DE102021112587A1

DE102021112587A1 - Regelung mit dynamischer entkopplung mit aktiver rauschunterdrückung

Info

Publication number: DE102021112587A1
Application number: DE102021112587.1A
Authority: DE
Inventors: Varsha Govindu; Julie A. Kleinau; Prerit Pramod
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2041-05-15
Also published as: US11139765B1; DE102021112587B4; CN113765448A

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines Motors, der einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt. Das Verfahren empfängt von dem Motor den Ausgangsstrom, der einen Direktachsen-Anteil und einen Quadraturachsen-Anteil enthält, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird. Das Verfahren bestimmt einen kompensierten Spannungsbefehl, indem es auf den Rückkopplungsstrom erste Verstärkungsfaktoren und eine Invertierung von zweiten Verstärkungsfaktoren anwendet. Die ersten Verstärkungsfaktoren entkoppeln den d-Achsen-Anteil und den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls. Die Invertierung der zweiten Verstärkungsfaktoren ermöglicht eine Filterung des kompensierten Spannungsbefehls in einer Weise, die die Entkopplung zwischen d-Achse und q-Achse beibehält. Das Verfahren bestimmt den Eingangsspannungsbefehl für den Motor durch Anwendung der zweiten Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen von Betriebsparametern des Motors erzeugt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Ausgangsdrehmoment eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) (z. B. eines Motors mit oberflächenmontierten Permanentmagneten (SPM-Motor), eines Motors mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Motor) usw.) kann durch einen Spannungsbefehl und einen Phasenvoreilwinkel bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Ausgangsdrehmoment des PMSM bestimmt werden, indem zunächst ein bestimmter Quadraturachsen-(auch als q-Achse bezeichnet)Referenzstrom und ein Direktachsen- (auch als d-Achse bezeichnet)Referenzstrom ausgewählt werden und dann der Spannungsbefehl und der Phasenvoreilwinkel basierend auf dem ausgewählten Quadraturachsen-Referenzstrom und dem Direktachsen-Referenzstrom bestimmt werden.
Elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) verwenden einen Elektromotor (z. B. einen PMSM) zur Bereitstellung einer Lenkungsunterstützung. Bei der Verwendung eines PMSM wird die feldorientierte Regelung (FOC) eingesetzt, die es ermöglicht, die Spannungs- und Stromsignale eines mehrphasigen (z. B. dreiphasigen) Wechselstrommotors (AC-Motors) in einen synchron rotierenden Referenzrahmen zu transformieren, der allgemein als d-Achsen/q-Achsen-Referenzrahmen bezeichnet wird, in dem die Motorspannungen und -ströme zu Gleichstromgrößen (DC-Größen) werden. Die Technik der FOC-Drehmomentregelung wird entweder mit Vorsteuerungsverfahren oder einer Stromrückkopplungsregelung mit geschlossenem Regelkreis oder einer Kombination aus beiden implementiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein Motorsteuerungssystem, das einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt. Das Motorsteuerungssystem umfasst mindestens einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem mindestens einen Prozessor ausgeführt werden, den mindestens einen Prozessor dazu veranlassen: von einem Motor den Ausgangsstrom zu empfangen, der einen Direktachsen-Anteil (d-Achsen-Anteil) und einen Quadraturachsen-Anteil (q-Achsen-Anteil) umfasst, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird. Der mindestens eine Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er einen kompensierten Spannungsbefehl bestimmt, indem er auf den Rückkopplungsstrom einen ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und eine Invertierung bzw. einen Kehrwert eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren anwendet, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren dazu dient, einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls zu entkoppeln, und die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren es ermöglicht, den kompensierten Spannungsbefehl auf eine Weise zu filtern, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen- und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls bewahrt. Der mindestens eine Prozessor ist ferner so konfiguriert, dass er den Eingangsspannungsbefehl für den Motor bestimmt, indem er den zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl anwendet, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
Ein weiterer Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Motors, der einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt. Das Verfahren umfasst das Empfangen des Ausgangsstroms von einem Motor, der einen Direktachsen-Anteil (d-Achse) und einen Quadraturachsen-Anteil (q-Achse) umfasst, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines kompensierten Spannungsbefehls durch Anwenden eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und einer Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den Rückkopplungsstrom, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren dazu dient, einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls zu entkoppeln, und die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren es ermöglicht, den kompensierten Spannungsbefehl in einer Weise zu filtern, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen- und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls bewahrt. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen des Eingangsspannungsbefehls für den Motor durch Anwenden des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
Ein Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein elektronisches Servolenkungssystem (EPS-System). Das EPS-System umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, von einem Motor den Ausgangsstrom zu empfangen, der einen Direktachsen-Anteil (d-Achsen-Anteil) und einen Quadraturachsen-Anteil (q-Achsen-Anteil) umfasst, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird. Die Anweisungen veranlassen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, ferner den Prozessor dazu, einen d-Achsen-Anteil eines Spannungsbefehls und einen q-Achsen-Anteil des Spannungsbefehls durch Anwenden eines Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den Rückkopplungsstrom zu bestimmen. Die Anweisungen veranlassen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor ferner dazu, einen kompensierten Spannungsbefehl zu bestimmen, indem er auf den Rückkopplungsstrom einen ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und eine Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren anwendet, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren dazu dient, einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls zu entkoppeln und die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren eine Filterung des kompensierten Spannungsbefehls in einer Weise ermöglicht, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen- und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls bewahrt. Die Anweisungen veranlassen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor ferner dazu, den Eingangsspannungsbefehl für den Motor zu bestimmen, indem der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl angewendet wird, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Die Offenbarung wird am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale der Zeichnungen gemäß der üblichen Praxis nicht maßstabsgetreu sind. Im Gegenteil, die Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind der Klarheit halber willkürlich vergrößert oder reduziert.

1 zeigt allgemein eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt allgemein ein Phasenzeigerdiagramm eines Motors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
3A und 3B zeigen allgemein ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems unter Verwendung eines oder mehrerer Module zur RauschUnterdrückung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt allgemein ein weiteres Blockdiagramm des Steuerungssystems unter Verwendung des einen oder der mehreren Module zur Rauschunterdrückung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt allgemein ein weiteres Blockdiagramm des Steuerungssystems unter Verwendung des einen oder der mehreren Module zur Rauschunterdrückung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt allgemein ein weiteres Blockdiagramm des Steuerungssystems unter Verwendung des einen oder der mehreren Module zur Rauschunterdrückung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Steuerungsverfahren zur Steuerung eines Motors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen des offengelegten Gegenstandes. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollen die offengelegten Ausführungsformen nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, interpretiert oder anderweitig verwendet werden. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat, und dass die Erörterung einer beliebigen Ausführungsform nur als ein Beispiel für diese Ausführungsform gedacht ist und nicht andeuten soll, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Ein Ausgangsdrehmoment eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) (ein Motor mit oberflächenmontierten Permanentmagneten (SPM-Motor), ein Motor mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Motor) usw.) kann durch einen Spannungsbefehl und einen Phasenvoreilwinkel bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Ausgangsdrehmoment des PMSM bestimmt werden, indem zunächst ein bestimmter q-Achsen-Referenzstrom und ein d-Achsen-Referenzstrom ausgewählt werden und dann der Spannungsbefehl und der Phasenvoreilwinkel auf der Grundlage des ausgewählten q-Achsen-Referenzstroms und des d-Achsen-Referenzstroms bestimmt werden.
Elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) verwenden einen Elektromotor (z. B. einen PMSM), um eine Lenkungsunterstützung bereitzustellen. Bei der Verwendung eines PMSM wird die feldorientierte Regelung (FOC) eingesetzt, die es ermöglicht, die Spannungs- und Stromsignale eines mehrphasigen (z. B. dreiphasigen) Wechselstrommotors in einen synchron rotierenden Referenzrahmen zu transformieren, der üblicherweise als d-Achsen/q-Achsen-Referenzrahmen bezeichnet wird, in dem die Motorspannungen und - ströme zu Gleichstromgrößen werden. Die Technik der FOC-Drehmomentregelung wird entweder mit Vorsteuerungsverfahren oder einer Stromrückkopplungsregelung mit geschlossenem Regelkreis oder einer Kombination aus beiden implementiert.
Die Anwendung der Stromregelung mit geschlossenem Regelkreis von PMSM in EPS-Systemen weist einzigartige und anspruchsvolle Anforderungen auf, die über die Fähigkeit des Steuerungssystems hinausgehen, den gewünschten Hilfsdrehmomentbefehl (d. h. Motordrehmomentbefehl) zu verfolgen bzw. nachzuführen. Viele dieser Anforderungen stehen im Zusammenhang mit der Ausgewogenheit des Ansprechverhaltens des Drehmoments, den Störeigenschaften des Motoreingangs, den Übertragungseigenschaften von Strommessrauschen und der Robustheit gegenüber der Genauigkeit der Schätzwerte der geschätzten Elektromotorparameter. Eine gleichbleibende Leistung über den gesamten Betriebsbereich des Steuerungssystems ist erwünscht, einschließlich des Betriebs über den gesamten Motordrehzahlbereich und des Betriebs nahe der Versorgungsspannungsgrenze. Im Gegensatz zu Hochspannungsleistungsanwendungen mit PMSMs ist die für das Steuerungssystem verfügbare Versorgungsspannung eines Fahrzeugs nicht unbegrenzt, und der in diesen Anwendungen verwendete Motor wird typischerweise so effizient wie möglich dimensioniert, um die Anforderungen an die stationäre Leistung zu erfüllen. Dies erfordert einen stabilen und vorhersagbaren Betrieb der Stromregelung, da die dem Steuerungssystem zur Verfügung stehende transiente Spannung in der Nähe des Spitzenleistungspunkts des PMSM-Betriebs kleiner wird. Daher sollte das Steuerungssystem so konfiguriert werden, dass es wie gewünscht arbeitet und gleichzeitig relativ kleine Motor-(Eingangs-)Spannungsbefehlstransienten benötigt.
In einigen Situationen wird versucht, eine gleichbleibend hohe Leistung zu erreichen, indem ein Modell in dem Steuerungssystem implementiert wird, um die d-Achsen-Spannung und die q-Achsen-Spannung zu entkoppeln. Das Entkoppeln der d-Achsenspannung und der q-Achsenspannung eliminiert den Einfluss von Variationen der d-Achsen-Terme (z. B. d-Achsen-Induktivität, d-Achsen-Strom usw.) auf den q-Achsen-Spannungsbefehl und eliminiert den Einfluss von Variationen der q-Achsen-Terme (z. B. q-Achsen-Induktivität, q-Achsen-Strom usw.) auf den d-Achsen-Spannungsbefehl. Dadurch können der q-Achsen-Strom und der d-Achsen-Strom unabhängig voneinander geregelt werden.
Zusätzlich können strenge Anforderungen für Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) an Motorantriebsanwendungen gestellt werden (z. B. wie Anwendungen innerhalb eines EPS-Systems). Um dies zu berücksichtigen, verwenden einige Elektromotor-Antriebsanwendungen Filtertechniken, um unerwünschte Rauschbänder in verschiedenen Signalpfaden zu dämpfen. So kann z. B. das Rauschen in einem Pfad von befohlenen Strömen und/oder gemessenen Strömen durch Anwendung von Filtertechniken auf bestimmte Signalpfade gedämpft werden.
Die Anwendung von Filtertechniken auf Spannungsbefehle koppelt jedoch den d-Achsen- und q-Achsen-Anteil des Spannungsbefehls ein oder koppelt ihn wieder ein. Die Einkopplung bzw. Wiedereinkopplung führt dazu, dass NVH-bedingte Störungen den Spannungsbefehl, den der Motor zur Bestimmung des Ausgangsstroms verwendet, negativ beeinflussen.
Dementsprechend können Systeme und Verfahren (z. B. wie die hier beschriebenen), die NVH-bezogene Störungen filtern und gleichzeitig die Entkopplung des d-Achsen-Anteils und des q-Achsen-Anteils des Spannungsbefehls beibehalten, wünschenswert sein. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl steuern, indem sie NVH-bezogene Störungen unter Verwendung einer Übertragungsmatrix filtern und indem sie eine inverse Übertragungsmatrix in einem Zustandsrückkopplungskreis eines Steuerungssystems implementieren, um die Entkopplung der d-Achsen- und q-Achsen-Anteile des Spannungsbefehls beizubehalten. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie den für den Motor bereitgestellten Eingangsspannungsbefehl filtern, ohne die Entkopplung der d-Achsen- und q-Achsen-Anteile des Spannungsbefehls zu entfernen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass ein Einfluss von NVH-bedingten Störungen auf die Betriebsparameter des Motors eliminiert wird, so dass der Motor eine gleichbleibend hohe Leistung erzielen kann.
1 veranschaulicht ein Steuerungssystem 100 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Wie dargestellt, umfasst das Motorsteuerungssystem 100 einen Motor 20, einen Umrichter 22, eine Spannungsversorgung 24 und ein Steuerungsmodul 30 (auch als Steuerung bezeichnet). Die Spannungsversorgung 24 liefert eine Versorgungsspannung V_B an den Motor 20. In einigen Ausführungsformen ist die Spannungsversorgung 24 eine 12-Volt-Batterie. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Arten von Spannungsversorgungen verwendet werden können. Der Umrichter 22 ist mit dem Motor 20 über eine Vielzahl von Anschlüssen 32 (z. B. drei Anschlüsse) verbunden, die mit „A“, „B“ und „C“ bezeichnet sind. In einigen Ausführungsformen ist der Motor 20 ein mehrphasiger bürstenloser Permanentmagnetmotor (PM-Motor). In diesem Beispiel ist der Motor 20 ein dreiphasiger PM-Motor. Das Steuerungsmodul 30 ist über den Umrichter 22 mit dem Motor 20 verbunden. Das Steuerungsmodul 30 empfängt einen Motordrehmomentbefehl T_CMD von einer Quelle 34, wie z. B. einem Lenkungssteuerungssystem. Das Steuerungsmodul 30 enthält eine Steuerlogik zum Senden eines Eingangsspannungsbefehls V_M an den Motor 20 über den Umrichter 22.
Unter Bezugnahme nun auf 1 und 2 wird der Motor 20 so betrieben, dass sich eine Phase des Eingangsspannungsbefehls V_M in Bezug auf eine Phase einer entwickelten Spannung der gegenelektromotorischen Kraft (GEMK) Eg des Motors 20 verschiebt. Ein Phasenzeigerdiagramm des Motors 20 ist in 2 dargestellt und zeigt einen Spannungsvektor V mit einer Größe, die dem Eingangsspannungsbefehl V_M entspricht. Ein GEMK-Spannungsvektor E weist eine Größe auf, die der GEMK-Spannung Eg entspricht. Ein Winkel zwischen dem Spannungsvektor V und dem GEMK-Spannungsvektor E ist definiert und wird als Phasenvoreilwinkel δ bezeichnet. Ein Stator-Phasenstrom wird mit I bezeichnet, ein Stator-Phasenstrom in der Quadraturachse (q-Achse) wird mit I_q bezeichnet, ein Stator-Phasenstrom in der Direktachse (d-Achse) wird mit I_d bezeichnet, eine Stator-Phasenreaktanz in der jeweiligen d-Achse wird mit X_d, die Stator-Phasenreaktanz in der q-Achse mit X_q und ein Stator-Phasenwiderstand der Phase A oder B oder C wird mit R bezeichnet.
In einigen Ausführungsformen wird ein Geber 36 (in 1 dargestellt) verwendet, um eine Winkelposition θ eines Rotors (in 1 nicht dargestellt) des Motors 20 zu messen. Die Winkelposition θ des Motors 20 wird verwendet, um die Eingangsphasenspannungen V_a, V_b und Vc zu bestimmen, wobei die Eingangsphasenspannung V_a dem Anschluss A, die Eingangsphasenspannung V_b dem Anschluss B und die Eingangsphasenspannung Vc dem Anschluss C entspricht. In einigen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul eine Logik enthalten, um Tastverhältnisse für die jeweiligen Phasenschenkel des Umrichters 22 zu bestimmen. Die Tastverhältnisse können z. B. verwendet werden, um sinusförmige Spannungen an die Klemmen des Motors 20 anzulegen, und können unter Verwendung einer beliebigen bekannten Impulsbreitenmodulationstechnik (PWM) bestimmt werden, wie z. B. einer Sinus-PWM-Technik, einer Raumvektor-PWM-Technik (z. B. kontinuierlich, diskontinuierlich usw.), einer Technik mit Oberwelleninjektion und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen können die Tastverhältnisse in Einschaltzeiten basierend auf der Schalt- oder PWM-Periode umgewandelt und an einen Gate-Treiber gesendet werden, der Gate-Signale an jeweilige Schalter des Umrichters 22 anlegt.
Der Motor 20 dreht sich sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn und kann während des Betriebs auch ein Drehmoment sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn erzeugen.
3A zeigt allgemein ein Blockdiagramm des Steuerungssystems 100 unter Verwendung eines oder mehrerer Module gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Das Steuerungsmodul 30 kann ein GEMK-Kompensationsmodul 302, ein Subtraktionsmodul 304, ein Kompensations- und Integrationsmodul 306, Additionsmodule 310, 312 bzw. 314 und ein Modifikationsmodul 316 enthalten. Das Steuerungsmodul 30 kann auch andere als die hier beschriebenen Module enthalten und kann zusätzliche oder weniger Module als die hier allgemein dargestellten und beschriebenen enthalten. In 3A ist auch ein Frequenzübertragungsmodul P(s) dargestellt, das mit dem Motor 20 realisiert werden kann. Der Umrichter 22 zwischen dem Steuerungsmodul 30 und dem Motor 20 ist in 3A der Einfachheit der Darstellung und Beschreibung halber nicht dargestellt.
Der Motor 20 kann einen Eingangsspannungsbefehl V_M empfangen und kann ein Drehmoment erzeugen (z. B. zieht oder erzeugt er einen Strom I_P, der der in Verbindung mit 1 und 2 beschriebene Phasenstrom sein kann). Der Motor 20 kann eine Anlage sein, die von dem Steuerungsmodul 30 so gesteuert wird, dass sie aus einem Eingangssignal (d. h. dem Eingangsspannungsbefehl V_M) eine Frequenzantwort (z. B. das Drehmoment oder den aufgenommenen/abgegebenen Strom I_P) erzeugt. Wie festzustellen ist, kann die Frequenzantwort, die der Motor 20 erzeugt, durch einen Satz von Modellgleichungen bestimmt werden, die eine oder mehrere Übertragungsfunktionen definieren, um den Eingangsspannungsbefehl V_M in den Ausgangsstrom I_P zu transformieren. Mit anderen Worten kann das Steuerungsmodul 30 den Ausgangsstrom I_P regeln, indem es den Eingangsspannungsbefehl V_M sendet, der auf der Grundlage der Modelle erzeugt wurde.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 30 einen Rückführungsregler mit geschlossenen Regelkreisen enthalten. Beispielsweise werden ein Störstrom I_dist und ein Rauschstrom Inoise zu dem Ausgangsstrom I_P addiert (z. B. unter Verwendung des Additionsmoduls 312 bzw. des Additionsmoduls 314), um einen Rückkopplungsstrom I_M zu bestimmen, der an das Steuerungsmodul 30 zurückgegeben wird. Dies kann es dem Steuerungsmodul 30 ermöglichen, den Rückkopplungsstrom I_M zu verwenden, um den anschließend erzeugten Ausgangsstrom I_P des Motors 20 zu regeln. In einigen Ausführungsformen kann ein Stromsensor (nicht dargestellt) den Rückkopplungsstrom I_M messen und eine Strommessung des Rückkopplungsstroms I_M an das Steuerungsmodul 30 liefern.
In einigen Ausführungsformen kann das Modifikationsmodul 316 den Rückkopplungsstrom I_M empfangen. Beispielsweise kann das Modifikationsmodul 316 den Rückkopplungsstrom I_M von dem Motor 20, von dem Additionsmodul 314, von einem Sensor und/oder ähnlichem empfangen.
In einigen Ausführungsformen kann das Modifikationsmodul 316 auf der Grundlage des Rückkopplungsstroms I_M den d-Achsen-Anteil V_d und den q-Achsen-Anteil V_q des Eingangsspannungsbefehls V_M entkoppeln, wie hier weiter beschrieben wird. Durch Entkopplung des d-Achsen-Anteils V_d des Eingangsspannungsbefehls V_M eliminiert das Modifikationsmodul 316 den Einfluss der Variationen der q-Achsen-Terme auf den d-Achsen-Anteil des Eingangsspannungsbefehls V_M und eliminiert den Einfluss der Variationen der d-Achsen-Terme auf den q-Achsen-Anteil des Spannungsbefehls.
In einigen Ausführungsformen kann das Modifikationsmodul 316 einen kompensierten Spannungsbefehl V_H erzeugen, der die Variationen der gekoppelten Ströme, Induktivitäten, Statorwiderstands-Variationen, Messungenauigkeiten und/oder dergleichen auf den Eingangsspannungsbefehl V_M aufhebt oder kompensiert. Wie beschrieben wird, kann der kompensierte Spannungsbefehl V_H verwendet werden, um einen entkoppelten Eingangsspannungsbefehl V_M zu erzeugen, der, wenn er dem Motor 20 zugeführt wird, den Motor 20 dazu veranlasst, eine Frequenzantwort (z. B. den Ausgangsstrom I_P) zu erzeugen, ohne von den Variationen der gekoppelten Terme (z. B. Ströme, Induktivitäten usw.) beeinflusst zu werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Subtraktionsmodul 304 einen Differenzstrom I_E bestimmen. Zum Beispiel kann das Subtraktionsmodul 304 einen Differenzstrom I_E zwischen einem befohlenen Strom I_R und einem gemessenen Strom I_M bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann das Subtraktionsmodul 304 den Differenzstrom I_E an das Kompensations- und Integrationsmodul 306 liefern.
In einigen Ausführungsformen kann das Kompensations- und Integrationsmodul 306 einen Proportionalregler enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann das Kompensations- und Integrationsmodul 306 einen Integrationsregler enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann der Proportionalregler so konfiguriert sein, dass er den Motor 20 bei der Erzeugung einer Frequenzantwort unterstützt, die eine Antwort erster Ordnung ist. In einigen Ausführungsformen kann der Proportionalregler so konfiguriert sein, dass er den Motor 20 bei der Erzeugung einer Frequenzantwort unterstützt, die eine Antwort höherer Ordnung ist (z. B. einer Antwort zweiter Ordnung, einer Antwort dritter Ordnung usw.).
In einigen Ausführungsformen kann das Kompensations- und Integrationsmodul 306 (z. B. unter Verwendung eines Proportionalkompensations-Submoduls C_P(s)) einen proportionalen Spannungsbefehl V_P aus dem vom Subtraktionsmodul 304 gelieferten Differenzstrom I_E erzeugen. Dadurch kann der Proportionalregler vorteilhafte Kompromisse zwischen dem Verhalten der Übertragungsfunktion der Motoreingangsstörung und dem Verhalten der Übertragungsfunktion des Strommessrauschens bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann der Integrationsregler, der Teil des Kompensations- und Integrationsmoduls 306 sein kann (Komponenten davon sind z. B. in 4-6 dargestellt), den Differenzstrom I_E empfangen. In einigen Ausführungsformen kann der Integrationsregler einen integralen Spannungsbefehl V_I bestimmen und den integralen Spannungsbefehl V_I an ein Additionsmodul liefern (das z. B. im Kompensations- und Integrationsmodul 306 enthalten sein kann). In einigen Ausführungsformen kann das Additionsmodul die proportionalen Spannungsbefehle V_P und den integralen Spannungsbefehl V_I addieren, um einen kompensierten Spannungsbefehl Vc zu bestimmen. Der kompensierte Spannungsbefehl Vc kann dem Filtermodul 318 zusammen mit einem oder mehreren anderen kompensierten Spannungsbefehlen zur Verfügung gestellt werden, wie hier weiter beschrieben wird.
In einigen Ausführungsformen kann das GEMK-Kompensationsmodul 302 so konfiguriert sein, dass es Dynamiken (z. B. Variationen) der GEMK-Spannung kompensiert, die langsamer sind als die Dynamiken des Statorphasenstroms des Motors 20. Beispielsweise kann das GEMK-Kompensationsmodul 302 so konfiguriert sein, dass es eine mechanische Rotordrehzahl ω_m als Eingang empfängt und einen kompensierten Spannungsbefehl V_F erzeugt, der die Dynamiken der GEMK-Spannung kompensiert. In einigen Ausführungsformen kann das GEMK-Kompensationsmodul 302 den kompensierten Spannungsbefehl V_F an das Additionsmodul 308 liefern.
In einigen Ausführungsformen kann das Additionsmodul 308 eine oder mehrere kompensierte Spannungen addieren, um einen gesamten (bekannten) kompensierten Spannungsbefehl V_R zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Additionsmodul 308 den kompensierten Spannungsbefehl V_H und den kompensierten Spannungsbefehl Vc addieren, um einen gesamten (bekannten) kompensierten Spannungsbefehl V_R zu bestimmen, der es dem Motor 20 ermöglicht, eine stabile Frequenzantwort zu erzeugen, die nicht durch die Dynamiken der Widerstände des Motors 20 und/oder eine ungenaue Schätzung der Widerstände beeinflusst wird. Wie hierin beschrieben, kann sich ein gesamter (bekannter) kompensierter Spannungsbefehl V_R auf einen gesamten kompensierten Spannungsbefehl beziehen, der innerhalb des Steuerungsmoduls 30 bekannt ist oder bestimmt wird. Ebenso kann sich ein gesamter kompensierter Spannungsbefehl V_M, wie hier beschrieben, auf einen gesamten kompensierten Spannungsbefehl beziehen, der unbekannte Störungen V_dist enthält, die von außerhalb des Steuerungsmoduls 30 stammen.
3B zeigt allgemein ein Blockdiagramm des Steuerungssystems 100 mit einem Filtermodul 318 und einem inversen Filtermodul 320 zur Rauschunterdrückung. In einigen Ausführungsformen kann das Additionsmodul 308 den gesamten (bekannten) kompensierten Spannungsbefehl V_R an das Filtermodul 318 liefern. In einigen Ausführungsformen kann das Filtermodul 318 den gesamten (bekannten) kompensierten Spannungsbefehl V_R filtern (z. B. zur Ausgabe eines gefilterten kompensierten Spannungsbefehls V_R
Filt). Zum Beispiel kann das Filtermodul 318 den gesamten (bekannten) kompensierten Spannungsbefehl V_R unter Verwendung einer Übertragungsmatrix F(s) filtern, wie hierin weiter gezeigt wird. Der gesamte (bekannte) kompensierte Spannungsbefehl V_R kann einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann das Filtermodul 318 die Filterung mithilfe eines Satzes von Tiefpassfiltern durchführen. Zusätzlich oder alternativ kann das Filtermodul 318 die Filterung unter Verwendung eines Lead-Lag-Filters durchführen. Zusätzlich oder alternativ kann das Filtermodul 318 die Filterung unter Verwendung eines Regelbandunterdrückungsfilters (Kerbfilters) durchführen. Zusätzliche Informationen zu den jeweiligen Filtertypen sind weiter unten bereitgestellt.
In einigen Ausführungsformen kann das inverse Filtermodul 320 verwendet werden, um die Entkopplung zwischen der d-Achse und der q-Achse zu erhalten. Zum Beispiel kann das inverse Filtermodul 320 als Teil eines Rückkopplungskreises implementiert sein, um einen kompensierten Spannungsbefehl V_H zu bestimmen, der dem Filtermodul 318 zur Verfügung gestellt und von diesem verwendet werden kann. Der kompensierte Spannungsbefehl V_H kann eine kompensierte d-Achsen-Komponente und eine kompensierte q-Achsen-Komponente enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das inverse Filtermodul 320 den kompensierten Spannungsbefehl V_H bestimmen, indem es auf einen Ausgang des Modifikationsmoduls 316 einen Satz von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Filter anwendet. Weitere Informationen zu Verstärkungsfaktoren und Filterung sind weiter unten bereitgestellt.
In einigen Ausführungsformen kann das Additionsmodul 310 den gefilterten Spannungsbefehl V_R
Filt und unbekannte Störungen V_dist addieren, um einen gesamten kompensierten Spannungsbefehl V_M (hier als Eingangsspannungsbefehl V_M bezeichnet) zu bestimmen, der unbekannte Störungen wie V_dist enthält, die von außerhalb des Steuerungsmoduls 30 stammen. V_dist kann beispielsweise unbekannte Eingangsstörungen darstellen, die dem Steuerungssystem 10 oder einem Gerät oder einer Maschine, das/die das Steuerungssystem 10 verwendet, eigen sind.
In einigen Ausführungsformen kann das Additionsmodul 310 den Eingangsspannungsbefehl V_M an den Motor 20 liefern. Auf diese Weise empfängt der Motor 20 einen Eingangsspannungsbefehl V_M, der den d-Achsen-Anteil und den q-Achsen-Anteil entkoppelt und NVH-bezogene Störungen ausschließt, die vom Filtermodul 318 gefiltert wurden.
4 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerungsmoduls 30 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere sind die Module so dargestellt, dass sie Übertragungsmatrizen enthalten, die Übertragungsmatrizen für ein oder mehrere Tiefpassfilter enthalten. Es ist zu beachten, dass die Module so dargestellt sind, dass sie diese Matrizen enthalten, um das Verständnis dafür zu erleichtern, für welche Aufgaben die Module konfiguriert sind.
In einigen Ausführungsformen ist das Steuerungsmodul 30 so konfiguriert, dass es einen Eingangsspannungsbefehl V_M unter Verwendung eines Motorsteuerungsmodells für die Spannungsgleichungen von Netzleitung zu Nullleitung erzeugt: $V_{d} = L_{d} \frac{d I_{d}}{d t} + R I_{d} + \frac{N_{p}}{2} ω_{m} L_{q} I_{q}$
$V_{q} = L_{q} \frac{d I_{q}}{d t} + R I_{q} - \frac{N_{p}}{2} ω_{m} L_{d} I_{d} + K_{e} ω_{m}$
$T_{e} = \frac{3}{2} K_{e} I_{q} + \frac{3}{4} N_{p} (L_{q} - L_{d}) I_{d} I_{q}$
In den obigen Gleichungen sind V_d und V_q die Motorspannungen der d-Achse bzw. der q-Achse (in Volt), I_d und I_q die Motorströme der d-Achse bzw. der q-Achse (in Ampere), L_d und L_q die Motorinduktivitäten der d-Achse bzw. der q-Achse (in Henries), R ist der Widerstand des Motorkreises (d. h, der Motor und die Steuerung (in Ohm), Ke ist der Motor-GEMK-Koeffizient (in Volt/rad/s), ω_m ist die mechanische Motordrehzahl (in rad/s), N_p ist die Polzahl des Motors 20 und Te ist das elektromagnetische Motordrehmoment (in Nm).
Es ist zu beachten, dass Gleichung 3 zur Berechnung des elektromagnetischen Motordrehmoments T_e nichtlinear ist und dass Gleichung 3 eine Summe des Drehmoments darstellt, das durch die Ausnutzung des Magnetfelds der Permanentmagnete und des durch die Rotorausprägung erzeugten Reluktanzdrehmoments (d. h. eine Differenz zwischen L_d und L_q) und Sollwerten für I_d und I_q entwickelt wird. Ein Referenzmodellentwurf zur Optimierung der Auswahl der Referenzströme I_d und I_q, die für die PMSM-Regelung verwendet werden sollen, ist in der US-Patentanmeldung mit dem Titel „Generation of a Current Reference to Control a Brushless Motor" beschrieben, die am 26. November 2013 unter der Anwaltsnummer „N000153 (NXT0175US2)“ eingereicht wurde und hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
Die Parameter in den Gleichungen 1-3 variieren während des normalen Betriebs des Motors 20 erheblich - potenziell über 100 % Variation bei R, und 5-20 % Variation bei den Induktivitäten L_d und L_q und 15-20 % bei Ke. R kann mit dem Aufbau und der Temperatur des Motors 20 variieren. L_d und L_q variieren aufgrund der Sättigung (d. h. in Abhängigkeit von I_d und I_q) und Ke variiert aufgrund der Sättigung (in Abhängigkeit von I_q und von der Temperatur).
Einige Ausführungsformen sind hier in Verbindung mit Übertragungsmatrizen beschrieben. In einer oder mehreren dieser Ausführungsformen können die Übertragungsmatrizen dynamische Übertragungsmatrizen sein. Das heißt, die in einer Übertragungsmatrix enthaltenen Verstärkungen (d. h. Terme) können dynamische Werte sein, die in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit aktualisiert werden. Um ein spezifisches Beispiel zu geben: Die Übertragungsmatrix H und die Übertragungsmatrix F^-1(s) (hier weiter beschrieben) können dynamische Übertragungsmatrizen sein, die Teil eines Zustandsrückkopplungskreises sind.
In den Gleichungen 1 und 2 ist $\frac{N_{P}}{2} ω_{m}$
die elektrische Motordrehzahl ω_e des Motors 20. Die elektrische Motordrehzahl wird als langsam variierender Parameter angenommen. Die GEMK wurde mit dem GEMK-Kompensationsmodul 302 kompensiert. Die GEMK des Motors 20 kann jedoch eine unbekannte oder inhärente Störung darstellen, die von außerhalb des Steuerungsmoduls 30 stammt (und daher möglicherweise ebenfalls gefiltert werden muss). Aufgrund der relativ langsamen Flussdynamiken kann der quasi-statische Gegen-EMK-Term (GEMK-Term) K_e ω_m als Konstante betrachtet und als weitere Störung mit dem Kompensationsmodul kompensiert werden. Das Additionsmodul addiert diese Störung zu dem Eingangsspannungsbefehl V_M. Diese beiden Annahmen ermöglichen die Linearisierung der Gleichungen 1 und 2 für eine feste Drehzahl des Motors 20. Dementsprechend können die Gleichungen 1 und 2 als die folgenden linearen Gleichungen 4 bzw. 5 umgeschrieben werden: $V_{d} = L_{d} {\dot{I}}_{d} + R I_{d} + ω_{e} L_{q} I_{q}$
$V_{q}^{'} = V_{q} - K_{e} ω_{m} = L_{q} {\dot{I}}_{q} + R I_{q} - ω_{e} L_{d} I_{d}$
Weiterhin können die Gleichungen 4 und 5 kompakt mit Hilfe der s-Domänen-Darstellung wie folgt geschrieben werden: $U = P_{i} (s) X$
$[\begin{matrix} V_{d} \\ V_{q}^{'} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L_{d} s + R & ω_{e} L_{q} \\ - ω_{e} L_{d} & L_{q} s + R \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{d} \\ I_{q} \end{matrix}]$
In den obigen Gleichungen kann U eine Eingangsspannungsmatrix $[\begin{matrix} V_{d} \\ V_{q}^{'} \end{matrix}]$
sein, Pi (s) kann eine komplexe Frequenzübertragungsmatrix $[\begin{matrix} L_{d} s + R & ω_{e} L_{q} \\ - ω_{e} L_{d} & L_{q} s + R \end{matrix}]$
sein, und X kann eine Matrix $[\begin{matrix} I_{d} \\ I_{q} \end{matrix}]$
sein. In Gleichung 7 wird die Ausgangsstrommatrix X des Motors 20 über die komplexe Frequenzübertragungsmatrix Pi (s) in die Eingangsspannungsmatrix U umgewandelt. Die komplexe Frequenzübertragungsmatrix Pi (s) ist die Inverse einer echten Übertragungsmatrix P(s) (z. B. kann P(s) eine tatsächliche Anlagenübertragungsmatrix sein). Diese P_i(s) ist in 4 als Bestandteil des Motors 20 dargestellt. P_i(s) kann auch als P^-1 bezeichnet werden, um anzuzeigen, dass Pi(s) der Kehrwert bzw. die Inverse von P(s) ist. Es ist zu beachten, dass die Elemente von Pi(s), nicht P(s), so dargestellt sind, dass sie im Motor 20 enthalten sind, um den Elementen zu entsprechen, die in der Übertragungsmatrix H enthalten sind (hier weiter beschrieben).
Die tatsächliche Anlagenübertragungsmatrix P(s), die die Eingangsspannung in den Ausgangsstrom umwandelt, kann wie folgt geschrieben werden: $X = P (s) U$
$\begin{array}{l} [\begin{matrix} I_{d} \\ I_{q} \end{matrix}] = \frac{1}{L_{d} L_{q} s^{2} + R (L_{d} + L_{q}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d} L_{q}} [\begin{matrix} L_{q} s + R & - ω_{e} L_{q} \\ ω_{e} L_{d} & L_{d} s + R \end{matrix}] [\begin{matrix} V_{d} \\ V_{q}^{'} \end{matrix}] = \\ \frac{1}{Δ (s)} [\begin{matrix} L_{q} s + R & - ω_{e} L_{q} \\ ω_{e} L_{d} & L_{d} s + R \end{matrix}] [\begin{matrix} V_{d} \\ V_{q}^{'} \end{matrix}], wobei P (s) ist \frac{1}{Δ (s)} [\begin{matrix} L_{q} s + R & - ω_{e} L_{q} \\ ω_{e} L_{d} & L_{d} s + R \end{matrix}] \end{array}$
In einigen Ausführungsformen kann das Modifikationsmodul 316 die Kopplungsterme in den Gleichungen 4 und 5 (oder die entsprechenden Elemente in der Übertragungsmatrix Pi (s) oder der Übertragungsmatrix P(s)) entkoppeln. Zum Beispiel kann das Modifikationsmodul 316 die Übertragungsmatrix H verwenden, um die Kopplungsterme in den Gleichungen 4 und 5 (oder die entsprechenden Elemente in der Übertragungsmatrix Pi (s) oder der Übertragungsmatrix P(s)) zu entkoppeln. Insbesondere werden die Off-Diagonal-Elemente (die nicht auf einer Diagonale liegenden Elemente) der Übertragungsmatrix H so gewählt, dass die Off-Diagonal-Elemente von P_i(s), die den Kopplungstermen der Gleichungen 4 und 58 entsprechen, aufgehoben werden. Die Off-Diagonal-Elemente von H(s) können wie folgt ausgedrückt werden: $K_{H d q} = {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q}$
$K_{H q d} = - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d}$
In den Gleichungen 10 und 11 ist ω̃_e eine geschätzte elektrische Motordrehzahl des Motors 20, L̃_q ist eine geschätzte q-Achsen-Induktivität des Motors 20, und L̃_d ist eine geschätzte d-Achsen-Induktivität des Motors 20.
Das Modifikationsmodul 316 kann den Motor 20 auch gegenüber den Variationen der Motorbetriebsparameter desensibilisieren (d. h. den Einfluss der Variationen reduzieren), insbesondere gegenüber den Variationen des Motorwiderstands, so dass der Motor 20 eine stabile Frequenzantwort (z. B. den Ausgangsstrom) erzeugt. Die Diagonalelemente der Übertragungsmatrix H können wie folgt ausgedrückt werden: $K_{H d d} = - R_{d}$
$K_{H d q} = - R_{q}$
In den Gleichungen 12 und 13 sind -R_d und -R_q virtuelle Widerstandswerte (in Ohm). Die Werte für R_d und R_q werden ausgewählt und speziell konfiguriert, um die Empfindlichkeit des Steuerungssystems gegenüber Motorparametervariationen (insbesondere die Widerstandsvariationen, die typischerweise über die Temperatur um bis zu 100 % schwanken), Eigenschaften der Übertragungsfunktion zur Unterdrückung von Spannungsstörungen und Eigenschaften der Rauschempfindlichkeit der Strommessung auszugleichen. Außerdem ist aufgrund von -R_d und -R_q die Zeit, die der Motor 20 benötigt, um auf den Spannungsbefehl zu reagieren, verkürzt oder reduziert (d. h., es ergibt sich eine schnellere Reaktionszeit). Dementsprechend kann die Übertragungsmatrix H geschrieben werden als: $H = [\begin{matrix} - R_{d} & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d} & - R_{q} \end{matrix}]$
Es ist zu beachten, dass diese Elemente der Übertragungsmatrix H in Form von Motorparametern geplant werden, die nichtlinear sind und sich ständig mit den Betriebsbedingungen des Motors ändern (z. B. Temperatur, Widerstand usw.).
In einigen Ausführungsformen, z. B. wenn das Filtermodul 318 zum Filtern von NVH-bezogenen Störungen verwendet werden kann (wie weiter unten beschrieben), führt die Filterung zu einer Kopplung (oder erneuten Kopplung) des d-Achsen-Anteils und des q-Achsen-Anteils des kompensierten Spannungsbefehls V_M. Zum Beispiel kann das Filtermodul 318 einen kompensierten Spannungsbefehl V_H, einen kompensierten Spannungsbefehl V_C und/oder einen kompensierten Spannungsbefehl V_F empfangen, die zusammen als kompensierter Spannungsbefehl V_R bezeichnet werden können.
In einigen Ausführungsformen kann das Filtermodul 318 eine Übertragungsmatrix F_LP verwenden, um NVH-bezogene Störungen in dem kompensierten Spannungsbefehl V_R zu filtern. Die Übertragungsmatrix F_LP ist in 4 wie folgt dargestellt: $F_{L P} = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
In einigen Ausführungsformen kann s̃ gleich $\frac{s}{τ s + 1}$
sein, wobei τ eine Tiefpassfilter-Zeitkonstante darstellt. In einigen Ausführungsformen kann in der Übertragungsmatrix F_Lp ein Tiefpaßfilter $\frac{ω_{f i l t}}{\tilde{s} + ω_{f i l t}}$
auf jeden Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, derselbe Filterwert sein, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, ein anderer Filterwert sein als der, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird.
In einigen Ausführungsformen kann das inverse Filtermodul 320 den kompensierten Spannungsbefehl V_H in einer Weise bestimmen, die die Entkopplung der d-Achse und der q-Achse beibehält. Der kompensierte Spannungsbefehl V_H kann eine kompensierte d-Achsen-Komponente und eine kompensierte q-Achsen-Komponente enthalten. Beispielsweise kann das Modifikationsmodul 316 die Entkopplung beibehalten, indem es einen ersten Satz von Verstärkungsfaktoren (an anderer Stelle hierin beschrieben) verwendet, um einen kompensierten Spannungsbefehl V_H zu erzeugen, der die Variationen in gekoppelten Strömen, Induktivitäten, Statorwiderstandsvariationen, Messungenauigkeiten und/oder dergleichen auf einen Eingangsspannungsbefehl V_M aufhebt oder kompensiert. Um die Entkopplung beizubehalten, kann das inverse Filtermodul 320 den kompensierten Spannungsbefehl V_H durch Anwenden eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf einen Ausgang des Modifikationsmoduls 316 unter Verwendung einer Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1}$
für ein oder mehrere Tiefpassfilter bestimmen.
Die Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1}$
kann z. B. eine dynamische Verstärkungsübertragungsmatrix sein. Die Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1}$
ist in 4 wie folgt dargestellt: $\begin{array}{l} F_{L P}^{- 1} = \\ [\begin{matrix} (\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}) / ω_{d_{f i l t}}) & 0 \\ 0 & (\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}) / ω_{q_{f i l t}}) \end{matrix}] \end{array}$
In der durch Gleichung 16 dargestellten Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1},$
repräsentiert s̃ eine Approximation an die Variable s, die in diskreter Zeit implementiert sein kann und dargestellt werden kann als $\frac{s}{τ s + 1},$
τ repräsentiert eine Tiefpassfilter-Zeitkonstante, ω_d
filt stellt eine Tiefpassfilter-Grenzfrequenz dar, die auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird, und ω_q
filt stellt eine Tiefpassfilter-Sperrfrequenz dar, die auf einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird. Ein Filter, wie z. B. ein Tiefpassfilter, ein anderer hier beschriebener Filtertyp oder ein beliebiges anderes geeignetes Filter, kann eine Grenzfrequenz, eine Grenzamplitude, einen Grenzphasen-Kennwert, einen Grenzton-Kennwert und/oder Ähnliches darstellen.
Aufgrund der Störungen und Geräusche, nämlich V_dist, I_dist und Inoise, wie in 4 gezeigt (I_dist und Inoise werden mit dem Ausgangsstrom I_P durch die Additionsmodule 312 und 314 kombiniert), ist die von dem Steuerungsmodul 30 gesehene Übertragungsmatrix des Motors 20 nicht P(s). Das heißt, die tatsächliche Übertragungsmatrix des Motors 20, die das Steuerungsmodul 30 sieht, sollte alle Störungen und sämtliches Rauschen berücksichtigen. In dieser Offenbarung wird die tatsächliche Übertragungsmatrix, die von dem Steuerungsmodul 30 gesehen wird, als effektive Übertragungsmatrix P_eff bezeichnet. Die modifizierte effektive Übertragungsmatrix Peff ist definiert als: $P_{e f f} = {(F^{- 1} (s) (P_{i} (s) - H (s)))}^{- 1}$
Das heißt, Peff kann definiert werden als die Inverse von F^-1(s)(P_i(s) - H(s)). Somit ist die effektive inverse Übertragungsmatrix P_ieffF^-1(s)(P_i(s) - H(s)), die in Matrixform geschrieben werden kann: $\begin{array}{l} P_{i e f f} = \\ [\begin{matrix} (L_{d} s + R - K_{H d d}) (\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}) / ω_{d_{f i l t}}) & - ω_{e} L_{q} + K_{H d q} - 0 \\ ω_{e} L_{d} + K_{H q d} - 0 & (L_{q} s + R - K_{H q q}) (\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}) / ω_{q_{f i l t}}) \end{matrix}] \end{array}$
In einigen Ausführungsformen können die Diagonalelemente der Übertragungsmatrix H, nämlich K_Hdd und K_Hdq, so konfiguriert sein, dass sie negative Werte aufweisen, um sicherzustellen, dass die entsprechenden Diagonalelemente von Pieff positiv sind. Wie festzustellen ist, sollen die Diagonalelemente (R - K_Hdd) und (R - K_Hdq) von Pieff größer als Null sein (d. h. ein positiver Widerstandswert), um die Stabilität des Motors 20 bei Widerstandsschwankungen zu erhalten. Mit diesen Elementen in der Übertragungsmatrix H und in der Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1},$
und mit der Annahme, dass ω̃_e, L̃_d und L̃_q genaue Schätzungen sind, kann die effektive Motorübertragungsmatrix P_eff wie folgt definiert werden: $P_{e f f} = [\begin{matrix} \frac{1}{L_{d} s + R + R_{d}} * \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{1}{L_{q} s + R + R_{q}} * \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
Wie festzustellen ist, sollten die Diagonalelemente (R - K_Hdd ) und (R - K_Hdq) von P_ieff größer als Null sein (d. h. ein positiver Widerstandswert), um die Stabilität des Motors 20 bei Widerstandsschwankungen zu erhalten.
Das Steuerungsmodul 30 kann den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M von dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M so entkoppeln, dass der d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M einen q-Achsen-Anteil des Stroms nicht beeinflusst und so, dass der q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M einen d-Achsen-Anteil des Stroms nicht beeinflusst. Außerdem spart das Steuerungsmodul 30 durch Verwendung der Übertragungsmatrix H und der Übertragungsmatrix $F_{L P}^{- 1}$
zur Erzeugung des kompensierten Spannungsbefehls V_H in einer Weise, die die Entkopplung des d-Achsen-Anteils und des q-Achsen-Anteils des Spannungsbefehls V_M bewahrt, Ressourcen (z.B. Verarbeitungsressourcen, Speicherressourcen und/oder ähnliches) im Vergleich zu einem unterlegenen System, das nur in der Lage ist, NVH-bezogene Störungen auf Kosten der Kopplung oder erneuten Kopplung der d-Achsen- und q-Achsen-Anteile des kompensierten Spannungsbefehls V_M zu filtern. Weitere Beispielfilter werden im Zusammenhang mit 5 und 6 beschrieben.
5 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerungsmoduls 30 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere sind die Module so dargestellt, dass sie Übertragungsmatrizen enthalten, die Übertragungsmatrizen für einen oder mehrere Lead-Lag-Filter enthalten.
Die Übertragungsmatrix FLL ist in 5 wie folgt dargestellt: $F_{L L} = [\begin{matrix} (ω_{d_{2}} (\tilde{s} + ω_{d_{1}}) / ω_{d_{1}} (\tilde{s} + ω_{d_{2}}) & 0 \\ 0 & (ω_{q_{2}} (\tilde{s} + ω_{q_{1}}) / ω_{q_{1}} (\tilde{s} + ω_{q_{2}}) \end{matrix}]$
In der Übertragungsmatrix FLL kann ein Lead-Lag-Filter ω₂(s̃ + ω₁)/ω₁(s̃ + ω₂) auf jeden Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann s̃ gleich $\frac{s}{τ s + 1}$
sein, wobei τ eine Tiefpassfilter-Zeitkonstante darstellt. In einigen Ausführungsformen kann ein Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, gleich dem Filterwert sein, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, ein anderer Filterwert sein als der, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird.
Die Übertragungsmatrix $F_{L L}^{- 1}$
ist in 5 wie folgt dargestellt: $F_{L L}^{- 1} = [\begin{matrix} (ω_{d_{1}} (\tilde{s} + ω_{d_{2}}) / ω_{d_{2}} (\tilde{s} + ω_{d_{1}}) & 0 \\ 0 & (ω_{q_{1}} (\tilde{s} + ω_{q_{2}}) / ω_{q_{2}} (\tilde{s} + ω_{q_{1}}) \end{matrix}]$
In der Übertragungsmatrix $F_{L L}^{- 1}$
kann ein inverses Lead-Lag-Filter ω₁(s̃ + ω₂)/ω₂(s̃ + ω₁) auf jeden Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird, der gleiche Filterwert sein, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird, ein anderer Filterwert sein als der, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird.
Durch die Implementierung der Übertragungsmatrix $F_{L L}^{- 1}$
in dem Zustandsrückkopplungskreis kann die Übertragungsmatrix FLL verwendet werden, um NVH-bezogene Störungen zu filtern, während ermöglicht wird, dass die Entkopplung zwischen dem d-Achsen-Anteil und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M, der von dem Filtermodul 318 ausgegeben wird, erhalten bleibt.
6 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerungsmoduls 30 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere sind die Module so dargestellt, dass sie Übertragungsmatrizen enthalten, die Übertragungsmatrizen für ein oder mehrere Steuerband-Sperrfilter (Kerbfilter) enthalten. Es ist zu beachten, dass die Module so dargestellt sind, dass sie diese Matrizen enthalten, um das Verständnis dafür zu erleichtern, für welche Aufgabe die Module konfiguriert sind.
Die Übertragungsmatrix F_N ist in 6 wie folgt dargestellt: $F_{N} = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}^{2}}{ω_{d_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{1}} ω_{d_{1}} \tilde{s} + ω_{d_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{2}} ω_{d_{2}} \tilde{s} + ω_{d_{2}}^{2})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}^{2}}{ω_{q_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{1}} ω_{q_{1}} \tilde{s} + ω_{q_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{2}} ω_{q_{2}} \tilde{s} + ω_{q_{2}}^{2})} \end{matrix}]$
In der Übertragungsmatrix F_N kann ein Kerbfilter $\frac{ω_{2}^{2}}{ω_{1}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{1} ω_{1} \tilde{s} + ω_{1}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{2} ω_{2} \tilde{s} + ω_{2}^{2})}$
angewendet werden, wobei ζ ein Dämpfungsverhältnis ist und ω eine Eigenfrequenz ist, die auf jeden Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann s̃ gleich $\frac{s}{τ s + 1}$
sein, wobei τ eine Tiefpassfilter-Zeitkonstante darstellt. In einigen Ausführungsformen kann ein Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, gleich dem Filterwert sein, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird, ein anderer Filterwert sein als der, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_R angewendet wird.
Die Übertragungsmatrix $F_{N}^{- 1}$
ist in 6 wie folgt dargestellt: $F_{N}^{- 1} = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{1}}^{2}}{ω_{d_{2}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{2}} ω_{d_{2}} \tilde{s} + ω_{d_{2}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{1}} ω_{d_{1}} \tilde{s} + ω_{d_{1}}^{2})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{1}}^{2}}{ω_{q_{2}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{2}} ω_{q_{2}} \tilde{s} + ω_{q_{2}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{1}} ω_{q_{1}} \tilde{s} + ω_{q_{1}}^{2})} \end{matrix}]$
In der Übertragungsmatrix $F_{N}^{- 1}$
kann ein inverses Kerbfilter $\frac{ω_{1}^{2}}{ω_{2}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{2} ω_{2} \tilde{s} + ω_{2}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{1} ω_{1} \tilde{s} + ω_{1}^{2})}$
auf jeden Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird, derselbe Filterwert sein, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Filterwert, der auf den d-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird, ein anderer Filterwert sein als der, der auf den q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_H angewendet wird.
Durch die Implementierung der Übertragungsmatrix $F_{N}^{- 1}$
in dem Zustandsrückkopplungskreis kann die Übertragungsmatrix F_N verwendet werden, um NVH-bedingte Störungen zu filtern, während ermöglicht wird, dass die Entkopplung zwischen dem d-Achsen-Anteil und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls V_M, der von dem Filtermodul 318 ausgegeben wird, erhalten bleibt.
7 ist ein Flussdiagramm für ein Steuerungsverfahren 700, das von dem Steuerungssystem 100 (z. B. unter Verwendung des Steuerungsmoduls 30) gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 30 als Teil eines Motorsteuerungssystems implementiert werden, das einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt. In einigen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 30 als Teil eines elektronischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) mit einem Prozessor und einem Speicher implementiert sein. Wie in Anbetracht der Offenbarung festzustellen ist, ist die Reihenfolge der Abläufe innerhalb des Verfahrens nicht auf die in 7 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolge(n) durchgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
Bei 710 empfängt das Verfahren 700 von dem Motor 20 den Ausgangsstrom, der einen Direktachsen- (d-Achsen)Anteil und einen Quadraturachsen- (q-Achsen)Anteil umfasst, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen werden kann. Zum Beispiel kann das Steuerungsmodul 30 von dem Motor 20 den Ausgangsstrom empfangen, der einen Direktachsen- (d-Achsen)Anteil und einen Quadraturachsen- (q-Achsen)Anteil umfasst, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen werden kann.
Bei 720 bestimmt das Verfahren 700 einen kompensierten Spannungsbefehl, indem es auf den Rückkopplungsstrom einen ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und eine Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren anwendet. Zum Beispiel kann das Steuerungsmodul 30 einen kompensierten Spannungsbefehl bestimmen, indem es auf den Rückkopplungsstrom einen ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und eine Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren anwendet. Der erste Satz von Verstärkungsfaktoren kann einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls entkoppeln. Die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren kann verwendet werden, um zu ermöglichen, dass der kompensierte Spannungsbefehl so gefiltert wird, dass die Entkopplung zwischen dem d-Achsen- und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls erhalten bleibt.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren durch das Steuerungsmodul 30 unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Tiefpassfilter angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsübertragungsmatrix sein $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren durch das Steuerungsmodul 30 unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Lead-Lag-Filter angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsübertragungsmatrix sein. $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}}{ω_{d_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{d_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{d_{2}})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}}{ω_{q_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{q_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{q_{2}})} \end{matrix}]$
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren durch das Steuerungsmodul 30 unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Kerbfilter angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsübertragungsmatrix sein. $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}^{2}}{ω_{d_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{1}} ω_{d_{1}} \tilde{s} + ω_{d_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{2}} ω_{d_{2}} \tilde{s} + ω_{d_{2}}^{2})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}^{2}}{ω_{q_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{1}} ω_{q_{1}} \tilde{s} + ω_{q_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{2}} ω_{q_{2}} \tilde{s} + ω_{q_{2}}^{2})} \end{matrix}]$
In einigen Ausführungsformen kann mindestens einer des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren durch das Steuerungsmodul 30 unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für einen ersten Typ von Filter für d-Achsenwerte und einen zweiten Typ von Filter für q-Achsenwerte angewendet werden. In einigen Ausführungsformen kann der erste Satz von Verstärkungsfaktoren einen oder mehrere virtuelle Widerstände enthalten.
Bei 730 bestimmt das Verfahren 700 den Eingangsspannungsbefehl für den Motor 20 durch Anwendung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl, um den Motor 20 dazu zu veranlassen, den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors 20 zu erzeugen.
Die obige Diskussion soll die Prinzipien und verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann offensichtlich, sobald die obige Offenbarung vollständig verstanden ist. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle derartigen Variationen und Modifikationen umfassen.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Jeder Aspekt oder jedes Design, das hier als „Beispiel“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs zu verstehen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Wie in dieser Anwendung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ bedeuten und nicht ein ausschließendes „oder“. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X schließt A oder B ein“ jede der natürlichen inklusiven Permutationen gemeint. Das heißt, wenn X A einschließt, X B einschließt oder X sowohl A als auch B einschließt, dann ist „X schließt A oder B ein“ in jedem der vorgenannten Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollen die Artikel „einer/eine/eines“ wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ oder „die eine Implementierung“ durchgängig nicht dieselbe Ausführungsform oder Implementierung bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben. Einige Implementierungen werden hier in Verbindung mit Schwellenwerten beschrieben.
Darüber hinaus soll der Begriff „Satz“, wie hier verwendet, ein oder mehrere Elemente umfassen (z. B. verwandte Elemente, nicht verwandte Elemente, eine Kombination aus verwandten und nicht verwandten Elementen usw.) und kann austauschbar mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. Wenn nur ein Element gemeint ist, wird der Begriff „eins“ oder eine ähnliche Formulierung verwendet. Auch die hier verwendeten Begriffe „aufweisen“, „haben“ oder ähnliches sind als offene Begriffe zu verstehen. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf‟ „zumindest teilweise basierend auf‟ bedeuten, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Wie hier verwendet, kann sich das Erfüllen eines Schwellenwerts darauf beziehen, dass ein Wert größer als der Schwellenwert, mehr als der Schwellenwert, höher als der Schwellenwert, größer oder gleich dem Schwellenwert, kleiner als der Schwellenwert, weniger als der Schwellenwert, niedriger als der Schwellenwert, kleiner oder gleich dem Schwellenwert, gleich dem Schwellenwert o. ä. ist.
Implementierungen der hier beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon realisiert werden. Die Hardware kann z. B. Computer, Intellectual Property (IP)-Cores, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logik-Arrays, optische Prozessoren, programmierbare Logik-Controller, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung umfassen. In den Ansprüchen soll der Begriff „Prozessor“ so verstanden werden, dass er jede der vorgenannten Hardware umfasst, entweder einzeln oder in Kombination. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ oder „Untermodul“ auf einen ASIC, eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wenn es in Software implementiert ist, kann ein Modul oder ein Untermodul im Speicher als nicht-transitorisches, maschinenlesbares Speichermedium ausgeführt sein, das von einer Verarbeitungsschaltung gelesen werden kann und Anweisungen zur Ausführung durch die Verarbeitungsschaltung zur Durchführung eines Verfahrens speichert. Außerdem können die hier beschriebenen Module und Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine verpackte funktionale Hardwareeinheit umfassen, die für die Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einer Steuerung (z. B. einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt) ausgeführt werden können, Verarbeitungsschaltungen, die für die Ausführung einer bestimmten Funktion konfiguriert sind, und eine eigenständige Hardware- oder Softwarekomponente, die eine Schnittstelle zu einem größeren System bildet. Ein Modul kann z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination aus diskreten Schaltkreisen, Gattern und anderen Arten von Hardware oder einer Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher enthalten, der Anweisungen speichert, die von einer Steuerung ausgeführt werden können, um eine Funktion des Moduls zu implementieren.
In einem Aspekt können ferner die hierin beschriebenen Systeme beispielsweise mit einem Allzweckcomputer oder einem Allzweckprozessor mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei seiner Ausführung die jeweiligen hierin beschriebenen Verfahren, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann z. B. ein spezieller Computer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Ferner können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, auf das z. B. von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium zugegriffen werden kann. Ein computernutzbares oder computerlesbares Medium kann ein beliebiges Gerät sein, das z. B. das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem beliebigen Prozessor greifbar enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann. Das Medium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches oder ein Halbleitergerät sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein einfaches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen und schränken die vorliegende Offenbarung nicht ein. Im Gegenteil, die Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind, wobei der Anwendungsbereich so weit wie möglich auszulegen ist, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, wie es nach dem Gesetz zulässig ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Titel „Generation of a Current Reference to Control a Brushless Motor“ beschrieben, die am 26. November 2013 [0041]

Claims

Motorsteuerungssystem, das einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt, umfassend: mindestens einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem mindestens einen Prozessor ausgeführt werden, den mindestens einen Prozessor dazu veranlassen: von einem Motor den Ausgangsstrom zu empfangen, der einen Direktachsen- (d-Achsen)Anteil und einen Quadraturachsen- (q-Achsen)Anteil enthält, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird; einen kompensierten Spannungsbefehl durch Anwenden eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und einer Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den Rückkopplungsstrom zu bestimmen, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren zum Entkoppeln eines d-Achsen-Anteils und eines q-Achsen-Anteils des kompensierten Spannungsbefehls dient, wobei die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ermöglicht, dass der kompensierte Spannungsbefehl in einer Weise gefiltert wird, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen-Anteil und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls beibehält; und den Eingangsspannungsbefehl für den Motor durch Anwenden des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl zu bestimmen, um zu veranlassen, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, den zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix auf ein oder mehrere Tiefpassfilter anzuwenden.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
enthält.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner den mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, den zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix anzuwenden, die ein oder mehrere Lead-Lag-Filter darstellt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}}{ω_{d_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{d_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{d_{2}})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}}{ω_{q_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{q_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{q_{2}})} \end{matrix}]$
enthält.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den mindestens einen Prozessor ferner dazu veranlassen, den zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Kerbfilter anzuwenden.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 6, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}^{2}}{ω_{d_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{1}} ω_{d_{1}} \tilde{s} + ω_{d_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{2}} ω_{d_{2}} \tilde{s} + ω_{d_{2}}^{2})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}^{2}}{ω_{q_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{1}} ω_{q_{1}} \tilde{s} + ω_{q_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{2}} ω_{q_{2}} \tilde{s} + ω_{q_{2}}^{2})} \end{matrix}]$
enthält
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren einen oder mehrere virtuelle Widerstände enthält.
Verfahren zum Steuern eines Motors, der einen Ausgangsstrom aus einem Eingangsspannungsbefehl erzeugt, wobei das Verfahren umfasst, dass: von dem Motor der Ausgangsstrom empfangen wird, der einen Direktachsen- (d-Achsen)Anteil und einen Quadraturachsen- (q-Achsen)Anteil enthält, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird; ein kompensierter Spannungsbefehl durch Anwenden eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und einer Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den Rückkopplungsstrom bestimmt wird, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren dazu dient, einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls zu entkoppeln, und die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren es ermöglicht, den kompensierten Spannungsbefehl in einer Weise zu filtern, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen-Anteil und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls bewahrt; und der Eingangsspannungsbefehl für den Motor durch Anwenden des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl bestimmt wird, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei mindestens einer des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für einen ersten Filtertyp für d-Achsenwerte und einen zweiten Filtertyp für q-Achsenwerte angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung eines oder mehrerer Tiefpassfilter angewendet werden, die Teil einer dynamischen Übertragungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Lead-Lag-Filter angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}}{ω_{d_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{d_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{d_{2}})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}}{ω_{q_{1}}} \frac{(\tilde{s} + ω_{q_{1}})}{(\tilde{s} + ω_{q_{2}})} \end{matrix}]$
ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für ein oder mehrere Kerbfilter angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{2}}^{2}}{ω_{d_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{1}} ω_{d_{1}} \tilde{s} + ω_{d_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{d_{2}} ω_{d_{2}} \tilde{s} + ω_{d_{2}}^{2})} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{2}}^{2}}{ω_{q_{1}}^{2}} \frac{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{1}} ω_{q_{1}} \tilde{s} + ω_{q_{1}}^{2})}{({\tilde{s}}^{2} + 2 ζ_{q_{2}} ω_{q_{2}} \tilde{s} + ω_{q_{2}}^{2})} \end{matrix}]$
ist.
Elektronisches Servolenkungssystem (EPS-System), das umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: von einem Motor einen Ausgangsstrom zu empfangen, der einen Direktachsen- (d-Achsen)Anteil und einen Quadraturachsen- (q-Achsen)Anteil enthält, wobei der Ausgangsstrom als Rückkopplungsstrom empfangen wird; einen kompensierten Spannungsbefehl durch Anwenden eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und einer Invertierung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den Rückkopplungsstrom zu bestimmen, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren dazu dient, einen d-Achsen-Anteil und einen q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls zu entkoppeln, und die Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren es ermöglicht, den kompensierten Spannungsbefehl in einer Weise zu filtern, die die Entkopplung zwischen dem d-Achsen- und dem q-Achsen-Anteil des kompensierten Spannungsbefehls bewahrt; den kompensierten Spannungsbefehl zu empfangen; und den Eingangsspannungsbefehl für den Motor durch Anwenden des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den kompensierten Spannungsbefehl zu bestimmen, um zu bewirken, dass der Motor den Ausgangsstrom mit reduziertem Einfluss von Variationen eines Satzes von Betriebsparametern des Motors erzeugt.
EPS-System nach Anspruch 16, wobei das Bestimmen des kompensierten Spannungsbefehls durch Anwenden der Invertierung des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren bewirkt, dass der d-Achsen-Anteil des Spannungsbefehls und der q-Achsen-Anteil des Spannungsbefehls entkoppelt bleiben, wenn er dem Motor zugeführt wird.
EPS-System nach Anspruch 16, wobei die Anweisungen ferner den Prozessor dazu veranlassen, mindestens einen des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren unter Verwendung einer Übertragungsmatrix für einen ersten Typ von Filter für d-Achsenwerte und einen zweiten Typ von Filter für q-Achsenwerte anzuwenden.
EPS-System nach Anspruch 18, wobei die Übertragungsmatrix eine dynamische Verstärkungsmatrix $F (s) = [\begin{matrix} \frac{ω_{d_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{d_{f i l t}}} & 0 \\ 0 & \frac{ω_{q_{f i l t}}}{\tilde{s} + ω_{q_{f i l t}}} \end{matrix}]$
enthält.
EPS-System nach Anspruch 16, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren einen oder mehrere virtuelle Widerstände enthält.