, Spannungsellipsen und maximalen Drehmomenten pro Ampere-Linien (MTPA-Linien), wobei Strombefehle für die q-Achse auf der vertikalen Achse und Strombefehle für die d-Achse auf der horizontalen Achse dargestellt sind, und wobei 3 die konstanten Drehmomentrichtungsvektoren und abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektoren darstellt, die als Teil der vorliegenden Steuerstrategie verwendet werden.
• 4 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Implementieren einer Steuerstrategie von 2 beschreibt.
• Die vorliegende Offenbarung kann verschiedene Modifikationen und alternativen Formen aufweisen, und einige repräsentative Ausführungsformen werden exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und hierin ausführlich beschrieben. Neuartige Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt. Vielmehr deckt die Offenbarung Modifikationen, Äquivalente und/oder Kombinationen ab, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche umfasst sind.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Diese Offenbarung eignet sich für eine Vielzahl von Ausführungsformen. Diese repräsentativen Merkmale der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und hierin in detaillierten repräsentativen Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, mit der Erkenntnis, dass die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Offenbarung zu betrachten ist, und nicht als eine Einschränkung der breiten Aspekte der Offenbarung bezüglich der repräsentativen Ausführungsformen. Entsprechend sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in der Kurzdarstellung, der Einführung, der Zusammenfassung und der ausführlichen Beschreibung offenbart, aber nicht explizit in den Patentansprüchen aufgeführt sind, nicht per Schlussfolgerung, Rückschluss oder anderweitig einzeln oder insgesamt in die Patentansprüche integriert werden.
• Zu Zwecken der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, soweit nicht ausdrücklich dementiert, beinhaltet die Singularform die Pluralform und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ sind beide verbindend und trennend; die Wörter „jegliche und alle“ bedeuten beide „alles und jedes“; und die Wörter „einschließlich“, „umfassend“ und „aufweisend“ und ähnliche bedeuten „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können beispielsweise Wörter für Annäherungen, wie „etwa“, „fast“, „wesentlich“, „ungefähr“ und dergleichen, hierin im Sinne von „bei, nahe oder nahezu“, oder „innerhalb 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder jegliche logische Kombination davon verwendet werden.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsnummern gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, wird in 1 ein exemplarisches Fahrzeug 10 dargestellt, das eine Elektrik 12 beinhaltet. Die Elektrik 12 beinhaltet einen Induktionsmotor (M_E ) 14, dessen Betrieb in Echtzeit über eine Steuerung (C) 50 geregelt wird. Die Steuerung 50 empfängt Steuereingangssignale (Pfeil CC_I ) und erzeugt als Reaktion Steuerausgabesignale (Pfeil CCo), wobei die Ausgabesignale (Pfeil CCo) letztendlich das Abtriebsdrehmoment (Pfeil T_M ) des Induktionsmotors 14 erhöhen, verringern oder aufrechterhalten.
• Als Teil dieser Steuerungsaufwands führt die Steuerung 50 automatisch eine Steuerstrategie aus, die als exemplarisches Verfahren 100 verkörpert ist. Bei der Ausführung des Verfahrens 100 verwendet die Steuerung 50 einen Flussschwächungsregler 55, um eine Stromreferenzen der Direktachse (d-Achse) und Quadraturachse (q-Achse) auf eine Weise zu erzeugen, die die Drehmomentgenauigkeit in einem bestimmten Flussschwächungsbetriebsbereich des Induktionsmotors 14 verbessert. Im Allgemeinen berücksichtigt die Steuerung 50, als Teil der Eingangssignale (Pfeil CC_I ), einen Winkel zwischen einem konstanten Drehmomenteinheitsvektor und einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor, um einen Ausgangspunkt zum Eingeben eines bestimmten Bereichs mit maximalem Drehmoment pro Spannung (MTPV-Bereichs) des Induktionsmotors 14 zu bestimmen. Der Flussschwächungsregler 55, dessen Funktion die Drehmomenterzeugung durch Erhöhen der Spannungsausnutzung im MTPV-Bereich maximiert, kann als Teil eines programmierten Satzes von Steuerlogik 40 implementiert werden, wie in 2 dargestellt und mit weiterem Bezug auf 3 beschrieben.
• Die exemplarische Elektrik 12 von 1 wird hierin als Teil des Fahrzeugs 10 lediglich zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben, und somit ohne Einschränkung der Elektrik 12 auf die Verwendung im Allgemeinen oder Automobilanwendungen im Allgemeinen. Das heißt, Induktionsmotoren, wie beispielsweise der Induktionsmotor 14, werden weit verbreitet in Fertigungsumgebungen, Kraftwerken und in Verbraucherprodukten sowie in nicht-automobilen Anwendungen, wie beispielsweise Schienenfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen eingesetzt. Der Induktionsmotor 14 kann als Mehrphasen-/Wechselstrom-Induktionsmaschine mit einem Stator (S) 19 und einem Rotor 16 ausgeführt sein, dessen Drehzahl von einem Drehstellungssensor 17 gemessen und an die Steuerung 50 als eine gemessene Rotordrehzahl (θ_rm ) übermittelt werden kann.
• In der dargestellten Anwendung innerhalb des Fahrzeugs 10 kann der Rotor 16 selektiv mit einem Antriebselement 18 eines Getriebes (T) 20 über eine Eingangskupplung 11, wie beispielsweise eine Reibungskupplung oder einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, gekoppelt sein. Das Getriebe 20 kann eine oder mehrere interne Kupplungen und Zahnradsätze (nicht dargestellt) beinhalten, die letztlich das Motorabtriebsdrehmoment (T_M ) vom Antriebselement 18 zu einem Abtriebselement 22 zum Erzeugen eines Getriebeabtriebsdrehmoments (T_O ) übertragen. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann das Fahrzeug 10 einen Verbrennungsmotor und/oder zusätzliche Elektromotoren beinhalten, die je nach Betriebsmodus mit dem Motorabtriebsdrehmoment (T_M ) kombiniert werden können, um das Abtriebsdrehmoment (T_O ) auf einem gewünschten Niveau bereitzustellen. Abtriebsdrehmoment (Pfeil T_O ) wird dann an eine oder mehrere Antriebsachsen 24 übertragen, die wiederum mit einer Last gekoppelt sind, in diesem Fall Laufräder 26.
• Als Teil der Elektrik 12 von 1 können Phasenwicklungen des Induktionsmotors 14 über eine Mehrphasenspannung (VAC), die auf einem Wechselspannungsbus 28 vorhanden ist, erregt werden. Die Mehrphasenspannung (VAC) kann unter Verwendung eines Wechselrichtermoduls (PIM) 30 über interne Halbleiterschaltung und Signalfilterung erzeugt werden, wie es von Fachleuten auf dem Gebiet gewürdigt wird. Eine Gleichstromversorgungsspannung (VDC-Versorgungsspannung), auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet, kann durch einen Hochspannungs-Akkusatz (B_HV ) 32 über einen Gleichspannungsbus 33 an das PIM 30 bereitgestellt werden, wobei der Gleichspannungsbus 33 möglicherweise mit einem Gleichspannungswandler 34 verbunden ist. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers 34 kann über einen Hilfsspannungsbus 35 bei einer reduzierten/Hilfsspannung (V_AUX ) bereitgestellt werden, z. B. 12-15 V, geeignet zur Speicherung in einer Hilfsbatterie (B_AUX ) 36.
• Unter Bezugnahme auf 2 ist ein exemplarischer Satz von Steuerlogik 40 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform dargestellt, wobei die Steuerlogik 40 bei der Implementierung des in 4 dargestellten und nachfolgend erläuterten Verfahrens 100 verwendbar ist. Die Eingangssignale, die in 1 als Pfeil CCi angezeigt werden, können in einen Strombefehlgenerator-Logikblock (CCG-Logikblock) 42 eingespeist werden, wobei die Eingangssignale (CC_I ) ein befohlenes Drehmoment (T_Cmd ), Motordrehzahl (ω_m ), d. h. Drehzahl des Rotors 16, durch den Positionssensor 17 von 1 gemessen und/oder unter Verwendung derartiger Messungen berechnet/geschätzt, und den Gleichspannungsbefehl (Vdc) an das PIM 30, d. h. die oben erwähnte Zwischenkreisspannung, beinhalten. Der CCG-Logikblock 42 gibt den Strombefehl für die d-Achse (i_dsCmd ) und den Strombefehl für die q-Achse (i_qsCmd ) für den Stator 19, als zwei Steuersignale aus, wie durch den Index „s“ angezeigt. Die Strombefehle für die d-Achse und q-Achse (i_dsCmd und i_qsCmd ) werden jeweils einem ersten und zweiten Summationsknoten 43 und 45 zugeführt.
• Es versteht sich, dass die d-q-Achsentransformation eine häufig verwendete mathematische Umwandlungstechnik zur Vereinfachung der Analyse von mehrphasigen elektrischen Schaltungen ist, z. B. einer Dreiphasen-Wechselstromschaltung des in der vorliegende Offenbarung vorgesehenen Typs. Die d-Achse ist die Achse, auf der magnetischer Fluss erzeugt wird, während die q-Achse die Achse ist, auf der letztendlich Drehmoment erzeugt wird. Durch Konvention steht die q-Achse um 90° vor der d-Achse. Somit werden Strombefehle für die d-Achse und q-Achse von einer Steuerung zum Stator und resultierende Ströme für die d-Achse und q-Achsen im Rotor geregelt, um eine gewünschte Wirkung auf den Drehmomentbetrieb des Induktionsmotors zu erzielen. Wie in der Technik zu verstehen ist, beinhaltet ein dynamisches Modell eines Elektromotors, wie beispielsweise der in 1 dargestellte exemplarische Induktionsmotor 14, drei Bezugsrahmen: einen stationären Bezugsrahmen, in dem sich die d-Achse und q-Achse nicht drehen, einen Rotorbezugsrahmen, in dem die d-Achse und q-Achse mit Rotordrehzahl drehen, und einen synchronen Bezugsrahmen, in dem sich die d-Achse und die q-Achse mit der synchronen Drehzahl des Induktionsmotors drehen.
• Ein Flussschwächungsregelkreis 55 ist programmiert, um Kompensationsterme für die Ausgaben des CCG-Logikblocks 42 (i_dsCmd und i_qsCmd ) zu berechnen. Eingangssignale (CC_I ) zum Flussschwächungsregelkreis 55 in dieser Ausführungsform beinhalten einen Modulationsindexbefehl (MI_Cmd ) und einen Modulationsindex-Rückkopplungsterm (MI_FB ), wobei der erstgenannte ein befohlener Modulationsindex ist und letztere der tatsächliche Modulationsindex ist. Wie hierin und im Stand der Technik verwendet, bezieht sich „Modulationsindex“, insbesondere in Bezug auf PWM-basierte Wechselrichter, wie das PIM 30 von 1, auf einen Signalmodulationspegel einer bestimmten Variablen, z. B. die Amplitude oder Frequenz einer Eingangswellenform, abhängig vom Modulationsschema, wobei der Modulationsindex typischerweise von 0 bis 1 reicht. Ein Logikblock des Flussschwächungsreglers (REG._FLX-WK) 44 empfängt den Modulationsindexbefehl (MI_Cmd ) und den Modulationsindex-Rückkopplungsterm (MI_FB ), und berechnet als Reaktion eine erforderliche Größe der Stromkompensation (ΔI_SCmd ).
• Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird die erforderliche Größe des Stromkompensationsterms (ΔI_Scmd ) in einen Kompensationsrichtungsbestimmungs-Logikblock (CDD-Logikblock) 46 zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Kosinuswert cos (θ) eingespeist, wobei der Winkel θ wiederum der bestimmte Winkel θ ist, der zwischen dem konstanten Drehmomenteinheitsvektor und dem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor definiert ist, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 näher erläutert wird. Der CDD-Logikblock 46 verarbeitet den Stromkompensationsterm (ΔI_Scmd ) und dem cos(θ)-Wert, um die erforderlichen Komponenten der d-Achse und q-Achse (Δi_ds und Δi_qs ) des Stromkompensationsterms (ΔI_Scmd ) abzuleiten. Diese beiden Werte werden dann an jeweiligen Summationsknoten 43 und 45 zu den Strombefehlen für die d-Achse und q-Achse (i_dsCmd und i_qsCmd ) addiert, die vom CCG-Logikblock 42 ausgegeben werden. Die Summen sind die endgültigen Strombefehle für die d-Achse und i-Achse (i_dsCmdF und i_qdCmdF ), die von der Steuerung 50 aus 1 verwendet werden, um den Gesamtdrehmomentbetrieb des Induktionsmotors 14 zu steuern.
• 3 zeigt einen Satz von Leistungskurven 70 für den Induktionsmotor 14 von 1, mit den q- und d-Achsenströmen i_d und i_q in Ampere (A) auf der vertikalen bzw. horizontalen Achse. Die Kurven 72 stellen Abtriebsdrehmomentkurven für den Induktionsmotor 14 dar und sind daher mit (T_M ) gekennzeichnet, um dem in 1 dargestellten Motordrehmoment zu entsprechen. Ein Steuerungsziel besteht darin, auf einer der Kurven 72 zu bleiben, um das Motorabtriebsdrehmoment (T_M ) zu maximieren, wobei die Kurven 72 entsprechende maximale Motordrehmomente für verschiedene Strombefehle für die q-Achse und d-Achse darstellen. Die Kurven 76 stellen Spannungsgrenzen (V_LIM ) des Induktionsmotors 14 dar und dienen somit als ein weiterer Satz von Leistungskurven.
• Die Trajektorien der Kurven 72 und 76 sind spezifisch für den Induktionsmotor 14 und können somit vorab kalibriert werden und der Steuerung 50 zur Verfügung stehen, z. B. aus Nachschlagetabellen extrahiert. Schnittpunkte der Kurven 72 und 76 entsprechen dem niedrigstmöglichen Strompegel für ein gegebenes Drehmoment. Die Kurven 76 definieren Spannungsellipsen für eine gegebene Motordrehzahl, wobei diese Ellipsen mit zunehmender Drehzahl schrumpfen. Somit findet für eine gegebene Kurve 72 der Betrieb links von sich schneidenden Kurven 76, d. h. innerhalb der Ellipse, auf.
• Die Leistungskurven 70 enthalten zusätzlich Einheitsvektoren 74 und 75, die die Richtung des konstanten Drehmoments bzw. die Richtung der abnehmenden Spannung darstellen. Die Richtung des konstanten Drehmoments des Einheitsvektors 75 kann wie folgt bestimmt werden: $$\Vert \left(-\frac{\partial T_e}{\partial i_{qs}^e},\frac{\partial T_e}{\partial i_{ds}^e}\right)\Vert =\frac{\left(-i_{ds}^e,i_{qs}^e\right)}{\sqrt{{\left(-i_{ds}^e\right)}^2+i_{qs}^e{}^2}}=\left(T_1,T_2\right)$$

  

  wobei ∂ eine Zeitableitung ist, Te stellt das elektromagnetische Drehmoment im synchronen Bezugsrahmen (e) dar, (T₁ , T₂ ) ist der Einheitsvektor in der Richtung des konstanten Drehmoments, wie oben erwähnt und in 3 als Pfeile 75 dargestellt, und $i_{ds}^e$

  

  und $i_{qs}^e$

  

  stellen die Statorströme der d-Achse und q-Achse dar, ebenfalls im synchronen Bezugsrahmen (e). Eine Spannungskostenfunktion (J) kann definiert werden als: $$J=\frac{1}{2}\left(v_{ds}^e{}^2+v_{qs}^e{}^2\right)$$

  

  wobei $v_{ds}^e$

  

  und $v_{qs}^e$

  

  die Statorspannungen der d-Achse und q-Achsen im synchronen Bezugsrahmen (e) darstellen.
• Die Richtung der abnehmenden Spannung bei der Steuerung des Induktionsmotors 14 von 1 ist definiert als (V₁ , V₂ ): $$\Vert \left(-\frac{\partial J}{\partial i_{ds}^e},-\frac{\partial J}{\partial i_{qs}^e}\right)\Vert =\frac{\left(-{\omega }_e{L}_s{v}_{qs}^e,{\omega }_e\sigma L_s{v}_{ds}^e\right)}{\sqrt{\left({\left(-{\omega }_e{L}_s{v}_{qs}^e\right)}^2+{\left({\omega }_e\sigma L_s{v}_{ds}^e\right)}^2\right)}}=\left(V_1,V_2\right)$$

  

  wobei ω_e die elektrische Frequenz der Versorgungsspannung vom PIM 30 von 1 ist, Ls ist die Induktivität des Stators, σLs ist die transiente Induktivität des Stators und (V₁ , V₂ ) ist der abnehmende Spannungsellipseneinheitsvektor, wie oben erwähnt und in 3 als Pfeile 74 dargestellt. Aus dem inneren Produkt der Einheitsvektoren (T₁ , T₂ ) und (V₁ , V₂ ) wird cos θ wie folgt abgeleitet: $$\left(T_1\cdot V_1+T_2\cdot V_2\right)=\text{cos}\theta$$

  
• Bezugnehmend auf 4 beginnt das Verfahren 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform mit Schritt S102, wobei die Steuerung 50 die Strombefehlskompensation (ΔI_SCmd ) unter Verwendung des Logikblocks des Flussschwächungsreglers 44 von 2 berechnet. Die Steuerung 50 kann Block 44 als proportional-integralen Regelkreis implementieren und somit den Wert (ΔI_SCmd ) als Fehler oder Differenz zwischen dem angewiesenen Modulationsindex (MI_Cmd ) und dem Ist- oder Rückkopplungswert (MI_FB ) berechnen. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S104.
• Bei Schritt S104 berechnet die Steuerung 50 den Wert von (cos θ), wie oben dargelegt, bevor sie mit Schritt S106 fortfährt.
• Schritt S106 beinhaltet das Vergleichen des Werts von (cos θ) aus Schritt S104 mit einem kalibrierten Schwellenwert. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt S108 fort, wenn der berechnete Wert von (cos θ) gleich dem kalibrierten Schwellenwert ist oder diesen überschreitet, und alternativ mit Schritt S110, wenn der Wert von (cos θ) kleiner als der Schwellenwert ist.
• Die Schritte S108 und S110 werden abhängig von dem Ergebnis des oben erwähnten Schwellenwertvergleichs ausgeführt, d. h.: $$\begin{array}{ll}\text{WENN cos}\theta >=\hfill & \text{Schwellenwert}:\hfill \\ \hfill & \Delta i_{ds}=\left(\Delta I_{SCmd}\right)\left(T_1\right)\hfill \\ \hfill & \Delta i_{qs}=\left(\Delta I_{SCmd}\right)\left(T_2\right)\hfill \end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}\text{SONST}& \\ & \Delta i_{ds}=\left(\Delta I_{SCmd}\right)\left(V_1\right)\end{array}$$

  

  $$\Delta i_{qs}=\left(\Delta I_{SCmd}\right)\left(V_2\right).$$

  
• Schritt S108 beinhaltet somit das Ausführen einer ersten Steuermaßnahme (CA#1) in Bezug auf den Induktionsmotor 14. Die erste Steuermaßnahme kann die Verwendung des Einheitsvektors der Richtung des konstanten Drehmoments (T₁ , T₂ ) beinhalten, um die Richtung (Δi_ds ) und (Δi_qs ) zu berechnen, wobei die Steuerung 50 die Richtung derartiger Terme auf die befohlenen Werte (i_dsCmd und i_qsCmd ) als Kompensationswerte an Knoten 43 und 45 von 2 anwendet. Die Steuerung 50 steuert danach den Drehmomentbetrieb des Induktionsmotors 14 unter Verwendung der in 3 gezeigten Endwerte (i_dsCmdF und i_qsCmdF ).
• Desgleichen beinhaltet Schritt S110 das Ausführen einer zweiten Steuermaßnahme (CA#2) in Bezug auf den Induktionsmotor 14 unter Verwendung des Einheitsvektors für die Richtung der abnehmenden Spannungsellipse (V₁ , V₂ ), um die Richtung der Kompensationswerte zu berechnen, die an Knoten 43 und 45 von 2, d. h. Δi_ds und Δi_qs , angewendet werden. Die Steuerung 50 steuert danach den Drehmomentbetrieb des Induktionsmotors 14 unter Verwendung der Endwerte, d. h. i_dsCmdF und i_qsCmdF .
• Das Verfahren 100 von 4, wenn es unter Verwendung der exemplarischen Steuerlogik 40 von 2 implementiert wird, soll somit die Steuerung 50 in Echtzeit bestimmen, wann in einen Flussschwächungsbereich des Induktionsmotors 14 eingetreten werden soll. Wie zu erkennen ist, ändern sich die Leistungskurven, die durch die Kurven 72 und 76 von 3 während des Betriebs dargestellt werden, und somit wird eine Echtzeitanpassung der Flussschwächung notwendig. Zusätzlich zur Minimierung des Drehmomentfehlers versucht das Verfahren 100, die Stabilität des Spannungsregelkreises des Induktionsmotors 14 aufrechtzuerhalten. Somit ermöglicht der vorgeschlagene Flussschwächungsregler-Regelkreis 55, der durch den Betrieb des CCG-Logikblocks 42 von 2 verbessert wird, die Verwendung der Vektoren (T₁ , T₂ ) und (V₁ , V₂ ), um genau zu bestimmen, wann in den MTPV-Betriebsbereich für den Induktionsmotor 14 eingetreten werden soll, wobei Vektor (T₁ , T₂ ) unterhalb MTPV und Vektor (V₁ , V₂ ) oberhalb MTPV verwendet werden, um Strombefehle für die d-Achse und q-Achse anzupassen.
• Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden im Detail unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht beschränkt auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; Modifikationen, Änderungen und Variationen, ersichtlich aus den vorangehenden Beschreibungen, liegen innerhalb des Umfangs der Offenbarung, wie durch die hinzugefügten Ansprüchen definiert. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.

Claims (10)

1. Elektrik, umfassend: einen Induktionsmotor mit einem Stator und einem Rotor; und eine Steuerung, die mit dem Induktionsmotor in Verbindung steht und konfiguriert ist zum: Erzeugen von Stromreferenzsignalen für die d-Achse und q-Achse des Stators; Erzeugen eines Stromkompensationswerts unter Verwendung eines befohlenen Modulationsindex und eines Ist-/Rückkopplungs-Modulationsindex des Induktionsmotors; Ableiten eines Winkels (θ) zwischen einem Einheitsvektor der Richtung des konstanten Drehmoments und einem Einheitsvektor einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor des Induktionsmotors; Ableiten von separaten Komponenten der d-Achse und q-Achse des Stromkompensationswerts unter Verwendung des Winkels (θ); Bestimmen einer Richtung der Strombefehlskompensation als in Richtung des konstanten Drehmomenteinheitsvektors, wenn cos θ größer als oder gleich einem kalibrierten Schwellenwert ist, und als eine Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektors (V1, V2), wenn cos θ kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist; Hinzufügen der separaten Komponenten der d-Achse und q-Achse zu den Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse, in der ermittelten Richtung, um endgültige Strombefehle für die d-Achse und q-Achse abzuleiten; und Steuern des Abtriebsdrehmoments des Rotors unter Verwendung der endgültigen Strombefehle für die d-Achse und q-Achse.
2. Elektrik nach Anspruch 1, worin die Steuerung konfiguriert ist, um cos θ online in Echtzeit zu berechnen.
3. Elektrik nach Anspruch 1, worin die Steuerung dazu konfiguriert ist, den Einheitsvektor der Richtung des konstanten Drehmoments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten elektromagnetischen Drehmoment des Induktionsmotors in einem synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors und von den Strombefehlen für die d-Achse und q-Achse des Stators im synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors zu berechnen.
4. Elektrik nach Anspruch 1, worin die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor (V1, V2) in Abhängigkeit von einer Frequenz einer Versorgungsspannung zum Induktionsmotor, einer transienten Induktivität des Stators sowie d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsbefehle des Stators im synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors zu berechnen.
5. Elektrik nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sensor, der konfiguriert ist, um eine Drehzahl des Rotors zu messen, worin die Steuerung konfiguriert ist, um einen Satz von Eingangssignalen zu empfangen, die ein befohlenes Drehmoment des Induktionsmotors, eine Zwischenkreisspannung und die Drehzahl des Rotors anzeigen, und um die Stromreferenzsignale für die d-Achse und q-Achse unter Verwendung des Satzes von Eingangssignalen zu erzeugen.
6. Elektrik nach Anspruch 1, worin der Rotor mit einer angetriebenen Last eines Fahrzeugs gekoppelt ist, und worin die Steuerung konfiguriert ist, um die Abgabe des Abtriebsdrehmoments vom Rotor an die angetriebene Last über den Rotor zu befehlen.
7. Elektrik nach Anspruch 6, worin die angetriebene Last einen Satz von Laufrädern beinhaltet.
8. Kraftfahrzeug, umfassend: ein Getriebe, das ein Eingangselement und ein Ausgangselement aufweist; einen Satz von Laufrädern, die mit dem Abtriebselement des Getriebes verbunden sind; einen Induktionsmotor mit einem Stator und einem Rotor, worin der Rotor mit dem Antriebselement des Getriebes verbunden ist; und eine Steuerung in Verbindung mit dem Sensor und dem Induktionsmotor, worin die Steuerung konfiguriert ist zum: Erzeugen von Stromreferenzsignalen für die d-Achse und q-Achse des Stators; Erzeugen eines Stromkompensationswerts unter Verwendung eines befohlenen Modulationsindex und eines Ist-/Rückkopplungs-Modulationsindex des Induktionsmotors; Ableiten eines Winkels (θ) zwischen einem Einheitsvektor der Richtung des konstanten Drehmoments und einem Einheitsvektor einem abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor des Induktionsmotors; Ableiten von separaten Komponenten der d-Achse und q-Achse des Stromkompensationswerts unter Verwendung des Winkels (θ); Berechnen von cos θ online in Echtzeit; Bestimmen einer Richtung der Strombefehlskompensation als in Richtung des konstanten Drehmomenteinheitsvektors, wenn cos θ größer als oder gleich einem kalibrierten Schwellenwert ist, und als eine Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektors, wenn cos θ kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist; Hinzufügen der separaten Komponenten der d-Achse und q-Achse zu den Strombefehlreferenzen für die d-Achse und q-Achse, in der ermittelten Richtung, um endgültige Strombefehle für die d-Achse und q-Achse abzuleiten; und Steuern eines Niveaus des Abtriebsdrehmoments des Rotors, der unter Verwendung der endgültigen Strombefehle für die d-Achse und q-Achse an das Antriebselement des Getriebes übertragen wird.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, worin die Steuerung dazu konfiguriert ist, den Einheitsvektor der Richtung des konstanten Drehmoments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten elektromagnetischen Drehmoment des Induktionsmotors in einem synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors und von den Strombefehlen für die d-Achse und q-Achse des Stators im synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors zu berechnen.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, worin die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Richtung des abnehmenden Spannungsellipseneinheitsvektor als Funktion von einer Frequenz einer Versorgungsspannung zum Induktionsmotor, einer transienten Induktivität des Stators sowie d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsbefehlen des Stators im synchronen Bezugsrahmen des Induktionsmotors zu berechnen.

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