DE10342584A1

DE10342584A1 - Vorrichtung zum Messen des Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors sowie sensorfreies Steuerungssystem für einen solchen

Info

Publication number: DE10342584A1
Application number: DE10342584A
Authority: DE
Inventors: June Hee Won; Jae Yoon Oh; Kyung Hoon Lee; Dal Ho Cheong
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-15
Publication date: 2004-06-03
Also published as: CN1280979C; JP2004120993A; US20040061472A1; US6831439B2; CN1485975A; DE10342584A8

Abstract

Es werden eine Flussbeobachtungseinrichtung und ein sensorfreies Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor offenbart. Die Flussbeobachtungseinrichtung verfügt über eine Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10), eine Messfluss-Ausgabeeinheit (20) und einen Fest/Rotations-Koordinatenwandler (30). Die Flussbeobachtungseinrichtung schätzt einen Fluss eines Synchron-Reluktanzmotors dadurch ab, dass sie höhere harmonische Komponenten eines in den Motor fließenden Stroms in einem Rotationskoordinatensystem entfernt. Die Messfluss-Ausgabeeinheit (20) misst den Fluss in einem festen Koordinatensystem durch Kombinieren einer an den Motor angelegten Spannung im festen Koordinatensystem und eines Stroms im festen Koordinatensystem, aus denen höhere harmonische Komponenten entfernt sind, mit dem von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) ausgegebenen abgeschätzten Fluss. Der Fest/Rotations-Koordinatenwandler (30) wandelt den von der Messfluss-Ausgabeeinheit (20) ausgegebenen gemessenen Fluss in einen gemessenen Fluss im Rotationskoordinatensystem um.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors sowie ein sensorfreies Steuerungssystem für einen solchen.

Ein Synchron-Reluktanzmotor ist ein Motor, bei dem die Antriebsquelle für einen Rotor mit der Antriebsquelle für einen Stator synchronisiert ist und der Rotor auf solche Weise gedreht wird, dass der Magnetwiderstand minimiert ist, wie er im Rotor entsteht, wenn ein Strom in den Stator fließt. Es ist erforderlich, die Rotorposition zu kennen, um die Drehzahl eines Synchron-Reluktanzmotors zu kontrollieren. Zum Beispiel kann die Rotorposition direkt durch einen Rotorpositiondetektor wie einen Codierer erfasst werden, um die Motordrehzahl zu regeln. Jedoch ist es schwierig, einen derartigen Codierer in Bauteile, wie den Kompressor eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage, einzubauen.

Demgemäß wurde in jüngerer Zeit ein sensorfreies Steuerungssystem verwendet, bei dem kein Rotorpositionsdetektor eingesetzt wird. Bei einem sensorfreien Steuerungssystem werden ein Magnetfluss-Schätzwert und ein beobachteter Magnetfluss des Motors auf Grundlage einer Spannung und eines Stroms zum Betreiben des Motors erhalten, und die Geschwindigkeit des Rotationswinkels des Rotors wird auf Grundlage der abgeschätzten Magnetflüsse abgeschätzt.

Unter derartigen Synchron-Reluktanzmotoren kann ein Reluktanzmotor mit konzentrischer Wicklung, wie er in der 1 dargestellt ist, auf einfache Weise mit niedrigen Herstellkosten, im Vergleich zu einem Reluktanzmotor mit verteilter Wicklung, hergestellt werden. Jedoch sind, wie es in dieser Figur dargestellt ist, die Zwischenräume zwischen Schlitzen 3 eines Stators 1 im Reluktanzmotor mit konzentrischer Wicklung so breit, dass in Strömen im Motor sechs harmonische Komponenten enthalten sind, wenn sich ein Rotor 2 dreht.

Die 2 zeigt Kurvenbilder von vier Werten, nämlich eines Werts sinΘ einer trigonometrischen Funktion, eines Werts sin ~ einer trigonometrischen Funktion, eines Stroms i_q und eines Stroms i_v. Der Wert sinΘ einer trigonometrischen Funktion repräsentiert den echten Rotationswinkel des Rotors, wie er durch einen Codierer als Positionsdetektor erhalten wird. Der Wert sin ~ einer trigonometrischen Funktion repräsentiert einen abgeschätzten Rotationswinkel des Rotors, wie er auf Grundlage des Magnetflusses beim herkömmlichen Motordrehzahl-Steuerungssystem erhalten wird. der Strom i_q repräsentiert den Strom entlang der q-Achse in einem Rotationskoordinatensystem, der aus einem Eingangsstrom des Motors ge wandelt wird, und der Strom i_v repräsentiert einen von Strömen dreier Phasen, wie sie tatsächlich im Motor fließen.

Wie oben angegeben, sind, gemäß der 1, die Abstände zwischen den Schlitzen 3 des Stators 1 beim Reluktanzmotor mit konzentrischer Wicklung so weit, dass im Strom der v-Phase, wie er tatsächlich im Motor fließt, sechs harmonische Komponenten enthalten sind. Demgemäß sind die harmonischen Komponenten auch im q-Achse-Strom des Rotationskoordinatensystems enthalten. Dies führt dazu, dass es nicht gelingt, auf korrekte Weise eine Sinuswelle zu erhalten, die den abgeschätzten Rotationswinkel des Rotors repräsentiert, während ein Ruckeleffekt erzeugt wird. Ein derartiger Fehler beim Abschätzen des Rotationswinkels des Rotors durch das Drehzahl-Steuerungssystem senkt die Genauigkeit und Stabilität des sensorfreien Steuerungssystems.

Das sensorfreie Steuerungssystem eines Synchron-Reluktanzmotors, bei dem die Position des Rotors ohne Verwendung eines Sensors erhalten wird, wie oben angegeben, nutzt wie folgt einen ersten Steuermodus. Im ersten Steuermodus werden die Drehzahl und der Rotationswinkel oder die Rotationsposition (nachfolgend wird "Position" auch als "Rotationswinkel" bezeichnet) des Rotors durch Messen einer an den Motor angelegten Spannung oder eines durch ihn fließenden Stroms oder eines Magnetflusses erhalten, wie. er durch die Spannung und den Strom im Motor induziert wird. D. h., dass im ersten Steuermodus die Drehzahl und die Drehung des Motors auf Grundlage des durch eine Flussbeobachtungseinrichtung gemessenen Magnetflusses abgeschätzt. werden. Wenn jedoch der Motor startet oder er mit niedriger Drehzahl arbeitet, tritt beim Abschätzen der Spannung durch die Flussbeobachtungseinrichtung ein Problem auf, was zu einer beträchtlichen Differenz zwischen den Schätzwerten und den Istwerten der Drehzahl und des Rotationswinkels des Rotors führt.

Demgemäß wurde beim Start oder Betrieb des Motors ein zweiter Steuermodus in Kombination mit dem ersten Steuermodus dazu verwendet, Abschätzfehler durch Einspeisen eines zusätzlichen Signals in die Flussbeobachtungseinrichtung zu verhindern. Auch die Verwendung des zweiten Steuermodus führt wie folgt zu einem Problem. Da die Bestimmung dahingehend ob der zweite Steuermodus zu verwenden sei, auf Grundlage der Drehzahl des Motors erfolgt, nimmt die Systemstabilität zum Zeitpunkt ab, zu dem das sensorfreie Steuerungssystem den Steuermodus vom ersten auf den zweiten Steuermodus entsprechend der Drehzahl des Motors umschaltet.

Anders gesagt, wechselt das Steuerungssystem dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors nach dem Motorstart eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, den Steuermodus abrupt vom zweiten Steuermodus, der während des Betriebs mit niedriger Drehzahl verwendet wurde, auf den ersten Steuermodus, wodurch Instabilitäten wie Vibrationen hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen des Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors zu schaffen, mit der es möglich ist, einen Magnetfluss zu messen, aus dem höhere harmonische Komponenten entfernt sind, die durch im Motor gebildete Lasten hervorgerufen werden, um das Funktionsvermögen eines Systems zum Steuern eines Synchron-Reluktanzmotors mit konzentrischer Wicklung zu verbessern.

Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein sensorfreies Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor zu schaffen, mit dem es beim Steuern eines Synchron-Reluktanzmotors ohne Verwendung eines Sensors möglich ist, Instabilitäten wie Vibrationen zu verhindern, wenn der Motor mit niedriger oder hoher Drehzahl arbeitet, um dabei die Drehzahl und den Rotationswinkel des Rotors des Motors stabil abzuschätzen und zu messen.

Die Aufgabe betreffend den Motor ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 gelöst, während diejenige betreffend das Steuerungssystem durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 6 gelöst ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger abhängiger Ansprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher veranschaulicht.
1 ist eine Schnittansicht, die einen Synchron-Reluktanzmotor mit konzentrischer Wicklung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die Signalverläufe von Signalen zeigt, wie sie durch ein Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor erzeugt werden;
3 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer Flussbeobachtungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Synchron-Reluktanzmotors zeigt;
4 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen von Grenzfrequenzen eines Bandpassfilters in der 3;
5 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines sensorfreien Steuerungssystems für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß der Erfindung zeigt; und
6 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen einer Variablen usw. des sensorfreien Steuerungssystems für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß der Erfindung. Wie es in der 3 dargestellt ist, verfügt eine Flussbeobachtungseinrichtung eines Synchron-Reluktanzmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über eine Schätzfluss-Ausgabeeinheit 10, eine Messfluss-Ausgabeeinheit 20 und einen Fest/Rotations-Koordinatenwandler 30. Die Schätzfluss-Ausgabeeinheit 10 ermittelt einen geschätzten Fluss ~ _αβ des Motors durch Entfernen höherer harmonischer Komponenten aus dem d,q-Achse-Strom i_dq in einem Rotationskoordinatensystem, der in den Synchron-Reluktanzmotor fließt, und gibt ihn aus. Die Messfluss-Ausgabeeinheit 20 ermittelt einen gemessenen α,β-Achse-Fluss ~ _αβ in einem festen Koordinatensystem durch Kombinieren des abgeschätzten Flusses ~ _αβ mit sowohl einer an den Motor angelegten α,β-Achse-Spannung V_αβ im festen Koordinatensystem als auch eines α,β-Achse-Stroms i'_αβ im festen Koordinatensystem, der dadurch erhalten wird, dass höhere harmonische Komponenten aus dem in den Motor fließenden α,β-Achse-Strom i_αβ im festen Koordinatensystem entfernt werden. Der Fest/Rotations-Koordinatenwandler 30 wandelt den von der Messfluss-Ausgabeeinheit 20 ausgegebenen gemessenen Fluss ~ _αβ in einen gemessenen d,q-Achse-Fluss ~ _dq im Rotationskoordinatensystem um.
Wie es in der 3 dargestellt ist, verfügt die Schätzfluss-Ausgabeeinheit 10 über ein Tiefpassfilter 11, einen Schätzfluss-Selektor 12 und einen Rotations-Fest-Wandler 13.
Das Tiefpassfilter 11 erhält einen von Harmonischen befreiten Strom i'_dq und gibt diesen aus, wobei aus dem in den Motor fließenden d,q-Achse-Strom i_dq im Rotationskoordinatensystem durch die Motorlast erzeugte höhere harmonische Komponenten entfernt werden. Der Abschätzfluss-Selektor 12 wählt den abgeschätzten d,q-Achse-Fluss ~ _dq im Rotationskoordinatensystem entsprechend dem von Harmonischen befreiten Strom i'_dq unter Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle, in der Information zu Flüssen entsprechend Strömen abgespeichert ist, aus, und gibt ihn aus. Der Rotations-Fest-Koordi natenwandler 13 wandelt diesen abgeschätzten Fluss ~ _dq in einen abgeschätzten α,β-Achse-Fluss ~ _αβ im festen Koordinatensystem um.
Die in der Nachschlagetabelle gespeicherte Information wird experimentell erhalten, und sie beschreibt Flusswerte in Korrelation zu Stromstärken.
Die Messfluss-Ausgabeeinheit 20 verfügt über ein Bandpassfilter 21, einen Phasenwiderstandsabschnitt 22, einen ersten Addierer 23, einen zweiten Addierer 24 und einen Integrierer 25. Das Bandpassfilter 21 erhält einen von Harmonischen befreiten Strom i'_αβ durch Entfernen höherer harmonischer Komponenten aus dem in den Motor fließenden α,β-Achse-Strom i_αβ im festen Koordinatensystem und gibt ihn aus. Der Phasenwiderstandsabschnitt 22 multipliziert den von Harmonischen befreiten Strom i'_αβ mit einem Phasenwiderstand Rs. Der erste Addierer 23 addiert den vom Phasenwiderstandsabschnitt 22 ausgegebenen aktuellen Wert und den Wert der α,β-Achse-Spannung im festen Koordinatensystem. Der zweite Addierer 24 addiert den Ausgabewert e_αβ des ersten Addierers 23 und den von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit 10 ausgegebenen Wert für den abgeschätzten Fluss ~ _αβ. Der Integrierer 25 gibt den im festen Koordinatensystem gemessenen α,β-Achse-Fluss ~ _αβ durch Integrieren der vom zweiten Addierer 24 ausgegebenen Werte aus.
Die Messfluss-Ausgabeeinheit 20 verfügt ferner über einen dritten Addierer 26 und eine Verstärkungseinheit 27. Der dritte Addierer 26 addiert den vom Integrierer 25 ausgegebenen Fluss ~ _αβ und den von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit 10 ausgegebenen abgeschätzten Fluss ~ _αβ. Die Verstärkungseinheit 27 multipliziert den vom dritten Addierer 26 ausgegebenen Additionswert mit einem Bezugsverstärkungswert und gibt den sich ergebenden Wert an den zweiten Addierer 24 aus. Die Verstärkungseinheit 27 erlaubt es, dass sowohl der abgeschätzte als auch der gemessene Fluss denselben Wert aufweisen.
Wenn eine derartige Flussbeobachtungseinrichtung für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß der Erfindung den gemessenen Fluss ~ _αβ und den abgeschätzten Fluss ~ _αβ auf Grundlage der Spannung V_αβ und des Stroms i_αβ im festen Koordinatensystem berechnet, berechnet das sensorfreie Steuerungssystem für den Synchron-Reluktanzmotor den abgeschätzten Rotationswinkel ~ und die abgeschätzte Drehzahl ~ des Rotors auf Grundlage der folgenden Gleichungen 1 und 2 und führt dadurch eine sensorfreie Steuerung des Synchron-Reluktanzmotors aus:
Hierbei kennzeichnen ~ _α, ~ _β den gemessenen Fluss entlang der α- bzw. der β-Achse im festen Koordinatensystem des Motors. ~ _d, ~ _q kennzeichnen den abgeschätzten Fluss im rotierenden Koordinatensystem des Motors. λ entspricht
. Ts ist die Zeit in der sich der abgeschätzte Rotationswinkel Θ des Motors von ~ _k–1 auf ~ _k ändert. V_αβ, i_αβ kennzeichnet eine Komponente entlang der festen α,β-Achse einer Eingangsspannung und eines Stroms, die durch Wandeln einer dreiphasigen Spannung und eines Stroms, wie im festen Koordinatensystem zugeführt, durch einen Wandler erhalten werden. i_dq kennzeichnet eine Komponente eines Eingangsstroms für die rotierende d,q-Achse-, die durch Wandeln einer Komponente i_αβ entlang der festen α,β-Achse des Eingangsstroms in das Rotationskoordinatensystem erhalten wurde.
Der gemessene Fluss ~ _αβ und der abgeschätzte Fluss ~ _αβ in den obigen Gleichungen werden in Korrelation zu Stromstärken erhalten, und es ist ersichtlich, dass beide Flüsse mit den Strömen i_αβ bzw. i_dq korrelieren.
Wie oben angegeben, werden im Stand der Technik beim sensorfreien Steuerungsbetrieb eines Synchron-Reluktanzmotors mit konzentrischer Wicklung sechs harmonische Komponenten eines Eingangsstroms erzeugt, was die Genauigkeit und die Stabilität des sensorfreien Steuerungssystems verringert. Jedoch kann die Erfindung für Stabilität und Genauigkeit eines sensorfreien Steuerungssystems sorgen, da die Flussbeobachtungseinrichtung des Synchron-Reluktanzmotors den gemessenen Fluss ~ _αβ und den abgeschätzten Fluss ~ _dq nach dem Beseitigen von sechs harmonischen Komponenten des Eingangsstroms unter Verwendung des Tiefpassfilters 11 und des Bandpassfilters 21 erhält, deren untere und obere Grenzfrequenz entsprechend der Motordrehzahl eingestellt werden, wie es unten beschrieben ist.
Da der gemessene Fluss ~ _αβ mit der α,β-Achse-Festkomponente i_αβ des Eingangsstroms korreliert und da der Strom i_αβ eine Sinuswelle ist, können die harmonischen Komponenten unter Verwendung des Bandpassfilters entfernt werden. Da jedoch ein Synchron-Reluktanzmotor einer variablen Drehzahlsteuerung unterliegt, ist es schwierig, die untere und die obere Grenzfrequenz geeignet einzustellen. Aus diesem Grund wird gemäß der Erfindung die abgeschätzte Drehzahl ~ des Motors auf das Bandpassfilter angewandt. D. h., dass die untere und die obere Grenzfrequenz entsprechend der abgeschätzten Drehzahl ~ eingestellt werden, wie es in der 4 dargestellt ist, um die im Strom i_αβ enthaltenen harmonischen Komponenten unabhängig von der variablen Drehzahlsteuerung zu entfernen.
Andererseits korreliert der abgeschätzte Fluss ~ _dq mit der d,q-Achse-Rotationskomponente (oder der Gleichspannungskomponente) des Eingangsstroms. Demgemäß werden im Strom i_dq enthaltene harmonische Komponenten durch das Tiefpassfilter entfernt, um Flussabschätzungsfehler zu verringern, die durch die Stromerfassungsfehler hervorgerufen sind.
Anders gesagt, werden gemäß der Erfindung die in der Sinuskomponente i_αβ des Eingangsstroms enthaltenen harmonischen Komponenten dadurch entfernt, dass die abgeschätzte Drehzahl des Motors an das Bandpassfilter 21 geliefert wird, wohingegen die in der Gleichspannungskomponente i_dq enthaltenen harmonischen Komponenten unter Verwendung des Tiefpassfilters 11 entfernt werden, um dadurch Fehler beim Abschätzen des Rotationswinkels des Rotors zu verringern, die durch die im Strom enthaltenen harmonischen Komponenten verursacht werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Genauigkeit und der Stabilität der sensorfreien Steuerung eines Synchron-Reluktanzmotors mit konzentrischer Wicklung.
Die 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Anwenden der abgeschätzten Motordrehzahl auf die untere und obere Grenzfrequenz des Bandpassfilters zeigt. Wenn die abgeschätzte Drehzahl ~1 ist, ist die elektrische Frequenz des Stroms
. So wird die Frequenz
als Resonanzfrequenz des Bandpassfilters eingestellt, und die untere und die obere Grenzfrequenz f_l1 und f_h1 werden entsprechend der eingestellten Resonanzfrequenz bestimmt. Wenn die gesteuerte Motordrehzahl von ~1 auf ~2 geändert wird, werden die Resonanzfrequenz und die untere und die obere Grenzfrequenz auf
, f_l2 bzw. f_h2 entsprechend der geänderten Drehzahl eingestellt, wie es in der 4 dargestellt ist.
Die Amplituden Am_l und Am_h der unteren bzw. der oberen Grenzfrequenz des Bandpassfilters 21 werden gemäß der Folgenden Gleichung 3 auf Grundlage der Amplitude Am der Resonanzfrequenz
bestimmt:
Am_l von f_l = 0,0707 Am von

Am_h von f_h = 0,0707 Am von
[Gleichung 3]
Außerdem beinhaltet, wie es in der 5 dargestellt ist, das sensorfreie Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß der Ausführungsform einen Block 100 für sensorfreie Steuerung, eine Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 und eine Modusumschaltsteuerung 300. Der Block 100 für sensorfreie Steuerung schätzt den Magnetfluss des Synchron-Reluktanzmotors ab und misst ihn, und er schätzt den Rotationswinkel und die Drehzahl des Motorrotors auf Grundlage des abgeschätzten und des gemessenen Magnetflusses ab. Auf Grundlage der abgeschätzten Motordrehzahl wird bestimmt, ob die Niederdrehzahl-Nachfahrschleifeneinheit 200 aktiviert werden soll. Wenn der Motor startet oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, misst die Nachfahrschleifeneinheit 200 den Rotationswinkel und die Drehzahl des Rotors, um den gemessenen Rotationswinkel und die Drehzahl des Blocks 100 für sensorfreie Steuerung zu kompensieren. Die Modusumschaltsteuerung 300 steuert, ob die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 zu aktivieren ist, auf Grundlage der gemessenen Drehzahl, um den Vibrationeneffekt zu stabilisieren, zu dem es durch Ein- oder Ausschalten der Nachfahrschleifeneinheit 200 kommt.
Der Block 100 für sensorfreie Steuerung verfügt über eine Magnetfluss-Beobachtungseinrichtung 101, eine Rotationswinkel-Abschätzeinrichtung 102 und eine Drehzahl-Abschätzeinrichtung 103. Auf Grundlage der in den Motor fließenden Ströme I_α, I_β und der an den Motor angelegten Spannungen Vα, Vβ entlang der Achsen α, β im festen Koordinatensystem gibt die Flussbeobachtungseinrichtung 101 gemessene Flüsse ~ _α, ~ _β entlang den Achsen α und β im festen Koordinatensystem des Motors, abgeschätzte Flüsse ~ _d, ~ _q entlang den Achsen d und q im Rotationskoordinatensystem sowie einen gemessenen Fluss ~ _q entlang der q-Achse aus. Die Rotationswinkel-Abschätzeinrichtung 102 berechnet das Vorzeichen und den Cosinuswert der abgeschätzten Rotationswinkel ~ des Rotors auf Grundlage der gemessenen Flüsse ~ _α, ~ _β und der abgeschätzten Flüsse ~ _d, ~ _q, wie sie von der oben genannten Flussbeobachtungseinrichtung 100 ausgegeben werden, was entsprechend den Gleichungen 1 bzw. 2 erfolgt.
Auf Grundlage einer Variablen X wird ermittelt, ob die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit aktiviert werden soll. Die Variable X variiert abhängig von der abgeschätzten Drehzahl ~ des Motors, und sie weist dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl niedrig ist, einen höheren Wert als dann auf, wenn die abgeschätzte Drehzahl hoch ist. Die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 arbeitet dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl niedrig ist, und sie funktioniert so, dass sie den gemessenen Rotationswinkel des Rotors an den tatsächlichen Rotationswinkel desselben annähert, um die gemessene Drehzahl an die echte Drehzahl des Motors anzunähern.
Die Modusumschaltsteuerung 300 erfasst eine Variation der Variablen X und kontrolliert dadurch, ob die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 aktiviert werden soll. Genauer gesagt, wird dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors ausgehend von einer niedrigen auf eine hohe Drehzahl zunimmt, die Modusumschaltsteuerung 300 als Erstes auf einen Anschluss A umgeschaltet, um die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 einzuschalten. Danach, wenn nämlich die abgeschätzte Drehzahl eine erste Drehzahl im Bereich von 950 bis 1100 U/Min. erreicht, wird die Modusumschaltsteuerung 300 auf einen Anschluss B umgeschaltet, um die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 auszuschalten.
Andererseits wird dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors von einer hohen auf eine niedrige Drehzahl abnimmt, die Modusumschaltsteuerung 300 als Erstes auf den Anschluss B geschaltet, um die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 auszuschalten, so dass der Motor nur auf Grundlage des abgeschätzten Rotationswinkels und der Drehzahl gesteuert wird. Danach, wenn nämlich die abgeschätzte Drehzahl eine zweite Drehzahl im Bereich von 800 bis 950 U/Min. erreicht, wird die Modusumschaltsteuerung 300 auf den Anschluss A geschaltet, um die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 einzuschalten.
Die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 verfügt über eine Proportionalmessdrehzahl-Ausgabeeinheit 210, eine Bezugssignal-Kombiniereinrichtung 221, eine Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung 222 und einen Integrierer 223. Die Proportionalmessdrehzahl-Ausgabeeinheit 210 ermittelt eine gemessene Drehzahl ^ _p1 proportional zur Rotorposition auf Grundlage des gemessenen Flusses von der Flussbeobachtungseinrichtung 101 und gibt sie aus. Die Bezugssignal-Kombiniereinrichtung 221 kombiniert ein Bezugssignal n mit der Summe aus der abgeschätzten Drehzahl ~ von der Drehzahlab schätzeinrichtung 103 und einem Rotationswinkelfehler zwischen dem gemessenen und dem abgeschätzten Rotationswinkel des Rotors. Die Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung 222 berechnet die gemessene Drehzahl ^ auf Grundlage der proportional gemessenen Drehzahl ^ _p1 und der abgeschätzten Drehzahl ~ in Kombination mit dem Bezugssignal. Der Integrierer 223 integriert die von der Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung 222 berechneten gemessenen Drehzahlen ^, und er berechnet dadurch einen gemessenen Rotationswinkel ^. Die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 verfügt ferner über einen Trigonometriefunktionswandler 224, eine Rotationswinkelfehler-Berechnungseinrichtung 225, eine erste Verstärkungseinheit 22G und einen Addierer 227. Der Trigonometriefunktionswandler 224 führt für den vom Integrierer 223 ausgegebenen gemessenen Rotationswinkel ^ eine Trigonometriefunktionswandlung aus, und er gibt dann den sich ergebenden Wert sin ^, cos ^ an die Rotationswinkelfehler-Berechnungseinrichtung 225 aus. Die Rotationswinkelfehler-Berechnungseinrichtung 225 berechnet einen Rotationswinkelfehler zwischen dem abgeschätzten Rotationswinkel ~ und dem gemessenen Rotationswinkel ^ unter Verwendung der vom Trigonometriefunktionswandler 224 bzw. von der Rotationswinkel-Abschätzeinrichtung 102 ausgegebenen Sinuswerte sin ^ bzw. sin ~. Die erste Verstärkungseinheit 22G multipliziert die berechnete Rotationswinkeldifferenz mit dem ersten Bezugsverstärkungswert h. Der Addierer 227 addiert den negativen Wert der mit h multiplizierten Rotationswinkeldifferenz und die abgeschätzte Drehzahl ~, und er gibt den sich ergebenden Wert an die Bezugssignal-Kombiniereinrichtung 221 aus.
Die folgende Gleichung 4 drückt die Korrelation zwischen der abgeschätzten Drehzahl ~, der proportional gemessenen Drehzahl ^ _p1 und der gemessenen Drehzahl ^ aus. Wie es in der Gleichung 4 ausgedrückt ist, berechnet die Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung 222 die gemessene Drehzahl durch Addie ren der proportional gemessenen Drehzahl ^ _p1 und der abgeschätzten Drehzahl ~. ^ = ^ p1 + ~ [Gleichung 4]
Der Grund, weswegen die abgeschätzte Drehzahl ~ eine Mitkopplungskompensation mittels der mit h multiplizierten Rotationswinkeldifferenz erfährt, besteht im Stabilisieren des Übergangszustands um eine Grenze zwischen den Bereichen niedriger und hoher Drehzahlen herum, um dadurch die Dynamik des Steuerungssystems zu verbessern.
Das in der Bezugssignal-Kombiniereinrichtung 221 kombinierte Bezugssignal n wird durch die folgende Gleichung 5 erhalten: η = 0,8 + 0,2(1 – X) [Gleichung 5]
Hierbei bezeichnet X eine Variable, deren Variation durch die Modusumschaltsteuerung 300 erfasst wird.
Die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 verfügt ferner über ein Bandpassfilter 201. Das Bandpassfilter 201 führt für den von der Drehzahl-Abschätzeinrichtung 103 ausgegebenen Wert eine Bandpassfilterung mit einer Filterfrequenz von 800 Hz aus. Das sensorfreie Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform verfügt ferner über einen Achsenwandler 301. Der Achsenwandler 301 führt eine Achsenwandlung für den vom Trigonometriefunktionswandler 224 ausgegebenen Wert aus, und er gibt den sich ergebenden Wert an die Flussbeobachtungseinrichtung 101 aus.
Ferner beinhaltet die Proportionalmesszahl-Ausgabeeinheit 210 der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 eine Flussfehler-Berechnungseinheit 211, ein Hochpassfilter 212, einen Demodulator 213, eine zweite Verstärkungseinheit 214, ein Tiefpassfilter 215 und einen Proportionalintegrierer 216. Die Flussfehler-Berechnungseinrichtung 211 berechnet einen Fehler δλ_q zwischen dem gemessenen Fluss ~ _q und dem abgeschätzten Fluss ~ _q auf der q-Achse, wie von der Flussbeobachtungseinrichtung 101 ausgegeben. Das Hochpassfilter 212 führt für den berechneten Flussfehler δλ_q eine Hochpassfilterung mit einer Filterfrequenz von 800 Hz aus. Der Demodulator 213 ermittelt auf Grundlage des gefilterten Werts vom Hochpassfilter 212 einen Flussfehler-Proportionalitätswert δλ_qerr des Rotors. Die zweite Verstärkungseinheit 214 gibt einen Positionsfehler-Proportionalitätswert Θ_err aus, der durch Multiplizieren des Flussfehler-Proportionalwerts vom Demodulator 213 mit einem zweiten Bezugsverstärkungswert 40 erhalten wird. Das Tiefpassfilter 215 führt eine Tiefpassfilterung für den Positionsfehler-Proportionalitätswert Θ_err von der zweiten Verstärkungseinheit 214 mit einer Filterfrequenz von 250 Hz aus. Der Proportionalintegrierer 21G gibt die proportional gemessene Drehzahl ^ _p1 dadurch aus, dass er eine Proportionalintegration für den Filterwert vom Tiefpassfilter 215 ausführt.
In den Fig. 6a und 6b kennzeichnen durchgezogene Linien die Variable X, und die gestrichelten Linien kennzeichnen das Bezugssignal η. Wie es in den 6a und 6b dargestellt ist, nimmt, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 800 auf 1100 U/Min. zunimmt, der Wert von X von 1 auf 0 ab, und wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 1100 auf 800 U/Min. abnimmt, nimmt der Wert von X von 0 auf 1 zu.
Während die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 800 auf 1100 U/Min. zunimmt und dadurch der Wert von X von 1 auf 0 abnimmt, schaltet die Modusumschaltsteuerung 300 die Nieder drehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 zum Zeitpunkt ein, zu dem die abgeschätzte Drehzahl in der Fig. 6a 950 U/ Min. erreicht und die erste Drehzahl V₁ im Bereich von 950 bis 1100 U/Min. in der Fig. 6b liegt. Andererseits schaltet, während die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 1100 auf 800 U/Min. abnimmt und demgemäß der Wert von X von 0 auf 1 zunimmt, die Modusumschaltsteuerung 300 die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 zum Zeitpunkt ein, zu dem die abgeschätzte Drehzahl in der 6a 950 U/Min. erreicht und die zweite Drehzahl V₂ im Bereich von 800 bis 950 U/Min. in der 6b liegt.
Nun wird der Betrieb des sensorfreien Steuerungssystems für einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
Wenn der Motor startet oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, wird eine relativ niedrige Spannung an den Motor gelegt, Fehler beim Messen der Spannung nehmen zu, und die Invertereinheit zum Ansteuern des Motors reagiert empfindlich auf die zunehmenden Fehler, was es erschwert, den Motor zu steuern. D. h., dass dann, wenn der Motor startet oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, alleine die Flussbeobachtungseinrichtung nicht dazu ausreicht, den Rotationswinkel des Rotors vorweg zu messen. Um einen derartigen Mangel zu kompensieren, ist durch die Erfindung zusätzlich eine Schleife zum Abschätzen der Position des Rotors mittels eines Signaleinspeiseschemas geschaffen. Eine derartige Schleife wird bei der Erfindung als Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit bezeichnet, die bei der beschriebenen Ausführungsform die Bezugszahl 200 trägt.
Nachfolgend wird das Grundbetriebsprinzip der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 beschrieben. Wenn der Motor startet oder mit niedriger Drehzahl arbeitet, wird eine Sinuswelle mit geeigneter Frequenz betreffend den Fluss in der d-Achse zugeführt. Wenn kein Positionsfehler vorliegt, beeinflusst die Signaleinspeisung den Fluss in der q-Achse nicht. Wenn ein Positionsfehler vorliegt, tritt synchron mit dem eingespeisten Signal ein Fehler auf, und demgemäß wird der Rotationswinkel des Rotors abgeschätzt, während eine Kompensationssteuerung in Bezug auf einen derartigen Fehler ausgeführt wird.
Gemäß der 5 leitet die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 den Fehler ^ _q – ~ _q der q-Achse-Komponente durch das Hochpassfilter 212 mit einer Grenzfrequenz von 800 Hz, um die Gleichspannungskomponente zu entfernen. Danach wird der gefilterte Wert der Demodulationsprozedur unterzogen, um einen Wert Θ_err Proportional zum Positionsfehler zu erhalten. Nachdem der Wert Θ_err mit dem zweiten Bezugsverstärkungswert 40 multipliziert wurde, durchläuft er das Tiefpassfilter 215 zum Kompensieren des Proportionalintegrierers 216. Nach dem Durchlaufen des Proportionalintegrierers 216 wird die proportional gemessene Drehzahl ^ _p1 ausgegeben. Die gemessene Drehzahl ^ wird dadurch erhalten, dass die abgeschätzte Drehzahl ~, die die durch die Flussbeobachtungseinrichtung des Blocks für sensorfreie Steuerung erhaltene Drehzahlinformation ist, mit einem geeigneten Kombinationsverhältnis mit dem Bezugssignal η kombiniert wird..
Die gemessene Drehzahl ^ wird als Drehzahlinformation erhalten, so dass der gemessene Rotationswinkel ^ als Rotationswinkelinformation auch unter Verwendung des Integrierers 223 erhalten werden kann. Während der gemessene Rotationswinkel ^ in der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 umläuft, konvergiert er allmählich auf den tatsächlichen Rotationswinkel des Rotors. Demgemäß konvergiert auch die gemessene Drehzahl ^ als Drehzahlinformation im Bereich niedriger Drehzahlen auf die tatsächliche Drehzahl.
Die Fig. 6a und 6b veranschaulichen das Betriebsprinzip der Modusumschaltsteuerung 300.
Wie es in diesen Figuren dargestellt ist, verwendet, wenn die Motordrehzahl einen Wert von ungefähr 950 U/Min. erreicht, in dem Ausmaß, in dem der abgeschätzte Rotationswinkel ~ auf den korrekten oder tatsächlichen Rotationswinkel konvergieren kann, das sensorfreie Steuerungssystem für den Synchron-Reluktanzmotor den abgeschätzten Rotationswinkel ~ anstelle des gemessenen Rotationswinkels ^.
Die mit durchgezogenen Linien in den 6a und 6b gekennzeichnete Variable X bestimmt das Ausmaß der Signaleinspeisung. Wenn der Motor mit niedriger Drehzahl arbeitet, hat X den Wert 1, und wenn der Motor mit hoher Drehzahl arbeitet, hat X den Wert 0. Im Übergangsbereich (800 bis 1100 U/Min.) nimmt der Wert von X von 1 auf 0 ab. D. h., dass der Wert von X auf Grundlage der Motordrehzahl bestimmt wird. Demgemäß wird der Schaltbetrieb der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 und des Blocks 100 für sensorfreie Steuerung auf Grundlage der Motordrehzahl bestimmt.
Im Fall der Fig. 6a kann, da der Umschaltpunkt auf einem Drehzahlpunkt beruht, selbst eine kleine Schwankung der Drehzahl am Umschaltpunkt erneut den Modusumschaltvorgang aktivieren, wodurch es zu einem Vibrationseffekt kommt. Insbesondere wird, wenn einmal ein Umschalten auf die Verwendung des abgeschätzten Rotationswinkels ~ erfolgt, der durch die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 erhaltene gemessene Rotationswinkel ^ nicht tatsächlich verwendet, und zwar selbst dann wenn die Signaleinspeisung andauert, wodurch Fehler bei der Messung des Rotationswinkels zunehmen. Ein derartiges Problem kann unter Verwendung eines höheren Werts für die erste Bezugsverstärkung h überwunden werden, jedoch verringert sich dadurch das Funktionsvermögen der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200. Im Ergebnis kann, wenn einmal am Modusumschaltpunkt niedrig/ hoch ein Vibrationseffekt auftritt, die Stabilität zunehmend verschlechtert werden, was zu einem Ausfall der sensorfreien Steuerung führt.
Das Hauptproblem im Fall der Fig. 6a ist die Differenz zwischen den sich ergebenden Werten der abgeschätzten Drehzahlen ^ und der Rotationswinkel ^, wie vom Block für sensorfreie Steuerung und der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200 erhalten. Wenn eine derartige Differenz zwischen den sich ergebenden Werten der beiden Modi existiert, kann ein Modusumschaltbetrieb auf die in der Fig. 6a dargestellte Weise einen Vibrationseffekt hervorrufen.
Anders gesagt, kehrt der Steuermodus unmittelbar zum Niederdrehzahlmodus zurück, wenn die abgeschätzte Drehzahl ~ niedriger als die gemessene Drehzahl ^ zu einem Zeitpunkt ist, zu dem der Niederdrehzahlmodus auf den Hochdrehzahlmodus umgeschaltet wird. Wenn jedoch einmal auf den Hochdrehzahlmodus umgeschaltet ist, ist die Funktionsfähigkeit der sensorfreien Steuerung im Niederdrehzahlmodus stark abgesenkt, wodurch das Funktionsvermögen des Blocks für sensorfreie Steuerung beeinträchtigt ist.
Die Fig. 6b zeigt ein Beispiel für die Realisierung eines Umschaltvorgangs zwischen dem Modus unter Verwendung des Blocks 100 für sensorfreie Steuerung und dem Modus mit Verwendung der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit 200, wobei ein vorbestimmter Abschnitt (schraffierter Bereich), wie ein Hystereseband, so definiert wird, wie es schraffiert in dieser Figur dargestellt ist, um das. Problem zu überwinden, wie es im Fall der Fig. 6a auftritt. In diesem Fall ist es selbst dann, wenn zwischen den abgeschätzten Werten für die Drehzahl oder den Rotationswinkel der beiden Modi nach dem Umschalten vom Niedergeschwindigkeits- auf den Hochgeschwindigkeitsmodus eine kleine Differenz besteht, eine unerwünschte Modusumschaltung zurück auf den Niederdrehzahlmodus zu verhindern, um dadurch eine stabilere sensorfreie Steuerung zu ermöglichen. Auch wenn die Modusumschaltung vom Hochdrehzahl- auf den Niederdrehzahlmodus erfolgt, ist es möglich, einen derartigen Vibrationseffekt zu verhindern, was eine stabilere sensorfreie Steuerung erlaubt.
Der Grund, weswegen der Vibrationseffekt oder eine unerwünschte Modusumschaltung verhindert werden kann, ist der folgende. Die Modusumschaltung von niedriger auf hohe Drehzahl erfolgt bei der ersten Drehzahl V₁, die im Fall der Fig. 6a geringfügig höher als 950 U/Min. ist. Die Modusumschaltung von der hohen auf die niedrige Drehzahl erfolgt bei der zweiten Drehzahl V₂, die im Fall der 6a geringfügig niedriger als 950 U/Min. ist. D. h., dass das Modusumschalten ausgeführt wird, nachdem der abgeschätzte Wert für den Rotationswinkel im Modus, auf den umzuschalten ist, korrekter geworden ist.
Außerdem können die Konfiguration und der Betrieb des sensorfreien Steuerungssystems für einen Synchron-Reluktanzmotor dadurch realisiert werden, dass die in der 3 dargestellte Flussbeobachtungseinrichtung anstelle einer üblichen Flussbeobachtungseinrichtung vorhanden ist. In diesem Fall ist es möglich, eine korrektere sensorfreie Steuerung für den Synchron-Reluktanzmotor zu erzielen.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, sind durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Messen des Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors sowie ein sensorfreies Steuerungssystem für einen solchen Motor geschaffen, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit und die Stabilität der sensorfreien Steuerung dadurch zu verbessern, dass Fehler im abgeschätzten Rotationswinkel des Rotors des Motors verringert werden, die durch eine höhere harmonische Welle hervorgerufen werden, die durch Lasten erzeugt werden, zu denen es kommt; wenn ein Synchron-Reluktanzmotor mit konzentrischer Wicklung arbeitet. Außerdem ist es möglich, unerwünschte Effekte wie ein Vibrieren zu verhindern, das auftreten kann, wenn das Steuerungssystem den Steuermodus entsprechend einem Betrieb des Motors mit niedriger/hoher Drehzahl auf einen Modus für niedrige/hohe Drehzahl umschaltet. Insbesondere ist durch die Erfindung ein sensorfreies Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor geschaffen, das verhindert, dass sich das Funktionsvermögen der sensorfreien Steuerung verschlechtert, nachdem ein Umschaltung auf den Hochdrehzahlmodus erfolgte, um dadurch hohe Stabilität und hohes Funktionsvermögen selbst dann zu gewährleisten, wenn zwischen dem Nieder- und dem Hochdrehzahlmodus ein Unterschied im abgeschätzten Wert besteht.

Claims

Vorrichtung zum Messen eines Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors, mit: – einer Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) zum Abschätzen eines Flusses eines Synchron-Reluktanzmotors durch Entfernen höherer harmonischer Komponenten eines in den Motor fließenden Stroms in einem Rotationskoordinatensystem; – einer Messfluss-Ausgabeeinheit (20) zum Messen eines Flusses in einem festen Koordinatensystem durch Kombinieren einer an den Motor angelegten Spannung in diesem festen Koordinatensystem und eines Stroms in demselben, aus denen höhere harmonische Komponenten entfernt sind, mit dem von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) ausgegebenen abgeschätzten Fluss; und – einem Fest/Rotations-Koordinatenwandler (30) zum Wandeln des von der Messfluss-Ausgabeeinheit (20) ausgegebenen gemessenen Flusses in einen gemessenen Fluss im Rotationskoordinatensystem.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) Folgendes aufweist: – ein Tiefpassfilter (11) zum Entfernen der höheren harmonischen Komponenten des Stroms im Rotationskoordinatensystem; – einen Schätzfluss-Selektor (12) zum Auswählen und Ausgeben eines Flusswerts, der dem Strom entspricht, aus dem die höheren harmonischen Komponenten entfernt sind, unter Bezugnahme auf Information, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert ist, die Flüsse in Korrelation zu Strömen angibt; und – einen Rotations/Fest-Koordinatenwandler (13) zum Wandeln des ausgegebenen abgeschätzten Flusses in einen abgeschätzten Fluss im festen Koordinatensystem.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfluss-Ausgabeeinheit (20) Folgendes aufweist: – ein Bandpassfilter (21) zum Entfernen der höheren harmonischen Komponenten aus dem Strom im festen Koordinatensystem; – einen Phasenwiderstandsabschnitt (22) zum Multiplizieren des durch das Bandpassfilter (21) laufenden Stroms mit einem Phasenwiderstand; – einen ersten Addierer (23) zum Addieren des vom Phasenwiderstandsabschnitt (22) ausgegebenen Stroms und des Stroms im festen Koordinatensystem; – einen zweiten Addierer (24) zum Addieren des Ausgangswerts des ersten Addierers (23) und des von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) ausgegebenen abgeschätzten Flusses; – einen Integrierer (25) zum Integrieren des Ausgangswerts des zweiten Addierers (24); und – einen dritten Addierer (26) zum Addieren des vom Integrierer (25) ausgegebenen gemessenen Flusses und des von der Abschätzfluss-Ausgabeeinheit (10) ausgegebenen abgeschätzten Flusses und zum Ausgeben des addierten Flusses an den zweiten Addierer (24).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfluss-Ausgabeeinheit (20) ferner eine Verstärkungseinheit (27) zum Multiplizieren des vom dritten Addierer (26) ausgegebenen addierten Flusses mit einem Bezugsverstärkungswert und zum Ausgeben des sich ergebenden Werts an den zweiten Addierer (24) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden (Am_l, Am_h) der unteren und der oberen Grenzfrequenz des Bandpassfilters (21) durch die folgende Gleichung bestimmt sind: Am_l von f_l = 0,0707 Am von
Am_h von f_h = 0,0707 Am von
wobei f_l die untere Grenzfrequenz des Bandpassfilters be zeichnet, f_h die obere Grenzfrequenz desselben bezeichnet und Am von
die Amplitude einer Frequenz bezeichnet, die einer abgeschätzten Drehzahl des Motors entspricht.
Sensorfreies Steuerungssystem für einen Synchron-Reluktanzmotor, das Folgendes aufweist: – einen Block (100) für sensorfreie Steuerung zum Messen eines Magnetflusses eines Synchron-Reluktanzmotors und zum Abschätzen eines Rotationswinkels und der Drehzahl des Motors auf Grundlage des gemessenen Flusses, um eine sensorfreie Steuerung des Motors auszuführen; – eine Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200), die auf Grundlage der abgeschätzten Drehzahl des Motors aktiviert wird oder nicht, um den Rotationswinkel und die Drehzahl eines Rotors des Motors zu messen, um den abgeschätzten Rotationswinkel und die abgeschätzte Drehzahl des Blocks (100) für sensorfreie Steuerung zu kompensieren; und – eine Modusumschaltsteuerung (300) zum Steuern, ob die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) zu aktivieren sei, auf Grundlage der abgeschätzten Drehzahl und zum Stabilisieren eines Vibriereffekts, der durch das Ein- oder Ausschalten der Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) hervorgerufen wird.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (100) für sensorfreie Steuerung Folgendes aufweist: – eine Flussbeobachtungseinrichtung (101) zum Ausgeben der gemessenen Drehzahl und der abgeschätzten Drehzahl auf Grundlage einer Spannung und eines Stroms in einem festen Koordinatensystem, wie sie in den Motor eingegeben werden; – eine Rotationswinkel-Abschätzeinrichtung (102) zum Abschätzen des Rotationswinkels des Rotors auf Grundlage des abgeschätzten Flusses und des gemessenen Flusses, wie sie von der Flussbeobachtungseinrichtung (101) ausgegeben wer den; und – eine Drehzahl-Abschätzeinrichtung (103) zum Abschätzen der Drehzahl des Rotors auf Grundlage des abgeschätzten Rotationswinkels der Rotationswinkel-Abschätzeinrichtung (102); – wobei die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) die gemessene Drehzahl dadurch auf die tatsächliche Drehzahl des Motors hinführt, dass sie den gemessenen Rotationswinkel auf den tatsächlichen Rotationswinkel des Motors hinführt, was auf Grundlage einer Variablen erfolgt, deren Wert abhängig von der abgeschätzten Drehzahl des Motors variiert und die dann, wenn die abgeschätzte. Drehzahl niedrig ist, einen höheren Wert aufweist als dann, wenn sie hoch ist; und – wobei die Modusumschaltsteuerung (300) die Steuerung, ob die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) zu aktivieren sei, dadurch ausführt, dass sie eine Variation der Variablen auf solche Weise erfasst, dass, während die abgeschätzte Drehzahl des Motors von einer niedrigen auf eine hohe Drehzahl ansteigt, die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) zum Zeitpunkt ausgeschaltet wird, zu dem die abgeschätzte Drehzahl eine erste Drehzahl erreicht, und, während die abgeschätzte Drehzahl des Motors von einer hohen auf eine niedrige Drehzahl fällt, die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) zu einem Zeitpunkt eingeschaltet wird, zu dem die abgeschätzte Drehzahl eine zweite Drehzahl unter der ersten erreicht.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) Folgendes aufweist – eine Proportionalmessdrehzahl-Ausgabeeinheit (210) zum Ausgeben einer gemessenen Drehzahl proportional zur Position des Rotors auf Grundlage des durch die Flussbeobachtungseinrichtung (101) gemessenen Flusses; – einen Bezugssignalkombinierer (221) zum Kombinieren eines Bezugssignals mit einem Wert, der durch Addieren der von der Drehzahl-Abschätzeinrichtung (103) ausgegebenen abgeschätzten Drehzahl und der Rotationswinkeldifferenz zwischen dem abgeschätzten Rotationswinkel und dem gemessenen Rotationswinkel des Rotors erhalten wurde; – eine Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung (222) zum Berechnen der gemessenen Drehzahl auf Grundlage der abgeschätzten Drehzahl in Kombination mit dem Bezugssignal und der proportional gemessenen Drehzahl; – einen Integrierer (223) zum Berechnen des gemessenen Rotationswinkels durch Integrieren der gemessenen Drehzahl, wie sie von der Messdrehzahl-Berechnungseinrichtung (222) berechnet wurde; – einen Trigonometriefunktionswandler (224} zum Ausführen einer Wandlung gemäß einer trigonometrischen Funktion für den vom Integrierer (223) ausgegebenen gemessenen Rotationswinkel und zum Ausgeben des sich ergebenden Werts an die Flussbeobachtungseinrichtung (101); – eine Rotationswinkelfehler-Berechnungseinrichtung (225) zum Berechnen eines Rotationswinkelfehlers zwischen dem abgeschätzten Rotationswinkel des Rotors und dem vom Trigonometriefunktionswandler (224) ausgegebenen gemessenen Rotationswinkel; – eine erste Verstärkungseinheit (226) zum Multiplizieren des berechneten Rotationswinkelfehlers mit einem ersten Bezugswert; und – einen Addierer (227) zum Addieren der abgeschätzten Drehzahl und des Rotationswinkelfehlers, mit Multiplikation durch den ersten Bezugsverstärkungswert, und zum Ausgeben des Additionswerts an den Bezugssignalkombinierer (221).
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Proportionalmessdrehzahl-Ausgabeeinheit (210) Folgendes aufweist: – eine Flussfehler-Berechnungseinrichtung (211) zum Berech nen eines Flussfehlers zwischen einem gemessenen Fluss und einem abgeschätzten Fluss auf einer q-Achse unter von der Flussbeobachtungseinrichtung (101 ausgegebenen Flusskomponenten in einem Rotationskoordinatensystem; – ein Hochpassfilter (212) zum Ausführen einer Hochpassfilterung für den durch die Flussfehler-Berechnungseinrichtung (211) berechneten Flussfehler; – einen Demodulator (213) zum Erhalten eines zum Flussfehler proportionalen Werts für den Rotor auf Grundlage des vom Hochpassfilter (212) ausgegebenen gefilterten Werts; – eine zweite Verstärkungseinheit (214) zum Ausgeben eines zum Positionsfehler proportionalen Werts für einen Positionsfehler, der durch Multiplizieren des zum Flussfehler proportionalen Werts vom Demodulator (213) mit einem zweiten Bezugsverstärkungswert erhalten wurde; – ein Tiefpassfilter (215) zum Ausführen einer Tiefpassfilterung am von der zweiten Verstärkungseinheit (214) ausgegebenen zum Positionsfehler proportionalen Wert; und – einen Proportionalintegrierer (216) zum Ausgeben einer proportional gemessenen Drehzahl, die durch Proportionalintegrieren des vom Tiefpassfilter (215) ausgegebenen gefilterten Werts erhalten wird.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugssignal durch die folgende Gleichung erhalten wird: η = 0, 8 + 0, 2 (1 – X),wobei n das Bezugssignal bezeichnet und X eine Variable bezeichnet, deren Variation durch die Modusumschaltsteuerung erfasst wird.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl im Bereich von 950 bis 1100 U/Min. liegt und die zweite Drehzahl im Bereich von 800 bis 950 U/Min. liegt.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 800 auf 1100 U/Min, zunimmt, die Variable von 1 auf 0 abnimmt, wohingegen dann, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors von 1100 auf 800 U/Min. fällt, die Variable von 0 auf 1 zunimmt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, während die Variable von 1 auf 0 abnimmt, die Modusumschaltsteuerung (300) die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) abschaltet, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors die erste Drehzahl erreicht, wohingegen sie dann, wenn die Variable von 0 auf 1 zunimmt, die Niederdrehzahlbereich-Nachfahrschleifeneinheit (200) einschaltet, wenn die abgeschätzte Drehzahl des Motors die zweite Drehzahl erreicht.