DE102019130180A1 - Method for determining an offset of an angular position encoder on a rotor shaft of an electrical synchronous machine with a current or voltage timing offset of an inverter - Google Patents

Method for determining an offset of an angular position encoder on a rotor shaft of an electrical synchronous machine with a current or voltage timing offset of an inverter Download PDF

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Abstract

Verfahren (1) zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers (101), der einem Rotor einer elektrischen Synchronmaschine (100) zugeordnet ist, einen Inverter, der einen Regler und einen mit der elektrischen Synchronmaschine (100) verbundenen Inverterausgang aufweist, umfassend die folgenden Schritte:- Einstellen einer ersten Motordrehzahl mittels einer ersten d-Inverterspannung und einer ersten q- Inverterspannung durch den Regler, wodurch eine erste d-Motorspannung und eine erste q-Motorspannung am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden, undEinstellen eines ersten d-Inverterstroms und eines ersten q- Inverterstroms durch den Regler, wodurch ein erster d-Motorstrom und ein erster q-Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden;- Einstellen des ersten d-Motorstroms und des ersten q- Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer zweiten d-Inverterspannung und einer zweiten q- Inverterspannung;- Ermitteln des Offsets aus der zweiten d-Inverterspannung, der zweiten q- Inverterspannung und der ersten Motordrehzahl.Method (1) for determining an offset of an angular position encoder (101) which is assigned to a rotor of an electrical synchronous machine (100), an inverter which has a controller and an inverter output connected to the electrical synchronous machine (100), comprising the following steps: Setting a first motor speed by means of a first d-inverter voltage and a first q-inverter voltage by the controller, whereby a first d-motor voltage and a first q-motor voltage are generated at the inverter output from the inverter, and setting a first d-inverter current and a first q - Inverter current through the controller, whereby a first d-motor current and a first q-motor current are generated at the inverter output from the inverter; - Setting the first d-motor current and the first q-motor current to zero by the controller by means of a second d-inverter voltage and a second q-inverter voltage; - determining the offset from the second d-inverter voltage, the second n q- inverter voltage and the first motor speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers an einer Rotorwelle einer elektrischen Synchronmaschine mit einem Strom- oder Spannungstimingoffsets eines Inverters.The invention relates to a method for determining an offset of an angular position encoder on a rotor shaft of an electrical synchronous machine with a current or voltage timing offset of an inverter.

Stand der TechnikState of the art

Elektromotoren als elektrische Synchronmaschine sind allgemein bekannt und finden zunehmend Anwendung für den Antrieb von Fahrzeugen. Ein Elektromotor besteht aus einem Stator und einem Rotor.Electric motors as electrical synchronous machines are generally known and are increasingly being used to drive vehicles. An electric motor consists of a stator and a rotor.

Der Stator umfasst eine Vielzahl von Slots, in denen die Windungen geführt werden. Der Rotor befindet sich im Stator und ist mit einer Rotorwelle verbunden. Für die Steuerung der elektrischen Synchronmaschine ist es nötig die genaue Winkellage des Rotors im Stator zu kennen. Mittels eines sogenannten Winkellagegebers kann der Lagewinkel fortlaufend gemessen werden. Der Winkellagegeber kann beispielsweise am Stator oder einem Lagerschild befestigt werden, muss jedoch einen Abstand zum Rotor aufweisen.The stator comprises a large number of slots in which the windings are guided. The rotor is located in the stator and is connected to a rotor shaft. To control the electrical synchronous machine, it is necessary to know the exact angular position of the rotor in the stator. The position angle can be measured continuously by means of a so-called angular position encoder. The angular position encoder can be attached to the stator or a bearing plate, for example, but must be at a distance from the rotor.

Aus der DE 10 2011 087 396 A1 ist ein Verfahren zur Montage eines Winkellagegebers an einer Rotorwelle eines Elektromotors bekannt. Da die physikalische Lage nie absolut genau ist, muss die Abweichung von der eingebauten zur erwünschten Lage bei jeder elektrischen Maschine bestimmt werden. Diese fertigungsbedingte Lageabweichung wird auch Offset genannt. In dem aus DE '396 bekannten Verfahren wird nach dem Einbau des Winkellagegebers die genaue Lage, also das Offset, bezüglich des Rotors und des am Stator befestigten Winkellagegebers auf einem Motorprüfstand bestimmt.From the DE 10 2011 087 396 A1 a method for mounting an angular position encoder on a rotor shaft of an electric motor is known. Since the physical position is never absolutely precise, the deviation from the built-in position to the desired position must be determined for each electrical machine. This manufacturing-related positional deviation is also called offset. In the method known from DE '396, after the angular position encoder has been installed, the exact position, ie the offset, with respect to the rotor and the angular position encoder attached to the stator is determined on an engine test bench.

Der Betrieb der elektrischen Maschine erfolgt in der Regel an Umrichtern mit Pulsweitenmodulation. Dadurch bedingt kommt es zu Zeitverzögerungen bei der Strommessung und auch bei der Spannungsausgabe, welche systemimmanent sind.The electrical machine is usually operated on converters with pulse width modulation. As a result, there are time delays in the current measurement and also in the voltage output, which are inherent in the system.

Bei der Bestimmung des Offsets ist Stand der Technik, dass der Motor auf eine Drehzahl beschleunigt wird und dann das Offset durch die Bestimmung der EMK aus den gestellten Spannungen ermittelt wird. Dabei gibt es verschiedene Randbedingungen zu beachten, um die Lage der EMK und somit den Offset aus den Spannungen zu ermitteln.When determining the offset, the state of the art is that the motor is accelerated to a speed and then the offset is determined by determining the EMF from the voltages set. There are various boundary conditions to be observed in order to determine the position of the EMF and thus the offset from the voltages.

Aufgabe und LösungTask and solution

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers an einer Rotorwelle einer elektrischen Synchronmaschine mit einer Strom- oder Spannungsverzögerung eines Inverters bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a method for determining an offset of an angular position encoder on a rotor shaft of an electrical synchronous machine with a current or voltage delay of an inverter.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers, der einem Rotor einer elektrischen Synchronmaschine zugeordnet ist, einen Inverter, der einen Regler und einen mit der elektrischen Synchronmaschine verbundenen Inverterausgang aufweist, die folgenden Schritte: Einstellen einer ersten Motordrehzahl mittels einer ersten d-Inverterspannung und einer ersten q-Inverterspannung durch den Regler, wodurch eine erste d-Motorspannung und eine erste q- Motorspannung am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird, und Einstellen eines ersten d-Inverterstroms und eines ersten q- Inverterstroms durch den Regler, wodurch ein erster d-Motorstrom und ein erster q- Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird; Einstellen der ersten d-Motorspannung, des ersten d-Motorstroms und des ersten q-Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer zweiten d-Inverterspannung und einer zweiten q- Inverterspannung; Ermitteln des Offsets aus der zweiten d-Inverterspannung, der zweiten q- Inverterspannung und der ersten Motordrehzahl.According to the invention, the method for determining an offset of an angular position encoder which is assigned to a rotor of an electrical synchronous machine, an inverter which has a controller and an inverter output connected to the electrical synchronous machine, comprises the following steps: Setting a first motor speed by means of a first d-inverter voltage and a first q-inverter voltage by the regulator, whereby a first d-motor voltage and a first q-motor voltage is generated at the inverter output from the inverter, and setting a first d-inverter current and a first q-inverter current by the regulator, whereby a first d -Motor current and a first q- motor current is generated at the inverter output by the inverter; Setting the first d-motor voltage, the first d-motor current and the first q-motor current to zero by the regulator by means of a second d-inverter voltage and a second q-inverter voltage; Determining the offset from the second d-inverter voltage, the second q-inverter voltage and the first motor speed.

Der Inverter stellt an seinem Inverterausgang die für den optimalen Betrieb der elektrischen Synchronmaschine benötigten Wechselspannung und -strom bereit (d, q-Motorspannung und d, q-Motorstrom). Dazu weist der Inverter einen Regler auf, der als interne Invertervorgabe jeweils einen d- und q-Sollwert für Strom und Spannung vorgibt (d, q-Inverterspannung, d, q-Inverterstrom).At its inverter output, the inverter provides the alternating voltage and current required for optimal operation of the electrical synchronous machine (d, q motor voltage and d, q motor current). For this purpose, the inverter has a regulator which, as an internal inverter specification, specifies a d and q setpoint value for current and voltage (d, q inverter voltage, d, q inverter current).

Die Umwandlung des 3-phasigen Drehstromfeldes (u, v, w) einer elektrischen Synchronmaschine in ein d, q Koordinatensystem ist dem Fachmann unter anderem aus DE 10 2015 211 863 A1 bekannt. Es ist somit klar, dass an der elektrischen Synchronmaschine tatsächlich eine dreiphasige Wechselspannung und -strom anliegt, wobei diese auch als d, q- Motorspannung und -strom beschrieben werden können.The conversion of the 3-phase three-phase field (u, v, w) of an electrical synchronous machine into a d, q coordinate system is among other things among those skilled in the art DE 10 2015 211 863 A1 known. It is therefore clear that a three-phase alternating voltage and current is actually applied to the synchronous electrical machine, which can also be described as d, q motor voltage and current.

Ferner benötigt der Regler Informationen über die Lage des Rotors im Stator der elektrischen Synchronmaschine. Ein Lagesensor am Stator bestimmt die Position des Rotors. Der Lagesensor weist fertigungsbedingt einen Offset auf, der durch den Einbau entsteht. Ferner benötigt der Regler für die Einstellung der Spannung und des Stromes am Inverterausgang eine gewisse Zeit. Diese Zeitverzögerung und der fertigungsbedingte Offset bilden zusammen die Abweichung der tatsächlichen Lage des Rotors von der der Regelung zugrundeliegende Lage, also den Offset des Winkellagegebers. Dieser Offset führt dazu, dass die d- und q- Istwerte am Inverterausgang (Motorstrom und Motorspannung) von den vom Regler vorgegebenen Sollwerten abweichen.The controller also needs information about the position of the rotor in the stator of the electrical synchronous machine. A position sensor on the stator determines the position of the rotor. Due to the manufacturing process, the position sensor has an offset that results from the installation. The controller also needs a certain amount of time to set the voltage and current at the inverter output. This time delay and the production-related offset together form the deviation of the actual position of the rotor from the position on which the regulation is based, i.e. the offset of the angular position encoder. This offset causes the d and q actual values at the inverter output (motor current and motor voltage) to deviate from the setpoint values specified by the controller.

Der fertigungsbedingte Offset tritt unabhängig von der Regelung im Inverter auf, wogegen die Zeitverzögerung von der Schaltfrequenz des Inverters bzw. der Drehzahl der elektrischen Synchronmaschine abhängig ist.The production-related offset occurs independently of the regulation in the inverter, whereas the time delay depends on the switching frequency of the inverter or the speed of the electrical synchronous machine.

Durch das Einstellen des ersten d-Motorstroms und des ersten q- Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer zweiten d-Inverterspannung und einer zweiten q-Inverterspannung lässt sich der Offset des Winkellagegebers bestimmen, da dieser nur noch abhängig von der zweiten d-Inverterspannung und der zweiten q- Inverterspannung ist.By setting the first d-motor current and the first q-motor current to zero by the controller using a second d-inverter voltage and a second q-inverter voltage, the offset of the angular position encoder can be determined, since it is only dependent on the second d-inverter voltage and the second q inverter voltage.

Wäre kein Offset vorhanden, so müsste die zweite d-Inverterspannung und die zweite q- Inverterspannung identisch mit der ersten d-Motorspannung und der ersten q-Motorspannung sein.If there were no offset, the second d-inverter voltage and the second q-inverter voltage would have to be identical to the first d-motor voltage and the first q-motor voltage.

Bevorzugt kann das Offset aus dem Arkustangens des inversen Quotienten der zweiten d-Inverterspannung und der zweiten q- Inverterspannung ermittelt werden, wobei die zweite q-Inverterspannung ungleich Null ist.The offset can preferably be determined from the arctangent of the inverse quotient of the second d-inverter voltage and the second q-inverter voltage, the second q-inverter voltage being not equal to zero.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Offset aus einem Hardwareoffset und einem Spannungstimingoffset bestehen und die zusätzlichen Schritten umfassen: Einstellen einer zweiten Motordrehzahl, die sich von der ersten Motordrehzahl unterscheidet, mittels einer dritten d-Inverterspannung und einer dritten q- Inverterspannung durch den Regler, wodurch eine dritte d-Motorspannung und eine dritte q- Motorspannung am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird, und Einstellen eines dritten d-Inverterstroms und eines dritten q- Inverterstroms durch den Regler, wodurch ein dritter d-Motorstrom und ein dritter q- Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird; Einstellen des d-Motorstroms und des q- Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer vierten d-Inverterspannung und einer vierten q-Inverterspannung; Ermitteln des Hardwareoffsets und des Spannungtimingoffset aus der zweiten und vierten d-Inverterspannung, der zweiten und vierten q-Inverterspannung und der ersten und zweiten Motordrehzahl.In a further preferred embodiment of the invention, the offset can consist of a hardware offset and a voltage timing offset and include the additional steps: setting a second motor speed, which differs from the first motor speed, by means of a third d-inverter voltage and a third q-inverter voltage through the Regulator, whereby a third d-motor voltage and a third q-motor voltage is generated at the inverter output from the inverter, and setting a third d-inverter current and a third q-inverter current by the regulator, whereby a third d-motor current and a third q-motor current is generated at the inverter output by the inverter; Setting the d-motor current and the q-motor current to zero by the regulator using a fourth d-inverter voltage and a fourth q-inverter voltage; Determining the hardware offset and the voltage timing offset from the second and fourth d-inverter voltage, the second and fourth q-inverter voltage and the first and second motor speed.

Die bereits erwähnte Zeitverzögerung schlägt sich bei einer Stromreglung in einem Spannungstimingoffset nieder und der ebenfalls bereits erwähnte fertigungsbedingte Offset ist als Hardwareoffset bekannt.The above-mentioned time delay is reflected in a voltage timing offset in the case of a current control, and the production-related offset also mentioned above is known as the hardware offset.

Durch eine zweite Drehzahl kann sowohl der drehzahlabhängige Spannungstimingoffset als auch der drehzahlunabhängige Hardwareoffset bestimmt werden, da der Spannungstimingoffset im Wesentlichen linear mit der Drehzahl steigt. Im Wesentlichen bedeutet, das ungewollte, technisch bedingte Abweichungen unberücksichtigt bleiben sollen, also z.B. Messfehler.A second speed can be used to determine both the speed-dependent voltage timing offset and the speed-independent hardware offset, since the voltage timing offset increases essentially linearly with the speed. Essentially this means that undesired, technically-related deviations should not be taken into account, e.g. measurement errors.

Bevorzugt kann das Offset aus einem Hardwareoffset und einem Stromtimingoffset bestehen und die zusätzlichen Schritten umfassen: Einstellen eines fünften d-Inverterstroms und eines fünften q- Inverterstroms durch den Regler bei stehendem Motor, wobei der fünfte q-Inverterstrom Null ist, wodurch ein fünfter d-Motorstrom und ein fünfter q- Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird; Bestimmen einer fünften d-Inverterspannung am Regler oder einer fünften d-Motorspannung am Inverterausgang; Einstellen einer dritten Motordrehzahl; Einstellen eines sechsten d-Inverterstroms und eines sechsten q- Inverterstroms durch den Regler bei der dritten Motordrehzahl, wobei der sechsten q-Inverterstrom Null ist; Bestimmen einer sechsten d-Inverterspannung am Regler oder einer sechsten d-Motorspannung am Inverterausgang, Ermitteln des Stromtimingoffset aus dem Unterschied zwischen der fünften und sechsten d-Inverterspannung am Regler oder der fünften und sechsten d-Motorspannung am Inverterausgang.The offset can preferably consist of a hardware offset and a current timing offset and comprise the additional steps: Setting a fifth d-inverter current and a fifth q-inverter current by the controller with the motor stopped, the fifth q-inverter current being zero, whereby a fifth d- Motor current and a fifth q motor current is generated at the inverter output by the inverter; Determining a fifth d-inverter voltage at the regulator or a fifth d-motor voltage at the inverter output; Setting a third engine speed; Setting, by the controller, a sixth d inverter current and a sixth q inverter current at the third engine speed, the sixth q inverter current being zero; Determining a sixth d-inverter voltage at the regulator or a sixth d-motor voltage at the inverter output, determining the current timing offset from the difference between the fifth and sixth d-inverter voltage at the regulator or the fifth and sixth d-motor voltage at the inverter output.

Auch bei der Regelung des Stromes entsteht eine Zeitverzögerung, die zu einer Winkeldiffernz, also einem Stromtimingoffset, zwischen Motorstromzeiger und Inverterstromzeiger im d-q-Koordinatensystem führt.There is also a time delay when regulating the current, which leads to an angular difference, i.e. a current timing offset, between the motor current vector and the inverter current vector in the d-q coordinate system.

Zusammengefasst besteht der Offset beim Regeln der Spannung aus dem bauartbedingten Hardwareoffset und der Zeitverzögerung bei der Regelung, also dem Spannungstimingoffset, der zusätzlich drehzahlabhängig ist. Der bauartbedingte Hardwareoffset ist nicht drehzahlabhängig.In summary, the offset when regulating the voltage consists of the design-related hardware offset and the time delay in the regulation, i.e. the voltage timing offset, which is also dependent on the speed. The design-related hardware offset is not dependent on the speed.

Bei der Berechnung der d-Motorspannung wird eine Besonderheit ausgenutzt. Bei q-Inverterstrom gleich null, ist die d-Motorspannung unabhängig von der elektrischen Kreisfrequenz der elektrischen Synchronmaschine, bzw. der Motordrehzahl.A special feature is used when calculating the d-motor voltage. If the q-inverter current is zero, the d-motor voltage is independent of the electrical angular frequency of the electrical synchronous machine or the motor speed.

Wird der q-Inverterstrom auf null geregelt, so ist feststellbar, dass die d-Motorspannung keinesfalls unabhängig der Kreisfrequenz ist. Aus dieser Abweichung lässt sich der Offset berechnen.If the q-inverter current is regulated to zero, it can be determined that the d-motor voltage is by no means independent of the angular frequency. The offset can be calculated from this deviation.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Motordrehzahl im Bereich von zweidrittel einer Motornennendrehzahl liegen.In a further embodiment, the engine speed can be in the range of two-thirds of a nominal engine speed.

Bevorzugt kann die erste Motordrehzahl in einer Drehrichtung der elektrischen Synchronmaschine entgegengesetzt zu einer Drehrichtung der zweiten Motordrehzahl eingestellt werden.The first motor speed can preferably be set in a direction of rotation of the electrical synchronous machine opposite to a direction of rotation of the second motor speed.

Besonders bevorzugt kann als zusätzlichen Schritt eine Plausibilisierung der Messerwerte durchgeführt werden.A plausibility check of the measured values can particularly preferably be carried out as an additional step.

Dies kann beispielsweise für ein ASIL-C nötig werden.This can be necessary for an ASIL-C, for example.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren als End of Line Test einer Serienproduktion durchführbar sein.In a further preferred embodiment of the invention, the method can be carried out as an end of line test of a series production.

Erfindungsgemäß weist eine Elektrischen Synchronmaschine einen Winkellagegeber und einen Inverter auf, in dem ein Offset gespeichert ist, das gemäß einer der bevorzugten Verfahren bestimmte wurde.According to the invention, an electrical synchronous machine has an angular position encoder and an inverter in which an offset is stored that was determined according to one of the preferred methods.

Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug eine elektrische Synchronmaschine, insbesondere einen Elektromotor, und einen Inverter auf, in dem ein Offset gespeichert ist, das gemäß einer der bevorzugten Verfahren bestimmte wurde.According to the invention, a vehicle has an electrical synchronous machine, in particular an electric motor, and an inverter in which an offset is stored that was determined according to one of the preferred methods.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt einen Inverter mit einer elektrischen Synchronmaschine. 1 shows an inverter with a synchronous electrical machine.
  • 2 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines Spannungstimingoffsets und eines Hardwareoffsets. 2 FIG. 10 shows a method for determining a voltage timing offset and a hardware offset.
  • 3 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines Stromtimingoffsets. 3rd Figure 11 shows a method for determining a current timing offset.
  • 4 zeigt ein kombiniertes Verfahren zum Bestimmen eines Spannungs-, Stromtimingoffsets und eines Hardwareoffsets. 4th shows a combined method for determining a voltage, current timing offset and a hardware offset.
  • 5 zeigt ein Fahrzeug mit einer elektrischen Synchronmaschine und einen Winkellagegeber. 5 shows a vehicle with an electrical synchronous machine and an angular position encoder.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Inverters 1, der an einer elektrische Synchronmaschine 3 angeschlossen ist. Die elektrische Synchronmaschine 3, die beispielsweise ein Synchronmotor sein kann, weist einen Winkellagegeber 7 auf, optional ist auch ein Drehzahlmesser 23 vorhanden. Alternativ kann die Drehzahl auch aus der Frequenz der Spannung in der elektrischen Synchronmaschine bestimmt werden.In 1 Figure 3 is a schematic representation of an inverter 1 working on an electrical synchronous machine 3rd connected. The synchronous electric machine 3rd , which can be a synchronous motor, for example, has an angular position encoder 7th on, a tachometer is also optional 23 available. Alternatively, the speed can also be determined from the frequency of the voltage in the electrical synchronous machine.

Der Inverter 1 umfasst einen Regler 5 für die Ansteuerung der Schalter 19, einen Strommesser am Inverterausgang 9, der optional auch Spannung messen kann. Eine Einheit 15, die die Messwerte 21 des Spannungsmessers über eine Wandler 11 an den Regler 5 weitergibt, selbstverständlich kann der Spannungsmesser auch direkt an den Wandler 11 angebunden sein.The inverter 1 includes a regulator 5 for controlling the switches 19th , an ammeter at the inverter output 9 , which can optionally also measure voltage. One unity 15th that the readings 21st the voltmeter via a converter 11 to the controller 5 passes on, of course the voltmeter can also be connected directly to the converter 11 be connected.

Der Wandler 11 transformiert die an der elektrischen Synchronmaschine gemessene dreiphasigen Spannungen und Ströme u, v, w über α und β in das bekannte d, q- Modell. Dazu benötigt der Wandler 11 den Lagewinkel α des Rotors in der elektrischen Synchronmaschine 3. Der vom Winkellagegeber 7 gemessenen Lagewinkel αM weist jedoch einen Offset auf. Beim Einbau des Winkellagegeber 7, der auch Resolver genannt wird, kommt es zu einer bauartbedingten Abweichung, einem sogenannten Hardwareoffset αOffset. Ferner weist der Inverter 1 im Rahmen seiner Regelung der elektrischen Synchronmaschine 3 ein Timingoffset bei der Spannungs- und Stromregelung auf, das von der Drehzahl (rpm) der elektrischen Synchronmaschine bzw. der Frequenz der Spannung, bzw. des Stroms abhängig ist. Da das Timingoffset von der Spannung oder dem Strom abhängt, ergibt sich ein Spannungstimingoffset αΔT,u und ein Stromtimingoffset αΔT,i. Der vom Winkellagegeber gemessene Lagewinkel αM des Rotors muss also um den Hardwareoffset αOffset und jeweils das Spannungs-, bzw. Stromtimingoffset in Abhängigkeit der Drehzahl angepasst werden, was zu einem Lagewinkel α führt.The converter 11 transforms the three-phase voltages and currents u, v, w measured on the electrical synchronous machine via α and β into the well-known d, q model. To do this, the converter needs 11 the position angle α of the rotor in the electrical synchronous machine 3rd . The one from the angular position encoder 7th measured position angle α M has an offset. When installing the angular position encoder 7th , which is also called resolver, there is a design-related deviation, a so-called hardware offset α offset. Furthermore, the inverter 1 as part of its regulation of the electrical synchronous machine 3rd a timing offset in the voltage and current regulation, which depends on the speed (rpm) of the electrical Synchronous machine or the frequency of the voltage or the current is dependent. Since the timing offset depends on the voltage or the current, a voltage timing offset α ΔT, u and a current timing offset α ΔT, i result . The position angle α M of the rotor measured by the angular position encoder must therefore be adjusted by the hardware offset α offset and the voltage or current timing offset in each case as a function of the speed, which leads to a position angle α.

Im Folgenden werden das Bestimmen des Spannungstimingoffsets αΔT,u und des Hardwareoffsets αOffset beschrieben.The following describes the determination of the voltage timing offset α ΔT, u and the hardware offset α offset.

Das Spannungstimingoffset αΔT,u wie auch der Hardwareoffset αOffset kann ermittelt werden, wenn der Inverterstrom id,Inv, iq,Inv am Regler für verschiedene Drehzahlen aufgezeichnet wird, wobei der q- und d-Motorstrom id, iq am Inverterausgang 9 und somit in der elektrischen Synchronmaschine zu 0 A geregelt werden. Die Drehzahl liegt vorzugsweise im mittleren Drehzahlbereich, damit einerseits eine gute Auflösung der Aufzeichnung vorhanden ist und andererseits die Eisenverluste vernachlässigbar bleiben. Hardware- und Spannungstimingoffset werden anhand der d- und q-Inverterspannung ud,Inv, uq,Inv am Regler 5 bestimmt.The voltage timing offset α ΔT, u as well as the hardware offset α offset can be determined when the inverter current i d , Inv , i q, Inv is recorded on the controller for different speeds, with the q and d motor currents i d, i q am Inverter output 9 and thus regulated to 0 A in the electrical synchronous machine. The speed is preferably in the middle speed range so that, on the one hand, there is a good resolution of the recording and, on the other hand, iron losses remain negligible. Hardware and voltage timing offset are calculated using the d and q inverter voltages u d, Inv , u q, Inv on the controller 5 certainly.

Es ist bekannt, dass der Hardwareoffset αOffset durch die Einbaulage des Winkellagegebers 7 am Rotor über die Drehzahl konstant ist, während das Spannungstimingoffsets αΔT,u proportional mit der Frequenz, also der Drehzahl zunimmt. Die Summe beider Offsets ergibt den Spannungsoffset αges,u für die Spannungsregelung, also den Unterschied zwischen der am Regler eingestellten Spannung ud,Inv, uq,Inv und der am Inverterausgang ud, uq, bzw an der elektrischen Synchronmaschine 3, also beispielsweise an einem Motor anliegenden Spannung auch Motorspannung genannt. Der Wandler 11 bekommt vom Winkellagegeber 7 die Rotorposition αM im Stator mitgeteilt und der Regler regelt daraufhin die Schalter 19. Bedingt durch den Offset αOffset des Winkellagegebers und die Verzögerung des Inverters, also beispielsweise in der Spannungsmessung 9, Wandler 11, Regler 5 oder Schalter 19, kommt es zu einer Abweichung zwischen dem gewünschten Werten des Reglers 5 und den am Inverterausgang 9, bzw. in der elektrischen Synchronmaschine 3 anliegen Werten. Damit ergeben sich folgende Gleichungen: Δ T , u = Δ T u ω e l

Figure DE102019130180A1_0001
g e s , u = Δ T , u + O f f s e t
Figure DE102019130180A1_0002
It is known that the hardware offset α offset due to the installation position of the angular position encoder 7th at the rotor is constant over the speed, while the voltage timing offsets α ΔT, u increases proportionally with the frequency, i.e. the speed. The sum of both offsets gives the voltage offset α ges, u for the voltage regulation, i.e. the difference between the voltage u d, Inv , u q, Inv set on the controller and that at the inverter output u d , u q , or on the electrical synchronous machine 3rd , so for example voltage applied to a motor also called motor voltage. The converter 11 gets from the angular position encoder 7th communicated the rotor position α M in the stator and the controller then regulates the switches 19th . Due to the offset α offset of the angular position encoder and the delay of the inverter, for example in the voltage measurement 9 , Converter 11 , Regulator 5 or switch 19th , there is a discrepancy between the desired values of the controller 5 and the one at the inverter output 9 , or in the electrical synchronous machine 3rd concern values. This results in the following equations: Δ T , u = Δ T u ω e l
Figure DE102019130180A1_0001
G e s , u = Δ T , u + O f f s e t
Figure DE102019130180A1_0002

Wie dem Fachmann bekannt ist, ist die elektrische Kreisfrequenz von der Drehzahl der Synchronmaschine abhängig.As is known to the person skilled in the art, the electrical angular frequency is dependent on the speed of the synchronous machine.

Unter der Voraussetzung, dass die Motorströme id, iq am Inverterausgang 9 bzw. in der elektrischen Synchronmaschine 3 aufgrund der Regelung 0 A betragen, gelten für die stationären Spannungsgleichungen der Synchronmaschine 3 folgende Gleichungen: u q = ! O V

Figure DE102019130180A1_0003
u q = Ψ P M ω e l
Figure DE102019130180A1_0004
Assuming that the motor currents i d , i q at the inverter output 9 or in the electrical synchronous machine 3rd are 0 A due to the regulation, apply to the steady-state voltage equations of the synchronous machine 3rd the following equations: u q = ! O V
Figure DE102019130180A1_0003
u q = Ψ P. M. ω e l
Figure DE102019130180A1_0004

Aus diesen Gleichungen ergibt sich wiederum: Δ T u ω e l = Δ T u u q Ψ P M = Δ T Ψ P M u q

Figure DE102019130180A1_0005
From these equations we get: Δ T u ω e l = Δ T u u q Ψ P. M. = Δ T Ψ P. M. u q
Figure DE102019130180A1_0005

Wie bereits erwähnt, setzt sich der Spannungsoffset αges,u aus zwei Anteilen zusammen. Dieser Spannungsoffset führt zu einer Verdrehung der am Inverterausgang 9 gemessenen Spannungen ud, uq womit sich folgendes ergibt: [ u d , i n v u q , I n v ] = [ cos ( g e s , u ) sin ( g e s , u ) sin ( g e s , u ) cos ( g e s , u ) ] [ u d u q ]

Figure DE102019130180A1_0006
As already mentioned, the voltage offset α tot, u is made up of two components. This voltage offset leads to a twist at the inverter output 9 measured voltages u d , u q which results in the following: [ u d , i n v u q , I. n v ] = [ cos ( G e s , u ) - sin ( G e s , u ) sin ( G e s , u ) cos ( G e s , u ) ] [ u d u q ]
Figure DE102019130180A1_0006

Da die Voraussetzung gilt, dass der Motorstrom id, iq im Motor 0 A ist, muss die d-Motorspannung ud im Motor null sein. Damit ergibt sich: u d , i n v = sin ( a g e s , u ) u q

Figure DE102019130180A1_0007
u q , i n v = cos ( a g e s , u ) u q
Figure DE102019130180A1_0008
u d , i n v = sin ( a g e s , u ) u q , I n v cos ( α g e s , u ) = tan α g e s , u u q , I n v                     = tan ( Δ T u ω e l + α O f f s e t ) u q , I n v
Figure DE102019130180A1_0009
Since the requirement applies that the motor current i d , i q in the motor is 0 A, the d motor voltage u d in the motor must be zero. This results in: u d , i n v = - sin ( a G e s , u ) u q
Figure DE102019130180A1_0007
u q , i n v = cos ( a G e s , u ) u q
Figure DE102019130180A1_0008
u d , i n v = - sin ( a G e s , u ) u q , I. n v cos ( α G e s , u ) = - tan α G e s , u u q , I. n v = - tan ( Δ T u ω e l + α O f f s e t ) u q , I. n v
Figure DE102019130180A1_0009

Eine weitere Umformung führt zu: tan 1 ( u d , I n v u q , I n v ) = Δ T u ω e l + α O f f s e t

Figure DE102019130180A1_0010
Another transformation leads to: tan - 1 ( - u d , I. n v u q , I. n v ) = Δ T u ω e l + α O f f s e t
Figure DE102019130180A1_0010

Das Ergebnis kann als eine lineare Funktion von ωel interpretiert werden, in welcher die Koeffizienten genau die gesuchten Größen Spannungstimingoffset αΔT,u und Hardwareoffset αOffset darstellen. tan 1 ( u d , I n v u q , I n v ) = α Δ T , u ω e l + α O f f s e t

Figure DE102019130180A1_0011
The result can be interpreted as a linear function of ω el , in which the coefficients represent exactly the desired values voltage timing offset α ΔT, u and hardware offset α offset. tan - 1 ( - u d , I. n v u q , I. n v ) = α Δ T , u ω e l + α O f f s e t
Figure DE102019130180A1_0011

Mittels einer Messdatenreihe, welche durch eine State-Machine im entsprechenden Vermessungsmodus aufgenommen wird, können die Koeffizienten aΔT,u und αOffset bestimmen werden, z.B. durch ein Least-Square-Verfahren.By means of a series of measurement data that is recorded by a state machine in the corresponding measurement mode, the coefficients a ΔT, u and α offset can be determined, for example by a least square method.

Vorteilhafterweise werden als Messwerte keine q-Inverterspannungen ud,Inv nahe 0 V verwendet werden, da sonst die Koeffizientenbestimmung fehlschlagen könnte.Advantageously, no q-inverter voltages u d, Inv close to 0 V are used as measured values, since otherwise the coefficient determination could fail.

Im Folgenden wird das Bestimmen des Stromtimingoffsets αΔT,i beschriebenThe determination of the current timing offset α ΔT, i is described below

Es soll angenommen werden, dass der Hardwareoffset αOffset wie auch der Spannungstimingoffset αΔT,u kompensiert wurde. Für das Stromtiming werden die linearen Spannungsgleichungen im stationären Betrieb betrachtet: [ u d u q ] = [ R s ω e l L q ω e l L d R s ] [ i d i q ] + [ 0 w e l Ψ P M ]

Figure DE102019130180A1_0012
It should be assumed that the hardware offset α offset as well as the voltage timing offset α ΔT, u have been compensated. For the current timing, the linear voltage equations are considered in stationary operation: [ u d u q ] = [ R. s - ω e l L. q ω e l L. d R. s ] [ i d i q ] + [ 0 w e l Ψ P. M. ]
Figure DE102019130180A1_0012

Wird der q-Inverterstrom iq,Inv zu 0 A und der d-Inverterstrom id,Inv zu einem konstanten Wert ungleich 0 A geregelt, so ergibt sich der folgende Zusammenhang. Es ist zu sehen, dass für diesen Fall die d-Motorspannung ud am Inverterausgang 9 bzw. in der Synchronmaschine 3 unabhängig von der elektrischen Kreisfrequenz ωel und somit der Drehzahl der elektrischen Synchronmaschine ist. Damit kann der Stromtimingoffset αΔT,i durch verschiedenen d-Motorspannungen ud bei verschiedenen ωel, also verschiedenen Drehzahlen, bestimmt werden. i q = ! 0 A

Figure DE102019130180A1_0013
u d = R S i d
Figure DE102019130180A1_0014
u q = ω e l L d i d + ϖ e l Ψ P M
Figure DE102019130180A1_0015
If the q inverter current i q, Inv is regulated to 0 A and the d inverter current i d, Inv to a constant value not equal to 0 A, the following relationship results. It can be seen that for this case the d-motor voltage u d at the inverter output 9 or in the synchronous machine 3rd is independent of the electrical angular frequency ω el and thus the speed of the electrical synchronous machine. The current timing offset α ΔT, i can thus be determined by different d motor voltages u d at different ω el , that is to say different speeds. i q = ! 0 A.
Figure DE102019130180A1_0013
u d = R. S. i d
Figure DE102019130180A1_0014
u q = ω e l L. d i d + ϖ e l Ψ P. M.
Figure DE102019130180A1_0015

Der am Inverterausgang 9 bzw. an der Synchronmaschine 3 anliegende d- und q-Motorstrom ud, uq kann nur aufwendig gemessen werden, womit der Regler 5 im Inverter lediglich seine Regelvorgaben einregeln kann (q-Inverterstrom iq,Inv zu 0 A und d-Inverterstrom id,Inv konstant), die durch den Invertausgang 9 zur Synchronmaschine 3 fließenden Ströme aber aufgrund eines Stromtimingoffsets αΔT,i abweichen können. Dabei ergibt sich eine Verdrehung der d-, q-Motorströme ud, uq um den Stromtimimgoffset αΔT,i, abhängig vom Timingfehler ΔTi und der aktuellen elektrischen Kreisfrequenz ωel, bzw. der Drehzahl: Δ T , i = Δ T i ϖ e l

Figure DE102019130180A1_0016
The one at the inverter output 9 or on the synchronous machine 3rd applied d- and q-motor current u d , u q can only be measured with great effort, with which the controller 5 in the inverter can only adjust its control specifications (q-inverter current i q, Inv to 0 A and d-inverter current i d, Inv constant), which is generated by the invert output 9 to the synchronous machine 3rd However, flowing currents can deviate due to a current timing offset α ΔT, i. This results in a rotation of the d, q motor currents u d , u q by the current timing offset α ΔT, i, depending on the timing error ΔT i and the current electrical angular frequency ω el, or the speed: Δ T , i = Δ T i ϖ e l
Figure DE102019130180A1_0016

Damit ergibt sich für den Zusammenhang zwischen den Motorströmen (id, iq) und den Inverterströmen (id,Inv, iq,Inv) der folgende Zusammenhang: [ i d , i n v i q , I n v ] = [ cos ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) cos ( Δ T , i ) ] [ i d i q ]

Figure DE102019130180A1_0017
[ i d i q ] = [ cos ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) cos ( Δ T , i ) ] [ i d , i n v i q , i n v ]
Figure DE102019130180A1_0018
This results in the following relationship for the relationship between the motor currents (i d , i q ) and the inverter currents (i d, Inv , i q, Inv ): [ i d , i n v i q , I. n v ] = [ cos ( Δ T , i ) - sin ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) cos ( Δ T , i ) ] [ i d i q ]
Figure DE102019130180A1_0017
[ i d i q ] = [ cos ( Δ T , i ) - sin ( Δ T , i ) sin ( Δ T , i ) cos ( Δ T , i ) ] [ i d , i n v i q , i n v ]
Figure DE102019130180A1_0018

Wenn der Regler 5 im Inverter 1 den q-Inverterstrom (iq,Inv) zu 0 A regelt, ergibt sich folgende Gleichung für die Motorströme (id, iq) am Inverterausgang 9, bzw. in der elektrischen Synchronmaschine 3. i d = cos ( Δ T , i ) i d , i n v

Figure DE102019130180A1_0019
i q = sin ( Δ T , i ) i d , i n v
Figure DE102019130180A1_0020
When the regulator 5 in the inverter 1 regulates the q inverter current (i q, Inv ) to 0 A, the following equation results for the motor currents (i d , i q ) at the inverter output 9 , or in the electrical synchronous machine 3rd . i d = cos ( Δ T , i ) i d , i n v
Figure DE102019130180A1_0019
i q = - sin ( Δ T , i ) i d , i n v
Figure DE102019130180A1_0020

Setzt man nun diese Gleichungen in die Spannungsgleichungen im stationären Betrieb ein, ergeben sich folgende Gleichungen. u d = R S cos ( Δ T , i ) i d , I n v + ω e l L q sin ( Δ T , i ) i d , I n v

Figure DE102019130180A1_0021
u d = R S sin ( Δ T , i ) i d , I n v + ω e l L q cos ( Δ T , i ) i d , I n v + ω e l Ψ P M
Figure DE102019130180A1_0022
If you now insert these equations into the voltage equations in stationary operation, the following equations result. u d = R. S. cos ( Δ T , i ) i d , I. n v + ω e l L. q sin ( Δ T , i ) i d , I. n v
Figure DE102019130180A1_0021
u d = - R. S. sin ( Δ T , i ) i d , I. n v + ω e l L. q cos ( Δ T , i ) i d , I. n v + ω e l Ψ P. M.
Figure DE102019130180A1_0022

Nach dem Auflösen der Spannungsgleichungen nach dem Stromtimingoffset αΔT,i ist ersichtlich, dass der Winkel - und damit auch der Stromtimingoffset - nur berechnet werden kann, wenn die Induktivitäten, der Permanentfluss und der Strangwiderstand der elektrischen Synchronmaschine bekannt sind. Dies ist in der Regel nicht der Fall.After solving the voltage equations for the current timing offset α ΔT, i it can be seen that the angle - and thus also the current timing offset - can only be calculated if the inductances, the permanent flux and the phase resistance of the electrical synchronous machine are known. This is usually not the case.

Eine online-Einstellung des Stromtimingoffsets kann beispielsweise mithilfe einer State-Machine erfolgen. Während also die Regelung 5 reinen d-Inverterstrom id,Inv einregelt, wird der Stromtimingoffset αΔT,i solange angepasst, bis die d-Motorspannung ud bei einer TestDrehzahl identisch der d-Motorspannung ud bei stehender Synchronmaschine 3 ist, da bei Drehzahl 0 der drehzahlabhängige Stromtimingoffset αΔT,i nicht wirkt. Es ist zu beachten, dass der d-Inverterstrom id,Inv bei stehendem Motor gleich dem d-Inverterstrom id,Inv bei der Testdrehzahl ist.The current timing offset can be set online, for example, with the aid of a state machine. So while the scheme 5 adjusts pure d-inverter current i d, Inv , the current timing offset α ΔT, i is adjusted until the d-motor voltage u d at a test speed is identical to the d-motor voltage u d with a stationary synchronous machine 3rd is there at speed 0 the speed-dependent current timing offset α ΔT, i is not effective. It should be noted that the d-current i d inverter, Inv when the engine is the d-current i d inverter Inv is the same for the test speed.

Beispielsweise kann bei einer Drehzahl adaptiert werden. Die Drehzahl sollte möglichst hoch sein, damit der Einfluss des Stromtimingoffsets groß ist, aber nicht so hoch, dass der Regler 5 an die Spannungsgrenze stößt oder Eisenverluste eine Rolle spielen. Die State-Machine kann dabei die Drehzahl überwachen und nachregeln, damit diese in einem gewünschten Band bleibt, da bei einem fehlerhaften Stromtimingoffset ein q-Motorstrom fließt und so die Synchronmaschine gebremst oder beschleunigt wird.For example, one speed can be adapted. The speed should be as high as possible so that the influence of the current timing offset is great, but not so high that the controller 5 to the Voltage limit or iron losses play a role. The state machine can monitor and readjust the speed so that it remains in a desired band, since a q-motor current flows in the event of a faulty current timing offset and the synchronous machine is decelerated or accelerated.

Mit Bezug zu 2 wird im Folgenden ein Verfahren 200 zum Bestimmen eines Spannungstimingoffset eines Inverters beschrieben.In reference to 2 is the following one procedure 200 for determining a voltage timing offset of an inverter.

In einem ersten Schritt 201 wird eine positive Drehzahl mit der elektrischen Synchronmaschine angefahren und nach Erreichen der Drehzahl der d-Inverterstrom id,Inv und der q-Inverterstrom iq,Inv zu 0A geregelt. In deren Folge wird die d-Motorspannung ud in der elektrischen Synchronmaschine null. Die vom Regler im Inverter eingeregelten d-, q-Inverterspannungen ud,Inv, uq,Inv werden aufgezeichnet.In a first step 201 a positive speed is approached with the electrical synchronous machine and, after the speed has been reached, the d-inverter current i d, Inv and the q-inverter current i q, Inv are regulated to 0A. As a result, the d-motor voltage u d in the electrical synchronous machine becomes zero. The d, q inverter voltages u d, Inv , u q, Inv regulated by the controller in the inverter are recorded.

Der erste Schritt 201 wird als zweiter Schritt 203 mit einer negativen Drehzahl wiederholt. Die negative Drehzahl ist dabei genau entgegengesetzt der Drehrichtung der positiven Drehzahl. Es kann sinnvoll sein, dass die positive und negative Drehzahl bei unterschiedlichen Drehrichtungen identisch sind und sich lediglich in der Drehrichtung unterscheiden. Es ist aber auch möglich eine zweite, positive Drehzahl, die sich von der ersten Drehzahl unterscheidet, zu verwenden. Die zwei Werte für d-, q-Inverterspannungen ud,Inv, uq,Inv werden aufgezeichnet.The first step 201 is used as the second step 203 repeated at a negative speed. The negative speed is exactly opposite to the direction of rotation of the positive speed. It can make sense that the positive and negative speed are identical for different directions of rotation and only differ in the direction of rotation. However, it is also possible to use a second, positive speed that differs from the first speed. The two values for d, q inverter voltages u d, Inv , u q, Inv are recorded.

In einem dritten Schritt 205 werden aus den aufgezeichneten Werten, also die beiden Messpunkte für die d-, q-Inverterspannung und der jeweiligen Drehzahl, bzw.In a third step 205 are derived from the recorded values, i.e. the two measuring points for the d, q inverter voltage and the respective speed, or

Kreisfrequenz, das Hardwareoffset αOffset und das Spannungtimingoffset αΔT,u gemäß folgender Formel bestimmt: t a n 1 ( u d , I n v u q , I n v ) = α Δ T , u ω e l + α O f f s e t

Figure DE102019130180A1_0023
The angular frequency, the hardware offset α offset and the voltage timing offset α ΔT, u are determined according to the following formula: t a n - 1 ( - u d , I. n v u q , I. n v ) = α Δ T , u ω e l + α O f f s e t
Figure DE102019130180A1_0023

In einem optionalen Schritt 207 ist eine Plausibilisierung des ermittelten Hardwareoffset αOffset und des Spannungtimingoffset αΔT,u möglich.In an optional step 207 a plausibility check of the determined hardware offset α offset and the voltage timing offset α ΔT, u is possible.

Man kann die Plausibilisierung wie folgt aufteilen:

  • Spannungstiming und Offset: Durch die Einprägung von negativem d-Strom und durch die Drehzahlbeobachtung kann der Offset und die Spannungstimings plausibilisieren werden, da die d-Motorspannung bei Drehzahl gleich der d-Motorspannung im Stillstand sein muss.
The plausibility check can be divided up as follows:
  • Voltage timing and offset: The offset and voltage timings can be checked for plausibility by impressing negative d-current and by monitoring the speed, since the d-motor voltage at speed must be the same as the d-motor voltage at standstill.

Mit Bezug zu 3 wird im Folgenden ein Verfahren 300 zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers bestehend aus einem Stromtimingoffset αΔT,i und einem Hardwareoffset αOffset beschrieben, wobei der Hardwareoffset αOffset und der Spannungstimingoffset αΔT,u beispielsweise aus dem Verfahren, das mit Bezug zur 2 beschrieben ist, bekannt ist.In reference to 3rd is the following one procedure 300 for determining an offset of an angular position encoder consisting of a current timing offset α ΔT, i and a hardware offset α offset described, the hardware offset α offset and the voltage timing offset α ΔT, u, for example, from the method described with reference to 2 is described is known.

In einem ersten Schritt 301 wird ein d-Motorstrom id bei stehender elektrischen Synchronmaschine eingeprägt. Beim Stillstand der elektrischen Synchronmaschine kann es keinen Timimngoffset, also weder Spannungs- noch Stromtimimngoffset geben, sodass die Spannung des Inverters Ud,Inv gleich der d-Motorspannung ud ist.In a first step 301 ad motor current i d is impressed when the electrical synchronous machine is at a standstill. When the electrical synchronous machine is at a standstill, there can be no timing offset, i.e. neither voltage nor current timing offset, so that the voltage of the inverter U d, Inv is equal to the d motor voltage u d .

Der Rotor in der elektrischen Synchronmaschine richtet sich dabei in der d-Achse aus und es ist zusätzlich möglich einen groben Lagegeberoffset zu bestimmen. Gleichzeitig wird die d-Motorspannung ud als spätere Referenz bestimmt. The rotor in the electrical synchronous machine aligns itself in the d-axis and it is also possible to determine a rough position encoder offset. At the same time, the d motor voltage u d is determined as a later reference.

In einem zweiten Schritt 303 wird die elektrische Synchronmaschine auf Drehzahl gebracht, um den d-Inverterstrom id,Inv wie im ersten Schritt 301 einzuprägen. Das Stromtimingoffset αΔT,i wird in einem dritten Schritt 305 nun solange verändert, bis die beiden d-Inverterspannungen ud,Inv aus dem ersten und zweiten Schritt 301, 303 übereinstimmen. Der so ermittelte Stromtimingoffset αΔT,i wird danach abgespeichert.In a second step 303 the electrical synchronous machine is brought up to speed to the d-inverter current i d, Inv as in the first step 301 memorize. The current timing offset α ΔT, i is set in a third step 305 now changed until the two d-inverter voltages u d, inv from the first and second step 301 , 303 to match. The current timing offset α ΔT, i determined in this way is then stored.

Während dieser Variation muss der Motor auf Drehzahl gehalten werden. Gegebenenfalls muss der dritte Schritt 305 bei unterschreiten der Drehzahl abgebrochen und nach Erreichen der Drehzahl wiederholt werden.During this variation, the engine must be kept at speed. If necessary, must take the third step 305 canceled if the speed is not reached and repeated when the speed is reached.

In einem optionalen Schritt 307 ist eine Plausibilisierung des ermittelten Stromtimingoffset αΔT,i möglich.In an optional step 307 a plausibility check of the determined current timing offset α ΔT, i is possible.

Die Synchronmaschine kann dafür auf eine höhere Drehzahl, als beispielsweise zweidrittel der Nenndrehzahl gebracht werden. Dann wird ein negativer d-Inverterstrom id,Inv, am Regeler eingestellt und die Drehzahl der Synchronmaschine überwacht. Aufgrund der Reibung sollte sich die Drehzahl verringern. Ist dies der Fall, so kann der im Schritt 205 ermittelte Stromoffset als plausibel angenommen werden.For this purpose, the synchronous machine can be brought to a higher speed than, for example, two-thirds of the nominal speed. Then a negative d-inverter current i d, Inv , is set on the controller and the speed of the synchronous machine is monitored. The speed should decrease due to the friction. If this is the case, then in step 205 determined current offset can be assumed to be plausible.

Mit Bezug zu 4 wird im Folgenden ein kombiniertes Verfahren 400 zum Bestimmen eines Offsets α eines Winkellagegebers bestehend aus einem Spannungstimingoffset αΔT,u, einem Stromtimingoffsets αΔT,i und einem Hardwareoffset αOffset beschrieben.In reference to 4th is a combined procedure below 400 for determining an offset α of an angular position encoder consisting of a voltage timing offset α ΔT, u , a current timing offset α ΔT, i and a hardware offset α offset.

Das Verfahren 200 bestimmt im Schritt 205 das Hardwareoffset αOffset und das Spannungtimingoffset αΔT,u gemäß der in Verbindung mit 2 beschriebenen Formel. Das Hardwareoffset αOffset und das Spannungtimingoffset aAT'', kann in einem optionalem Schritt 207 plausibilisiert werden oder direkt in einem Schritt 401 an den nächsten Schritt 301 übergeben werden. Die weiteren Schritte 301- 307 laufen dann wie in Verbindung mit 3 beschrieben ab.The procedure 200 determined in the crotch 205 the hardware offset α offset and the voltage timing offset α ΔT, u according to the in connection with 2 described formula. The hardware offset α offset and the voltage timing offset aAT '' can be used in an optional step 207 be checked for plausibility or directly in one step 401 to the next step 301 be handed over. The next steps 301-307 then run as in connection with 3rd described from.

5 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 100, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Synchronmaschine 3, insbesondere einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs 100, mit einem Winkellagegeber 7, dessen Offset mittels des erfindungsgemäßen Verfahren im Inverter 1 bestimmt wird. 5 Figure 3 is a schematic diagram of one embodiment of a vehicle 100 , for example a hybrid vehicle or an electric vehicle, comprising an electric synchronous machine 3rd , in particular an electric motor to drive the vehicle 100 , with an angular position encoder 7th , its offset by means of the method according to the invention in the inverter 1 is determined.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102011087396 A1 [0004]DE 102011087396 A1 [0004]
  • DE 102015211863 A1 [0010]DE 102015211863 A1 [0010]

Claims (10)

Verfahren (1) zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers (101), der einem Rotor einer elektrischen Synchronmaschine (100) zugeordnet ist, einen Inverter, der einen Regler und einen mit der elektrischen Synchronmaschine (100) verbundenen Inverterausgang aufweist, umfassend die folgenden Schritte: - Einstellen einer ersten Motordrehzahl mittels einer ersten d-Inverterspannung und einer ersten q- Inverterspannung durch den Regler, wodurch eine erste d-Motorspannung und eine erste q-Motorspannung am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden, und Einstellen eines ersten d-Inverterstroms und eines ersten q- Inverterstroms durch den Regler, wodurch ein erster d-Motorstrom und ein erster q-Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden; - Einstellen des ersten d-Motorstroms und des ersten q- Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer zweiten d-Inverterspannung und einer zweiten q- Inverterspannung; - Ermitteln des Offsets aus der zweiten d-Inverterspannung, der zweiten q- Inverterspannung und der ersten Motordrehzahl.Method (1) for determining an offset of an angular position encoder (101) which is assigned to a rotor of an electrical synchronous machine (100), an inverter which has a controller and an inverter output connected to the electrical synchronous machine (100), comprising the following steps: - Setting a first motor speed by means of a first d-inverter voltage and a first q-inverter voltage by the controller, whereby a first d-motor voltage and a first q-motor voltage are generated at the inverter output from the inverter, and Adjusting a first d-inverter current and a first q-inverter current by the controller, thereby generating a first d-motor current and a first q-motor current at the inverter output from the inverter; Setting the first d-motor current and the first q-motor current to zero by the regulator by means of a second d-inverter voltage and a second q-inverter voltage; - Determining the offset from the second d-inverter voltage, the second q-inverter voltage and the first motor speed. Verfahren (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Offset aus dem Arkustangens des inversen Quotienten der zweiten d-Inverterspannung und der zweiten q-Inverterspannung ermittelt wird, wobei die zweite q-Inverterspannung ungleich Null ist.Procedure (1) according to Claim 1 , the offset being determined from the arctangent of the inverse quotient of the second d-inverter voltage and the second q-inverter voltage, the second q-inverter voltage being not equal to zero. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Offset aus einem Hardwareoffset und einem Spannungtimingoffset besteht, mit den zusätzlichen Schritten: - Einstellen einer zweiten Motordrehzahl, die sich von der ersten Motordrehzahl unterscheidet, mittels einer dritten d-Inverterspannung und einer dritten q- Inverterspannung durch den Regler, wodurch eine dritte d-Motorspannung und eine dritte q- Motorspannung am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden, und Einstellen eines dritten d-Inverterstroms und eines dritten q- Inverterstroms durch den Regler, wodurch ein dritter d-Motorstrom und ein dritter q- Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt werden; - Einstellen des d-Motorstroms und des q-Motorstroms auf null durch den Regler mittels einer vierten d-Inverterspannung und einer vierten q- Inverterspannung; - Ermitteln des Hardwareoffsets und des Spannungtimingoffset aus der zweiten und vierten d-Inverterspannung, der zweiten und vierten q-Inverterspannung und der ersten und zweiten Motordrehzahl.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the offset consists of a hardware offset and a voltage timing offset, with the additional steps: - Setting a second motor speed, which differs from the first motor speed, by means of a third d-inverter voltage and a third q-inverter voltage by the controller, whereby a third d-motor voltage and a third q-motor voltage are generated at the inverter output from the inverter, and Adjusting a third d-inverter current and a third q-inverter current by the controller, thereby generating a third d-motor current and a third q-motor current at the inverter output from the inverter; Setting the d-motor current and the q-motor current to zero by the regulator by means of a fourth d-inverter voltage and a fourth q-inverter voltage; - Determination of the hardware offset and the voltage timing offset from the second and fourth d-inverter voltage, the second and fourth q-inverter voltage and the first and second motor speed. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Offset aus einem Hardwareoffset und einem Stromtimingoffset besteht, mit den zusätzlichen Schritten: - Einstellen eines fünften d-Inverterstroms und eines fünften q- Inverterstroms durch den Regler bei stehendem Motor, wobei der fünfte q-Inverterstrom Null ist, wodurch ein fünfter d-Motorstrom und ein fünfter q- Motorstrom am Inverterausgang vom Inverter erzeugt wird; - Bestimmen einer fünften d-Inverterspannung am Regler oder einer fünften d-Motorspannung am Inverterausgang; - Einstellen einer dritten Motordrehzahl; - Einstellen des fünftend-Inverterstroms und des sechsten q- Inverterstroms durch den Regler bei der dritten Motordrehzahl, wobei der fünfte q-Inverterstrom Null ist; - Bestimmen einer sechsten d-Motorspannung am Inverterausgang; - Ermitteln des Stromtimingoffset aus dem Unterschied zwischen der fünften d-Inverterspannung am Regler oder der fünften d-Motorspannung am Inverterausgang und der sechsten d-Motorspannung am Inverterausgang.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the offset consists of a hardware offset and a current timing offset, with the additional steps: - Setting a fifth d-inverter current and a fifth q-inverter current by the controller with the motor stopped, the fifth q-inverter current being zero, whereby a fifth d-motor current and a fifth q-motor current is generated at the inverter output from the inverter; - Determining a fifth d-inverter voltage at the regulator or a fifth d-motor voltage at the inverter output; - setting a third engine speed; Setting the fifth-end inverter current and the sixth q-inverter current by the controller at the third engine speed, the fifth q-inverter current being zero; - determining a sixth d-motor voltage at the inverter output; - Determination of the current timing offset from the difference between the fifth d-inverter voltage at the controller or the fifth d-motor voltage at the inverter output and the sixth d-motor voltage at the inverter output. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die Motordrehzahl im Bereich von zweidrittel einer Motornennendrehzahl liegt.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the engine speed is in the range of two-thirds of a nominal engine speed. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Motordrehzahl in einer Drehrichtung der elektrischen Synchronmaschine entgegengesetzt zu einer Drehrichtung der zweiten Motordrehzahl eingestellt wird.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the first motor speed is set in a direction of rotation of the electrical synchronous machine opposite to a direction of rotation of the second motor speed. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, mit dem zusätzlichen Schritt: - Plausibilisierung der Messerwerte.Method (1) according to one of the preceding claims, with the additional step: - Plausibility check of the measured values. Verfahren (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren als End of Line Test einer Serienproduktion durchführbar ist.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the method can be carried out as an end-of-line test of a series production. Elektrischen Synchronmaschine (3) mit einem Winkellagegeber (7) und einem Inverter (1) in dem ein drehzahlabhängiges Offset der gemäß einer der vorherigen Verfahren bestimmt wurde, verwendet wird.Electrical synchronous machine (3) with an angular position encoder (7) and an inverter (1) in which a speed-dependent offset that was determined according to one of the previous methods is used. Fahrzeug (100) mit einer elektrischen Synchronmaschine (3), insbesondere einem Elektromotor, und einem Inverter (1) gemäß Anspruch 9.Vehicle (100) with an electrical synchronous machine (3), in particular an electric motor, and an inverter (1) according to FIG Claim 9 .
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