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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treiberschaltkreis für einen Elektromotor, der in der Lage ist, einen nicht wechselseitig störenden Verarbeitungsvorgang (Entkopplungs-Verarbeitungsvorgang) durchzuführen, bei dem eine d-Achsen-Steuerung und eine q-Achsen-Steuerung unabhängig voneinander durchgeführt werden, und betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung dieses Motortreiberschaltkreises.
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Als ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors ist eine Vektorsteuerung bekannt. Bei der Vektorsteuerung wird ein Motortreiberstrom so gesteuert, daß ein d-Achsen-Strom und ein q-Achsen-Strom, welche eine Erregerstromkomponente bzw. eine Drehmomentstromkomponente des Motorantriebsstromes sind, unabhängig voneinander gesteuert werden.
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Es ist auch eine Rückkopplungssteuerung bekannt zur Steuerung der Drehung eines Elektromotors, wobei ein Ausgangsstrom des Motors erfaßt wird und der Motor in einer Rückkopplungsweise auf der Grundlage des erfaßten Ausgangsstromes gesteuert wird. Diese Rückkopplungssteuerung verwendet einen störungsfreien Prozessor (Entkopplungs-Prozessor), der so betreibbar ist, daß er einen Entkopplungs-Bearbeitungsvorgang am Ausgangsstrom und einer Eingangsspannung des Motors durchführen kann.
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Wie im Detail bezugnehmend auf 4 zu sehen ist, ist dort ein Steuerschaltkreis für einen Elektromotor 20 nach dem Stand der Technik dargestellt. Bei diesem Steuerschaltkreis wird ein Ausgangsstrom des Elektromotors 20 von einem Stromdetektor 22 erfaßt. Der Motor 20 ist ein dreiphasiger Motor mit Permanentmagneten, der durch einen dreiphasigen Wechselstrom betrieben wird, der an die dreiphasigen Spulendes Stators angelegt wird. Der Stromdetektor 22 ist dafür vorgesehen, den elektrischen Strom einer jeden Phase zu erfassen und um den erfaßten Strom in Ströme in einem d-q-Koordinatensystem umzuwandeln, welches durch eine d-Achse eines Rotors des Motors und einer q-Achse definiert ist, welche senkrecht zur d-Achse ist. Der Rotor wird um die d-Achse synchron mit einem Magnetfluß gedreht, der durch einen Permanentmagneten erzeugt wird, und zwar in Richtung des Magnetflusses. Der d-Achsen-Strom (Erregerstromkomponente) wird durch ”id” wiedergegeben und der q-Achsen-Strom (Drehmomentstromkomponente) wird durch ”iq” wiedergegeben.
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Die erfaßten d-Achsen-Stromwerte ”id” und ”iq” werden an eine Differenzberechnungsvorrichtung 10 gegeben, an welchen auch ein Soll-d-Achsen-Stromwert und ein Soll-q-Achsen-Stromwert angelegt ist. Die Differenzberechnungsvorrichtung 10 ist dafür vorgesehen, Differenzen oder Fehler zwischen den erkannten d-Achsen- und q-Achsen-Werten und den entsprechenden Soll-Werten zu erfassen.
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Auf der Grundlage der erhaltenen Differenzen erzeugt eine Stromsteuerung 12 Spannungssteuerwerte für die d-Achse und die q-Achse. Die Spannungssteuerwerte sind dafür vorgesehen, die Differenz zwischen den Soll- und erfaßten d-Achsen-Stromwerten und der Differenz zwischen den befohlenen und erfaßten Stromwerten zu beseitigen oder auf Null zu bringen.
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Gleichzeitig wird der erfaßte d-Achsen-Strom ”id” und der q-Achsen-Strom ”iq” ebenfalls an einen nicht störenden Prozessor (Entkopplungs-Prozessor) 14 (noninterference processor) angelegt, der dafür ausgelegt ist, einen bestimmten arithmetischen Vorgang durchzuführen, um Spannungen vd und vq entsprechend den Spannungen der d-Achse und der q-Achse zu erzeugen. Diese Spannungswerte vd und vq werden an eine Differenzberechnungsvorrichtung 16 angelegt, der dafür ausgelegt ist, die Spannungswerte vd und vq zu Steuer-Spannungswerten ud und uq zu addieren, welche die Differenzen widergegeben, die von der Differenzberechnungsvorrichtung 16 erhalten wurden. Die Steuer-Spannungswerte oder Spannungsbefehlswerte (comanded voltage values) wurden bezüglich der d-Achse und q-Achse einer Entkopplungs-Verarbeitung unterworfen. Der Entkopplungs-Prozessor 14 wird durch eine Gleichung (4) gemäß nachfolgender Beschreibung widergegeben.
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Die Steuer-Werte der d-Achse und q-Achse, welche von der Differenzberechnungsvorrichtung
16 erhalten worden sind, werden von einem Dreiphasenwandler
24 in Steuer-Wechselspannungswerte für die drei Phasen U, V und W umgewandelt und diese Steuer-Wechselspannungswerte werden an einen Inverter
18 angelegt. Der Inverter
18 führt eine PWM-Steuerung (Pulsbreitenmodulation) auf der Grundlage der Steuer-Wechselspannungswerte und einer Trägerwelle (einer Zerhackerwelle/chopping wave) durch, um einen Schalttransistor zur Steuerung einer Anschlußspannung für jede Phase des Motors
20 zu steuern. Der Motor
20 wird durch die folgende Gleichung (3) wiedergegeben, wohingegen der Entkopplungs-Prozessor
14 durch die ebenfalls folgende Gleichung (4) wiedergegeben wird:
wobei:
- id:
- d-Achsen-Strom,
- iq:
- q-Achsen-Strom,
- vd:
- d-Achsen-Spannung (tatsächlich an den Motor angelegt),
- vq:
- q-Achsen-Spannung (tatsächlich an den Motor angelegt),
- Ld:
- d-Achsen-Induktanz,
- Lq:
- q-Achsen-Induktanz,
- R:
- elektrischer Widerstand des Motors,
- ω:
- Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors, und
- Φ:
- magnetischer Fluss des Rotors des Motors.
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Wenn die Werte uu, uv und uw für die drei Phasen U, V und W, erhalten durch Umwandlung der Steuer-Spannungswerte
vd und
vq gleich oder kleiner als die Spannungswerte sind, welche dem Invertierer angelegt werden, werden die Steuer-Spannungswerte
vd und
vq und die Spannungwerte vd und vq, welche tatsächlich an den Motor angelegt werden, als im wesentlichen gleich zueinander betrachtet. Infolge dessen kann ein System bestehend aus dem Entkopplungs-Prozessor, dem Motor, dem Inverter etc., welches die Steuer-Spannungswerte ud und uq am Eingang empfängt, durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben werden:
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Somit hängen die Werte ud und uq, welche von dem Entkopplungs-Prozessor 14 zu erhalten sind, von den Werten der Ströme ab, welche der anderen Achse zugeordnet sind, d. h., ud hängt nicht von iq ab und uq hängt nicht von id ab. Somit kann die Motorantriebssteuerung so durchgeführt werden, daß die d-Achsen-Steuerung und die q-Achsen-Steuerung unabhängig voneinander bewirkt werden.
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Bei der Steuerung des Motors wird ein Term entsprechend einer drehzahlabhängigen elektromotorischen Kraft (speed electromotive force) als ein Störungsterm verwendet und der Entkopplungs-Prozessor 14 ist so angeordnet, daß er einen Prozeßvorgang zur Beseitigung dieser drehzahlabhängigen elektromotorischen Kraft durchführt. Somit macht die Verwendung des Entkopplungs-Prozessors 14 es möglich, die Entkopplungs-Verarbeitung an den Spannungsbefehlen durchzuführen. Insbesondere erlaubt das Verfahren unter Verwendung des Entkopplungs-Prozessors 14 die Handhabung eines Steuerobjektes als ein System mit einem einzelnen Eingang und einem einzelnen Ausgang beim Fehlen eines nicht störenden Terms und erlaubt somit eine einfache Auslegung des Steuersystems. Die Verwendung des Entkopplungs-Prozessors 14 hat einen weiteren Vorteil insofern, als eine Resonanz in dem Motor, welche durch den Störungsterm bewirkt wird, und welche bei einer Frequenz nahe der Betriebsfrequenz des Motors auftritt, durch den nicht störenden Bearbeitungsvorgang entfernt werden kann, was zu eine Verbesserung der Steuerleistung bei einer Frequenz abweichend von der Resonanzfrequenz führt.
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Der Entkopplungs-Prozessor 14 gemäß obiger Beschreibung hat jedoch die Voraussetzung, daß die Werte uu, uv und uw für die drei Phasen U, V und W, welche durch Umwandlung der Steuer-Spannungswerte vd und vq erhalten werden, gleich oder kleiner als der Spannungswert sind, der an den Inverter angelegt wird.
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Bei der tatsächlichen Steuerung des Motors ist die an den Inverter angelegte Spannung durch eine elektrische Energiequelle beschränkt oder eingeschränkt, von der die Spannung an den Inverter angelegt wird. Wenn der Motor insbesondere in einem Elektrofahrzeug verwendet wird, wird als elektrische Energiequelle eine Batterie verwendet und die an den Inverter angelegte Spannung wird durch die Batteriespannung bestimmt. Wenn daher die Werte uu, uv und uw für die drei Phasen U, V und W, erhalten durch Umwandlung der Steuer-Spannungswerte vd und vq auf einen Wert gleich oder höher als die Leitungsspannung (Vmax) der Batterie erhöht werden, können als Ergebnis des Anwachsens der Werte uu, uv und uw die Spannungswerte vd und vq, welche tatsächlich an dem Motor angelegt werden, nicht gleich den Steuer-Spannungswerten vd und vq zu jedem momentanen Zeitpunkt während der Steuerung des Motors gemacht werden, so daß eine geeignete nicht lineare Kompensation der tatsächlichen Spannungswerte vd und vq notwendig ist. Beispielsweise werden die tatsächlichen Spannungswerte vd und vq einer nicht linearen Kompensation gemäß den folgenden Gleichungen unterworfen: vd = fd(vd, Vmax) vq = fq(vq, Vmax)
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In diesem Fall ist die obengenannte Voraussetzung nicht erfüllt, d. h. die Steuer-Spannungswerte vd und vq und die Spannungswerte vd und vq, welche tatsächlich an den Motor angelegt werden, können nicht als gleich zueinander betrachtet werden. Von daher kann das System, welches aus dem Entkopplungs-Prozessor, dem Motor, dem Inverter, etc. besteht und welches die Steuer-Spannungswerte ud und uq als Eingang empfängt, nicht durch die obige Gleichung (5) wiedergegeben werden, wo der Entkopplungs-Prozessor zur Verhinderung der Störung gemäß obiger Beschreibung angeordnet ist. Die 5a und 5b zeigen Beispiele von Änderungen des d-Achsen-Stroms id und des q-Achsen-Stroms iq, wenn die oben genannte Voraussetzung für den Entkopplungs-Prozessor 14 nicht erfüllt ist. Man erkennt aus den 5a und 5b, daß die Motorströme id und iq unter Schwingungen beim Vorhandensein des Störungsterms leiden.
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Die
EP 0 119 583 A1 offenbart einen Treiberschaltkreis zum Betreiben eines Permanentmagnet-Elektromotors mit einem Inverter zur Erzeugung eines elektrischen Stromes, der an den Motor anzulegen ist, entsprechend einem daran angelegten Steuer-Spannungswert; einer Erkennungsvorrichtung für den Motorantriebstrom, um den Antriebstrom des Motors zu erkennen; einer Stromerkennungsvorrichtung, welche betreibbar ist, um einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom zu erkennen, welche jeweils eine Erregerstromkomponente bzw. eine Drehmomentstromkomponente des erkannten Antriebsstromes sind; einer Stromdifferenz-Berechnungsvorrichtung zur Berechnung einer d-Achsen-Stromdifferenz zwischen dem erkannten d-Achsen-Strom und einem Soll-d-Achsen-Stromwert und einer q-Achsen-Stromdifferenz zwischen dem erkannten q-Achsen-Strom und einem Soll-q-Achsen-Stromwert; und einer Invertersteuervorrichtung zum Steuern des Inverters auf der Grundlage von berechneten d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignalen, so dass die d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignale auf Null gebracht werden.
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Die
DE 44 18 997 C2 beschreibt eine feldorientierte Regelung für einen über einen Spannungs-Pulswechselrichter gespeisten Drehstrommotor, mit einem digitalen Stromregler für die Komponenten des Stromvektors im feldorientierten Koordinatensystem, der jeweils komponentenweise die Kreuzkopplungen zwischen den Komponenten durch wechselseitige Verarbeitung in den entsprechenden Achsen kompensiert und sie in einer Zwischensumme berücksichtigt, und in Betriebszuständen ohne Ständer-Spannungsbegrenzung die Zwischensumme und die zeitverzögerte Regler-Ausgangsgröße vorausgehender Zeitpunkte zu der aktuellen Regler-Ausgangsgröße aufsummiert und so die Zwischensumme zu der Regler-Ausgangsgröße akkumuliert, mit einer dem Stromregler nachgeschalteten Begrenzung, die die Regler-Ausgangsgröße in die jeweilige Soll-Spannungskomponente umwandelt und so begrenzt, dass der Betrag des Spannungsvektors die vom Wechselrichter abgebbare Spannung nicht übersteigt, wobei jeweils die Differenz zwischen der begrenzten Soll-Spannungskomponente und der unbegrenzten Soll-Spannungskomponente gebildet wird und dem Stromreglereingang aufgeschaltet wird, und wobei der Stromregler in Betriebszuständen mit Ständer-Spannungsbegrenzung statt der Regler-Ausgangsgröße eine aus der begrenzten Soll-Spannungskomponente gewonnene Ersatzgröße verwendet, zeitverzögert, und mit der Zwischensumme zu der aktuellen Regler-Ausgangsgröße aufsummiert.
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In Jinwhan Jung; Kwanghee Nam: „A Dynamic Decoupling Control Scheme for High-Speed Operation of Induction Motors” in Industrial Electronics, IEEE Transactions, Band 46, Februar 1999, Seiten 100 bis 110, wird ein Steuerschema zur dynamischen Entkopplung für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb von Induktionsmotoren beschrieben. Es wird eine Entkopplung zwischen den d-q-Stromdynamiken durchgeführt. Weiterhin wird die d-Achsen-Spannung verwendet, um den q-Achsen-Strom zu steuern, während die q-Achsen-Spannung verwendet wird, um den d-Achsen-Strom zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben genannten Nachteiles gemacht. Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motortreiberschaltkreis und ein Verfahren zur Steuerung des Motortreiberschaltkreises bereitzustellen, wobei der Schaltkreis bzw. das Verfahren es möglich machen, eine Störung zwischen dem Ausgangstrom und der Eingangsspannung eines Elektromotors im wesentlichen zu verhindern, selbst wenn der Spannungswert Vmax niedriger als die befohlenen Spannungswerte oder Sollwerte uu, uv und uw werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Motortreiberschaltkreis gemäß Anspruch 1 bzw. durch das Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die jeweiligen Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt haben.
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Der Motortreiberschaltkreis und das Verfahren zur Steuerung dieses Motortreiberschaltkreises sind so angeordnet bzw. ausgelegt, das d-Achsen-Differenzsignal zu berechnen, welches von der q-Achsen-Eingangsspannung des Motors nicht beeinflußt wird und welches von der d-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt wird und das q-Achsen-Differenzsignal zu berechnen, welches nicht von der d-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt ist und welches von der q-Achsen-Eingangsspannung beinflußt ist. Infolge dessen stören die Eingangsspannung, welche tatsächlich an den Motor angelegt wird und der Ausgang der Entkopplungs-Bearbeitungsvorrichtung einander nicht. Diese Anordnung benötigt nicht die übliche Voraussetzung, daß die Werte uu, uv und uw für die drei Phasen U, V und W, erhalten durch Umwandlung der Steuer-Spannungswerte vd und vq gleich oder kleiner als der Spannungswert sind, der an den Inverter angelegt wird. Infolgedessen kann eine wechselseitige Störung auch dann verhindert werden, wenn die oben genannte Voraussetzung nicht erfüllt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung dafür ausgelegt, einen Wert xd als d-Achsen-Differenzsignal und einen Wert xq als q-Achsen-Differenzsignal zu erzeugen, wobei die Werte xd und xq durch die noch zu beschreibenden jeweiligen Gleichungen (6) und (7) wiedergegeben sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung auf der Grundlage der berechneten d-Achsen- und q-Achsen-Stromdifferenzen betreibbar, um das obengenannte d-Achsen-Differenzsignal und das oben genannte q-Achsen-Differenzsignal in einem niedrigen Frequenzbereich zu berechnen, so daß die Steuerung den Inverter auf der Grundlage der berechneten d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignale steuert, so daß die d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignale auf Null gebracht werden.
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Bei der genannten vorteilhaften Anordnung oder Ausführungsform ist die Steuerung bevorzugt dafür ausgelegt, einen Wert xd als d-Achsen-Differenzsignal und einen Wert xq als q-Achsen-Differenzsignal zu erzeugen, wobei die Werte xd und xq durch die nachfolgend noch zu beschreibende Gleichung (12) wiedergegeben werden.
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Im obigen Fall berechnet die Steuerung die d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignale gemäß obiger Beschreibung auch in einem relativ niedrigen Frequenzbereich, so daß eine wechselseitige Störung oder Interferenz zwischen der Eingangsspannung des Motors und dem Ausgang eines Entkopplungs-Prozessors der Steuerung in dem relativ niedrigen Frequenzbereich durch eine vergleichsweise einfache Berechnung im wesentlichen verhindert werden kann.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung momentan bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein Blockdiagramm einer Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2a eine Ansicht, welche eine Änderung eines d-Achsen-Stroms id über die Zeit in der ersten Ausführungsform darstellt;
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2b eine Ansicht, welche eine Änderung eines q-Achsen-Stroms iq über die Zeit in der ersten Ausführungsform darstellt;
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3a eine Ansicht, welche Übertragungsfunktionen von vd nach xd und von vq nach xd in einem Entkopplungs-Verarbeitungsvorgang in den ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
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3b eine Ansicht, welche Übertragungsfunktionen von vd nach xq und von vq nach xq in einem Entkopplungs-Verarbeitungsvorgang zeigt,
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4 ein Blockdiagramm einer Anordnung nach dem Stand der Technik;
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5a eine Ansicht, welche eine Änderung des d-Achsen-Stromes id über die Zeit im Stand der Technik zeigt; und
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5b eine Ansicht, welche eine Änderung des q-Achsen-Stromes iq über die Zeit im Stand der Technik zeigt;
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Bezugnehemend auf die beigefügte Zeichnung werden momentan bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Das Blockdiagramm von 1 zeigt eine Anordnung eines Motortreiberschaltkreises bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein d-Achsen-Strom id und ein q-Achsen-Strom einer jeden Phase eines Permanentmagnet-Elektromotors 20 von einem Stromdetektor 22 erfaßt werden und der erfaßte d-Achsen-Strom id und der q-Achsen-Strom iq werden einer Differenzberechnungsvorrichtung 10 zugeführt. Die Differenzberechnungsvorrichtung 10 empfängt befohlene oder Soll-Stromwerte idr und iqr, welche beispielsweise von einem externen Mikrocomputer erzeugt werden. Die Differenzberechnungsvorrichtung 10 ist dafür ausgelegt, eine Differenz (idr – id) zwischen dem Soll-Stromwert idr und dem erkannten oder erfaßten d-Achsen-Stromwert id und eine Differenz (iqr – iq) zwischen den Soll-Stromwert iqr und dem erfaßten q-Achsen-Stromwert iq zu berechnen. Die berechneten Differenzen werden einem nicht störenden Prozessor (Entkopplungsprozessor) 30 zugeführt, der dafür ausgelegt ist, einen Differenzialausgang xd und eine Differenzialausgang xq auf der Grundlage dieser Differenzen zu berechnen. Der Differenzialausgang xd entspricht dem d-Achsen-Stromwert, der einer Entkopplungs-Verarbeitung unterworfen wurde, während der Differenzialausgang xq dem q-Achsen-Stromwert entspricht, der der Entkopplungs-Verarbeitung unterworfen wurde.
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Die Differenzialausgänge xd und xq, welche von dem Entkopplungs-Prozessor 30 berechnet wurden, werden einer Stromsteuerung 32 angelegt, welche dafür ausgelegt ist, einen arithmetischen Vorgang zur Berechnung der Steuer-Spannungswerte vd und vq durchzuführen, welche bewirken, daß die Differenzialausgänge xd und xq auf Null gebracht werden. Die berechneten Steuer-Spannungswerte vd und vq werden von einem dreiphasigen Wandler 24 in Werte für die drei Phasen umgewandelt, welche an den Inverter 18 gegeben werden. Im Ergebnis wird der Inverter 18 so gesteuert, daß die Differenzialausgänge xd und xq auf Null gebracht werden. Mit anderen Worten, die EIN- und AUS-Zustände des Schalttransistors im Inverter 18 werden so gesteuert, daß geeignet gesteuerte elektrische Ströme an die Spulen der drei Phasen des dreiphasigen Motors 20 angelegt werden. Die Anschlußspannung des Motors wird durch eine PWM-Steuerung mit dem Schaltverhältnis des Schalttransistors des Inverters 18 in Antwort auf das Steuersignal durchgeführt, welches von der Stromsteuerschaltung 32 und der nicht linearen Funktion gemäß obiger Beschreibung erhalten wird. Der Treiberstrom oder Antriebstrom wird vom Inverter 18 dem Motor 20 auf oben beschriebene Weise zugeführt und der Betrieb des Motors 20 wird auf der Grundlage der Soll-Stromwerte idr und iqr gesteuert. Insbesondere ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdifferenzen (idr – id) und (iqr – iq) einer Entkopplungs-Verarbeitung durch den Entkopplungs-Prozessor 30 unterworfen sind, um die Differenzialausgänge xd und xq zu erhalten, welche voneinander unabhängig sind (einander nicht gegenseitig stören) und welche unabhängig voneinander gesteuert werden können.
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[Erste Ausführungsform]
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Beschrieben wird der wesentliche Inhalt oder die Substanz des Entkopplungs-Prozessors
30. Dieser Entkopplungs-Prozessor
30 führt einen Verarbeitungsvorgang durch, der durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben ist:
wobei:
- id:
- d-Achsen-Strom,
- iq:
- q-Achsen-Strom,
- idr:
- Soll-d-Achsen-Stromwert,
- iqr:
- Soll-q-Achsen-Stromwert,
- vd:
- d-Achsen-Spannung (tatsächlich an den Motor angelegt),
- vq:
- q-Achsen-Spannung (tatsächlich an den Motor angelegt),
- Ld:
- d-Achsen-Induktanz,
- Lq:
- q-Achsen-Induktanz,
- R:
- elektrischer Widerstand des Motors 20,
- ω:
- Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors 20,
- Φ:
- magnetischer Fluss des Rotors des Motors 20,
- xd:
- d-Achsen-Differenzialausgang vom Prozessor 30,
- xq:
- q-Achsen-Differenzialausgang vom Prozessor 30,
- jd:
- d-Achsen-Zustandsquantität des Prozessors 30,
- jq:
- q-Achsen-Zustandsquantität des Prozessors 30, und
- ωd:
- Koeffizient.
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Gemäß den obigen Gleichungen (6) und (7) werden die Stromdifferenzen (idr – id) und (iqr – iq) in die Differenzialausgänge xd und xq umgewandelt.
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Durch Anlegen dieser Differenzialausgänge xd und xq an die obige Gleichung (3) des Motors 20 ergibt sich, daß die Differenzialausgänge xd und xq der Entkopplungs-Verarbeitung unterworfen worden sind, so daß sie einander nicht gegenseitig beeinflussen. Dieser Aspekt wird weiter ausgeführt.
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Anfänglich wird die obige Gleichung (3) in die folgende Gleichung (8) durch die Laplace Transformation umgewandelt:
- £():
- Laplace Transformation.
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Der dritte Term im rechten Teil der Gleichung (3) wird in der oben beschriebenen Gleichung (8) beseitigt.
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Andererseits, die obige Gleichung (4) des Entkopplungs-Prozessors
30 wird in der folgenden Gleichung (9) durch die Laplace-Transformation umgewandelt:
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In der obigen Gleichung (9) werden die Soll-Stromwerte idr und iqr auf Null gebracht, da diese Werte der Entkopplungs-Verarbeitung durch den Prozessor
30 nicht zugehörig sind. Die folgende Gleichung (10) kann aus den obigen Gleichungen (8) und (9) abgeleitet werden
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Die obige Gleichung (10) kann in die folgende Gleichung (11) vereinfacht werden:
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Man erkennt, daß die Werte X und V sich nicht einander gegenseitig beeinflussen oder stören. Insbesondere hängen die Werte xd und xq von den Werten ab, welche ihren jeweiligen anderen Achsen zugeordnet sind, d. h. xd ist nicht abhängig von von vq und iq ist nicht abhängig von vd.
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Die 2a und 2b zeigen Beispiele einer Steuerung des Motors 20 in einem Sättigungsspannungsbereich (in welchem der Steuer-Spannungswert gleich oder größer als der Maximalwert ist) gemäß der ersten vorliegenden Ausführungsform. Man erkennt, daß die Motorstromwerte id und iq exakt den Sollwerten folgend gesteuert werden aufgrund des Entkopplungs-Verarbeitungsvorganges, der durch den Entkopplungs-Prozessor 30 durchgeführt wird. In den 2a und 2b bezeichnen gestrichelte Linien die Soll-Stromwerte, wohingegen durchgezogene Linien die tatsächlichen oder momentanen Stromwerte des Motors 20 bezeichnen.
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[Zweite Ausführungsform]
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Der Entkopplungs-Prozessor 30 kann eine Anordnung haben, welche durch die folgende Gleichung (12) wiedergegeben ist.
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Es versteht sich, daß ein Störungsterm in Gleichung (12) verbleibt. Jedoch gilt xd = R(idr – id) + ωLq(iqr – iq) und xq = –ωLd(idr – id) + R(iqr – iq). Somit wird die Stromdifferenz auf der gleichen Achse multipliziert mit dem elektrischen Widerstand R, während die Stromdifferenz auf der anderen Achse mit der Winkelgeschwindigkeit und der Induktanz multipliziert wird. Infolgedessen ist ein Einfluß der Stromdifferenz auf der anderen Achse bei einer relativ niedrigen Frequenz vergleichsweise gering. Die Störung oder Interferenz zwischen den d-Achsen- und q-Achsen-Stromdifferenzen ist im Hinblick auf allgemeine physikalische Spezifikationen des Motors 20 und der Drehzahl dessen Rotors im wesentlichen beseitigt.
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Die 3a und 3b zeigen die Abhängigkeit von der Frequenz, wenn der Motor 20 durch die Treiberschaltkreise gemäß der ersten und zweiten Ausführungsformen gesteuert wird. In den 3a und 3b bezeichnen durchgezogene Linien die erste Ausführungsform, wohingegen gestrichelte Linien die zweite Ausführungsform bezeichnen. In der graphischen Darstellung von 3a sind Größen (Einheit: dB) von Übertragungsfunktionen von der d-Achsen-Spannung vd zu dem d-Achsen-Differenzialausgang xd und von der q-Achsen-Spannung vq zu dem d-Achsen-Differenzialausgang xd entlang der Ordinate aufgeführt. In der Graphik von 3b sind Größen (Einheit: dB) von Übertragungsfunktionen von der d-Achsen-Spannung vd zum q-Achsen-Differenzialausgang xq und von der q-Achsen-Spannung vq zum q-Achsen-Differenzialausgang xq entlang der Ordinate aufgeführt. Man erkennt aus den 3a und 3b, daß der Motor 20 bei einer Frequenz nicht niedriger als 100 Hz adäquat gesteuert werden kann, und zwar sowohl in der ersten als auch der zweiten Ausführungsform.
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Gestrichelte Linien in den 3a und 3b zeigen auch die Abhängigkeit des Störungsterms von der Frequenz. Man erkennt, daß ein Einfluß auf den Störungsterm oder Interferenzterm bei einer Frequenz nicht niedriger als 100 Hz in der zweiten Ausführungsform vorhanden ist.
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Wie oben beschrieben ist der Entkopplungs-Prozessor 30 in den dargestellten Ausführungsformen dafür ausgelegt, ein d-Achsen-Differenzsignal (Fehlersignal) xd zu berechnen, welches nicht von der q-Achsen-Eingangsspannung des Motors 20 beeinflußt ist und welches von der d-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt ist, sowie ein q-Achsen-Differenzsignal (Fehlersignal) xq zu berechnen, welches nicht von der d-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt ist und welches von der q-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt ist. Infolgedessen stören die Eingangsspannung, welche momentan oder tatsächlich an dem Motor 20 angelegt wird und der Ausgang vom Entkopplungs-Prozessor 30 einander nicht, selbst wenn der Motor mit der maximalen Eingangsspannung betrieben wird.
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Weiterhin berechnet der Entkopplungs-Prozessor 30 die d-Achsen- und q-Achsen-Differenzsignale (Fehlersignale) xd und xq gemäß obiger Beschreibung auch in einem relativ niedrigen Frequenzbereich, so daß eine Störung oder wechselseitige Beeinflussung zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgang des Prozessors 30 in einem niedrigen Frequenzbereich eine vergleichsweise einfache Berechnung im wesentlichen ausgeschlossen werden kann.
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Insoweit zusammenfassend weist die vorliegende Erfindung in ihrer vorrichtungstechnischen Ausprägung demnach auf: einen Motortreiberschaltkreis mit (a) der Differenzberechnungsvorrichtung 10 zur Berechnung von d-Achsen- und q-Achsen-Stromdifferenzen jeweils zwischen einem erfaßten Strom und einem Soll-Stromwert und (b) einen Entkopplungs-Prozessor 30, der auf der Grundlage der berechneten d-Achsen- und q-Achsen-Stromdifferenzen betreibbar ist, um ein d-Achsen-Differenzsignal xd, welches von einer q-Achsen-Eingangsspannung des Motors 20 nicht beeinflußt wird und welches von einer d-Achsen-Eingangsspannung des Motors beeinflußt wird und ein q-Achsen-Differenzsignal xq, welches nicht von der d-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt wird und welches von der q-Achsen-Eingangsspannung beeinflußt wird zu berechnen und (c) eine Stromsteuerung 32 zur Steuerung eines Inverters 18, um die Differenzsignale auf Null zu bringen, so daß die tatsächlich an den Motor angelegte Eingangsspannung und der Ausgang vom Entkopplungs-Prozessor einander nicht stören oder gegenseitig beeinflussen, selbst wenn der Motor mit der maximalen Eingangsspannung betrieben wird.
