DE10352118B4 - Verfahren und Vorrichtung zur positionssensorlosen Regelung von Elektromotoren - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Reduktion oder Beseitigung von Störsignalen an einer positionssensorlosen Stromregelung
eines Elektromotors unter Verwendung eines die Position des Rotors
des Elektromotors wiedergebenden Stromsensorsignals mit folgenden
Schritten:
– Modulieren eines für die Stromregelung Elektromotors vorgesehenen Stromsollwertsignals;
– Anlegen des modulierten Stromsollwertsignals an einen Sollwerteingang eines Regelverstärkers, dessen Ausgangssignal zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird;
– Erfassen des Stromsensorsignals des Elektromotors;
– Abtrennen von Störsignalen aus dem Stromsensorsignal durch Demodulation des Stromsensorsignals; und
– Zuführen des demodulierten Stromsensorsignals zu einem Istwerteingang des Regelverstärkers.
– Modulieren eines für die Stromregelung Elektromotors vorgesehenen Stromsollwertsignals;
– Anlegen des modulierten Stromsollwertsignals an einen Sollwerteingang eines Regelverstärkers, dessen Ausgangssignal zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird;
– Erfassen des Stromsensorsignals des Elektromotors;
– Abtrennen von Störsignalen aus dem Stromsensorsignal durch Demodulation des Stromsensorsignals; und
– Zuführen des demodulierten Stromsensorsignals zu einem Istwerteingang des Regelverstärkers.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion oder Beseitigung von Störsignalen bei einer positionssensorlosen Stromregelung von Elektromotoren unter Verwendung eines die Position eines Rotors wiedergebenden Stromsensorsignals sowie eine entsprechende Vorrichtung und die Verwendung einer solchen Vorrichtung.
- Da Rechenleistung in immer noch steigendem Maße kostengünstig zur Verfügung steht, werden in bürstenlosen Elektromotoren zunehmend die Positionssensoren durch Recheneinheiten ersetzt, die aus den aktuellen Strom- und Spannungswerten die Position des Rotors ermitteln.
- So wird in der US-Patentschrift 5777416A, der US-Patentschrift 6011772A und der US-Patentschrift 6107772A ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem geschalteten Reluktanzmotor (switched reluctance motor SWR) die Anstiegszeit des Stroms in der Statorwicklung zwischen zwei Schwellwerten gemessen wird und über die Berechnung der Induktivität die Position des Rotors ermittelt wird.
- In der US-Patentschrift 5883485A und der US-Patentschrift 5982117A wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Strom in nicht erregten Wicklungen erfaßt wird, um über die Induktivität die Rotorposition zu ermitteln.
- Nach der Lehre der US-Patentschrift 4959596A und der US-Patentschrift 5859518A werden Spannungsimpulse auf unerregten Wicklungen, die einen zur Induktivität umgekehrt proportionalen Impuls im Phasenstrom erzeugen, benutzt, um die Kommutierungszeiten zu ermitteln.
- Als weiterer Stand der Technik sind zu nennen: Asher et al: "Flux position estimation in cage induction machines using synchronous HF injection and Kalman Filtering" in IEEE Transactions on industry applications, IECON, 2.11.2003 R. Kusch et al: "Encoderless position estimation of a squirrel cage synchronous reluctance machine" in IEEE Transactions on industry applications, Bd. 39, Nr.5; Corley und Lorenz: "Rotor position and velocity estimation for a salient-pole permanent magnet synchronous machine at standstill and high speeds", in IEEE Transactions on industry applications, Bd. 34, Nr. 4; und Ribeiro et al: "Comparison of carrier signal voltage and current injection for the estimation of flux angle or rotor position", in Industry Applications Conference 1998, Thirty-Third IAS Annual Meeting, IEEE 1998, Band 1, 12.-15.10.1998, Seiten 452–459.
- Aus der US-PS 5,886,498 A ist ein Verfahren zur sensorlosen Ermittlung der Feldrichtung in einer Induktionsmaschine aus Statorspannungen und Strömen durch Injektion eines Hochfrequenzsignals bekannt.
- Aus der US-PS 5,953,491 A ist schließlich ein Steuersystem für die Geschwindigkeit eines Rotors in einem mit zwei Wicklungen versehenen Permanent-Magnetmotor bekannt, bei dem die Geschwindigkeit des Rotors mit einem Treibersignal mit einer Pulsbreitenmodulation mit zwei Polaritäten gesteuert werden kann. Dabei wird das in der nicht erregten Wicklung gegeninduzierte Signal mit der Phase eines Befehlssignals verglichen, und das Ergebnis dieses Vergleichs dient zur Veränderung des Tastverhältnisses des Treibersignals.
- Bei allen diesen bekannten Verfahren kann jedoch die korrekte Strommessung durch Rauschen und andere Störungen erschwert werden.
- Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem/der der Einfluß dieser Störsignale auf die Stromsensorsignale, die zur Steuerung von positionssensorlosen Elektromotoren dienen, reduziert werden kann.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
- Im Wesentlichen wird dabei der für die Regelung verwendete Stromsollwert moduliert und das Stromsensorsignal demoduliert, bevor es zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird. Im Stromsensorsignal ist das Nutzsignal moduliert. Durch die Demodulation wird das Nutzsignal von den Störsignalen getrennt und steht somit ungestört für die Steuerung eines positionssensorlosen Elektromotors zur Verfügung.
- Vorzugsweise wird hierbei eine Amplitudenmodulation eingesetzt.
- Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das demodulierte Stromsensorsignal noch zu filtern, bevor es zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle elektronisch kommutierten Elektromotoren, beispielsweise zur Steuerung geschalteter Reluktanzmotoren (switched reluctance motor SRM).
- Die Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst.
- Im Wesentlichen ist dabei ein Modulator vorgesehen, der vor den Eingang eines Regelverstärkers geschaltet ist, sowie ein Demodulator, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Stromsensors verbunden ist und dessen Ausgang, vorzugsweise über ein Filter, mit dem Istwerteingang des Regelverstärkers verbunden ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Modulator und der Demodulator mit einem Oszillator verbunden, der beide mit einer Modulationswechselspannung versorgt.
- Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur beschrieben.
- Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Der Modulator
1 am Sollwerteingang des Regelverstärkers2 bewirkt eine Amplitudenmodulation des Sollwertsignals mit einem Rechteckwellensignal als Modulationswechselspannung. Dadurch ist auch das von dem Stromsensor4 aufgenommene Nutzsignal mit der Modulationswechselspannung moduliert. Das in dem Demodulator3 demodulierte und – vorzugsweise durch ein Filter noch zusätzlich gefilterte – Stromsensorsignal wird dann dem Istwerteingang des Regelverstärkers2 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers wird nach Verstärkung im Leistungsendverstärker5 zur Steuerung des Motors verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurden als Modulator1 und Demodulator2 Ringmischer verwendet. Die Modulationsfrequenz betrug 2 kHz bei einem Modulationsgrad von 100 %. Die gesamte Steuerschaltung wurde in einem Mikrocontroller realisiert.
Claims (7)
- Verfahren zur Reduktion oder Beseitigung von Störsignalen an einer positionssensorlosen Stromregelung eines Elektromotors unter Verwendung eines die Position des Rotors des Elektromotors wiedergebenden Stromsensorsignals mit folgenden Schritten: – Modulieren eines für die Stromregelung Elektromotors vorgesehenen Stromsollwertsignals; – Anlegen des modulierten Stromsollwertsignals an einen Sollwerteingang eines Regelverstärkers, dessen Ausgangssignal zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird; – Erfassen des Stromsensorsignals des Elektromotors; – Abtrennen von Störsignalen aus dem Stromsensorsignal durch Demodulation des Stromsensorsignals; und – Zuführen des demodulierten Stromsensorsignals zu einem Istwerteingang des Regelverstärkers.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsensorsignal amplitudenmoduliert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das demodulierte Stromsensorsignal gefiltert wird, bevor es zur Steuerung des Elektromotors verwendet wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschalteter Reluktanzmotor gesteuert wird.
- Vorrichtung zur Reduktion oder Beseitigung von Störsignalen an einer positionssensorlosen Stromregelung eines Elektromotors mittels eines die Position eines Rotors des Elektromotors wiedergebenden Stromsensorsignals zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – einem Modulator (
1 ) zur Modulation eines für die Stromregelung des Elektromotors vorgesehenen Stromsollwertsignals; – einem Regelverstärker (2 ) mit einem Sollwerteingang, der mit einem Ausgang des Modulators (1 ) verbunden ist, einem Istwerteingang, sowie einem Ausgang zur Zuführung eines Steuersignals zu dem Elektromotor; – einem Stromsensor (4 ) zur Erfassung des Stromsensorsignals des Elektromotors; und – einem Demodulator (3 ) zur Abtrennung von Störsignalen aus dem Stromsensorsignal, an dessen Eingang der Ausgang des Stromsensors (4 ) anliegt und dessen Ausgang mit dem Istwerteingang des Regelverstärkers (2 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (
1 ) und der Demodulator (3 ) mit einem Rechteckwellengenerator verbunden sind, der beide mit einer Modulationswechselspannung versorgt. - Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors.
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- 2003-11-04 DE DE10352118A patent/DE10352118B4/de not_active Expired - Fee Related
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