DE102020130029A1

DE102020130029A1 - Batteriestrombegrenzung von permanentmagnet-synchronmotorantrieben unter verwendung von betriebszustandsüberwachung

Info

Publication number: DE102020130029A1
Application number: DE102020130029.8A
Authority: DE
Inventors: Haibo Li; Prerit Pramod; Krishna MPK Namburi; Zhe Zhang
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2021-05-20
Also published as: US11424706B2; US20210152112A1; CN112825467A

Abstract

Es werden technische Lösungen für die Steuerung des Betriebes einer elektrischen Maschine, wie zum Beispiel eines Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM)-Antriebs oder eines Motorsteuerungssystems beschrieben, um den Batteriestrom zu begrenzen und eine Batterie vor übermäßigem Entlade- oder Ladestrom von dem PMSM-Antrieb zu schützen. Systeme und Verfahren verwenden einen Drehmomentsteuerungsalgorithmus für PMSMs, der eine Batteriestrombegrenzungseinschränkung verwendet, wenn er Strombefehle während eines Betriebes mit maximalem Drehmoment pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA) und eines Betriebes mit maximalem Drehmoment pro Spannung (Maximum Torque Per Voltage, MTPV) generiert. Drehmomentsuchoperationen werden sowohl in der MTPA- als auch in der MTPV-Betriebsregion in einem PMSM-Antriebssystem durchgeführt, bis Strombefehle unter einer gegebenen Batteriestrombegrenzungseinschränkung und bei gleichzeitiger Beibehaltung der Maximalspannungsnutzung in allen PMSM-Betriebsregionen erreicht werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Steuerung des Betriebes einer elektrischen Maschine, wie zum Beispiel eines Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM)-Antriebs oder Motorsteuerungssystems. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Anmeldung Verfahren und Systeme zum Begrenzen des Batteriestroms in einem PMSM-Antrieb, um eine Batterie vor übermäßigem Entlade- oder Ladestrom von dem PMSM-Antrieb zu schützen. Beispielhafte Ausführungsformen werden in elektrischen Servolenkungs (Electric Power Steering, EPS)-Systemen realisiert.
Moderne elektrischen Servolenkungs (Electric Power Steering, EPS)-Systeme verwenden auf Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) basierende elektrische Antriebe, die dem Fahrer Drehmomentunterstützung leisten. Eine Fahrzeugbatterie wird üblicherweise als Stromquelle für EPS-Systeme verwendet. Da mehrere elektronische Systeme im Fahrzeug Strom von der Fahrzeugbatterie verbrauchen, ist es wichtig, dass jedes System die Leistung (oder den Strom), die es von der Batterie bezieht oder an die Batterie zurückgibt, aktiv managt. Mit dem Aufkommen und der Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist es jetzt noch wichtiger, die Batterie durch ein sinnvolles Management von Strömen und Spannungen zu schützen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen werden ein Motorsteuerungssystem, ein Verfahren und ein System, das einen PMSM und ein Motorsteuerungssystem umfasst, bereitgestellt, die jeweils dafür eingerichtet sind, den Versorgungsstrom und den regenerativen Strom zu begrenzen durch: Bestimmen eines Drehmomentbefehls, der auf innerhalb eines maximalen Drehmoments eines Motors begrenzt ist; Durchführen einer Berechnung des maximalen Drehmoments pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA) unter Verwendung des Drehmomentbefehls, um Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen; und Generieren eines geschätzten Batteriestromwertes für das System. Die MTPA-Berechnung bestimmt einen Drehmomentreduzierungsbefehl, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System einen angegebenen Batteriestromgrenzwert überschreitet.
Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen wird die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls wiederholt, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen werden ein Motorsteuerungssystem, ein Verfahren und ein System, das einen PMSM und ein Motorsteuerungssystem umfasst, bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, iterativ einen Drehmomentreduzierungsbefehl zu bestimmen und die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls durchzuführen, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, bis der angegebene Batteriestromgrenzwert eingehalten wird.
Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen werden ein Motorsteuerungssystem, ein Verfahren und ein System, das einen PMSM und ein Motorsteuerungssystem umfasst, bereitgestellt, die dafür eingerichtet sind, ein Modul für maximales Drehmoment pro Spannung (Maximum Torque Per Voltage, MTPV) durchführen, um zu bestimmen, ob eine Motorspannung eine festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung überschreitet; und aktualisierte Strombefehle bestimmen, wenn die Motorspannung die festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung nicht überschreitet.
Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen verwendet die MTPV-Berechnung die Strombefehle aus der MTPA-Berechnung, um die aktualisierten Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen, wobei ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet.
Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen wird, wenn die MTPV-Berechnung bestimmt, dass die Motorspannung die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung überschreitet, eine MTPV-Berechnung iterativ durchgeführt, um einen Drehmomentmodifizierungsbefehl zu bestimmen, der sowohl eine Batteriestrombegrenzungsbedingung als auch eine Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt, und die Strombefehle zu aktualisieren. Die Batteriestrombegrenzungsbedingung ist erfüllt, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet, und die Maximalspannungsnutzungsbedingung ist erfüllt, wenn die MTPV-Berechnung aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung bestimmt, die einen Drehmomentmaximierungsbefehl erzeugen, wenn die PMSM-Spannung im Wesentlichen gleich der angegebenen maximalen Verbindungsgleichspannung ist.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu lesen ist, noch deutlicher ersichtlich.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist in den Ansprüchen am Ende der Spezifikation besonders hervorgehoben und ausdrücklich beansprucht. Die oben angesprochenen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, besser verständlich, wobei in den Zeichnungen Folgendes dargestellt ist:

1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines EPS-Systems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentsteuerungsalgorithmus für PMSMs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt die Betriebsregionen in einem PMSM-Antrieb; und
4 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus für PMSMs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wir wenden uns nun den Figuren zu, in denen die vorliegende Offenbarung unter Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken. Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann, dienen. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die im vorliegenden Text offenbart werden, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern sind lediglich als eine repräsentative Grundlage für die Unterweisung eines Fachmanns anzusehen, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Art und Weise anzuwenden ist.
Im Sinne des vorliegenden Textes beziehen sich die Begriffe Modul und Teilmodul auf einen oder mehrere Verarbeitungsschaltkreise, wie zum Beispiel einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, einen kombinatorischen Logikkreis und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Es versteht sich, dass die unten beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden können.
Permanentmagnet-Synchronmaschinen oder -Motor (PMSM)-Antriebe finden aufgrund ihrer überragenden Eigenschaften, einschließlich hoher Leistungsdichte, präziser Steuerbarkeit und guter Zuverlässigkeit, immer mehr Verbreitung. Die PMSM-Drehmomentsteuerung wird durch eine Rückkopplungsstromsteuerung erreicht, die üblicherweise Strom- und Positionsmessungen verwendet. Unter den verschiedenen Steuerungsstrategien ist die feldorientierte Steuerung (Field Oriented Control, FOC) die am häufigsten verwendete Technik für die Stromsteuerung, bei der alle Wechselstromsignale über eine Referenzrahmentransformation in Gleichstromsignale umgewandelt werden. Das Steuerungssystem wird dann in dem synchron rotierenden oder d/q-Referenzrahmen realisiert.
Zum Schutz der Spannungsquelle eines elektrischen Antriebs (oder Motorsteuerungs)-Systems, die im Fall automobiler Anwendungen eine Fahrzeugbatterie ist, und zur Erhöhung der Gesamtsystemzuverlässigkeit wird in der Regel eine Spannung-zu-Batteriestrom-Grenze festgesetzt. Diese Grenzen können in Form einer offline kalibrierten Tabelle oder einer sich kontinuierlich ändernden Online-Grenze, die an das Motorsteuerungssystem gesendet wird, vorliegen. Unter der einschränkenden Bedingung dieser Batteriestromgrenze müssen die Motorstrombefehle so modifiziert werden, dass gewährleistet ist, dass das elektrische Antriebs (oder Motorsteuerungs)-System nicht mehr Versorgungsstrom aufnimmt bzw. nicht mehr regenerativen Ladestrom einspeist als vorgegeben, damit die Batterie geschützt ist.
Ein beispielhaftes EPS-System und ein Drehmomentsteuerungsalgorithmus für einen PMSM-Antrieb werden hier unter Bezug auf die 1 und 2 beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen eines verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus für einen PMSM-Antrieb unter Bezug auf die 3 und 4. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus begrenzt aktiv den Batteriestrom in einem PMSM-Antrieb, indem er die Batteriestromentnahme durch aktive Drehmomentbefehlsmodifizierung beschränkt und gleichzeitig eine maximale Spannungsnutzung gewährleistet. Die Begrenzung des Batteriestroms wird in eine äquivalente PMSM-Drehmomentbegrenzung übersetzt, indem der Algorithmus zum Generieren von Strombefehlen im System modifiziert wird, und wird durch eine Online-Drehmomentbefehlsmodifizierung gemäß dem maximal zulässigen Drehmoment unter Batteriestrombeschränkung implementiert. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus schützt daher die Batterie vor übermäßigem Entlade- oder Ladestrom in allen Betriebsregionen des PMSM-Antriebssystems, wie mit Bezug auf 3 beschrieben. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus ist auf alle elektrischen Antriebssysteme, die PMSMs verwenden, anwendbar und ist nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt.
Wir wenden uns nun den Figuren zu, in denen die technischen Lösungen unter Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungs (Electric Power Steering, EPS)-Systems 40, das zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist.
Wir wenden uns nun den Figuren zu, in denen die technischen Lösungen unter Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungs (Electric Power Steering, EPS)-Systems 40, das zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangensystem und umfasst eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht dargestellt), das sich unter dem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Fahrzeuglenker-Eingabevorrichtung, im Folgenden als ein Lenkrad 26 bezeichnet (zum Beispiel ein Handrad oder dergleichen), gedreht wird, so dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über das Kreuzgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die wiederum die Spurstangen 38 (von denen nur eine abgebildet ist) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (von denen nur einer abgebildet ist) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (von denen nur eines abgebildet ist) schwenken.
Die elektrische Servolenkhilfe wird durch die allgemein mit der Bezugszahl 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt und umfasst den Controller 16 und eine elektrische Maschine 46, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor sein könnte und im Folgenden als Motor 46 bezeichnet wird. Der Controller 16 wird durch die Fahrzeugstromversorgung 10 über die Leitung 12 versorgt. Der Controller 16 empfängt ein für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentatives Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14 von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch den Positionssensor 32 gemessen, der ein optisch codierender Sensor, ein widerstandsvariabler Sensor oder ein anderer geeigneter Typ eines Positionssensors sein kann, und übermittelt an den Controller 16 ein Positionssignal 20. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einer anderen Vorrichtung gemessen werden und wird als Motordrehzahlsignal 21 an den Controller 16 übertragen. Die mit ω_m bezeichnete Motordrehzahl kann gemessen oder berechnet werden oder eine Kombination aus beidem sein. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ berechnet werden, die durch einen Positionssensor 32 über ein vorgeschriebenes Zeitintervall gemessen wird. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m=Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als die Zeitrate der Positionsänderung abgeleitet werden. Es versteht sich, dass es zahlreiche allgemein bekannte Methodologien zum Ausführen der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, so erfasst der Drehmomentsensor 28 das durch den Fahrzeuglenker auf das Lenkrad 26 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen widerstandsvariablen Sensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an der Controller 16 im Verhältnis zum Betrag der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl dies ein konkreter Typ von Drehmomentsensor ist, ist auch jede andere geeignete drehmomenterfassende Vorrichtung ausreichend, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird. In Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet der Controller einen Befehl 22 an den Elektromotor 46, der über die Schnecke 47 und das Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung an die Fahrzeuglenkung anlegt.
Es ist zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen zwar unter Bezug auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, doch es versteht sich, dass solche Verweise nur veranschaulichend sind und dass die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, zum Beispiel eine Lenkung, eine Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die Verweise und Beschreibungen im vorliegenden Text auf viele Formen von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich beispielsweise Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Es ist ebenfalls zu beachten, dass sich Verweise im vorliegenden Text auf elektrische Maschinen, einschließlich beispielsweise Motoren, im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung beziehen.
In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet der Controller 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung bereitzustellen. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und gibt in Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgabebefehlssignale aus - in diesem Fall zum Beispiel an den Motor 46. Der Controller 16 ist dafür eingerichtet, die eine oder die mehreren entsprechenden Spannungen aus dem Inverter (nicht dargestellt) zu entwickeln, der optional in den Controller 16 integriert sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, dergestalt, dass beim Einspeisen in den Motor 46 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position generiert wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Controller 24 in einem Rückkopplungssteuerungsmodus als ein Stromregler, um den Befehl 22 zu generieren. Alternativ arbeitet der Controller 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorwärts (Feedforward)-Steuerungsmodus, um den Befehl 22 zu generieren. Da diese Spannungen mit der Position und der Drehzahl des Motors 46 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Drehzahl des Rotors und das durch einen Fahrzeuglenker angelegte Drehmoment bestimmt. Ein Positionscodierer ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu detektieren. Der Codierer kann die Drehposition auf der Grundlage einer optischen Detektion, von Magnetfeldänderungen oder anderer Methodologien erfassen. Typische Positionssensoren sind Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines des Vorgenannten umfassen. Der Motorpositionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 46 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein angelegtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das eine oder die mehreren durch ihn ausgegebenen Drehmomentsignale 18 in Reaktion auf einen nachgiebigen Torsionsstab, einen T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht dargestellt), die dafür eingerichtet sind, eine Reaktion zu zeigen, die das angelegte Drehmoment repräsentiert.
In einem oder mehreren Beispielen befinden sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 46. Bevorzugt ist der Temperatursensor 23 dafür eingerichtet, die Temperatur des Abfühlabschnitts der elektrischen Maschine 46 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an den Controller 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Zu typischen Temperatursensoren gehören Thermopaare, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorgenannten Sensoren umfassen, die bei zweckmäßiger Anordnung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur ausgeben.
Unter anderem werden das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an den Controller 16 übermittelt. Der Controller 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu generieren, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hier vorgeschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie zum Beispiel die oben erwähnten, werden üblicherweise auch nach Wunsch linearisiert, kompensiert und gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu eliminieren. Zum Beispiel können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu ermöglichen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung verwendet werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die vorgeschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die Berechnungen dafür (zum Beispiel das Identifizieren von Motorparametern, einen oder mehrere Steuerungsalgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann der Controller 16 zum Beispiel einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSPs, Speicher, Register, Zeitsteuerungen, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Eingabe-/Ausgabesignal-Schnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der Vorgenannten umfassen, umfassen. Zum Beispiel kann der Controller 16 eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung umfassen, um genaue Abtastungen und Umwandlungen oder Erfassungen solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale des Controllers 16 und bestimmte darin enthaltene Prozesse werden an späterer Stelle im vorliegenden Text ausführlich besprochen.
In einem oder mehreren Beispielen ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen ein Energiemanagement des elektrischen Antriebsabschnitts des EPS-Systems, das heißt des Motorsteuerungssystems. Es ist zu beachten, dass zwar die technischen Lösungen hier anhand von Ausführungsformen eines Lenksystems beschrieben werden, dass aber die technischen Lösungen auch auf jedes andere Motorsteuerungssystem anwendbar sind, das in jedem anderen PMSM verwendet wird.
In einem Motorsteuerungssystem wird zum Schutz einer Spannungsquelle des elektrischen Antriebs (Motorsteuerungs)-Systems in der Regel ein Spannung-zu-Versorgungs- und/oder Regenerativstrom-Grenze festgesetzt. Diese Grenzen können in Form einer offline kalibrierten Tabelle oder einer sich kontinuierlich ändernden Online-Grenze, die an das Motorsteuerungssystem gesendet wird, vorliegen. Unter Berücksichtigung dieser Versorgungs- und/oder Regenerativstrom-Grenze wird der Motorstrombefehl so modifiziert, dass gewährleistet ist, dass das System nicht mehr Versorgungsstrom entnimmt bzw. nicht mehr regenerativen Strom einspeist als vorgegeben, so dass die Spannungsversorgung geschützt ist. In konkreten Beispielen eines Motorsteuerungssystems, die im Fall automobiler Anwendungen, wie zum Beispiel eines Lenksystems, verwendet wird, ist die Stromversorgung eine Fahrzeugbatterie.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentsteuerungsalgorithmus für PMSMs. Das Blockdiagramm zeigt ein Motorsteuerungssystem 100, in dem für eine gegebene Verbindungsgleichspannung V_DC, die aus einer Batterie 110 entnommen wird, und eine Motor- (mechanische) Drehzahl ω_m das maximale Drehmoment T_e,max berechnet und dann mit einem gegebenen Drehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
verglichen wird, um einen Enddrehmomentbefehl $T_{e, f i n a l}^{*}$
innerhalb der Systemfähigkeit durch ein Drehmomentbegrenzungsmodul 120 zu generieren. Das Motorsteuerungssystem 100 ermöglicht somit eine Motordrehmomentsteuerung und eine Motorstromsteuerung. Das $T_{e, f i n a l}^{*}$
wird an ein Modul 130 für maximales Drehmoment pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA) gesendet, um Strombefehle $i_{d}^{*}$
und $i_{q}^{*}$
zu berechnen, die an ein Modul 140 für maximales Drehmoment pro Spannung (Maximum Torque Per Voltage, MTPV) gesendet werden, um zu prüfen, ob die entsprechende PMSM-Spannung v_m den maximal realisierbaren Wert, der gleich der Verbindungsgleichspannung V_Dc ist, überschreitet. Wenn die PMSM-Spannung v_m nicht v_m = V_m,max überschreitet, so werden die durch das MTPA-Modul 130 berechneten Strombefehle als Endbefehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i_{q, f i n a l}^{*}$
für die PMSM-Steuerung verwendet; andernfalls werden andere Befehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i_{q, f i n a l}^{*}$
durch den MTPV-Block 140 generiert, um die PMSM-Spannungseinschränkung zu erfüllen. Die Endstrombefehle werden dann an einen Stromregler 150 gesendet, der die Stromverfolgung und damit die Drehmomentverfolgung sicherstellt. „Verfolgung“ bezieht sich in diesem Zusammenhang darauf, wie nahe der Ausgangsstrom (oder das Drehmoment) an dem gewünschten Strom (oder Drehmoment) liegt, der bzw. das durch den Strombefehl (Drehmomentbefehl) angefordert wird.
Um die Batterie 110 vor Überentladung oder Überladung durch zu hohen Strom zu schützen und dadurch die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, wird während des Betriebes der PMSM 160 eine Batteriestrombegrenzung durchgeführt. Der PMSM 160 kann der Motor 46, der in dem Lenksystem 40 verwendet wird, oder eine andere Anwendung sein. Wie bereits beschrieben, werden in der Regel Nachschlagetabellen (Look-Up Tables, LUT) verwendet, um die Drehmoment- und Strombefehle so anzupassen, dass der Batteriestrom nicht den Maximalwert überschreitet. Eine technische Herausforderung eines solchen Ansatzes ist, dass eine Offline-Kalibrierung für verschiedene Motoren durchgeführt werden muss und zeitaufwändig ist. Außerdem sind aufgrund der Offline-Natur dieser Techniken die Strom- und Drehmomentbefehle nicht optimal, da sich dynamisch ändernde Betriebsbedingungen des PMSM 160 nicht berücksichtigt werden. Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen es, dass eine Batteriestrombegrenzung, die in der Lage ist, sowohl den Batterieversorgungsstrom als auch die regenerativen Ladeströme gleichzeitig zu begrenzen, implementiert werden kann, wenn der PMSM 160 online ist, mit guter Genauigkeit über die gesamten Betriebsregionen der PMSM 160, was des Weiteren eine volle Nutzung der Verbindungsgleichspannung gewährleistet. Die technischen Lösungen werden noch näher beschrieben.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird ein verbesserter Drehmomentsteuerungsalgorithmus für einen PMSM-Antrieb bereitgestellt, der den Batteriestrom aktiv begrenzt und der von der Analyse der PMSM-Betriebsmodi profitiert. 3 zeigt PMSM-Betriebsmodi. Es gibt grundsätzlich zwei Betriebsregionen in einem PMSM-Antriebssystem, und zwar MTPA und MTPV, die in 3 als Region I bzw. Region III bezeichnet werden. Die Strombefehle in diesen beiden verschiedenen Regionen werden mit MTPA- und MTPV-Techniken bzw. -Operationen generiert, um eine optimale Stromtrajektorie und damit eine optimale Motorsteuerung zu erreichen. Im Wesentlichen besteht der Zweck der MTPA-Operation darin, die dq-Strombefehle $i_{d}^{*}$
und $i_{q}^{*}$
so zu bestimmen, dass der Drehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
mit dem minimalen Maschinenstrom generiert wird. Der MTPA-Betrieb ist in einem PMSM-Antriebssystem überaus erwünscht, da der Drehmomentbefehl verfolgt wird und gleichzeitig der minimale Maschinenstrom beibehalten wird, was die Maschinenverluste minimiert. Mit der Erweiterung der MTPA-Trajektorie wird der MTPA-Betrieb jedoch schließlich nicht mehr durchführbar, da die Spannungskapazität, die durch die Verbindungsgleichspannung bestimmt wird, erreicht wird. Die Erhöhung entweder des gegebenen Drehmomentbefehls oder der Motordrehzahl trägt zu einer höheren PMSM-Spannung bei und beschleunigt die Annäherung an die Spannungskapazität. Der MTPV-Betrieb bestimmt die Strombefehle in der spannungsgesättigten Region, das heißt, wenn die Größenordnung des Spannungsbefehls gleich der maximalen Spannung ist, dergestalt, dass die Strombefehle ein Drehmoment erzeugen, das so nahe wie möglich an dem angeforderten Drehmomentbefehl liegt, um eine optimale Stromtrajektorie zu gewährleisten. Sowohl die MTPA- als auch die MTPV-Techniken oder -Operationen verwenden Ergebnisse der Parameterschätzung zusammen mit dem Maschinenmodell unter Berücksichtigung von Nichtlinearitäten, um die Strombefehle online zu bestimmen.
Neben den Regionen I und III gibt es auch eine Übergangsregion dazwischen, die in 3 als Region II bezeichnet wird, wobei $T_{e, f i n a l}^{*} = T_{e}^{*}$
und v_m = V_m,max. In dieser Region wird eine Flussschwächung durchgeführt, um die Maschinenspannung innerhalb von V_m,max zu halten, während der Enddrehmomentbefehl der gleiche wie der ursprüngliche ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen verwendet der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus für einen PMSM-Antrieb eine Batteriestrombegrenzungseinschränkung I_b,max beim Generieren von Strombefehlen $i_{d, f i n a l}^{*} und i_{q, f i n a l}^{*}$
sowohl während des Betriebes mit maximalem Drehmoment pro Ampere (MTPA) als auch während des Betriebes mit maximalem Drehmoment pro Spannung (MTPV). Drehmomentsuchoperationen werden sowohl in der MTPA- als auch in der MTPV-Betriebsregion in einem PMSM-Antrieb durchgeführt, bis Strombefehle unter einer gegebenen Batteriestrombegrenzungseinschränkung und bei gleichzeitiger Beibehaltung der Maximalspannungsnutzung während des gesamten PMSM-Antriebsbetriebes erreicht werden.
Gemäß Aspekten beispielhafter Ausführungsformen des verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus muss, wenn eine Batteriestromgrenze I_b,max als PMSM-Steuerungseinschränkung in dem in 2 veranschaulichten ursprünglichen Motorsteuerungsalgorithmus 170 berücksichtigt werden soll, der Drehmomentbefehl entsprechend modifiziert werden. Die Herausforderung besteht darin, dass das maximal zulässige Drehmoment, um zu verhindern, dass der Batteriestrom seine Grenze überschreitet, unbekannt ist und aufgrund der Komplexität von MTPA- und MTPV-Techniken bei der Aufrechterhaltung einer optimalen Stromtrajektorie nur schwer analytisch ermittelt werden kann. Eine technische Lösung für dieses Problem wird durch einen verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' bereitgestellt, der in 4 veranschaulicht ist. Gemäß dem verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' wird ein auf eine PMSM-Betriebsregion gestütztes Batteriestrombegrenzungsverfahren implementiert, um die analytische Komplexität der Berechnung des maximalen Drehmoments unter einer gegebenen Batteriestrombegrenzung zu reduzieren.
Das Batteriestrombegrenzungsverfahren, das auf PMSM-Betriebsregionen basiert, wird realisiert, indem der ursprüngliche PMSM-Algorithmus 170 unter Berücksichtigung der Batteriestrombegrenzungseinschränkung modifiziert wird, wie in dem verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' von 4 gezeigt, um Strombefehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i i_{q, f i n a l}^{*}$
zu generieren, die den Batteriestrom unter der vordefinierten Grenze gewährleisten. Genauer gesagt erreicht der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' in der MTPA-Betriebsregion eine Batteriestrombegrenzung, indem er die MTPA-Berechnung 130' iterativ ausführt und den Drehmomentbefehl aktualisiert, bis die Batteriestrombegrenzungseinschränkung erfüllt ist. Zum Beispiel wird ein Batteriestrom i_b durch eine Verarbeitungsvorrichtung, die den verbesserten Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' ausführt (zum Beispiel der Controller 16), geschätzt (Block 132). Die MTPA-Operation 130' ist dafür eingerichtet, einen Drehmomentreduzierungsbefehl $T_{e, f i n a l}^{*}$
zu bestimmen (Block 138), um aktualisierte Strombefehle $i_{d}^{*}$
und $i_{q}^{*}$
zu bestimmen, wenn der geschätzte Batteriestrom i_b eine angegebene Batteriestromgrenze I_b,max überschreitet (negativer Zweig des Entscheidungsblocks 134); andernfalls werden die jüngsten Strombefehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i_{q, f i n a l}^{*}$
(Block 136) an den Stromregler 150 übermittelt (Block 136). Die MTPA-Operation 130' ist dafür eingerichtet, iterativ einen Drehmomentreduzierungsbefehl zu bestimmen und die MTPA-Operation unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls $T_{e, f i n a l}^{*}$
durchzuführen, um aktualisierte Strombefehle $i_{d}^{*}$
und $i_{q}^{*}$
zu bestimmen, bis die angegebene Batteriestromgrenze I_b,max erreicht ist.
Außerhalb der MTPA-Region modifiziert der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' die MTPV-Operation 140 (wie durch die MTPV-Operation 140' angegeben) so, dass die Suche nach dem maximalen Drehmoment unter den Einschränkungen sowohl der Batteriestromgrenze als auch der Spannungskapazität durchgeführt wird, um die Strombefehle zu finden, die ein Drehmoment $T_{e, f i n a l}^{*}$
oder ein maximales Drehmoment so nahe an $T_{e, f i n a l}^{*}$
wie möglich erzeugen, wenn $T_{e, f i n a l}^{*}$
nicht erreicht werden kann. Zum Beispiel wird die MTPV-Operation 140' durch eine Verarbeitungsvorrichtung (zum Beispiel den Controller 16) durchgeführt und verwendet die Strombefehle $i_{d}^{*}$
und $i_{q}^{*}$
aus der MTPA-Operation 130'. Die MTPV-Operation 140' bestimmt, ob eine Motorspannung v_m eine angegebene maximale Verbindungsgleichspannung V_m,max überschreitet (Block 142), und falls nicht, so berechnet sie Strombefehle $i_{d, f i n a l}^{*}$
und $i_{q, f i n a l}^{*}$
(Block 146). Wie oben erläutert, berücksichtigt die MTPV-Operation 140' vorteilhafterweise auch, dass der geschätzte Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet.
Der MTPV-Operation 140' bestimmt, dass die Motorspannung v_m die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung V_m,max überschreitet, die MTPV-Operation 140' führt iterativ eine MTPV-Berechnung durch, um einen Drehmomentmodifizierungsbefehl zu bestimmen (Block 148), der sowohl eine Batteriestrombegrenzungsbedingung als auch eine Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt, und aktualisiert die Strombefehle (Block 149). Zum Beispiel ist die Batteriestrombegrenzungsbedingung erfüllt, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet, und die Maximalspannungsnutzungsbedingung ist erfüllt, wenn die MTPV-Berechnung aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung bestimmt, die einen Drehmomentmaximierungsbefehl erzeugen, wenn die PMSM-Spannung im Wesentlichen gleich der angegebenen maximalen Verbindungsgleichspannung ist.
Der hier beschriebene verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' gemäß veranschaulichenden Ausführungsformen, wie zum Beispiel das in Verbindung mit 4 beschriebene Verfahren, begrenzt den Batteriestrom unter einer gegebenen Batteriestrombegrenzungsbedingung effektiv und gewährleistet eine maximale Spannungsnutzung in allen PMSM-Betriebsregionen. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' verbessert das Batteriestrommanagement, indem er eine auf eine PMSM-Betriebsregion gestützte Batteriestrombegrenzung durchführt und somit die Komplexität erheblich reduziert. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' berücksichtigt dynamische Variationen der Betriebsbedingungen durch eine Online-Begrenzungsfähigkeit und ist auf alle Permanentmagnet-Synchronmaschinen unter allen Bedingungen anwendbar.
Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' bietet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber existierenden Techniken für das Batteriestrommanagement, die offline kalibriert werden und abstimmungsintensiv sind. Außerdem berücksichtigen existierende Techniken für das Batteriestrommanagement keine variierenden Betriebsbedingungen. Existierende dynamische Techniken, die den Motordrehmomentbefehl iterativ modifizieren, sind zwar genau, sind aber nur mit hoher Rechenkomplexität zu implementieren. Im Gegensatz dazu kann der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' den Versorgungs- und Regenerations (Batterie)-Strom dynamisch begrenzen und berücksichtigt dynamisch variierende Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine, einschließlich Temperaturschwankungen und magnetischer Sättigung. Der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170' ist auch rechnerisch effizient, weil einzelne PMSM-Betriebsregionen für die Implementierung der Drehmomentsuchalgorithmen verwendet werden. Außerdem erlaubt der verbesserte Drehmomentsteuerungsalgorithmus 170 keinen Wechsel der PMSM-Betriebsregionen innerhalb jeder Steuerungsschleife.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen werden hier unter Bezug auf Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programminstruktionen implementiert werden können.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in dem Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Instruktionen darstellen, das bzw. der eine oder mehrere ausführbare Instruktionen zum Implementieren der einen oder mehreren spezifizierten Logikfunktionen umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als der in den Figuren angegebenen stattfinden. Je nach der involvierten Funktionalität können zum Beispiel zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, in der Praxis auch im Wesentlichen zeitgleich ausgeführt werden, oder die Blöcke können gelegentlich auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist des Weiteren anzumerken, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagramm-Darstellung und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagramm-Darstellung durch Spezialhardware-basierte Systeme, welche die spezifizierten Funktionen oder Aktionen ausführen oder Kombinationen von Spezialhardware und Computerinstruktionen ausführen, implementiert werden können.
Des Weiteren versteht es sich, dass jegliche im vorliegenden Text beschriebenen Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Terminals oder Vorrichtungen, die Instruktionen ausführen, computerlesbare Medien umfassen oder anderweitig darauf zugreifen können, wie zum Beispiel Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (wechselfähig und/oder nicht-wechselfähig), wie zum Beispiel Magnet-Disks, optische Disks oder Bänder. Zu Computerspeichermedien können flüchtige und nicht-flüchtige, Wechsel- oder Nichtwechsel-Medien, die in beliebigen Verfahren oder Technologien implementiert sind, zum Speichern von Informationen, wie zum Beispiel computerlesbaren Instruktionen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder sonstigen Daten, gehören. Solche Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder für diese zugänglich oder damit verbunden sein. Jegliche im vorliegenden Text beschriebenen Anwendungen oder Module können mit Hilfe von computerlesbaren/- ausführbaren Instruktionen implementiert werden, die auf solchen computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig darauf aufbewahrt werden können.
Obgleich die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, versteht es sich natürlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substituierungen oder äquivalenten Arrangements umfasst, die zuvor nicht beschrieben wurden, die aber unter den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Außerdem sind zwar verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden, doch es versteht sich, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen zu umfassen brauchen. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorangehende Beschreibung eingeschränkt anzusehen.

Claims

Motorsteuerungssystem, das dafür eingerichtet ist, einen Versorgungsstrom und einen regenerativen Strom zu begrenzen, wobei das Motorsteuerungssystem umfasst: ein Drehmomentbegrenzungsmodul, das dafür eingerichtet ist, einen Drehmomentbefehl zu bestimmen, der auf innerhalb eines maximalen Drehmoments eines Motors begrenzt ist; ein Modul für maximales Drehmoment pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA), das dafür eingerichtet ist, eine MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentbefehls durchzuführen, um Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen; und ein Batteriestrom-Schätz- und -Vergleichsmodul zum Generieren eines geschätzten Batteriestromwertes für das System; wobei das MTPA-Modul dafür eingerichtet ist, einen Drehmomentreduzierungsbefehl zu bestimmen, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System einen angegebenen Batteriestromgrenzwert überschreitet.
System nach Anspruch 1, wobei das MTPA-Modul des Weiteren dafür eingerichtet ist, die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls zu wiederholen, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen.
System nach Anspruch 2, wobei das MTPA-Modul des Weiteren dafür eingerichtet ist, iterativ einen Drehmomentreduzierungsbefehl zu bestimmen und die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls durchzuführen, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, bis die angegebene Batteriestromgrenze erfüllt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Motorsteuerungssystem des Weiteren ein Modul für maximales Drehmoment pro Spannung (Maximum Torque Per Voltage, MTPV) umfasst, das dafür eingerichtet ist: zu bestimmen, ob eine Motorspannung eine festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung überschreitet; und aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, wenn die Motorspannung die festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung nicht überschreitet.
System nach Anspruch 4, wobei das MTPV-Modul dafür eingerichtet ist, eine MTPV-Berechnung unter Verwendung der Strombefehle aus der MTPA-Berechnung durchzuführen, um die aktualisierten Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen, wobei ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet.
System nach Anspruch 4, wobei, wenn die MTPV-Berechnung bestimmt, dass die Motorspannung die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung übersteigt, das MTPV-Modul des Weiteren dafür eingerichtet ist: iterativ eine MTPV-Berechnung durchzuführen, um einen Drehmomentmodifizierungsbefehl zu bestimmen, der sowohl eine Batteriestrombegrenzungsbedingung als auch eine Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt, und die Strombefehle zu aktualisieren, wobei die Batteriestrombegrenzungsbedingung erfüllt ist, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet, und wobei die Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt ist, wenn die MTPV-Berechnung aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung bestimmt, die einen Drehmomentmaximierungsbefehl erzeugen, wenn die PMSM-Spannung im Wesentlichen gleich der angegebenen maximalen Verbindungsgleichspannung ist.
System, umfassend: eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM); und ein Motorsteuerungssystem, das dafür eingerichtet ist, einen Versorgungsstrom und einen regenerativen Strom zu begrenzen, wobei das Motorsteuerungssystem eingerichtet zum: Bestimmen eines Drehmomentbefehls, der auf innerhalb eines maximalen Drehmoments des PMSM begrenzt ist; Durchführen einer Berechnung des maximalen Drehmoments pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA) unter Verwendung des Drehmomentbefehls, um Strombefehle für die PMSM-Steuerung zu bestimmen; und wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System einen angegebenen Batteriestromgrenzwert überschreitet, Bestimmen eines Drehmomentreduzierungsbefehls.
System nach Anspruch 7, wobei das Motorsteuerungssystem des Weiteren dafür eingerichtet ist, die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls zu wiederholen, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen.
System nach Anspruch 8, wobei das Motorsteuerungssystem des Weiteren dafür eingerichtet ist, iterativ einen Drehmomentreduzierungsbefehl zu bestimmen und die MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls durchzuführen, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, bis die angegebene Batteriestromgrenze erfüllt ist.
System nach Anspruch 7, wobei das Motorsteuerungssystem des Weiteren dafür eingerichtet ist: zu bestimmen, ob eine PMSM-Spannung eine angegebene maximale Verbindungsgleichspannung des Systems überschreitet; und aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung zu bestimmen, wenn die PMSM-Spannung die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung nicht überschreitet.
System nach Anspruch 10, wobei das Motorsteuerungssystem des Weiteren dafür eingerichtet ist, eine MTPV-Berechnung unter Verwendung der Strombefehle aus der MTPA-Berechnung durchzuführen, um die aktualisierten Strombefehle für die PMSM-Steuerung zu bestimmen, wobei ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet.
System nach Anspruch 10, wobei, wenn die MTPV-Berechnung bestimmt, dass die PMSM-Spannung die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung übersteigt, das Motorsteuersystem des Weiteren dafür eingerichtet ist: iterativ eine MTPV-Berechnung durchzuführen, um einen Drehmomentmodifizierungsbefehl zu bestimmen, der sowohl eine Batteriestrombegrenzungsbedingung als auch eine Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt, wobei die Batteriestrombegrenzungsbedingung erfüllt ist, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet, und wobei die Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt ist, wenn die MTPV-Berechnung aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung bestimmt, die einen Drehmomentmaximierungsbefehl erzeugen, wenn die PMSM-Spannung im Wesentlichen gleich der angegebenen maximalen Verbindungsgleichspannung ist.
Verfahren zum Begrenzen des Versorgungsstroms und des regenerativen Stroms, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Drehmomentbefehls, der auf innerhalb eines maximalen Drehmoments eines Motors begrenzt ist; Durchführen einer Berechnung des maximalen Drehmoments pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA) unter Verwendung des Drehmomentbefehls, um Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen; und Generieren eines geschätzten Batteriestromwertes für das System; wobei die MTPA-Berechnung einen Drehmomentreduzierungsbefehl bestimmt, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System einen angegebenen Batteriestromgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend das Wiederholen der MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend das iterative Bestimmen eines Drehmomentreduzierungsbefehls und das Durchführen der MTPA-Berechnung unter Verwendung des Drehmomentreduzierungsbefehls, um aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, bis der angegebene Batteriestromgrenzwert erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren das Durchführen eines Moduls für maximales Drehmoment pro Spannung (Maximum Torque Per Voltage, MTPV) umfasst, um: zu bestimmen, ob eine Motorspannung eine festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung überschreitet; und aktualisierte Strombefehle zu bestimmen, wenn die Motorspannung die festgelegte maximale Verbindungsgleichspannung nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die MTPV-Berechnung die Strombefehle aus der MTPA-Berechnung verwendet, um die aktualisierten Strombefehle für die Motorsteuerung zu bestimmen, wobei ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei, wenn die MTPV-Berechnung bestimmt, dass die Motorspannung die angegebene maximale Verbindungsgleichspannung übersteigt, das Verfahren des Weiteren umfasst: iterativ eine MTPV-Berechnung durchzuführen, um einen Drehmomentmodifizierungsbefehl zu bestimmen, der sowohl eine Batteriestrombegrenzungsbedingung als auch eine Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt, und die Strombefehle zu aktualisieren, wobei die Batteriestrombegrenzungsbedingung erfüllt ist, wenn ein geschätzter Batteriestromwert für das System den angegebenen Batteriestromgrenzwert nicht überschreitet, und wobei die Maximalspannungsnutzungsbedingung erfüllt ist, wenn die MTPV-Berechnung aktualisierte Strombefehle für die PMSM-Steuerung bestimmt, die einen Drehmomentmaximierungsbefehl erzeugen, wenn die PMSM-Spannung im Wesentlichen gleich der angegebenen maximalen Verbindungsgleichspannung ist.