DE102022125651A1

DE102022125651A1 - Vorwärtsstromsteuerung für doppelt gewickelte synchronantriebsmotoren

Info

Publication number: DE102022125651A1
Application number: DE102022125651.0A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-10-19
Also published as: US11736048B1; CN116961507A

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Synchronmaschine mit zwei Wicklungen umfasst: Bestimmen positiver und negativer virtueller Halbmotorstrombefehle auf der Grundlage erster und zweiter Motorstrombefehle, die den ersten und zweiten Wicklungssätzen zugeordnet sind; Berechnen positiver und negativer Endspannungsbefehle auf der Grundlage der virtuellen Halbmotorstrombefehle und unter Verwendung erster und zweiter Sätze von Verstärkungsfaktoren; und Befehlen von Wechselrichtern auf der Grundlage der Endspannungsbefehle, eine Ausgangsspannung an jeden der beiden Wicklungssätze anzulegen und dadurch zu bewirken, dass Ausgangsströme darin erzeugt werden. Die Ausgangsströme weisen jeweils eine d- und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen-Komponente und der q-Achsen-Komponente des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Doppelt gewickelte Synchronmaschinen, auch Doppelwicklungs-Synchronmaschinen genannt, sind elektrische Maschinen mit zwei elektrisch unabhängigen Statorwicklungssätzen. Solche doppelt gewickelten Synchronmaschinen können als Motoren, Generatoren oder als Motor/Generator eingesetzt werden. Jeder Satz von Statorwicklungen kann unabhängig wie ein entsprechender Halbmotor funktionieren und von einem entsprechenden Wechselrichter gespeist werden. Solche doppelt gewickelten Motoren können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden und können Redundanz für sicherheitskritische Anwendungen bieten, um den Betrieb bei Ausfall eines der Statorwicklungssätze und/oder eines der Wechselrichter fortzusetzen.
Doppelt gewickelte Synchronmaschinen, einschließlich doppelt gewickelter Permanentmagnet-Synchronmaschinen (DW-PMSMs), weisen von Natur aus eine elektromagnetische (induktive) Kopplung zwischen den beiden Statorwicklungssätzen auf (d. h. eine Kopplung zwischen elektrischen Schaltkreisen aufgrund von Induktion, die durch Magnetfelder verursacht wird, die als Ergebnis der durch jeden der beiden Statorwicklungssätze fließenden Ströme erzeugt werden). Diese Induktion führt zu einer Abhängigkeit der Ströme und damit des Drehmoments, das von den beiden Wicklungssätzen der doppelt gewickelten Maschine erzeugt wird. Das Ausmaß oder die Bedeutung dieser Kopplung hängt von der spezifischen Konstruktion der elektrischen Maschine und insbesondere von spezifischen Merkmalen der Konstruktion ab, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Statornuten, Rotorpole, Anordnung der Magnete und Wicklungskonfiguration.
Herkömmliche Anwendungen mit DW-PMSMs betrachten die induktive Kopplung zwischen den beiden Halbmotoren in der Regel nicht als signifikant, und die daraus resultierenden Hardware-Topologien des Elektromotor-Antriebssystems sowie die darin verwendeten Regelungsalgorithmen führen zu einer suboptimalen Leistung.
Eine Drehmomentsteuerung von DW-PMSMs erfolgt in der Regel indirekt über eine Stromsteuerung, die als rückgekoppeltes Stromregelsystem mit Stromreglern, die auf Strommessungen reagieren, oder als Vorwärtsstromsteuerungssystem mit einem inversen mathematischen Modell der Maschine implementiert werden kann. Die Auswirkung der induktiven Kopplung auf die Gesamtleistung der Strom- und damit der Drehmomentsteuerung des Motorsteuerungssystems hängt wesentlich von der Wahl der Stromsteuerungstechnik und der spezifischen Struktur des Steuergeräts ab. Die vorliegende Offenlegung beschreibt Vorwärtsstromsteuergeräte, die bei der Stromsteuerung von DW-PMSMs mit offenem Regelkreis verwendet werden können und die die elektromagnetische Kopplung zwischen den Wicklungssätzen berücksichtigen, um eine optimale Leistung der Strom- und Drehmomentsteuerung zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein System zur Steuerung einer Synchronmaschine mit zwei Wicklungen bereitgestellt. Das System umfasst einen Prozessor und einen Speicher mit Anweisungen. Bei der Ausführung durch den Prozessor veranlassen die Anweisungen den Prozessor dazu: einen positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl und einen negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, zu bestimmen; einen positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren zu berechnen; einen negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren zu berechnen; einen positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl [d.h. einen endgültigen Spannungsbefehl] auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls zu bestimmen; einen negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls zu bestimmen; einen ersten Endspannungsbefehl und einen zweiten Endspannungsbefehl durch Anwenden einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl zu bestimmen; auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls einem ersten Wechselrichter zu befehlen, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls einem zweiten Wechselrichter zu befehlen, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. Der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom weisen jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Synchronmaschine mit zwei Wicklungen bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und eines negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist; Berechnen eines positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls basierend auf dem negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls basierend auf dem positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl; Bestimmen eines negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls und eines zweiten Endspannungsbefehls durch Anwenden einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl; Befehlen, basierend auf dem ersten Endspannungsbefehl, eines ersten Wechselrichters, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und Befehlen, basierend auf dem zweiten Endspannungsbefehl, eines zweiten Wechselrichters, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. Der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom weisen jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Synchronmaschine mit zwei Wicklungen bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Berechnen eines ersten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines ersten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des zweiten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines dritten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des ersten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des ersten Vorwärtssteuerungssignals und des ersten Kopplungskompensationssignals; Bestimmen eines zweiten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des zweiten Vorwärtssteuerungssignals und des zweiten Kopplungskompensationssignals; Befehlen eines ersten Wechselrichters auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und Befehlen eines zweiten Wechselrichters auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. Der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom weisen jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem dritten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem vierten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders hervorgehoben und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ein schematisches Diagramm eines EPS-Systems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist.
2 ein schematisches Diagramm eines doppelt gewickelten Motorantriebssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist.
3A-3B schematische Diagramme von Antriebssystemen mit einem doppelt gewickelten Motor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind.
4 eine Blockdiagramm-Darstellung eines mathematischen Modells einer doppelt gewickelten Permanentmagnet-Synchronmaschine im synchronen Bezugssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist.
5 eine Blockdiagramm-Darstellung mathematischer Transformationen zur Entkopplung zweier Halbmotoren eines doppelt gewickelten Permanentmagnet-Synchronmotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist.
6 ein Blockdiagramm ist, das ein mathematisches Modell zeigt, das zwei virtuelle Halbmotoren eines doppelt gewickelten Permanentmagnet-Synchronmotors darstellt, die sich aus der Anwendung einer Entkopplungstransformation gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ergeben.
7 ein Blockdiagramm ist, das ein Motorsteuergerät mit direkter Vorwärtssteuerung für einen doppelt gewickelten Motor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
8 ein Blockdiagramm ist, das ein dynamisches Vorwärtsstromsteuergerät für eine virtuelle Halbmotorwicklung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
9 ein Blockdiagramm ist, das ein statisches Vorwärtsstromsteuergerät für eine virtuelle Halbmotorwicklung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
10A-10B Blockdiagramme von dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräten für entkoppelte positive und negative virtuelle Halbmotorwicklungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigen.
11A-11B ein Flussdiagramm zeigen, das ein erstes Verfahren zur Steuerung eines doppelt gewickelten Elektromotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung illustriert.
12A-12B ein Flussdiagramm zeigen, das ein zweites Verfahren zur Steuerung eines doppelt gewickelten Elektromotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist zu beachten, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen verwirklicht werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann zu zeigen, wie er die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise anwenden kann.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Teilmodul beziehen sich auf einen oder mehrere Verarbeitungsschaltkreise, wie z. B. einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder als Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, einen kombinatorischen Logikschaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bieten. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
1 ist ein schematisches Diagramm eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, die sich für die Implementierung der offenbarten Techniken eignet. Die EPS umfasst einen Lenkmechanismus 36, der einen Mechanismus vom Typ Zahnstange und Ritzel mit einer Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und einem Ritzel (ebenfalls nicht dargestellt) unter einem Getriebegehäuse 52 umfasst. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als das Lenkrad 26 bezeichnet (z. B. ein Handrad o. Ä.), gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29, und die untere Lenkwelle 51, die über ein Kardangelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Durch die Drehung des Ritzels wird die Zahnstange bewegt, die wiederum Spurstangen 38 (nur eine ist gezeigt) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist gezeigt) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen oder einschlagen.
Eine elektrische Servolenkungsunterstützung wird durch das allgemein mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnete Lenkbewegungssteuerungssystem bereitgestellt und umfasst das Steuergerät 16 und eine elektrische Maschine, bei der es sich um einen Permanentmagnet-Synchronmotor handeln könnte, der im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Das Steuergerät 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über Versorgungsleitungen 12 mit Strom versorgt. Das Steuergerät 16 empfängt ein für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentatives Geschwindigkeitssignal 14 von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein optischer Kodierungssensor, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Positionssensortyp sein kann und dem Steuergerät 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einem anderen Gerät gemessen und als Drehzahlsignal 21 an das Steuergerät 16 übertragen werden. Eine als ω_m bezeichnete Motordrehzahl kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus beschafft werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ω_m als die von einem Positionssensor 32 über ein vorgegebenes Zeitintervall gemessene Änderung der Motorposition berechnet werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Ableitung der Motorposition θ_m nach der Zeit bestimmt werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Durchführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugbediener auf das Lenkrad 26 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein Drehmomentsignal 18 an das Steuergerät 16 in Abhängigkeit vom Betrag der Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl es sich hierbei um eine Art von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet das Steuergerät einen Befehl 22 an den Motor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für die Lenkung des Fahrzeugs liefert.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, diese Bezugnahmen nur illustrativ sind und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z. B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Hinweise und Beschreibungen auf viele Arten von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Es sollte auch beachtet werden, dass hier auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, Bezug genommen wird, wobei im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
In dem dargestellten System 24 zur Steuerung der Lenkbewegung verwendet das Steuergerät 16 das Drehmoment, die Position, die Drehzahl usw., um einen oder mehrere Befehle zur Ausgabe der erforderlichen Ausgangsleistung zu berechnen. Das Steuergerät 16 steht mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems in Verbindung. Das Steuergerät 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, wertet die empfangenen Informationen aus und gibt als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale ab, in diesem Fall beispielsweise an den Motor 19. Das Steuergerät 16 ist so konfiguriert, dass es die entsprechende(n) Spannung(en) aus dem Wechselrichter (nicht dargestellt) erzeugt, der optional in das Steuergerät 16 integriert werden kann und hier als Steuergerät 16 bezeichnet wird, so dass bei Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 in einem Regelungsmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 alternativ in einem Vorwärtssteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und der Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage von optischer Erfassung, Magnetfeldschwankungen oder anderen Verfahren erfassen. Typische Positionssensoren sind Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Ein solcher Drehmomentsensor 28 und die von ihm stammenden Drehmomentsignale 18 können auf einen nachgiebigen Torsionsstab, eine Feder oder ein ähnliches Gerät (nicht abgebildet) reagieren, das so konfiguriert ist, dass es eine das aufgebrachte Drehmoment anzeigende Reaktion liefert.
In einem oder mehreren Beispielen befindet sich ein Temperatursensor 23 am Motor 19. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er die Temperatur eines Abtastbereichs des Motors 19 direkt misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an das Steuergerät 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Anordnung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur liefern.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und die Drehmomentsignale 18 werden unter anderem an das Steuergerät 16 angelegt. Das Steuergerät 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden üblicherweise auch linearisiert, kompensiert und nach Bedarf gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu eliminieren. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die vorgeschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die entsprechenden Berechnungen (z. B. die Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann das Steuergerät 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Eingangs-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente umfassen. So kann das Steuergerät 16 beispielsweise eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung umfassen, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen.
Bei der Verwendung hierin stellen Variablen mit einer Tilde (~) über dem Variablensymbol einen Näherungswert dar, der durch eine mathematische Berechnung, eine Nachschlagetabelle usw. bestimmt werden kann. Variablen mit einem Balken über dem Variablensymbol stellen eine Vektorgröße dar. Variablen mit einem hochgestellten Stern (*) stehen für Befehle oder gewünschte Sollwerte.
2 zeigt ein Elektromotor-Antriebssystem mit einem doppelt gewickelten Permanentmagnet-Synchronmotor (DW-PMSM), der auch als doppelt gewickelte Synchronmaschine (DWSM) oder doppelt gewickelter Motor 60 bezeichnet wird, Leistungswandlern 66a und 66b (die jeweils einen Gate-Treiber und einen entsprechenden Wechselrichter enthalten) und ein Motorsteuergerät 70 (auch als Controller bezeichnet). Der doppelt gewickelte Motor 60 kann in einer beliebigen Anzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für den Motor 19 in dem in 1 gezeigten Lenkbewegungssteuerungssystem 24. Die Leistungswandler 66a und 66b können mehrere Schaltvorrichtungen enthalten, wie z. B. Feldeffekttransistoren (FETs) zum Schalten von Hochstromlasten und Gate-Treiberschaltungen zum Betreiben der Schaltvorrichtungen. Das Motorsteuergerät 70 empfängt einen Motordrehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
von einem Bewegungssteuergerät 80, wie z. B. einem Servolenkungssteuergerät.
Das Motorsteuergerät 70 kann den Spannungsbefehl V* auf der Grundlage des Motordrehmomentbefehls $T_{e}^{*}$
von dem Bewegungssteuergerät 80 und unter Verwendung einer beliebigen Vorwärtssteuerungstechnik erzeugen. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 einen Spannungsbefehlsgenerator (nicht dargestellt) enthalten, um den Spannungsbefehl V* unter Verwendung einer oder mehrerer Optimierungen zu erzeugen und/oder das Elektromotor-Antriebssystem zu veranlassen, eine oder mehrere Betriebsbeschränkungen zu erfüllen, wie z. B. Beschränkungen der Spannung und/oder des Stroms, die von dem Elektromotor-Antriebssystem erzeugt oder ihm zugeführt werden. Die Technik zur Vorwärtssteuerung der Spannung kann eine in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellte Technik umfassen, obwohl auch andere Techniken zur Vorwärtssteuerung verwendet werden können.
Der doppelt gewickelte Motor 60 umfasst einen ersten Wicklungssatz 62a und einen zweiten Wicklungssatz 62b, der elektrisch unabhängig vom ersten Wicklungssatz 62a ist. Der doppelt gewickelte Motor 60 ist in der Lage, ein elektromagnetisches Drehmoment zu erzeugen, indem er einen oder beide Wicklungssätze 62a, 62b erregt. Die beiden Wicklungssätze 62a und 62b können jeweils drei Phasen enthalten und somit kann jeder der beiden Wicklungssätze 62a, 62b dreiphasige Wicklungen enthalten. Alternativ dazu kann jeder der Wicklungssätze 62a, 62b eine beliebige Anzahl von Wicklungsphasen enthalten, beispielsweise fünf oder sieben Phasen. In einigen Ausführungsformen ist der doppelt gewickelte Motor 60 eine mehrphasige Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM). Der doppelt gewickelte Motor 60 kann jedoch jede Art von Synchronmaschine sein, z. B. eine mehrphasige Synchronmaschine mit Feldwicklung. Darüber hinaus kann der doppelt gewickelte Motor 60 je nach Anordnung der Permanentmagnete oder der Feldwicklung auf dem Rotor eine ausgeprägte Polkonfiguration oder eine nicht ausgeprägte Polkonfiguration aufweisen. Jeder der Wicklungssätze 62a, 62b kann einzeln funktionieren, und der doppelt gewickelte Motor 60 kann durch Erregen eines oder beider Wicklungssätze 62a, 62b betrieben werden.
Die Leistungswandler 66a und 66b sind so konfiguriert, dass sie Wechselspannungen an die Wicklungssätze 62a bzw. 62b liefern. Die Wicklungssätze 62a und 62b sind mit ihren jeweiligen Leistungswandlern 66a und 66b über die Phasenleitungen 68a und 68b verbunden. Diese Konfiguration kann für Redundanz sorgen, so dass ermöglicht wird, dass der doppelt gewickelte Motor 60 auch bei einem Totalverlust oder Ausfall eines der Wicklungssätze 62a, 62b, einer der Motorleitungen 68a, 68b und/oder eines der Leistungswandler 66a, 66b weiter funktioniert. Die Leistungswandler 66a, 66b können zur zusätzlichen Redundanz mit einer galvanischen Trennung implementiert sein.
Das Motorsteuergerät 70 erzeugt einen Spannungsbefehl V* auf der Grundlage des Motordrehmomentbefehls $T_{e}^{*} .$
Der Spannungsbefehl V* kann jeweils d-Achsen- und q-Achsen-Bestandteile $V_{d}^{*}, V_{q}^{*}$
enthalten. Jeder der Leistungswandler 66a, 66b legt eine Ausgangsspannung V ₁, V ₂ an den entsprechenden der Wicklungssätze 62a, 62b auf der Grundlage des Spannungsbefehls V* an.
Die wichtigste Einschränkung der Topologie in 2 besteht darin, dass es nur einen Spannungsbefehl V* gibt, der vom Motorsteuergerät 70 ausgegeben wird, so dass identische Spannungsbefehle von den Leistungswandlern 66a, 66b verwendet werden müssen, um nahezu identische Spannungsausgänge V ₁, V ₂ zu erzeugen, die an die beiden Wicklungssätze 62a, 62b angelegt werden sollen. Dies lässt keine Steuerungsflexibilität zu, um eine „optimale“ Steuerungsleistung unter Berücksichtigung der induktiven Kopplung zwischen den beiden Wicklungssätzen 62a, 62b zu erzielen, da der Ausgang zu jedem der Leistungswandler 66a, 66b „gebunden“ (d. h. identisch) ist und keine unabhängigen Messungen bezüglich der beiden Wicklungssätze 62a, 62b zur Verbesserung der Steuerungsleistung genutzt werden können.
3A zeigt ein schematisches Diagramm eines Steuerungssystems für einen doppelt gewickelten Motor, das dem Bewegungssteuerungssystem von 2 ähnlich oder identisch ist, jedoch mit unabhängigen ersten und zweiten Motorsteuergeräten 72a, 72b anstelle des einzelnen Motorsteuergeräts 70 von 2. Das erste Motorsteuergerät 72a kann einen ersten Spannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
erzeugen, der über den ersten Leistungswandler 66a an den ersten Wicklungssatz 62a anzulegen ist und auf dem Motordrehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
basiert. Das zweite Motorsteuergerät 72b kann in ähnlicher Weise einen zweiten Spannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
erzeugen, der über den zweiten Leistungswandler 66b an den zweiten Wicklungssatz 62b anzulegen ist und auf dem Motordrehmomentbefehl $T_{e}^{*}$
basiert. Somit kann das Steuersystem für einen doppelt gewickelten Motor von 3A eine unabhängige Spannungssteuerung der beiden Wicklungssätze 62a, 62b bereitstellen.
3B zeigt ein schematisches Diagramm eines Steuerungssystems für einen doppelt gewickelten Motor, das dem Bewegungssteuerungssystem von 2 ähnlich oder identisch ist, mit der Ausnahme, dass das Motorsteuergerät 70 so konfiguriert ist, dass es unabhängige erste und zweite Spannungsbefehle ${\bar{V}}_{1}^{*}, {\bar{V}}_{2}^{*}$
erzeugt und an die entsprechenden Leistungswandler 66a, 66a liefert. Somit kann das Steuerungssystem für einen doppelt gewickelten Motor von 3B auch eine unabhängige Spannungssteuerung der beiden Wicklungssätze 62a, 62b bereitstellen.
Bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen für DW-PMSMs wurde bisher von einer vernachlässigbaren induktiven Kopplung zwischen den beiden Halbmotoren ausgegangen. Die Idee, dass eine solche Kopplung existieren könnte, wurde zwar entwickelt, aber es wurden keine ausreichenden analytischen oder mathematischen Modelle abgeleitet oder vorgestellt, die diesen Effekt erfassen. Infolgedessen wird diese Kopplung bei konventionellen Steuerungskonzepten nicht berücksichtigt, und es besteht naturgemäß immer eine gewisse Strominduktion zwischen den beiden Seiten des DW-Motors. In diesem Dokument wird ein allgemeines mathematisches Modell von DW-PMSMs im synchronen oder dq-Bezugssystem vorgestellt, das sowohl für nicht ausgeprägte als auch für ausgeprägte Polkonfigurationen gilt. Ein vereinfachtes Modell, das auf Maschinen mit nicht ausgeprägtem Pol anwendbar ist, wird ebenfalls vorgestellt.
Das allgemeine mathematische Modell der DW-PMSMs ist in nachfolgender Gleichung (1) dargestellt. $[\begin{matrix} V_{d 1} \\ V_{q 1} \\ V_{d 2} \\ V_{q 2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R + L_{d} s & ω_{e} L_{q} & M_{d} s & ω_{e} M_{q} \\ - ω_{e} L_{d} & R + L_{q} s & - ω_{e} M_{d} & M_{q} s \\ M_{d} s & ω_{e} M_{q} & R + L_{d} s & ω_{e} L_{q} \\ - ω_{e} M_{d} & M_{q} s & - ω_{e} L_{d} & R + L_{q} s \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{d 1} \\ I_{q 1} \\ I_{d 2} \\ I_{q 2} \end{matrix}] + ω_{e} [\begin{matrix} 0 \\ λ_{m} \\ 0 \\ λ_{m} \end{matrix}]$
In diesem Modell werden die beiden Seiten bzw. Halbmotoren mit den Indizes 1 und 2 bezeichnet, V_d und V_q sind die d-Achsen- und q-Achsen-Motorspannungen I_d und I_q sind die jeweiligen d-Achsen- und q-Achsen-Motorströme. R ist der Phasenwiderstand, L_d und L_q sind die jeweiligen Induktivitäten der d-Achse und der q-Achse jedes Halbmotors M_d und M_q sind die Induktivitätsterme, die die Kopplung zwischen den beiden Halbmotoren darstellen, ω_e ist die elektrische Motordrehzahl, und λ_m ist die Flussverkettung der Permanentmagnete (PM). Man beachte, dass die elektrische Motordrehzahl auch als die Synchronfrequenz der Maschine bezeichnet wird und mit der mechanischen Motordrehzahl ω_m wie folgt in Beziehung steht: $ω_{e} = p ω_{m}$
wobei p die Anzahl der Magnetpolpaare ist.
Das elektromagnetische Drehmoment T_e wird durch die nachstehende Gleichung (3) bestimmt: $\begin{array}{l} T_{e} = p (λ_{m} (I_{q 1} + I_{q 2})) + (L_{q} - L_{d}) (I_{d 1} I_{q 1} + I_{d 2} I_{q 2}) \\ + (M_{q} - M_{d}) (I_{d 1} I_{q 2} + I_{d 2} I_{q 1}) \end{array}$
Die Parameter in den Gleichungen (1) - (3) können während des normalen Betriebs des doppelt gewickelten Motors 60 erheblich variieren. Der Widerstand R variiert mit der Temperatur der Wicklungen des doppelt gewickelten Motors 60 und kann für die beiden Wicklungssätze unterschiedlich sein. Die Induktivitäten L_d, L_q, M_d, M_q können sich gleichzeitig unabhängig und nichtlinear aufgrund der magnetischen Sättigung ändern (dargestellt durch die Abhängigkeit von den Strömen I_d1, I_q1, I_d2, I_q2). Die PM-Flussverkettung λ_m kann aufgrund von magnetischer Sättigung und Temperatur variieren.
Ein vereinfachtes mathematisches Modell für Maschinen mit nicht ausgeprägten Polen unter der Annahme gleicher Induktivitäten in der d-Achse und der q-Achse ist in Gleichung (4) unten dargestellt. $\begin{array}{l} [\begin{matrix} V_{d 1} \\ V_{q 1} \\ V_{d 2} \\ V_{q 2} \end{matrix}] \\ = [\begin{matrix} R + L s & ω_{e} L & M s & ω_{e} M \\ - ω_{e} L & R + L s & - ω_{e} M & M s \\ M s & ω_{e} M & R + L s & ω_{e} L \\ - ω_{e} M & M s & - ω_{e} L & R + L s \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{d 1} \\ I_{q 1} \\ I_{d 2} \\ I_{q 2} \end{matrix}] + ω_{e} [\begin{matrix} 0 \\ λ_{m} \\ 0 \\ λ_{m} \end{matrix}] \end{array}$
Das elektromagnetische Drehmoment T_e für eine Maschine mit nicht ausgeprägten Polen kann durch die nachstehende Gleichung (5) dargestellt werden: $T_{e} = p λ_{m} (I_{q 1} + I_{q 2})$
Die beiden diagonalquadratischen Matrizen der Gleichung (1) stellen mathematische Modelle der einzelnen Wicklungssätze dar, die mit denen eines herkömmlichen PMSM mit einer Wicklung identisch sind, während die nicht diagonalen Matrizen die Kopplung zwischen den beiden Wicklungssätzen veranschaulichen. Ein Blockdiagramm 100, das dieses verallgemeinerte mathematische Modell für einen doppelt gewickelten Motor 60 darstellt, ist in 4 zu sehen.
Insbesondere enthält das Blockdiagramm 100 ein erstes Wicklungsmodell 102a und ein zweites Wicklungsmodell 102b, wobei jedes der Wicklungsmodelle 102a, 102b den Betrieb eines entsprechenden Wicklungssatzes 62a, 62b des doppelt gewickelten Motors 60 darstellt. Das erste Wicklungsmodell 102a erzeugt ein erstes Ausgangssignal 104a, das die ersten d-Achsenströme und q-Achsenströme I_d1, I_q1 darstellt, die von dem ersten Wicklungssatz 62a als Reaktion auf ein gegebenes erstes Wicklungsspannungssignal 106a erzeugt werden. Ebenso erzeugt das zweite Wicklungsmodell 102b ein zweites Ausgangssignal 104b, das die zweiten d-Achsenströme und q-Achsenströme I_d2, I_q2 darstellt, die von dem zweiten Wicklungssatz 62b als Reaktion auf ein gegebenes zweites Wicklungsspannungssignal 106b erzeugt werden.
Das erste Wicklungsmodell 102a empfängt als erstes Wicklungsspannungssignal 106a eine Matrix mit Werten für die erste d-Achsenspannung V_d1 und die erste q-Achsenspannung V_q1, die an den ersten Wicklungssatz 62a angelegt werden. Dieses erste Wicklungsspannungssignal 106a wird einem ersten Additionsblock 108a zugeführt, der ein erstes Gegen-EMK-Signal (BEMF) 110a subtrahiert und ein erstes zusammengesetztes Signal 112a erzeugt. Das erste zusammengesetzte Signal 112a kann eine Gesamtsumme der auf den ersten Wicklungssatz 62a wirkenden Spannungen darstellen. Das erste BEMF-Signal 110a repräsentiert die vom ersten Wicklungssatz 62a erzeugte BEMF. Das erste zusammengesetzte Signal 112a wird einem ersten Transformationsblock 114a zugeführt, der das erste Ausgangssignal 104a auf der Grundlage des ersten zusammengesetzten Signals 112a erzeugt.
Das zweite Wicklungsmodell 102b empfängt als zweites Wicklungsspannungssignal 106b eine Matrix mit Werten für die zweite d-Achsenspannung V_d1 und die zweite q-Achsenspannung V_q1, die an den zweiten Wicklungssatz 62b angelegt werden. Dieses zweite Wicklungsspannungssignal 106b wird einem zweiten Additionsblock 108b zugeführt, der ein zweites BEMF-Signal 110b subtrahiert und ein zweites zusammengesetztes Signal 112b erzeugt. Das zweite zusammengesetzte Signal 112b kann eine Gesamtsumme der auf den zweiten Wicklungssatz 62b wirkenden Spannungen darstellen. Das zweite BEMF-Signal 110b repräsentiert die von dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugte BEMF. Das zweite zusammengesetzte Signal 112b wird einem zweiten Transformationsblock 114b zugeführt, der das zweite Ausgangssignal 104b auf der Grundlage des zweiten zusammengesetzten Signals 112b erzeugt.
Das erste Wicklungsmodell 102a umfasst auch einen ersten Kopplungstransformationsblock 118a, der auf der Grundlage des zweiten Ausgangssignals 104b ein erstes Kopplungsspannungssignal 116a erzeugt. Das erste Kopplungsspannungssignal 116a repräsentiert Auswirkungen auf den ersten Wicklungssatz 62a aufgrund des Stroms im zweiten Wicklungssatz 62b. Das erste Kopplungsspannungssignal 116a wird dem ersten Additionsblock 108a zugeführt, der jede Komponente des ersten zusammengesetzten Signals 112a um einen entsprechenden Komponentenwert des ersten Kopplungsspannungssignals 116a reduziert.
Ebenso enthält auch das zweite Wicklungsmodell 102b einen zweiten Kopplungstransformationsblock 118b, der auf der Grundlage des ersten Ausgangssignals 104a ein zweites Kopplungsspannungssignal 116b erzeugt. Das zweite Kopplungsspannungssignal 116b repräsentiert Auswirkungen auf den zweiten Wicklungssatz 62b aufgrund des Stroms im ersten Wicklungssatz 62a. Das zweite Kopplungsspannungssignal 116b wird dem zweiten Additionsblock 108b zugeführt, der jede Komponente des zweiten zusammengesetzten Signals 112b um einen entsprechenden Komponentenwert des zweiten Kopplungsspannungssignals 116b reduziert.
Durch die in den Gleichungen (6) - (8) nachstehend dargestellten mathematischen Manipulationen können die Wicklungsmodelle 102a, 102b aus Steuerungssicht in zwei virtuelle Maschinen umgewandelt werden, die entkoppelt sind, wie in 5 dargestellt. $X_{p n} = [R_{ƒ}] X_{12}$
$X_{12} = [R_{b}] X_{p n}$
$R_{b} = R_{ƒ}^{- 1}$
wobei X_pn für Spannungen oder Ströme steht, die dem positiven und negativen Halbmotor zugeführt werden, X₁₂ für einen entsprechenden Satz von Spannungen oder Strömen steht, die den Wicklungssätzen 62a, 62b des doppelt gewickelten Motors 60 zugeführt werden, R_f eine Vorwärtstransformation bzw. Transformation in Vorwärtsrichtung darstellt und R_b eine Rückwärtstransformation bzw. Transformation in Rückwärtsrichtung darstellt. Ferner ist zu beachten, dass Gleichung (8) zeigt, dass die Rückwärtstransformation die Umkehrung der Vorwärtstransformation ist. In einigen Ausführungsformen kann die Vorwärtstransformation R_f die Form des Ausgangstransformationsblocks 156 annehmen. In einigen Ausführungsformen kann die Rückwärtstransformation R_b die Form des Eingangstransformationsblocks 152 annehmen.
5 zeigt ein Blockdiagramm 150 eines Modells einer PMSM mit zwei Wicklungen, bei dem diese mathematischen Transformationen auf die Spannungseingänge und Stromausgänge angewendet werden. Insbesondere enthält das Blockdiagramm 150 einen Eingangstransformationsblock 152, der das erste Wicklungsspannungssignal 106a und das zweite Wicklungsspannungssignal 106b auf der Grundlage eines positiven virtuellen Halbmotorspannungssignals 154a und eines negativen virtuellen Halbmotorspannungssignals 154b erzeugt. Das positive Halbmotorspannungssignal 154a nimmt die Form einer 2x1-Matrix an, mit Werten für eine d-Achsenspannung V_dp und eine q-Achsenspannung V_qp, die dem positiven Halbmotor zugeführt werden. In ähnlicher Weise nimmt das negative Halbmotor-Spannungssignal 154b die Form einer 2x1-Matrix an, mit Werten für eine d-Achsenspannung V_dn und eine q-Achsenspannung V_qn die dem negativen Halbmotor zugeführt werden.
Das Blockdiagramm 150 enthält auch einen Ausgangstransformationsblock 156, der ein positives virtuelles Halbmotorstromsignal 158a und ein negatives virtuelles Halbmotorstromsignal 158b auf der Grundlage des ersten Ausgangssignals 104a vom ersten Wicklungsmodell 102a und auf der Grundlage des zweiten Ausgangssignals 104b vom zweiten Wicklungsmodell 102b erzeugt. Das positive virtuelle Halbmotorstromsignal 158a nimmt die Form einer 2x1-Matrix mit Werten für einen d-Achsenstrom I_dp und einen q-Achsenstrom I_qp an. In ähnlicher Weise nimmt das negative virtuelle Halbmotorstromsignal 158b die Form einer 2x1-Matrix mit Werten für einen d-Achsenstrom I_dn und einen q-Achsenstrom I_qn an.
Mit den durchgeführten Transformationen ergibt sich das in Gleichung (9) dargestellte resultierende Maschinenmodell wie folgt: $\begin{array}{l} [\begin{matrix} V_{d p} \\ V_{q p} \\ V_{d n} \\ V_{q n} \end{matrix}] \\ = [\begin{matrix} R + (L_{d} M_{d}) s & ω_{e} (L_{q} + M_{q}) & 0 & 0 \\ - ω_{e} (L_{d} + M_{d}) & R + (L_{q} + M_{q}) s & 0 & 0 \\ 0 & 0 & R + (L_{d} - M_{d}) s & ω_{e} (L_{q} - M_{q}) \\ 0 & 0 & - ω_{e} (L_{d} - M_{d}) & R + (L_{q} - M_{q}) s \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{d p} \\ I_{q p} \\ I_{d n} \\ I_{q n} \end{matrix}] \\ + ω_{e} [\begin{matrix} 0 \\ 2 λ_{m} \\ 0 \\ 0 \end{matrix}] \end{array}$
Das elektromagnetische Drehmoment T_e, das sich aus den mathematischen Transformationen ergibt, kann wie in Gleichung (10) dargestellt wie folgt ausgedrückt werden: $T_{e} = p (λ_{m} + ((L_{q} + M_{q}) - (L_{d} + M_{d})) I_{d p}) I_{q p}$
Eine Blockdiagramm-Darstellung des entkoppelten Modells 170 ist in 6 zu sehen. Dieses entkoppelte Modell 170 kann auch als virtuelles Modell eines doppelt gewickelten PMSM bezeichnet werden, da es zwei separate mathematische Modelle darstellt, die voneinander unabhängig sind, und somit aus einem Modell mit einem positiven virtuellen Halbmotor und einem negativen virtuellen Halbmotor besteht, die voneinander entkoppelt sind. Man beachte, dass, sobald die geeigneten Transformationen in Bezug auf die Transformationsmatrizen R_f, R_b an den Schnittstellen der Steuerungsalgorithmusblöcke (nicht dargestellt) angewendet werden müssten, der Entwurf des Steuerungsalgorithmus unter der Annahme erfolgen kann, dass der „effektive“ Motor (die Anlage) aus Sicht des Steuergeräts das entkoppelte Modell 170 des doppelt gewickelten Motors 60 mit positiven und negativen virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b ist, die voneinander entkoppelt sind. Daher umfasst das entkoppelte Modell 170 eine positive virtuelle Halbmotorwicklung 172a und eine negative virtuelle Halbmotorwicklung 172b. Die positive virtuelle Halbmotorwicklung 172a kann auch als positiver virtueller Halbmotor bezeichnet werden, und die negative virtuelle Halbmotorwicklung 172b kann auch als negativer virtueller Halbmotor bezeichnet werden.
Die positive virtuelle Halbmotorwicklung 172a empfängt das Spannungssignal 154a des positiven virtuellen Halbmotors und erzeugt das Stromsignal 158a des positiven virtuellen Halbmotors. Die positive virtuelle Halbmotorwicklung 172a enthält eine positive Halbmotor-Übertragungsmatrix 174a, die ihr dynamisches Verhalten beschreibt. Die Nettospannung 176a, die sich aus der Überwindung der BEMF-Spannung 180a durch die Eingangsspannung ergibt und als Differenzoperation des Subtraktionsmoduls 178a dargestellt wird, dient als Eingang für die positive Halbmotorübertragungsmatrix 174a, die das positive virtuelle Halbmotorstromsignal 158a erzeugt. Man beachte, dass das BEMF-Spannungssignal 180a des positiven Halbmotors einen Term 2ω_e λ_m enthält, der die BEMF-Signale 110a und 110b des ersten bzw. zweiten Wicklungsmodells 102a bzw. 102b umfasst.
Die negative virtuelle Halbmotorwicklung 172b empfängt das negative virtuelle Halbmotor-Spannungssignal 154b und erzeugt das negative virtuelle Halbmotorstromsignal 158b. Die negative virtuelle Halbmotorwicklung 172b enthält eine negative Halbmotor-Übertragungsmatrix 174b, die ihr dynamisches Verhalten beschreibt. Die Nettospannung 176b, die sich daraus ergibt, dass die Eingangsspannung eine Spannung überwindet, die durch ein negatives Halbmotor-BEMF-Spannungssignal 180b dargestellt wird, das als Differenzergebnis eines Subtraktionsmoduls 178b dargestellt wird, dient als Eingang für die negative Halbmotor-Übertragungsmatrix 174b, die das negative virtuelle Halbmotorstromsignal 158b erzeugt. Man beachte, dass das negative Halbmotor-BEMF-Spannungssignal 180b eine Nullmatrix enthält, da das positive Halbmotor-BEMF-Spannungssignal 180a beide BEMF-Signale 110a, 110b des ersten bzw. zweiten Wicklungsmodells 102a, 102b enthält. Mit anderen Worten und im Gegensatz zur positiven virtuellen Halbmotorwicklung 172a enthält die negative virtuelle Halbmotorwicklung 172b keinerlei BEMF-Kompensation. Die negative Halbmotor-Übertragungsmatrix 174b ähnelt der positiven Halbmotor-Übertragungsmatrix 174a, mit Ausnahme des Vorzeichenwechsels (positiv zu negativ) in jedem der Elemente.
Mit den auf das verallgemeinerte Modell angewandten Transformationen, das zu den virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b führt, kann das Gesamt-Stromregelungsproblem auf die Regelung der positiven und negativen virtuellen Halbmotorstromsignale 158a, 158b reduziert werden. Die virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b verhalten sich jeweils im Wesentlichen wie ein typischer dreiphasiger PMSM mit einer Wicklung, so dass verbesserte Stromregelungstechniken zur Erzeugung der entsprechenden virtuellen Halbmotorspannungssignale 154a, 154b eingesetzt werden können.
Das mathematische Modell der positiven und negativen virtuellen Halbmaschinen kann verallgemeinert und in einer kompakten Form als nachstehende Gleichung (11) geschrieben werden: $[\begin{matrix} V_{d x} \\ V_{q x} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R + L_{d x} s & ω_{e} L_{q x} \\ - ω_{e} L_{d x} & R + L_{q x} s \end{matrix}] [\begin{matrix} I_{d x} \\ I_{q x} \end{matrix}] + u [\begin{matrix} 0 \\ ω_{e} λ_{m} \end{matrix}]$
wobei x entweder durch p oder durch n ersetzt werden kann und somit die positive oder negative virtuelle Halbmaschine darstellt, während u eine skalare Größe ist, die gleich 2 oder 0 für die erste bzw. zweite virtuelle Halbmaschine ist. Die Induktivitätsterme für die beiden Halbmaschinen können durch die Eigen- und Kopplungsinduktivitäten des doppelt gewickelten Motors 60 ausgedrückt werden, wie in den Gleichungen (12) - (15) gezeigt, wie folgt: $L_{d p} = L_{d} + M_{d}$
$L_{q p} = L_{q} + M_{q}$
$L_{d n} = L_{d} - M_{d}$
$L_{q n} = L_{q} - M_{q}$
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Motorsteuergerät 200 mit direkter Vorwärtssteuerung für einen doppelt gewickelten Motor 60 zeigt. Das Motorsteuergerät 200 mit direkter Vorwärtssteuerung umfasst ein erstes Vorwärtssteuerungs-Stromsteuergerät 202a, das so konfiguriert ist, dass es das erste Wicklungsspannungssignal 106a erzeugt, das an den ersten Statorwicklungssatz 62a angelegt wird, der durch das erste Wicklungsmodell 102a dargestellt wird. Das Motorsteuergerät 200 mit direkter Vorwärtssteuerung umfasst auch ein zweites Stromsteuergerät 202b mit Vorwärtssteuerung, das so konfiguriert ist, dass es das zweite Wicklungsspannungssignal 106b erzeugt, das an den zweiten Wicklungssatz 62b angelegt wird, der durch das zweite Wicklungsmodell 102b dargestellt wird.
Die Stromsteuergeräte 202a, 202b mit Vorwärtssteuerung sind jeweils so konfiguriert, dass sie Referenzspannungssignale $V_{d 1}^{*}, V_{q 1}^{*}, V_{d 2}^{*}, V_{q 2}^{*}$
erzeugen, die den entsprechenden Wicklungssatz 62a, 62b des doppelt gewickelten Motors 60 veranlassen, einen Motorstrom mit d-Achsen- und q-Achsen-Werten I_d1, I_q1, I_d2, I_q2 zu erzeugen oder zu empfangen, die gleich den entsprechenden d-Achsen- und q-Achsen-Strombefehlen $I_{d 1}^{*}, I_{q 1}^{*}, I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
sind
Das erste Vorwärts-Stromsteuergerät 202a empfängt die ersten Motorstrombefehle $I_{d 1}^{*}, I_{q 1}^{*}$
an einem ersten Stromeingang 204a, und verwendet diese ersten Motorstrombefehle $I_{d 1}^{*}, I_{q 1}^{*},$
um das erste Wicklungsspannungssignal 106a zu erzeugen, das als Spannungen $V_{d 1}^{*}, V_{q 1}^{*}$
der d-Achse und der q-Achse geschrieben werden kann. Dieses erste Referenzspannungssignal 106a kann dann als erste angelegte Spannungen V_d1, V_q1 an den ersten Statorwicklungssatz 62a angelegt werden, zum Beispiel durch den ersten Schaltsatz bzw. Leistungswandler 66a.
Ebenso empfängt das zweite Vorwärtsstromsteuergerät 202b die zweiten Motorstrombefehle $I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
an einem zweiten Stromeingang 204b, und verwendet diese zweiten Motorstrombefehle $I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
um das zweite Wicklungsspannungssignal 106b zu erzeugen, das als Spannungen $V_{d 2}^{*}, V_{q 2}^{*}$
der d-Achse und der q-Achse geschrieben werden kann. Dieses zweite Referenzspannungssignal 106b kann dann als zweite angelegte Spannungen V_d2, V_q2 an den zweiten Wicklungssatz 62b angelegt werden, zum Beispiel durch den zweiten Schaltsatz bzw. Leistungswandler 66b.
Das erste Vorwärtsstromsteuergerät 202a umfasst einen ersten Additionsblock 208a, einen ersten BEMF-Kompensationsblock 209a, der so konfiguriert ist, dass er eine erste BEMF-Kompensationsspannung 210a erzeugt, einen ersten Vorwärtskompensationsblock 214a, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Vorwärtssteuersignal 212a erzeugt, und einen ersten Kopplungskompensationsblock 218a, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Kopplungskompensationssignal 216a erzeugt. Der erste Additionsblock 208a erzeugt das erste Wicklungsspannungssignal 106a durch Addition der ersten BEMF-Kompensationsspannung 210a, des ersten Vorwärtssteuersignals 212a und des ersten Kopplungskompensationssignals 216a.
Der erste Vorwärtskompensationsblock 214a, wie in 7 dargestellt, führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren der folgenden Form durch: $[\begin{matrix} \tilde{R} + {\tilde{L}}_{d} s & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d} & \tilde{R} + {\tilde{L}}_{q} s \end{matrix}]$
Der erste Kopplungskompensationsblock 218a, wie in 7 dargestellt, führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren mit der folgenden Form durch: $[\begin{matrix} {\tilde{M}}_{d} \tilde{s} & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{M}}_{q} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{M}}_{d} & {\tilde{M}}_{q} s \end{matrix}]$
Das zweite Vorwärtsstromsteuergerät 202b umfasst auch einen zweiten Additionsblock 208b, einen zweiten BEMF-Kompensationsblock 209b, der so konfiguriert ist, dass er eine zweite BEMF-Kompensationsspannung 210b erzeugt, einen zweiten Vorwärtskompensationsblock 214b, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Vorwärtssteuersignal 212b erzeugt, und einen zweiten Kopplungskompensationsblock 218b, der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Kopplungskompensationssignal 216b erzeugt. Der zweite Additionsblock 208b erzeugt das zweite Wicklungsspannungssignal 106b durch Addition der zweiten BEMF-Kompensationsspannung 210b, des zweiten Vorwärtssteuerungssignals 212b und des zweiten Kopplungskompensationssignals 216b.
Der zweite Vorwärtskompensationsblock 214b, wie in 7 dargestellt, führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren der folgenden Form durch: $[\begin{matrix} \tilde{R} + {\tilde{L}}_{d} s & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d} & \tilde{R} + {\tilde{L}}_{q} s \end{matrix}]$
Der zweite Kopplungskompensationsblock 218b, wie in 7 dargestellt, führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren der folgenden Form durch: $[\begin{matrix} {\tilde{M}}_{d} \tilde{s} & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{M}}_{q} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{M}}_{d} & {\tilde{M}}_{q} s \end{matrix}]$
Jedes der Vorwärtsstromsteuergeräte 200a, 200b des Motorsteuergeräts 200 mit direkter Vorwärtssteuerung ist als eine Umkehrung des entsprechenden Wicklungsmodells 102a, 102b konfiguriert. Zum Beispiel enthalten die BEMF-Kompensationsblöcke 209a, 209b jeweils Terme, die so konfiguriert sind, dass sie die entsprechenden BEMF-Signale 110a, 110b ausgleichen. Dieser Ausgleich kann, wie in 7 gezeigt, durch eine Addition erfolgen, die von einem der Additionsblöcke 208a, 208b durchgeführt wird, der die Subtraktion des entsprechenden BEMF-Signals 110a, 110b durch den Additionsblock 108a, 108b im entsprechenden Wicklungsmodell 102a, 102b ausgleicht.
Die Vorwärtskompensationsblöcke 214a, 214b können jeweils so konfiguriert sein, dass sie eine Umkehrung des Transformationsblocks 114a, 114b in dem entsprechenden Wicklungsmodell 102a, 102b durchführen. In einigen Ausführungsformen können die Vorwärtskompensationsblöcke 214a, 214b jeweils als inverse Matrix konfiguriert sein, deren Terme den Termen des Transformationsblocks 114a, 114b des entsprechenden Wicklungsmodells 102a, 102b entsprechen. In ähnlicher Weise können die Kopplungskompensationsblöcke 218a, 218a jeweils als inverse Matrix mit Termen konfiguriert sein, die den Termen des Kopplungstransformationsblocks 118a, 118b des entsprechenden Wicklungsmodells 102a, 102b entsprechen.
Bei dieser Implementierung kann die s̃-Operation durch eine von mehreren zeitdiskreten Ableitungsfilterkonstruktionen implementiert werden. Zum Beispiel kann eine zeitkontinuierliche Ableitung mit einem Tiefpassfilter mit Hilfe der Rückwärtsdifferenzverfahren diskretisiert werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein dynamisches Vorwärtsstromsteuergerät 320 zur Erzeugung eines Spannungsbefehls ${\bar{V}}_{x}^{*} {\bar{V}}^{*}$
zur Anwendung auf eine entsprechende der virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b zeigt. Das dynamische Vorwärtsstromsteuergerät 320 kann dynamische Parameter der entsprechenden der virtuellen Halbmotorwicklung 172a, 172b berücksichtigen (d.h. L̃_dx).
Wie in 8 gezeigt, enthalten die virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b einen BEMF-Term 312 mit der Form $u [\begin{matrix} 0 \\ ω_{e} λ_{m} \end{matrix}],$
wobei u 0 oder 2 ist, und der eine verallgemeinerte Form der BEMF-Spannungssignale 180a, 180b ist. Die virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b umfassen auch ein Subtraktionsmodul 314, das so konfiguriert ist, dass es den BEMF-Term 312 vom Spannungsbefehl ${\bar{V}}_{x}^{*}$
subtrahiert. Das Subtraktionsmodul 314 von 8 kann im Allgemeinen die Subtraktionsmodule 178a, 178b der virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b darstellen. Die virtuellen Halbmotorwicklungen 172a, 172b umfassen auch eine virtuelle Motorübertragungsmatrix 316, die im Allgemeinen die positive Halbmotorübertragungsmatrix 174a und die negative Halbmotorübertragungsmatrix 174b beschreibt, und die das dynamische Verhalten der virtuellen Halbmotorwicklungen beschreibt. Die virtuelle Motorübertragungsmatrix 316 führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren mit der folgenden Form durch: ${[\begin{matrix} \tilde{R} + {\tilde{L}}_{d x} s & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q x} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d x} & \tilde{R} + {\tilde{L}}_{q x} s \end{matrix}]}^{- 1}$
das tiefgestellte x steht entweder für p oder für n für den positiven bzw. negativen Halbmotor, und der Ableitungsterm wird dargestellt als s̃ und kann mit Hilfe eines Ableitungsschätzungsmoduls berechnet oder anderweitig bestimmt werden. Das Ableitungsschätzungsmodul kann eine Annäherung an eine echte Ableitung bestimmen. Im Allgemeinen können viele verschiedene Arten von Ableitungsfilterkonstruktionen verwendet werden, von einfachen Hochpassfiltern bis hin zu anspruchsvolleren zeitdiskreten Ableitungsfiltern mit spezifischen Größen- und Phaseneigenschaften, je nach Anwendung.
Das dynamische Vorwärtsstromsteuergerät 320 umfasst ein BEMF-Kompensationsmodul 322, das zur Erzeugung einer BEMF-Kompensationsspannung konfiguriert ist. Das dynamische Vorwärtsstromsteuergerät 320 umfasst auch ein erstes Vorwärtskompensationsmodul 326, das so konfiguriert ist, dass es auf der Grundlage des Referenzstromsignals ${\bar{I}}_{x}^{*}$
einen Vorwärtsspannungsbefehl erzeugt. Das erste Vorwärtskompensationsmodul 326 kann als inverse Matrix konfiguriert sein, deren Terme den Termen der virtuellen Motorübertragungsmatrix 316 des entsprechenden Wicklungsmodells 172a, 172b entsprechen. Das dynamische Vorwärtsstromsteuergerät 320 umfasst auch ein Additionsmodul 324, das so konfiguriert ist, dass es die BEMF-Kompensationsspannung aus dem BEMF-Kompensationsmodul 322 zu dem Vorwärtsspannungsbefehl aus dem ersten Vorwärtskompensationsmodul 326 addiert und den Spannungsbefehl ${\bar{V}}_{x}^{*}$
als eine Summe davon erzeugt.
Für das in 8 dargestellte dynamische Vorwärtsstromsteuergerät werden die direkten Übertragungsfunktionen zu: $T_{d d x} (s) = \frac{L_{q x} {\tilde{L}}_{d x} s {\tilde{s}}_{x} + L_{q x} \tilde{R} s + {\tilde{L}}_{d x} R {\tilde{s}}_{x} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d x} L_{q x}}{L_{d x} L_{q x} s^{2} + R (L_{d x} + L_{q x}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d x} L_{q x}}$
$T_{q q x} (s) = \frac{L_{d x} {\tilde{L}}_{q x} s {\tilde{s}}_{x} + L_{d x} \tilde{R} s + {\tilde{L}}_{q x} R {\tilde{s}}_{x} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q x} L_{d x}}{L_{d x} L_{q x} s^{2} + R (L_{d x} + L_{q x}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d x} L_{q x}}$
Aus den Gleichungen (16) und (17) ist ersichtlich, dass bei einem idealen Ableitungsfilter beide Übertragungsfunktionen einfach zu Eins werden können. Das Ableitungsfilter ist in dem ersten Vorwärtskompensationsmodul 326 in 8 enthalten.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein statisches Vorwärtsstromsteuergerät 330 zur Erzeugung eines Spannungsbefehls ${\bar{V}}_{x}^{*} {\bar{V}}^{*}$
zur Anwendung auf eine entsprechende virtuelle Halbmotorwicklung 172a, 172b zeigt. Das statische Vorwärtsstromsteuergerät berücksichtigt möglicherweise keine dynamischen Parameter der entsprechenden virtuellen Halbmotorwicklung 172a, 172b (d. h. L̃_dx).
Das statische Vorwärtsstromsteuergerät 330 kann ähnlich oder identisch mit dem dynamischen Vorwärtsstromsteuergerät 320 sein, jedoch mit einem zweiten Vorwärtskompensationsmodul 336 anstelle des ersten Vorwärtskompensationsmoduls 326 und mit vereinfachten Termen. Das zweite Vorwärtskompensationsmodul 336 des statischen Vorwärtsstromsteuergeräts 330 führt eine mathematische Transformation unter Verwendung einer Matrix von Verstärkungsfaktoren der folgenden Form durch: $[\begin{matrix} \tilde{R} & {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q x} \\ - {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d x} & \tilde{R} \end{matrix}]$
Für das in 9 dargestellte statische Vorwärtsstromsteuergerät werden die direkten Übertragungsfunktionen zu: $T_{d d x} (s) = \frac{L_{q x} R {\tilde{s}}_{x} + R \tilde{R} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{d x} L_{q x}}{L_{d x} L_{q x} s^{2} + R (L_{d x} + L_{q x}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d x} L_{q x}}$
$T_{q q x} (s) = \frac{L_{d x} \tilde{R} s + R \tilde{R} + ω_{e} {\tilde{ω}}_{e} {\tilde{L}}_{q x} L_{d x}}{L_{d x} L_{q x} s^{2} + R (L_{d x} + L_{q x}) s + R^{2} + ω_{e}^{2} L_{d x} L_{q x}}$
10A-10B zeigen Blockdiagramme eines Motorsteuerungssystems mit zwei der dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräte 320 für entkoppelte positive und negative virtuelle Halbmotorwicklungen 172a bzw. 172b. Alternativ kann ein Vorwärtsstromsystem eines oder mehrere der statischen Vorwärtsstromsteuergeräte 330 oder ein anderes Stromsteuergerätedesign anstelle eines oder beider dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräte 320 verwenden.
11A-11B zeigen ein Flussdiagramm, das ein erstes Verfahren 400 zur Steuerung einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM), auch als doppelt gewickelter Motor 60 bezeichnet, mit einem ersten Wicklungssatz 62a und einem zweiten Wicklungssatz 62b gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das erste Verfahren 400 kann von dem Motorsteuergerät 70 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich ist, ist die Operationsreihenfolge des Verfahrens nicht auf die in 11A-11B dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen durchgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
Bei 402 bestimmt das erste Verfahren 400 einen positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl ${\bar{I}}_{p}^{*}$
und einen negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl ${\bar{I}}_{n}^{*}$
basierend auf einem ersten Motorstrombefehl ${\bar{I}}_{1}^{*},$
der dem ersten Wicklungssatz 62a zugeordnet ist, und basierend auf einem zweiten Motorstrombefehl ${\bar{I}}_{2}^{*},$
der dem zweiten Wicklungssatz 62b zugeordnet ist. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 eine mathematische Transformation implementieren, um den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl ${\bar{I}}_{p}^{*}$
und den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl ${\bar{I}}_{n}^{*}$
auf der Grundlage sowohl eines ersten Motorstrombefehls ${\bar{I}}_{1}^{*},$
der dem ersten Wicklungssatz 62a zugeordnet ist, als auch auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls ${\bar{I}}_{2}^{*}$
der dem zweiten Wicklungssatz 62b zugeordnet ist, zu bestimmen. Diese mathematische Transformation, die zur Berechnung des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls ${\bar{I}}_{p}^{*}$
und des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls ${\bar{I}}_{n}^{*}$
auf der Grundlage des ersten und zweiten Motorstrombefehls ${\bar{I}}_{1}^{*}, {\bar{I}}_{2}^{*}$
verwendet wird, kann ähnlich oder identisch mit dem Ausgangstransformationsblock 156 des in 5 gezeigten Blockdiagramms 150 sein.
Bei 404 berechnet das erste Verfahren 400 einen positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl basierend auf dem positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl ${\bar{I}}_{p}^{*}$
und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 das erste Vorwärtskompensationsmodul 326 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, wie in 10A gezeigt. Alternativ dazu kann das Motorsteuergerät 70 eines der zweiten Vorwärtskompensationsmodule 336 des statischen Vorwärtsstromsteuergeräts 330 implementieren, um diesen Schritt durchzuführen.
Bei 406 berechnet das erste Verfahren 400 einen negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls ${\bar{I}}_{n}^{*}$
und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motosteuergerät 70 das erste Vorwärtskompensationsmodul 326 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, wie in 10B gezeigt. Alternativ dazu kann das Motorsteuergerät 70 eines der zweiten Vorwärtskompensationsmodule 336 des statischen Vorwärtsstromsteuergeräts 330 implementieren, um diesen Schritt durchzuführen.
Bei 408 bestimmt das erste Verfahren 400 einen positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 das Additionsmodul 324 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, um den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
auf der Grundlage des Vorwärtsspannungsbefehls vom ersten Vorwärtskompensationsmodul 326 zu erzeugen, wie in 10A gezeigt.
Bei 410 bestimmt das erste Verfahren 400 einen negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 das Additionsmodul 324 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, um den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
auf der Grundlage des Vorwärtsspannungsbefehls vom ersten Vorwärtskompensationsmodul 326 zu erzeugen, wie in 10B gezeigt.
Bei 412 bestimmt das erste Verfahren 400 einen ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
und einen zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
durch Anwendung einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*},$
Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 die zweite mathematische Transformation anwenden, die ähnlich oder identisch mit dem Eingangstransformationsblock 152 des in 5 dargestellten Blockdiagramms 150 sein kann, um den ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
und den zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
basierend auf dem positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
und dem negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
zu bestimmen.
Bei 414 befiehlt das erste Verfahren 400, basierend auf dem ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
einem ersten Wechselrichter, eine erste Ausgangsspannung V ₁ an den ersten Wicklungssatz 62a anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom I ₁ in dem ersten Wicklungssatz 62a erzeugt wird. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
erzeugen und an den ersten Leistungswandler liefern, wodurch der erste Wechselrichter des ersten Leistungswandlers 66a angewiesen wird, die erste Ausgangsspannung V ₁ an den ersten Wicklungssatz 62a anzulegen, wodurch bewirkt wird, dass der erste Ausgangsstrom I₁ in dem ersten Wicklungssatz 62a erzeugt wird.
Bei 416 befiehlt das erste Verfahren 400 auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls ${\bar{V}}_{2}^{*}$
einem zweiten Wechselrichter, eine zweite Ausgangsspannung V ₂ an den zweiten Wicklungssatz 62b anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom I ₂ in dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugt wird. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
erzeugen und an den zweiten Leistungswandler 66b liefern, wodurch der zweite Wechselrichter des zweiten Leistungswandlers 66b angewiesen wird, die zweite Ausgangsspannung V₂ an den zweiten Wicklungssatz 62b anzulegen, wodurch bewirkt wird, dass der zweite Ausgangsstrom I₂ in dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugt wird.
In einigen Ausführungsformen können der erste Ausgangsstrom I ₁ und der zweite Ausgangsstrom I ₂ jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente, I_d1, Iq₁, I_d2, I_q2, aufweisen, und mindestens einer des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und/oder des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente I_d1, und die q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der d-Achsen-Komponente I_d2 und der q-Achsen-Komponente I_q2 des zweiten Ausgangsstroms I ₂ entkoppelt werden. Zum Beispiel können einer oder mehrere der ersten oder zweiten Sätze von Verstärkungsfaktoren bewirken, dass die d-Achsen-Komponente I_d1, und die q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von den Änderungen der d-Achsen-Komponente I_d2 und der q-Achsen-Komponenten I_q2 des zweiten Ausgangsstroms I ₂ entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und/oder des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente I_d1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen bewirken sowohl der erste Satz von Verstärkungsfaktoren als auch der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren zusammen, dass die d-Achsen-Komponente I_d1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Berechnung des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls ${\bar{I}}_{p}^{*},$
zumindest einen Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl anzuwenden. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 das erste Vorwärtskompensationsmodul 326 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, um Schritt 404 auszuführen, wie in 10A gezeigt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Berechnung des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls ${\bar{I}}_{n}^{*},$
zumindest einen Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl anzuwenden. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 das erste Vorwärtskompensationsmodul 326 des dynamischen Vorwärtsstromsteuergeräts 320 implementieren, um Schritt 406 auszuführen, wie in 10B gezeigt.
In einigen Ausführungsformen berechnet das erste Verfahren 400 eine BEMF-Kompensationsspannung, die so konfiguriert ist, dass sie die Dynamik der BEMF in einem positiven virtuellen Halbmotor und/oder einem negativen virtuellen Halbmotor kompensiert. In einigen Ausführungsformen beruht ferner mindestens einer von dem positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
und dem negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung. Beispielsweise und mit Bezug auf 10A kann das Motorsteuergerät 70 das BEMF-Kompensationsmodul 322 implementieren, um eine BEMF-Kompensationsspannung zu berechnen, die auf einer geschätzten BEMF der positiven virtuellen Halbmotorwicklung 172a basiert und die Dynamik der geschätzten BEMF-Spannung kompensiert. Das Motorsteuergerät 70 kann auch das Additionsmodul 324 implementieren, um den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
als Summe der BEMF-Kompensationsspannung von dem BEMF-Kompensationsmodul 322 und des Vorwärtsspannungsbefehls von dem ersten Vorwärtskompensationsmodul 326 zu berechnen.
In einigen Ausführungsformen beruht nur einer des positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls ${\bar{V}}_{p}^{*}$
und des negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls ${\bar{V}}_{n}^{*}$
weiterhin auf der BEMF-Kompensationsspannung. Die BEMF-Kompensationsmodule 322 enthalten jeweils einen Term u, der für eines der BEMF-Kompensationsmodule 322 gleich 2 und für das andere der BEMF-Kompensationsmodule 322 gleich 0 (Null) sein kann. Zum Beispiel und mit Bezug auf 10A-10B kann das BEMF-Kompensationsmodul 322 von 10B, das zur Bestimmung des negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls ${\bar{V}}_{n}^{*}$
verwendet wird, u = 0 enthalten, wodurch bewirkt wird, dass die negative virtuelle Halbmotor-BEMF-Kompensationsspannung den Wert Null aufweist. Mit anderen Worten, in einigen Ausführungsformen und wie zum Beispiel in 10A-10B gezeigt, basiert nur der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
auf einer virtuellen Halbmotor-BEMF-Kompensationsspannung, und der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
enthält keine BEMF-Kompensation.
12A-12B zeigen ein Flussdiagramm, das ein zweites Verfahren 500 zur Steuerung einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM), auch als doppelt gewickelter Motor 60 bezeichnet, mit einem ersten Wicklungssatz 62a und einem zweiten Wicklungssatz 62b gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das zweite Verfahren 500 kann von dem Motorsteuergerät 70 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich ist, ist die Reihenfolge der Operationen des Verfahrens nicht auf die in den 12A-12B dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, soweit anwendbar, gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. Ein oder mehrere Schritte des zweiten Verfahrens 500 können von dem in 7 dargestellten Motorsteuergerät 200 mit direkter Vorwärtssteuerung ausgeführt werden.
Bei 502 berechnet das zweite Verfahren 500 ein erstes Vorwärtssteuerungssignal 212a auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den ersten Vorwärtskompensationsblock 214a des ersten Vorwärtsstromsteuergeräts 202a implementieren, wie in 7 gezeigt, um das erste Vorwärtssteuerungssignal 212a auf der Grundlage der ersten Motorstrombefehlswerte $I_{d 1}^{*}, I_{q 1}^{*}$
zu erzeugen.
Bei 504 berechnet das zweite Verfahren 500 ein zweites Vorwärtssteuerungssignal 212b auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den zweiten Vorwärtskompensationsblock 214b des zweiten Vorwärtsstromsteuergeräts 202b implementieren, wie in 7 gezeigt, um das zweite Vorwärtssteuerungssignal 212b auf der Grundlage der zweiten Motorstrombefehle $I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
zu erzeugen.
Bei 506 berechnet das zweite Verfahren 500 ein erstes Kopplungskompensationssignal 216a auf der Grundlage des zweiten Motorstrombefehls $I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
und unter Verwendung eines dritten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den ersten Kopplungskompensationsblock 218a implementieren, um das erste Kopplungskompensationssignal 216a durch Anwendung des vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den zweiten Motorstrombefehl $I_{d 2}^{*}, I_{q 2}^{*}$
zu bestimmen.
Bei 508 berechnet das zweite Verfahren 500 ein zweites Kopplungskompensationssignal 216b basierend auf dem ersten Motorstrombefehl $I_{d 1}^{*}, I_{q 1}^{*}$
und unter Verwendung eines vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den zweiten Kopplungskompensationsblock 218b implementieren, um das zweite Kopplungskompensationssignal 216b durch Anwendung des vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren auf den ersten Motorstrombefehl I_d1, $I_{q 1}^{*}$
zu bestimmen.
Bei 510 bestimmt das zweite Verfahren 500 einen ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
auf der Grundlage des ersten Vorwärtssteuerungssignals und des ersten Kopplungskompensationssignals 216a. Zum Beispiel kann das Motorsteuergerät 70 den ersten Additionsblock 208a implementieren, um den ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
(d.h. das erste Wicklungsspannungssignal 106a) als eine Summe des ersten Vorwärtssteuerungssignals 212a und des ersten Kopplungskompensationssignals 216a zu bestimmen.
Bei 512 bestimmt das zweite Verfahren 500 einen zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
auf der Grundlage des zweiten Vorwärtssteuerungssignals und des zweiten Kopplungskompensationssignals. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den zweiten Additionsblock 208b implementieren, um den zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
(d.h. das zweite Wicklungsspannungssignal 106b) als eine Summe des zweiten Vorwärtssteuerungssignals 212b und des zweiten Kopplungskompensationssignals 216b zu bestimmen.
Bei 514 befiehlt das zweite Verfahren 500 auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls ${\bar{V}}_{1}^{*}$
einem ersten Wechselrichter, eine erste Ausgangsspannung V ₁ an den ersten Wicklungssatz 62a anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom I ₁ in dem ersten Wicklungssatz 62a erzeugt wird. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den ersten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
erzeugen und an den ersten Leistungswandler 66a liefern, wodurch der erste Wechselrichter des ersten Leistungswandlers 66a angewiesen wird, die erste Ausgangsspannung V ₁ an den ersten Wicklungssatz 62a anzulegen, wodurch bewirkt wird, dass der erste Ausgangsstrom I ₁ in dem ersten Wicklungssatz 62a erzeugt wird.
Bei 516 befiehlt das zweite Verfahren 500, basierend auf dem zweiten Endspannungsbefehl einem zweiten Wechselrichter, eine zweite Ausgangsspannung V ₂ an den zweiten Wicklungssatz 62b anzulegen und dadurch zu veranlassen, dass ein zweiter Ausgangsstrom I ₂ in dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugt wird. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 den zweiten Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
erzeugen und an den zweiten Leistungswandler 66b liefern, wodurch der zweite Wechselrichter des zweiten Leistungswandlers 66b angewiesen wird, die zweite Ausgangsspannung V ₂ an den zweiten Wicklungssatz 62b anzulegen, wodurch bewirkt wird, dass der zweite Ausgangsstrom I ₂ in dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugt wird.
In einigen Ausführungsformen weisen der erste Ausgangsstrom I ₁ und der zweite Ausgangsstrom I ₂ jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente, I_d1, I_q1, I_d2, I_q2, auf, und mindestens einer des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und/oder des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente I_d1 und die q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der d-Achsen-Komponente I_d2 und der q-Achsen-Komponente I_q2 des zweiten Ausgangsstroms I ₂ entkoppelt werden. Zum Beispiel kann einer oder können mehrere der ersten oder zweiten Sätze von Verstärkungsfaktoren bewirken, dass die d-Achsen-Komponente I_d1 und die q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der d-Achsen-Komponente I_d2 und der q-Achsen-Komponenten I_q2 des zweiten Ausgangsstroms I ₂ entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und/oder des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente I_d1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ von Änderungen der q-Achsen-Komponente I_q1 des ersten Ausgangsstroms I ₁ entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen werden der erste Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
und der zweite Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
jeweils ohne jegliches Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines gemessenen Stroms entweder im ersten Wicklungssatz 62a oder im zweiten Wicklungssatz 62b bestimmt.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das zweite Verfahren 500 eine BEMF-Kompensationsspannung 210a, 210b auf der Grundlage einer geschätzten BEMF, die in dem ersten Wicklungssatz 62a und/oder dem zweiten Wicklungssatz 62b erzeugt wird. Zum Beispiel kann das Motorsteuergerät 70 den ersten BEMF-Kompensationsblock 209a und/oder den zweiten BEMF-Kompensationsblock 209b implementieren, um die BEMF-Kompensationsspannung 210a, 210b zu bestimmen. Der erste Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{1}^{*}$
und/oder der zweite Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{2}^{*}$
können ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung 210a, 210b basieren. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 70 auch einen oder beide der Additionsblöcke 208a, 208b implementieren, um den entsprechenden der Endspannungsbefehle ${\bar{V}}_{1}^{*}, {\bar{V}}_{2}^{*}$
als eine Summe des entsprechenden Vorwärtssteuersignals 212a, 212b, des entsprechenden Kopplungskompensationssignals 216a, 216b und der entsprechenden BEMF-Kompensationsspannung 210a, 210b zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen basiert nur einer von dem positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{p}^{*}$
und dem negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl ${\bar{V}}_{n}^{*}$
weiterhin auf der BEMF-Kompensationsspannung 210a, 210b. Beispielsweise kann entweder der erste BEMF-Kompensationsblock 209a oder der zweite BEMF-Kompensationsblock 209b eine BEMF-Spannung mit Null Volt erzeugen, und der andere von dem ersten BEMF-Kompensationsblock 209a und dem zweiten BEMF-Kompensationsblock 209b kann die gesamte BEMF-Kompensationsspannung für den doppelt gewickelten Motor 60 erzeugen.
In einigen Ausführungsformen enthält der dritte Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder der vierte Satz von Verstärkungsfaktoren mindestens einen Term der gegenseitigen Induktivität, wie z. B. M̃_d oder M̃_q, der eine gegenseitige Induktivität zwischen dem ersten Wicklungssatz 62a und dem zweiten Wicklungssatz 62b darstellt.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein System zur Steuerung einer Synchronmaschine mit zwei Wicklungen einen Prozessor und einen Speicher mit Anweisungen. Bei Ausführung durch den Prozessor veranlassen die Anweisungen den Prozessor zum: Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und eines negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist; Berechnen eines positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls und eines zweiten Endspannungsbefehls durch Anwenden einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl; einem ersten Wechselrichter auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls befehlen, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und einem zweiten Wechselrichter auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls befehlen, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen weisen der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen bewirken sowohl der erste Satz von Verstärkungsfaktoren als auch der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren zusammen, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Berechnung des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung von mindestens einem Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Berechnung des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung von mindestens einem Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl.
In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor außerdem dazu, eine Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF des positiven virtuellen Halbmotors zu berechnen. In einigen Ausführungsformen basiert der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl und/oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl weiterhin auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen basiert nur entweder der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl weiterhin auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM) mit einem ersten Wicklungssatz und einem zweiten Wicklungssatz: Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und eines negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist; Berechnen eines positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls basierend auf dem negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls basierend auf dem positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl; Bestimmen eines negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls und eines zweiten Endspannungsbefehls durch Anwenden einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl; Anweisen, basierend auf dem ersten Endspannungsbefehl, eines ersten Wechselrichters, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und Anweisen, basierend auf dem zweiten Endspannungsbefehl, eines zweiten Wechselrichters, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen weisen der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen bewirken sowohl der erste Satz von Verstärkungsfaktoren als auch der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren zusammen, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Berechnung des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung von mindestens einem Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Berechnung des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung von mindestens einem Teil des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner die Berechnung einer Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF des positiven virtuellen Halbmotors. In einigen Ausführungsformen basiert der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl und/oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen basiert ferner nur entweder der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM) mit einem ersten Wicklungssatz und einem zweiten Wicklungssatz: Berechnen eines ersten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines ersten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des zweiten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines dritten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des ersten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des ersten Vorwärtssteuerungssignals und des ersten Kopplungskompensationssignals; Bestimmen eines zweiten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des zweiten Vorwärtssteuerungssignals und des zweiten Kopplungskompensationssignals; Anweisen eines ersten Wechselrichters auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und Anweisen eines zweiten Wechselrichters auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen weisen der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente auf, und mindestens einer aus dem dritten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem vierten Satz von Verstärkungsfaktoren ist so konfiguriert, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens einer des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren so konfiguriert, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
In einigen Ausführungsformen werden der erste Endspannungsbefehl und der zweite Endspannungsbefehl jeweils ohne Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines gemessenen Stroms entweder im ersten Wicklungssatz oder im zweiten Wicklungssatz bestimmt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen einer Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF, die in dem ersten und/oder zweiten Wicklungssatz erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen basiert ferner der erste Endspannungsbefehl und/oder der zweite Endspannungsbefehl auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen basiert nur entweder der erste Endspannungsbefehle oder der zweite Endspannungsbefehl auf der BEMF-Kompensationsspannung.
In einigen Ausführungsformen enthält der dritte Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder der vierte Satz von Verstärkungsfaktoren mindestens einen Term der gegenseitigen Induktivität, der eine gegenseitige Induktivität zwischen dem ersten Wicklungssatz und dem zweiten Wicklungssatz darstellt.
Die obigen Ausführungen sollen die Grundsätze und verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung 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 hier als „Beispiel“ beschriebene Aspekt oder Entwurf ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen zu verstehen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ und nicht ein ausschließendes „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X schließt A oder B ein“ jede der natürlichen, einschließenden 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, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben oder aus dem Kontext geht eindeutig hervor, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ oder „die eine Implementierung“ nicht gleichbedeutend mit derselben Ausführungsform oder Implementierung, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Die hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Bei der Hardware kann es sich beispielsweise um Computer, Kerne aus geistigem Eigentum (IP), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikarrays, optische Prozessoren, programmierbare Logiksteuerungen, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung handeln. In den Ansprüchen ist der Begriff „Prozessor“ so zu verstehen, dass er jede der vorgenannten Hardware entweder einzeln oder in Kombination umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
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 einem Steuergerät (z. B. einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt) ausgeführt werden können, Verarbeitungsschaltungen, die für die Ausführung einer bestimmten Funktion konfiguriert sind, und eine in sich geschlossene Hardware- oder Softwarekomponente, die eine Schnittstelle zu einem größeren System bildet. Ein Modul kann beispielsweise einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), einen Schaltkreis, einen digitalen Logikschaltkreis, einen analogen Schaltkreis, 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, in dem Anweisungen gespeichert sind, die von einem Steuergerät ausgeführt werden können, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
In einem Aspekt können die hier beschriebenen Systeme ferner beispielsweise mit einem Allzweckcomputer oder einem Allzweckprozessor mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei seiner Ausführung die jeweiligen hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann z. B. ein Spezialcomputer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Darüber hinaus können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium zugänglich ist. Ein computerverwendbares 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, übermitteln oder transportieren kann. Das Medium kann beispielsweise 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 fallen, wobei der Anwendungsbereich so weit wie möglich auszulegen ist, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

System zur Steuerung einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM) mit einem ersten Wicklungssatz und einem zweiten Wicklungssatz, wobei das System umfasst: einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: einen positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl und einen negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, zu bestimmen; einen positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren zu berechnen; einen negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehl auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren zu berechnen; einen positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls zu bestimmen; einen negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls zu bestimmen; einen ersten Endspannungsbefehl und einen zweiten Endspannungsbefehl durch Anwendung einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl zu bestimmen; einem ersten Wechselrichter auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls zu befehlen, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und einem zweiten Wechselrichter auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls zu befehlen, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein zweiter Ausgangsstrom in dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird, wobei der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente aufweisen und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren so konfiguriert ist, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Verstärkungsfaktoren und/oder der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert sind, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
System nach Anspruch 1, wobei sowohl der erste Satz von Verstärkungsfaktoren als auch der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren zusammen bewirken, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
System nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls das Anwenden mindestens eines Teils des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls das Anwenden mindestens eines Teils des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner den Prozessor dazu veranlassen, eine Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF des positiven virtuellen Halbmotors zu berechnen, und wobei der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl und/oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung basieren.
System nach Anspruch 6, wobei nur entweder der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung basiert.
Verfahren zum Steuern einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM) mit einem ersten Wicklungssatz und einem zweiten Wicklungssatz, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und eines negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist; Berechnen eines positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls und eines zweiten Endspannungsbefehls durch Anwenden einer zweiten mathematischen Transformation auf den positiven virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl und den negativen virtuellen Halbmotor-Endspannungsbefehl; Anweisen eines ersten Wechselrichters auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass ein erster Ausgangsstrom in dem ersten Wicklungssatz erzeugt wird; und Anweisen eines zweiten Wechselrichters, auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass in dem zweiten Wicklungssatz ein zweiter Ausgangsstrom erzeugt wird, wobei der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente aufweisen und mindestens einer aus dem ersten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem zweiten Satz von Verstärkungsfaktoren so konfiguriert ist, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponente des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren ferner so konfiguriert ist, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei sowohl der erste Satz von Verstärkungsfaktoren als auch der zweite Satz von Verstärkungsfaktoren zusammen bewirken, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Berechnung des positiven virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des positiven virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung mindestens eines Teils des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den positiven virtuellen Halbmotorstrombefehl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Berechnen des negativen virtuellen Halbmotor-Vorwärtspfad-Spannungsbefehls auf der Grundlage des negativen virtuellen Halbmotorstrombefehls die Anwendung mindestens eines Teils des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren direkt auf den negativen virtuellen Halbmotorstrombefehl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Berechnen einer Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF des positiven virtuellen Halbmotors umfasst, und wobei der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl und/oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung basieren.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei nur entweder der positive virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl oder der negative virtuelle Halbmotor-Endspannungsbefehl ferner auf der BEMF-Kompensationsspannung basiert.
Verfahren zum Steuern einer doppelt gewickelten Synchronmaschine (DWSM) mit einem ersten Wicklungssatz und einem zweiten Wicklungssatz, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines ersten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines ersten Motorstrombefehls, der dem ersten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Vorwärtssteuerungssignals auf der Grundlage eines zweiten Motorstrombefehls, der dem zweiten Wicklungssatz zugeordnet ist, und unter Verwendung eines zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines ersten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des zweiten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines dritten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Berechnen eines zweiten Kopplungskompensationssignals auf der Grundlage des ersten Motorstrombefehls und unter Verwendung eines vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren; Bestimmen eines ersten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des ersten Vorwärtssteuerungssignals und des ersten Kopplungskompensationssignals; Bestimmen eines zweiten Endspannungsbefehls auf der Grundlage des zweiten Vorwärtssteuerungssignals und des zweiten Kopplungskompensationssignals; Anweisen eines ersten Wechselrichters auf der Grundlage des ersten Endspannungsbefehls, eine erste Ausgangsspannung an den ersten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass in dem ersten Wicklungssatz ein erster Ausgangsstrom erzeugt wird; und Anweisen eines zweiten Wechselrichters auf der Grundlage des zweiten Endspannungsbefehls, eine zweite Ausgangsspannung an den zweiten Wicklungssatz anzulegen und dadurch zu bewirken, dass in dem zweiten Wicklungssatz ein zweiter Ausgangsstrom erzeugt wird, wobei der erste Ausgangsstrom und der zweite Ausgangsstrom jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente aufweisen und mindestens einer aus dem dritten Satz von Verstärkungsfaktoren und dem vierten Satz von Verstärkungsfaktoren so konfiguriert ist, dass er bewirkt, dass die d-Achsen-Komponente und die q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des zweiten Ausgangsstroms entkoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens einer des ersten Satzes von Verstärkungsfaktoren und des zweiten Satzes von Verstärkungsfaktoren so konfiguriert ist, dass bewirkt wird, dass die d-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms von Änderungen der q-Achsen-Komponente des ersten Ausgangsstroms entkoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der erste Endspannungsbefehl und der zweite Endspannungsbefehl jeweils ohne jegliches Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines gemessenen Stroms in entweder dem ersten Wicklungssatz oder dem zweiten Wicklungssatz bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Bestimmen einer Kompensationsspannung für die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) auf der Grundlage einer geschätzten BEMF, die in dem ersten Wicklungssatz und/oder dem zweiten Wicklungssatz erzeugt wird, und wobei der erste Endspannungsbefehl und/oder der zweite Endspannungsbefehl außerdem auf der BEMF-Kompensationsspannung basieren.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei nur entweder der erste oder der zweite Endspannungsbefehl auf der BEMF-Kompensationsspannung basiert.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei mindestens einer des dritten Satzes von Verstärkungsfaktoren und des vierten Satzes von Verstärkungsfaktoren mindestens einen gegenseitigen Induktivitätsterm enthält, der eine gegenseitige Induktivität zwischen dem ersten Wicklungssatz und dem zweiten Wicklungssatz darstellt.