DE112004002293T5

DE112004002293T5 - Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Signalpfad

Info

Publication number: DE112004002293T5
Application number: DE112004002293T
Authority: DE
Inventors: Constantin Anaheim Stancu; Silva Redondo Beach Hiti; Steven Torrance Schulz; Nitinkumar Cypress Patel
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-11-02
Also published as: US20050110450A1; CN1882889A; WO2005053169A2; JP2007512799A; WO2005053169A3; JP4286290B2; CN100511038C; US7042186B2

Abstract

Verfahren zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine Oberwelle bildet und das Verfahren umfasst, dass
eine Winkelposition des anderen Signals mit einem Wert, der die Oberwelle darstellt, multipliziert wird, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten;
das Eingangssignal mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten;
das Eingangssignal mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten;
die Signale der ersten und zweiten Produkte gefiltert werden, um ein DC-Kosinussignal und ein DC-Sinussignal zu erhalten; das DC-Kosinussignal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten;
das DC-Sinussignal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten; und
die Korrektursignale von...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Signalpfad in einem elektrischen oder elektromechanischen Schaltkreis und spezieller eine Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine Oberwelle bildet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem Induktionsmotor ist ein Rotor in einem Stator montiert und ist von dem Stator durch einen Luftspalt getrennt. Während des Betriebs des Motors induzieren Wechselströme, die Wicklungen des Stators geliefert werden, Ströme in den Wicklungen des Rotors. Aufgrund der magnetischen Sättigung des Materials ist die Streuinduktivität von dem Stator in Bereichen, in denen der magnetische Fluss des Rotors zirkuliert, tendenziell niedriger als in Bereichen, in denen kein Rotorfluss vorhanden ist. Da die Richtung des magnetischen Flusses des Rotors einer Längsachse (d-Achse) zugeordnet ist, ist die Streuinduktivität der Querachse (q-Achse) kleiner als die Streuinduktivität der Längsachse.
Es ist bekannt, den Betrieb einer Induktionsmaschine auf der Grundlage einer Schwankung der Rotorinduktivität zu steuern. Bei mindestens einem bekannten Verfahren, das zur Verwendung bei wechselrichtergesteuerten Motoren mit Pulsweitenmodulation (PWM) vorgeschlagen wurde, wird ein veränderliches Signal für den Motor in ein synchron rotierendes Bezugssystem eingespeist. Das veränderliche Signal ist eine Spannung oder ein Strom mit hoher Frequenz, zum Beispiel in der Ordnung von einigen hundert Hertz, zusätzlich zu anderen Spannungen, die durch den Motor für einen normalen Betrieb erforderlich sind. Dann wird eine Impedanzdifferenz zwischen der Flussachse und der orthogonalen Achse beobachtet. Die Größe der Spannung oder des Stroms mit hoher Frequenz kann als ein Fehlersignal verwendet werden, das einen PI-Controller (Proportional-Integral-Regler) ansteuern kann, der eine Flusswinkelgeschwindigkeit und -position abschätzt. Wenn das Hochfrequenzsignal an einer abgeschätzten d-Achse eingespeist wird, bei der die Streuinduktivität ein Minimum aufweist, sollte der Hochfrequenzstrom ein Maximum aufweisen. Bei einer orthogonalen Achse sollte der Hochfrequenzstrom entsprechend einem Bereich mit maximaler Induktivität Null sein.
Bei einer bekannten Controllerausgestaltung, die in 1 allgemein mit 20 bezeichnet ist, wird zum Beispiel beim Abschätzen der Flusswinkelgeschwindigkeit und des Flusswinkels ein Hochfrequenzsteuersignal als ein Fehlersignal verwendet. Motorstatorströme i_α und i_β in einem stationären Bezugssystem werden in Block 22 in ein Bezugssystem eines abgeschätzten Flusses transformiert, das synchron mit einer Winkelgeschwindigkeit ω_e rotiert. Der Strom i_qm weist eine DC-Komponente, die dem Wert des Drehmomentstroms entspricht, und eine Hochfrequenzkomponente auf, die der Einspeisungsspannung entspricht, die an einem Multipliziererblock 26 eingespeist wird. Das Einspeisungsspannungssignal ist zum Abschätzen von ω_e und θ_e nützlich, ein Statorflusswinkel, der bei einer Vektorsteuerung der Maschine verwendet wird. Zusätzlich zu diesen bekannten Komponenten kann i_qm aufgrund einer schlechten Totzeitkompensation eine Komponente bei 6ω_e und aufgrund einer ungleichmäßigen Verstärkung bei der Messung von i_α und i_β eine Komponente bei 2ω_e ent halten. Es könnte auch eine Komponente mit der Staturfrequenz ω_e vorhanden sein, wenn der Offset des Stromsensors nicht richtig kompensiert wird.
Um diese unerwünschten Komponenten sowie die DC-Komponente von der Einspeisungskomponente zu beseitigen, ist ein Bandpassfilter (BPF) 24 bereitgestellt, das auf die Einspeisungsfrequenz ω_i abgestimmt ist. Wenn das BPF 24 jedoch zu selektiv ist (d.h. einen hohen Qualitätsfaktor Q aufweist), kann es sein, dass es die dynamische Leistung des Abschätzungsblocks reduziert. Bei vielen Ausgestaltungen wird somit aus dynamischen Gründen ein Qualitätsfaktor Q verwendet, der kleiner als 1 ist. Folglich können immer noch unerwünschte Oberwellen von i_qm in den Signalpfad eingeführt werden.
Im Allgemeinen wird eine Steuerausgestaltung verwendet, um solche Oberwellenkomponenten zu beseitigen. Zum Beispiel werden die Oberwellenkomponenten Âsin(6ω_et + φ ^₆) und B ^sin(2ω_et + φ ^₂) bestimmt, wie es des Weiteren nachstehend beschrieben ist, und werden durch Addierer 28 und 30 entfernt. Das sich ergebende Signal wird durch ein Tiefpassfilter (LPF) 32 im Wesentlichen auf eine DC-Komponente gemittelt, wobei das Ergebnis durch einen Proportional-Integrator-Controller (PI-Controller) oder -Regler 34 geführt wird. Ein Schätzwert ω_{e_est} der Flusswinkelgeschwindigkeit wird durch einen Addierer 36 addiert. Dieser Schätzwert wird von einem Vektorsteuersystem (nicht dargestellt) unter Verwendung eines Schlupfwinkelgeschwindigkeits-Schätzwerts ω_{slip_est} und eines Rotorgeschwindigkeitsschätzwerts ω_{r_est} erhalten. Das Ergebnis, ω_e, wird durch einen Integrierer 38 integriert, um einen Statorflusswinkel θ_e zu erhalten, der bei der Vektorsteuerung der Maschine verwendet wird.
Die Komponenten Âsin(6ω_et + φ ^₆) und B ^sin(2ω_et + φ ^₂) werden durch sorgfältiges Zuordnen der Amplituden Â und B ^ sowie ihren Phasenverschiebungen φ ^₆ und φ ^₂ als Funktionen des Betriebsdrehmoments des Motors erhalten. Dieses Zuordnen kann eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch nehmen. Darüber hinaus können sich Oberwellenkomponenten als eine Funktion von Variablen (wie beispielsweise der Motortemperatur und der Invertertemperatur) ändern, die schwer zu berücksichtigen sind. Somit kann die Genauigkeit des Ergebnisses nachteilig beeinflusst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich bei einer Ausführungsform auf ein Verfahren zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine Oberwelle darstellt. Das Verfahren umfasst, dass eine Winkelposition des anderen Signals mit einem Wert, der die Oberwelle darstellt, multipliziert wird, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten. Das Eingangssignal und ein Sinus des Vielfachen der Winkelposition werden multipliziert, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten. Das Eingangssignal und ein Kosinus des Vielfachen der Winkelposition werden multipliziert, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten. Die Signale der ersten und zweiten Produkte werden gefiltert, um ein DC-Kosinussignal und ein DC-Sinussignal zu erhalten. Das DC-Kosinussignal wird mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten. Das DC-Sinussignal wird mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten. Die Korrektursignale werden von dem Eingangssignal subtrahiert.
Bei einer anderen Ausführungsform richtet sich die Erfindung auf ein System zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine N-te Oberwelle bildet. Das System umfasst einen Multiplizierer, der eine Winkelposition von dem anderen Signal mit N multipliziert, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten. Ein erster Sinusmultiplizierer multipliziert das Eingangssignal mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten. Ein erster Kosinusmultiplizierer multipliziert das Eingangssignal mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten. Ein erstes Filter filtert das Signal des ersten Produkts, um ein erstes DC-Signal zu erhalten. Ein zweites Filter filtert das Signal des zweiten Produkts, um ein zweites DC-Signal zu erhalten. Ein zweiter Sinusmultiplizierer multipliziert das erste DC-Signal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten. Ein zweiter Kosinusmultiplizierer multipliziert das zweite DC-Signal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten. Ein Addierer subtrahiert die Korrektursignale von dem Eingangssignal.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, um ein Oberwellensignal von einem Strom, der in einen Motor eingegeben wird, zu entkoppeln, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors eine N-te Oberwelle bildet. Das Verfahren umfasst, dass die Flusswinkelgeschwindigkeit integriert wird, um eine Flusswinkelposition zu erhalten. Die Winkelposition wird mit N multipliziert, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten. Der Eingangsstrom und ein Sinus des Vielfachen der Winkelposition werden multipliziert, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten. Der Eingangsstrom und ein Kosinus des Vielfachen der Winkelposition werden multipliziert, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten. Die Signale der ersten und zweiten Produkte werden gefiltert, um ein DC-Kosinussignal und ein DC-Sinussignal zu erhalten. Das DC-Kosinussignal wird mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten. Das DC-Sinussignal wird mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten. Die Korrektursignale werden von dem Eingangsstrom subtrahiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Steuersystem zum Steuern eines Elektromotors einen Pulsweitenmodulations-Controller (PWM-Controller), der ein Steuersignal in einen Eingangsstrom für den Motor einspeist. Ein Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) wird durch das Steuersignal angesteuert, um eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen. Ein Integrierer integriert die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen. Ein Block für eine Oberwellenentkopplung verwendet die abgeschätzte Flusswinkelposition, um eine Vielzahl an Korrektursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet, und subtrahiert die Korrektursignale von dem Eingangsstrom, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors ein Einspeisen eines Steuersignals in einen Eingangsstrom für den Motor, um einen Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) anzusteuern und somit eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen. Die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit wird integriert, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen. Die abgeschätzte Flusswinkelposition wird verwendet, um eine Vielzahl an Korrek tursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet. Die Korrektursignale werden von dem Eingangsstrom subtrahiert, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Bei noch einer anderen Ausführungsform weist eine Motorvorrichtung einen Elektromotor und einen Controller auf, der ein Steuersignal in einen Eingangsstrom für den Motor einspeist. Die Motorvorrichtung umfasst einen Proportional-Integral-Controller (PI-Controller), der durch das Steuersignal angesteuert wird, um eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen, einen Integrierer, der die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit integriert, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen, und einen Block für eine Oberwellenentkopplung, der die abgeschätzte Flusswinkelposition verwendet, um eine Vielzahl an Korrektursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet, und die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung, die hierin nachfolgend geliefert wird, ersichtlich. Es sei angemerkt, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutern, nur Erklärungszwecken dienen und nicht beabsichtigen, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen deutlicher verständlich, in denen:
1 ein Diagramm einer bekannten Ausgestaltung zum Abschätzen der Statorflussposition ist;
2 ein Diagramm einer Motorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Diagramm eines Steuersystems zum Abschätzen einer Statorflussposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
4 ein Diagramm eines Blocks für eine Oberwellenentkopplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt auf keine Weise, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken. Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Induktionsmotoren und Induktionsmotor-Steuersystemen beschrieben werden, sei angemerkt, dass die Erfindung nicht so beschränkt ist. Die Ausführungsformen werden zur Verwendung in Verbindung mit vielen verschiedenen Typen von elektrischen und elektromechanischen Schaltkreisen und Systemen betrachtet, bei denen es erwünscht ist, ein Oberwellensignal von einem Signalpfad zu entkoppeln.
In 2 ist durch Bezugszeichen 50 allgemein eine Motorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben. Ein Motor 54, zum Beispiel ein Induktionsmotor, wird über einen Pulsweitenmodulations-Controller (PWM-Controller) 58 angesteuert. Der Controller 58 umfasst eine Statorflusspositions-Abschätzeinrichtung 100, in die ein Hochfrequenzsignal eingespeist wird, wie es nachstehend weiterhin beschrieben wird. Motorstatoreingangsströme i_α und i_β werden in die Statorflusspositions-Abschätzeinrichtung 100 eingegeben, die eine Statorflussposition θ_e zur Verwendung durch ein Vektorsteuersystem 62 abschätzt. Das Vektorsteuersystem 62 gibt Steuervektoren in einen PWM-Inverter 66 ein, der den Motor 54 mit einem Dreiphasenstrom ansteuert. Wie es nachstehend weiterhin beschrieben ist, verwendet die Statorflusspositions-Abschätzeinrichtung 100 einen Schätzwert ω_{e_est} der Flusswinkelgeschwindigkeit, der durch das Vektorsteuersystem 62 ausgegeben wird, um die Statorflussposition 8e abzuschätzen.
Die Statorflusspositions-Abschätzeinrichtung 100 ist in 3 ausführlicher gezeigt. Bei einigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung und in Bezug auf 3 werden in der Statorflusspositions-Abschätzeinrichtung 100 über die Verwendung von einem oder mehreren Blöcken für eine Oberwellenentkopplung eine oder mehrere Oberwellen beseitigt oder reduziert, wie es nachstehend weiterhin beschrieben ist. Die Motorstatorströme i_α und i_β in einem stationären Bezugssystem werden in einem Block 122 in ein Bezugssystem eines abgeschätzten Flusses transformiert, das synchron mit der Winkelgeschwindigkeit ω_e rotiert. Der Strom i_qm wird durch ein Bandpassfilter (BPF) 124 gefiltert, um einen Strom i_{qm_}BPF zu erzeugen.
Wie es nachstehend weiterhin beschrieben ist, können ein oder mehrere Oberwellensignale über einen oder mehrere Entkopplungsblöcke 102, von denen jeder einen Eingang von einem zugehörigen Multiplizierer 103 emp fängt, von dem Signal i_{qm_}BPF entkoppelt werden. Eine Einspeisungsfrequenz cosω_it wird an einem Multiplizierer 126 eingespeist. Das sich ergebende Signal wird durch ein Tiefpassfilter (LPF) 132 im Wesentlichen zu einer DC-Komponente gefiltert, und das Ergebnis wird durch einen Proportional-Integrator-Controller (PI-Controller) oder -Regler 134 geführt. Der Schätzwert ω_{e_est} der Flusswinkelgeschwindigkeit wird durch einen Addierer 136 addiert. Dieser Schätzwert wird von dem Vektorsteuersystem 62 unter Verwendung eines Schlupfwinkeldrehzahl-Schätzwerts ω_{slip_est} und eines Rotorgeschwindigkeitsschätzwerts oder Rotordrehzahlschätzwerts ω_{r_est} erhalten. Das Ergebnis, die Flusswinkelfrequenz ω_e, wird durch einen Integrierer 138 integriert, um den Statorflusswinkel θ_e zu erhalten, der bei der Vektorsteuerung des Motors 54 durch das Vektorsteuersystem 62 verwendet wird. Der Flusswinkel θ_e wird zu dem Transformationsblock 122 und über einen oder mehrere Multiplizierer 103 zu einem oder mehreren Blöcken 102 für eine Oberwellenentkopplung zurückgeführt.
Wie es in 3 gezeigt ist, wird ein Block 102 für eine Entkopplung der N-ten Oberwelle verwendet, um ein Signal zu entkoppeln, das in Bezug auf das Signal, das die Winkelgeschwindigkeit ω_e darstellt, eine N-te Oberwelle bildet. Der Strom i_{qm_}BPF wird als ein Eingangsstrom mindestens einem Block 102 für eine Oberwellenentkopplung geliefert, von denen einer in 4 gezeigt ist. Der Strom i_{qm_}BPF kann zum Beispiel durch iqm_BPF = Asin(6ωet + φ6) + Bsin(2ωet + φ2) + iinjcos(ωit + φi)ausgedrückt werden, wobei i_injcos(ω_it + φ_i) nützliche Informationen bei der eingespeisten Frequenz darstellt, Asin(6ω_et + φ₆) in Bezug auf das Flusswinkelfrequenzsignal ω_e, das an Block 136 ausgegeben wird, eine unerwünschte sechste Oberwelle darstellt, und Bsin(2ω_et + φ₂) in Bezug auf Signal ω_e eine unerwünschte zweite Oberwelle darstellt. Der beispielhafte Block 102, der in 4 gezeigt ist, ist ausgebildet, um ein Signal einer sechsten Oberwelle zu entkoppeln. An dem Multiplizierer 103 wird das Rückführungssignal des Flusswinkels θ_e mit dem Oberwellenwert multipliziert, um 6θ_e, d.h. 6ω_et zu erhalten. Das Eingangssignal i_{qm_}BPF wird parallel an einem Multiplizierer 204 mit sin6ω_et und an einem Multiplizierer 208 mit cos6ω_et multipliziert. Der Multiplizierer 204 erzeugt ein Signal: Asin(6ωet + φ6)sin(6ωet) + Bsin(2ωet + φ2)sin(6ωet) + iinjcos(ωit + φi)sin(6ωet), das an einem Tiefpassfilter LPF1 gefiltert wird, um im Wesentlichen ein DC-Signal (A/2)cos(φ₆) zu erhalten. Ähnlich wird durch Multiplizieren an einem Multiplizierer 208 und Filtern unter Verwendung eines Tiefpassfilters LPF2 ein Signal (A/2)sin(φ₆) erhalten. Die Filter LPF1 und LPF2 sind herkömmliche Filter, z.B. Butterworth- und/oder Tschebyscheff-Filter mit Polen, die gemäß der größten Dynamik eines Signals, die in i_inj erwartet wird, ausgebildet sind. Nach einer Multiplikation mit 2sin(6ω_et) bzw. 2cos(6ω_et) an den Multiplizierern 212 bzw. 214 werden zwei Korrektursignale erhalten, nämlich Acosφ₆sin6ω_et und Asinφ₆cos6ω_et. Die Korrektursignale werden an einem Addierer 216 von i_{qm_}BPF subtrahiert, was zu einem Signal i_{qm_}corr führt: iqm_corr = iinjcos(ωit + φi) + Bsin(2ωet + φ2).
Somit wird die unerwünschte sechste Oberwelle Asin(6ω_et + φ₆) von dem Signal i_injcos(ω_it + φ_i) + Bsin(2ω_et + φ₂) entkoppelt. Auf eine ähnliche Weise können ein weiterer Entkopplungsblock 102 und ein zugehöriger Multiplizierer 103, wobei N gleich zwei (2) ist, verwendet werden, um das Signal Bsin(2ω_et + φ₂) von dem nützlichen Signal i_injcos(ω_it + φ_i) entkoppeln.
Die Effektivität der Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung bei einer Entkopplung einer Komponente einer sechsten Oberwelle aufgrund von einer Totzeit-Kompensation wurde getestet. Bei höheren Motorbetriebsfrequenzen kann diese Komponente nahe einer Einspeisungskomponente liegen und nützliche Informationen, die in dem Einspeisungssignal enthalten sind, stören. Diese Komponente wurde effektiv entkoppelt. Bei einigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden zusätzliche Oberwellenkomponenten mit Frequenzen f_i6 = f_i ± f_6e entkoppelt, um eine Störung eines Einspeisungskomponentensignals unter Verwendung eines Schaltkreises, der ähnlich dem ist, der verwendet wird, um eine Komponente einer sechsten Oberwelle zu entkoppeln, weiter zu reduzieren.
Vorteilhafterweise erfordern Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung keine spezielle Zuordnung oder Abstimmung des Entkopplungsschaltkreises. Es können so viele Ausgestaltungen von Blöcken für eine Oberwellenentkopplung kaskadiert werden, wie es als notwendig erachtet wird, um den Einfluss von unerwünschten Oberwellen zu reduzieren. Bei einigen Ausgestaltungen sind Verzögerungen, die durch diese Blöcke eingeführt werden, minimal, wodurch keine Zuordnung der Parameter der Entkopplungsblöcke erforderlich ist.
Es sei angemerkt, dass Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ein schnelleres Abstimmen von Algorithmen einer sensorlosen Steuerung und eine Unempfindlichkeit auf eine Parameterschwankung von Inverter zu Inverter und auf Temperaturschwankungen bereitstellen. Zusätzlich benötigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu Filtern synchroner Bezugssysteme keine vollständige Folge eines Dreiphasensignals, um zu funktionieren. Ein Oberwellensignal kann ohne A-Priori-Kenntnis seiner Amplitude und/oder Phase entkoppelt werden. Es sei ebenfalls angemerkt, dass verschiedene Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung vorteilerhafterweise keine spezielle Zuordnung oder Abstimmung erfordern. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bei einem breiten Bereich von Anwendungen verwendet werden, bei denen ein Signal von einem Mehrkomponentenspektrum von Frequenzen entkoppelt werden soll.
Fachleute werden nun aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, das die breiten Lehren der vorliegenden Erfindung auf eine Vielfalt an Arten implementiert werden können. Deshalb sollte, während diese Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen hiervon beschrieben wurde, der wahre Schutzumfang der Erfindung nicht so beschränkt sein, da andere Abwandlungen für Fachleute auf ein Betrachten der Zeichnungen, der Spezifikation und der folgenden Ansprüche hin ersichtlich werden.
Zusammenfassung
Verfahren zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine Oberwelle bildet. Eine Winkelposition des anderen Signals wird mit einem Wert multipliziert, der die Oberwelle darstellt, um ein Vielfaches einer Winkelposition zu erhalten. Ein Block für eine Oberwellenentkopplung verwendet das Vielfache der Winkelposition, um Korrektursignale zu erhalten, die das Oberwellensignal darstellen, und subtrahiert die Korrektursignale von dem Eingangsstrom, um das Oberwellensignal von dem Eingangssignal zu entkoppeln. Dieses Verfahren ist zur Entkopplung von unerwüschten Oberwellen von Strömen, in die Hochfrequenzsignale für eine Steuerung von Elektromotoren eingespeist wurden, nützlich.

Claims

Verfahren zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine Oberwelle bildet und das Verfahren umfasst, dass eine Winkelposition des anderen Signals mit einem Wert, der die Oberwelle darstellt, multipliziert wird, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten; das Eingangssignal mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; das Eingangssignal mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; die Signale der ersten und zweiten Produkte gefiltert werden, um ein DC-Kosinussignal und ein DC-Sinussignal zu erhalten; das DC-Kosinussignal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten; das DC-Sinussignal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten; und die Korrektursignale von dem Eingangssignal subtrahiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass das andere Signal integriert wird, um die Winkelposition zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oberwellenwert aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus 1, 2, 6 und Vielfachen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, das eine Vielzahl an Malen und für mehr als einen Oberwellenwert ausgeführt wird.
System zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Eingangssignal, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf ein anderes Signal als das Eingangssignal eine N-te Oberwelle bildet und das System umfasst: einen Multiplizierer, der eine Winkelposition des anderen Signals mit N multipliziert, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten; einen ersten Sinusmultiplizierer, der das Eingangssignal mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; einen ersten Kosinusmultiplizierer, der das Eingangssignal mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; ein erstes Filter, das das Signal des ersten Produkts filtert, um ein erstes DC-Signal zu erhalten; ein zweites Filter, das das Signal des zweiten Produkts filtert, um ein zweites DC-Signal zu erhalten; einen zweiten Sinusmultiplizierer, der das erste DC-Signal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten; einen zweiten Kosinusmultiplizierer, der das zweite DC-Signal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten; und einen Addierer, der die Korrektursignale von dem Eingangssignal subtrahiert.
System nach Anspruch 5, das des Weiteren einen Integrierer umfasst, der das andere Signal integriert, um die Winkelposition zu erhalten.
System nach Anspruch 5, wobei das Eingangssignal einen Strom von einem Motorstator umfasst und das andere Signal eine Statorflusswinkelgeschwindigkeit umfasst, und das System des Weiteren einen Integrierer umfasst, der die Winkelgeschwindigkeit integriert, um die Winkelposition zu erhalten.
Verfahren zur Entkopplung eines Oberwellensignals von einem Strom, der in einen Motor eingegeben wird, wobei das Oberwellensignal in Bezug auf eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors eine N-te Oberwelle bildet und das Verfahren umfasst, dass die Flusswinkelgeschwindigkeit integriert wird, um eine Flussposition zu erhalten; die Winkelposition mit N multipliziert wird, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten; der Eingangsstrom mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; der Eingangsstrom mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; die Signale der ersten und zweiten Produkte gefiltert werden, um ein DC-Kosinussignal und ein DC-Sinussignal zu erhalten; das DC-Kosinussignal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein erstes Korrektursignal zu erhalten; das DC-Sinussignal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein zweites Korrektursignal zu erhalten; und die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Eingangsstrom mehr als ein Oberwellensignal umfasst und das Verfahren für jedes der Oberwellensignale ausgeführt wird.
Steuersystem zum Steuern eines Elektromotors, wobei das System umfasst: einen Pulsweitenmodulations-Controller (PWM-Controller), der ein Steuersignal in einen Eingangsstrom für den Motor einspeist; einen Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) der durch das Steuersignal angesteuert wird, um eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen; einen Integrierer, der die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit integriert, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen; und einen Block für eine Oberwellenentkopplung, der: die abgeschätzte Flusswinkelposition verwendet, um eine Vielzahl an Korrektursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet; und die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Steuersystem nach Anspruch 10, das des Weiteren eine Vielzahl an Blöcken für eine Oberwellenentkopplung umfasst, wobei jeder der Blöcke ein entsprechendes Oberwellensignal von dem Eingangsstrom entkoppelt.
Steuersystem nach Anspruch 10, wobei der Block für eine Oberwellenentkopplung umfasst: einen Multiplizierer, der die abgeschätzte Flusswinkelposition mit einer Konstanten multipliziert, die die Oberwelle des Oberwellensignals darstellt, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten; einen ersten Sinusmultiplizierer, der den Eingangsstrom mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; einen ersten Kosinusmultiplizierer, der den Eingangsstrom mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; ein erstes Filter, das das Signal des ersten Produkts filtert, um ein erstes DC-Signal zu erhalten; ein zweites Filter, das das Signal des zweiten Produkts filtert, um ein zweites DC-Signal zu erhalten; einen zweiten Sinusmultiplizierer, der das erste DC-Signal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein erstes der Korrektursignale zu erhalten; einen zweiten Kosinusmultiplizierer, der das zweite DC-Signal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein zweites der Korrektursignale zu erhalten; und einen Addierer, der die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert.
Steuersystem nach Anspruch 12, wobei die Konstante eine umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus 1, 2, 6 und Vielfachen hiervon besteht.
Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, wobei das Verfahren umfasst, dass ein Steuersignal in einen Eingangsstrom für den Motor eingespeist wird, um einen Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) anzusteuern und somit eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen; die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit integriert wird, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen; die abgeschätzte Flusswinkelposition verwendet wird, um eine Vielzahl an Korrektursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet; und die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert werden, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren umfasst, dass eine Vielzahl an Oberwellensignalen von dem Eingangsstrom entkoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren umfasst, dass die abgeschätzte Flusswinkelposition mit einer Konstanten multipliziert wird, die die Oberwelle des Oberwellensignals darstellt, um ein Vielfaches der Winkelposition zu erhalten; der Eingangsstrom mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; der Eingangsstrom mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; das Signal des ersten Produkts gefiltert wird, um ein erstes DC-Signal zu erhalten, und das Signal des zweiten Produkts gefiltert wird, um ein zweites DC-Signal zu erhalten; das erste DC-Signal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein erstes der Korrektursignale zu erhalten; und das zweite DC-Signal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert wird, um ein zweites der Korrektursignale zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 14, das unter Verwendung eines PWM-Controllers ausgeführt wird.
Motorvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Controller, der ein Steuersignal in einen Eingangsstrom für den Motor einspeist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Proportional-Integral-Controller (PI-Controller), der durch das Steuersignal angesteuert wird, um eine Flusswinkelgeschwindigkeit des Motors abzuschätzen; einen Integrierer, der die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit integriert, um eine Flusswinkelposition abzuschätzen; und einen Block für eine Oberwellenentkopplung, der die abgeschätzte Flusswinkelposition verwendet, um eine Vielzahl an Korrektursignalen zu erhalten, die ein Oberwellensignal darstellen, das in Bezug auf die abgeschätzte Flusswinkelgeschwindigkeit eine Oberwelle bildet, und die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert, um das Oberwellensignal von dem Eingangsstrom zu entkoppeln.
Motorvorrichtung nach Anspruch 18, die des Weiteren eine Vielzahl an Blöcken für eine Oberwellenentkopplung umfasst, wobei jeder der Blöcke ein entsprechendes Oberwellensignal von dem Eingangsstrom entkoppelt.
Motorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Block für eine Oberwellenentkopplung umfasst: einen Multiplizierer, der die abgeschätzte Flusswinkelposition mit einer Konstanten multipliziert, die die Oberwelle des Oberwellensignals darstellt, um ein Vielfaches einer Winkelposition zu erhalten; einen ersten Sinusmultiplizierer, der den Eingangsstrom mit einem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines ersten Produkts zu erhalten; einen ersten Kosinusmultiplizierer, der den Eingangsstrom mit einem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein Signal eines zweiten Produkts zu erhalten; ein erstes Filter, das das Signal des ersten Produkts filtert, um ein erstes DC-Signal zu erhalten; ein zweites Filter, das das Signal des zweiten Produkts filtert, um ein zweites DC-Signal zu erhalten; einen zweiten Sinusmultiplizierer, der das erste DC-Signal mit zweimal dem Sinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein erstes der Korrektursignale zu erhalten; einen zweiten Kosinusmultiplizierer, der das zweite DC-Signal mit zweimal dem Kosinus des Vielfachen der Winkelposition multipliziert, um ein zweites der Korrektursignale zu erhalten; und einen Addierer, der die Korrektursignale von dem Eingangsstrom subtrahiert.
Motorvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Konstante eine umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus 1, 2, 6 und Vielfachen hiervon besteht.