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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Elektromotoren,
und insbesondere die Stillstandserkennung in Elektromotoren. Sie
findet insbesondere Anwendung bei Permanentmagnet-Wechselstrommotoren,
kann aber auch bei anderen Motorarten verwendet werden.
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Um
einen Elektromotor zu steuern, z. B. mittels eines geschlossenen
Geschwindigkeitsregelkreises oder eines geschlossenen Stromregelkreises,
ist es notwendig, die Drehposition des Motors zu kennen. Es ist wohlbekannt,
einen geeigneten Positionssensor zu verwenden, um die Drehposition
eines Elektromotors zu überwachen.
Ein Überblick
eines geschlossenen Geschwindigkeitsregelkreissystems, das einen
Positionssensor einsetzt, ist in 1 gezeigt.
Die Drehposition des Drehstrommotors 10 wird durch einen
Positionssensor 12 überwacht,
dessen Ausgabe verwendet wird, um die Motordrehzahl W durch einen
Drehzahlberechnungsalgorithmus 14 zu ermitteln. Das System
empfängt
eine Motordrehzahl-Anforderung W*, die mit der gemessenen Drehzahl
W durch einen Vergleicher 16 verglichen wird. Die Differenz
zwischen der gemessenen und der gewünschten Drehzahl, oder der
Drehzahlfehler, wird in einen Geschwindigkeitsregler 18 eingegeben,
welcher Zielströme
i* berechnet, die in Form von D- und Q-Stromvektoren berechnet werden,
welche erforderlich sind, um die Motordrehzahl auf die gewünschte Drehzahl
zu bringen. Diese werden in einen Stromvergleicher 20 eingegeben,
welcher auch gemessene D- und Q-Stromwerte erhält, die durch einen Stromwandler 22 aus
in den drei Phasen des Motors gemessenen Strömen, gemessen durch einen Stromsensor 24,
erzeugt werden. Der Stromvergleicher 20 gibt den Stromfehler
aus, d. h. die Differenz zwischen den gemessenen Strömen und den
gewünschten
Strömen,
und führt
diese einem Stromregler 26 zu. Der Stromregler 26 gibt
die geforderten D- und Q-Spannungswerte aus, die in einen Wandler 28 eingegeben
werden. Der Wandler 28 wandelt die D- und Q-Spannungsanforderungen
in Phasenspannungsanforderungen um, d. h. die in jeder der Phasen
des Motors erforderliche Spannung. Die Phasenspannungsanforderungen
werden einem PWM-Treiber 30 zugeführt, welcher PWM-Spannungen
an die Motorphasen anlegt, um die geforderten Ströme zu erzeugen.
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Für etliche
Anwendungen kann ein Diagnose-Programm erforderlich sein, das, in
Antwort auf den durch ihn geleiteten Strom, erkennen kann, ob der
Motor stillsteht, d. h. sich nicht dreht, oder sich nicht mit ausreichender
Drehzahl dreht. Dies kann daran liegen, dass die Last an dem Motor
zu hoch ist, oder daran, dass er auf Grund irgendeines körperlichen
Hindernisses vollständig
blockiert ist. Der Positionssensor kann unmittelbar überprüft werden
um zu bestimmen, ob der Motor sich dreht, so werden zum Beispiel,
falls der Positionssensor Hall-Sensoren enthält, diese nicht ihren Zustand ändern, wenn
der Motor stillsteht.
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Bei
einem sensorlosen Positionsbestimmungssystem ist der Positionssensor
entfernt und die Position wird durch einen sensorlosen Positionsalgorithmus
aus einer Kenntnis der an den Motor angelegten Spannung und des
in dem Motor gemessenen Stroms ermittelt. Da kein Positionssensor
vorhanden ist, gibt es kein Verfahren, um unmittelbar zu bestimmen,
ob der Motor sich dreht. Deshalb wird ein alternatives Erkennungsverfahren
benötigt,
um den Stillstand zu überwachen.
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Wie
oben erwähnt
ist die Mindestanforderung der Stillstandserkennung, dass das Diagnoseverfahren zuverlässig erkennen
kann, dass der Motor blockiert ist oder auf andere Weise stillsteht.
Ein Beispiel für
einen Stillstand-Motorzustand ist, wenn die an den Motor angelegte
Last größer ist
als das Drehmoment, das der Motor erzeugen kann, was dazu führt, dass
die Motordrehzahl auf ungefähr
Null fällt.
Er kann sich sehr langsam oder sporadisch bewegen. Wird die Last
entfernt, wird der Motor wieder normal arbeiten. Ein anderes Beispiel
für einen
Stillstands-Motorzustand ist, wenn der Rotor, z. B. auf Grund von
Fremdkörpern
in der Mechanik, mechanisch blockiert worden ist. Der Motor wird
sich überhaupt
nicht drehen und wird dies wahrscheinlich nicht tun, bis die Ursache
für den
blockierten Rotor entfernt werden kann.
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Bekannte
sensorlose Positionsalgorithmen vertrauen auf die in dem Motor erzeugte
Gegen-EMK zur Bestimmung der Drehposition. Bei Drehzahl Null und
geringen Drehzahlen gibt es keine oder nur eine geringe erzeugte
Gegen-EMK. Die bei geringen Drehzahlen gelieferte Position ist deshalb
im Allgemeinen fehlerhaft oder sehr verrauscht, da der Algorithmus
versucht, ohne einen ausreichenden Gegen-EMK-Pegel zu arbeiten. Die
aus dem Positionssignal abgeleitete geschätzte Geschwindigkeit ist deshalb
auch äußerst verrauscht
und übermäßig hoch
in ihrer Größe. Die
in dem geschätzten
Geschwindigkeitssignal vorhandenen Rauschpegel sind, auch mit starker
Filterung des Signals, zu hoch, um eine zuverlässige Verwendung eines Grenzwerts
zu gewährleisten.
Deshalb sind diese bekannten Algorithmen für sich nicht zum Erkennen von
Stillstandszuständen
geeignet.
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Demgemäss stellt
die vorliegende Erfindung ein Regelsystem für einen Elektromotor bereit,
wobei das System ein Verarbeitungsmittel umfasst, das eingerichtet
ist, einen Regelvorgang auszuführen,
welcher ein Überwachen
von an dem Motor angelegten elektrischen Spannungen und von elektrischen
Strömen
in dem Motor und ein Ermitteln der Drehposition des Motors aus diesen
enthält,
wobei das System weiter eingerichtet ist, zumindest einen Parameter
des Regelvorgangs zu überwachen,
um dadurch einen Stillstandszustand des Motors zu erkennen.
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Der
zumindest eine Parameter kann einer sein, der in einem Positionsbestimmungsvorgang,
z. B. einem Algorithmus, verwendet wird, welcher die Motorposition
bestimmt. Zum Beispiel kann der zumindest eine Parameter eine geschätzte Geschwindigkeit,
Drehzahl oder Beschleunigung des Motors, oder an den Motor angelegte
Spannungen oder in dem Motor gemessene Ströme enthalten. Alternativ oder
zusätzlich
kann der zumindest eine Parameter einen bei der weiteren Regelung
des Motors verwendeten Parameter enthalten, wie zum Beispiel einen
geforderten Strom. Wo eine Vielzahl Parameter überwacht werden, kann ein Stillstandszustand
erkannt werden, wenn nur einer derselben innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs liegt, oder er kann nur erkannt werden, wenn sie alle innerhalb
entsprechender Bereiche liegen.
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Das
Regelsystem kann eingerichtet sein, wiederholt die Erkennung eines
Stillstandszustands oder Fehlers zu überwachen und zu bestimmen,
dass ein Stillstand nur aufgetreten ist, wenn ein Stillstandszustand oder
Fehler mit einer vorbestimmten Anzahl an Wiederholungen innerhalb
einer vorbestimmten Zeitspanne auftritt.
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Das
Regelsystem kann eingerichtet sein, eine Stillstandrückmeldungsmaßnahme in
Antwort auf die Erkennung eines Stillstandszustands auszuführen. Zum
Beispiel kann die Stillstandrückmeldungsmaßnahme das
Bereitstellen einer Warnung und/oder das Erzeugen einer vorbestimmten
Steuerungseingabe enthalten.
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Ein
Vorteil des Diagnose-Programms für
den blockierten Rotor einiger Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist, dass keine zusätzliche
Hardware erforderlich ist, um die Sicherheitsanforderung an das Erkennen
eines blockierten oder auf andere Weise stillstehenden Motors zu
erfüllen.
Ohne zusätzliche
Hardware wird eine Kostenersparnis erreicht und potentiell die Verlässlichkeit
des Systems erhöht
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft nur in Bezug
auf den Rest der beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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2 ein
Diagramm eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3 ein
Flussdiagramm eines in dem System aus 2 verwendeten
Stillstandserkennungsalgorithmus ist;
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4 ein
Diagramm ist, das Eingaben und Ausgaben eines sensorlosen Beobachters
zeigt, der einen Teil des Systems aus 2 bildet;
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5 Abtastwerte
von Motordrehzahl und Beschleunigung, ermittelt durch den sensorlosen
Positionsbestimmungsalgorithmus des Systems aus 2,
bei normalem Betrieb zeigt;
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6a und 6b die
Abtastwerte aus 5 in einem komprimierten Maßstab und
mit zugehörigen Werten
gemessenen Stroms zeigen;
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7a und 7b Abtastwerte
entsprechend denen aus 6a und 6b, aber
mit dem Motor unter Stillstandszuständen arbeitend, zeigen;
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8 ein
Flussdiagramm ist, das zeigt, wie das System aus 2 auf
die Erkennung eines Stillstandszustands antwortet;
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9 eine
Antwort des Systems aus 2 auf die Erkennung eines Stillstandszustands
zeigt;
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10 die
Erzeugung eines Korrekturmaßnahme-Drehzahlsollwerts
in Antwort auf die Erkennung eines Stillstandszustands in dem Systems
aus 2 zeigt;
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11 die
Erzeugung eines Korrektur-Stromsollwerts in Antwort auf die Erkennung
eines Stillstandszustands in dem System aus 2 zeigt;
und
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12 die
Erzeugung eines rampenförmigen
Positionssignals in Antwort auf die Erkennung eines Stillstandszustands
in dem System aus 2 zeigt.
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Bezug
nehmend auf 2 enthält ein Motorsteuersystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung alle der Komponenten des Systems aus 1,
welche durch die gleichen Bezugszeichen erhöht um 100 bezeichnet
sind, bis auf den Positi onssensor 12, welcher durch einen
sensorlosen Positionsbestimmungsalgorithmus 112 ersetzt
ist. Der Positionsbestimmungsalgorithmus empfängt die angeforderten, an den
Motor angelegten Spannungen, in diesem Fall die angeforderten Phasenspannungen
von dem PWM-Treiber 128, und die gemessenen Ströme in dem
Motor, in diesem Fall die Phasenströme, gemessen durch den Stromsensor 124.
Aus diesen ermittelt der Positionsbestimmungsalgorithmus 112 die
Drehposition des Motors. Die grundlegende Arbeitsweise eines solchen
sensorlosen Algorithmus ist wohlbekannt.
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Wie
zuvor erwähnt
ist, wenn der Motor stillsteht, z. B. wenn der Rotor blockiert ist,
der sensorlose Algorithmus wegen der vernachlässigbaren Gegen-EMK unfähig, korrekt
zu arbeiten, um die Rotorposition zu ermitteln. Deshalb werden die
Betriebsparameter des sensorlosen Algorithmus von dem Normalbetrieb
verschieden sein. Zum Beispiel wird die gemessene Motorposition
auf eine ungewöhnliche
Weise abweichen, die geschätzte
Motordrehzahl und -beschleunigung werden auch in ungewöhnlicher
Weise abweichen, und die durch das Regelsystem zum Regeln des Motors
erzeugten Spannungen werden ebenfalls in ungewöhnlicher Weise abweichen. Es
ist diese Betriebsänderung,
für deren
Erkennung der Stillstandserkennungsalgorithmus eingerichtet ist.
Der sensorlose Algorithmus arbeitet gewöhnlich innerhalb eines vorbestimmten
Wertebereichs dieser und anderer Parameter, aber wenn ein Stillstandszustand
auftritt, ändern
sich die Bereiche, über
die diese Parameter variieren, und erlauben so eine Erkennung durch
den Stillstandserkennungsalgorithmus.
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Bezug
nehmend auf 3 beginnt allgemein der Stillstandserkennungsalgorithmus
bei Schritt 200, wenn der sensorlose Algorithmus 112 anfängt zu arbeiten.
Er überwacht
den Betrieb des sensorlosen Algorithmus 112 in Schritt 202,
da dieser Algorithmus während
der Regelung des Motors 110 in Betrieb ist. In Schritt 204 bestimmt
er, ob der sensorlose Algorithmus 112 richtig funktioniert.
Falls er das tut, wird dann ein Größenwert des Stillstandszustands
des Motors 110 in Schritt 206 verringert. Falls
der sensorlose Algorithmus 112 nicht richtig funktioniert,
wird dann der Größenwert
des Stillstandszustands in Schritt 208 erhöht. In jedem
Fall kehrt der Vorgang zu Schritt 202 zurück, um den
Betrieb des sensorlosen Algorithmus nochmals in einem Wiederholvorgang
zu überprüfen. Es
versteht sich, dass der Größenwert
des Stillstandszustands sich erhöhen wird,
falls der Stillstand wiederholt mit einer hinreichend hohen Frequenz
erkannt wird, und abnehmen wird, falls der Stillstandszustand nicht
häufig
genug erkannt wird. Falls der Größenwert
des Stillstandszustands einen vorbestimmten Pegel erreicht, dann
bestimmt der Algorithmus, dass der Motor 110 stillsteht,
und eine geeignete Maßnahme
wird vorgenommen, wie sie unten detaillierter beschrieben wird.
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Um
den Schritt 204 auszuführen
und zu ermitteln, ob der sensorlose Algorithmus richtig funktioniert, können etliche
Leistungsgrößenwerte
verwendet werden und einige von diesen werden nun beschrieben werden.
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Intern
verwendet der sensorlose Algorithmus 112 in dieser Ausführungsform
einen Beobachter, welcher ein Modell des Motors 110 enthält und eingerichtet
ist, Betriebsparameter des Motors 110 vorherzusagen und
diese mit gemessenen Werten zu vergleichen. Die Differenzen zwischen
diesen, als Residuen bezeichnet, werden als Teil des Gesamtmotorsteuervorgangs
verwendet, können
aber auch zur Stillstandserkennung verwendet werden. Das liegt daran,
dass, wenn der Motor 110 normal läuft, die Residuen klein sein
sollten. Im anormalen Betrieb, in dem der Beobachter nicht richtig
arbeitet, werden die Residuen sich ändern, und dies kann dazu verwendet
werden, den stillstehenden Motorzustand zu erkennen.
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Extern
sind die Eingaben und Ausgaben des Beobachters in 4 gezeigt. 4 zeigt
die innere Geschwindigkeitsberechnung des Beobachters, bei der diese
aus dem Positionssignal abgeleitet wird. Jedoch kann die Geschwindigkeitsberechnung
auch außerhalb
des Beobachters, wie in 2 gezeigt, ausgeführt werden.
Wenn der Beobachter aufgrund des Stillstands des Motors 110 nicht
richtig funktioniert, wird die elektrische Position und deshalb
auch die geschätzte
Geschwindigkeit fehlerhaft und verrauscht sein. Diese fehlerhaften
Messwerte werden dann im Gegenzug die an den Motor 110 angelegte
Spannung beeinflussen, zum Beispiel weil bei Verwendung der D/Q
auf Dreiphasen-Transformation die angelegte Spannung an der falschen Position
angelegt werden wird. Diese fehlerhaft angelegten Spannungen werden
zu verrauschten Strommessungen führen,
welche dann verwendet werden, um den Beobachter zu betreiben. Mit
einem verrauschten Geschwindigkeitssignal ist die geschätzte Beschleunigung,
welche die Ableitung des Geschwindigkeitssignals bezüglich der
Zeit ist, im Allgemeinen wesentlich größer als die geschätzte Beschleunigung
bei normalen Betriebszuständen
und in der Tat im Allgemeinen größer als
die tatsächliche
Beschleunigung des Motors bei allen Zuständen. Der Stillstandserkennungsalgorithmus
erkennt diese Änderungen
in dem Betriebszustand, da die Betriebsparameter des Motors, z.
B. Strom, Spannung und geschätzte
Beschleunigung, außerhalb
ihrer normalen Wertebereiche liegen werden.
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Obwohl
das Geschwindigkeitssignal dazu verwendet werden kann, den Stillstand
zu erkennen, hat es Grenzen. Ein verlässlicheres Verfahren zum Erkennen
ist, den geschätzten
Beschleunigungswert zu verwenden. Der geschätzte Beschleunigungswert wird
von dem Geschwindigkeitsmesswert abgeleitet, welcher wiederum von
dem Positionssignal abgeleitet wird. Der Ruck der Positionsschätzung, d.
h. die Ableitung der Beschleunigung bezüglich der Zeit, kann auch als
ein Parameter verwendet werden, welcher nützliche Informationen bereitstellt.
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5 zeigt
Abtastwerte von geschätzter
Motordrehzahl und Beschleunigung, die durch den sensorlosen Algorithmus 112 während Normalbetriebs
des Motors 110 erzeugt wurden. Wie aus diesen Figuren ersichtlich,
gibt es eine gleichmäßige Verteilung
von Motordrehzahlen über
den normalen Regelbereich von ungefähr 1000 bis 5500 U/min, und
Beschleunigungen liegen im Allgemeinen unter ungefähr 200 (U/min)/ms. 6a zeigt
die gleichen Abtastwerte auf einer komprimierteren vertikalen Skala
und 6b zeigt die Stromverteilung für die gleichen Abtastwertzeiten.
Die Stromverteilung ist kompliziert, aber es ist ersichtlich, dass
der Maximalstrom zwischen 80 A und 90 A liegt.
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7a und 7b zeigen
entsprechende Abtastwerte, wenn sich der Motor 110 in einem
blockierten Rotorzustand befindet. Wie ersichtlich, ist die auf
der vertikalen Achse gezeigte geschätzte Beschleunigung viel größer, wenn
der Rotor blockiert ist und der sensorlose Algorithmus 112 nicht
richtig funktioniert. Die Geschwindigkeit wird auf der horizontalen
Achse dargestellt und man kann sehen, dass dann, wenn der Rotor blockiert
ist, weiterhin eine Geschwindigkeit auf Grund der falschen Abweichung
bei der Positionsschätzung erzeugt
wird. Jedoch ist die Mehrzahl von Motordrehzahlwerten unter 1500
U/min und eine große
Anzahl ist unter 1000 U/min, d. h. unter dem normalen Betriebsdrehzahlbereich
des Motors. Auch weist ein großer
Anteil der Abtastwerte Beschleunigungswerte von 200 (U/min)/ms oder
größer auf.
Auch die Stromwerte sind viel höher
als die aus 6b, wobei eine große Anzahl
von Abtastwerten Ströme über 100
A aufweist.
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Diese Änderung
bei der geschätzten
Beschleunigungsgröße kann
als ein Hinweis auf ein Stehenbleiben und als ein auf das Beschleunigungssignal
gesetzter Grenzwert verwendet werden. Falls die Absolutbeschleunigung
diesen bestimmten Grenzwert übersteigt,
dann erkennt der Stillstandserkennungsalgorithmus einen Stillstandszustand.
Die geschätzte
Beschleunigung des Motors ist definiert als die Änderung der Motorgeschwindigkeit
seit der vorhergehenden Berechnung geteilt durch die Zeit seit der
letzten Geschwindigkeitsberechnung (TIME SINCE LAST ACCEL CALC),
d. h.: Motorbeschleunigung = (Motorgeschwindigkeit – vorhergehende
Motorgeschwindigkeit)/TIME SINCE LAST ACCEL CALC vorhergehende
Motorgeschwindigkeit = Motorgeschwindigkeit
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Das
Stillstandserkennungs-Diagnose-Programm kann dann als TRUE (WAHR)
definiert werden, falls die geschätzte Beschleunigung einen vorbestimmten
Wert (MOTOR STALL MAX ACCELERATION; Motorstillstand-Maximalbeschleunigung) übersteigt:
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In
dem einfachsten Fall könnte
dies das vollständige
Diagnose-Programm sein. Jedoch werden in dieser Ausführungsform
die TRUE- and FALSE-Werte in dem Algorithmus aus 3 verwendet,
um einen Größenwert
des Stillstandszustands zu erhöhen
oder zu verringern, was in der Praxis ein Größenwert der Wahrscheinlichkeit
ist, dass der Stillstand tatsächlich
aufgetreten ist. Stillstand soll nur als erkannt und als beantwortet
angenommen werden, wenn der Größenwert
einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Um
die Stabilität
des Diagnose-Programms zu verbessern und falsche Auslöser zu verhindern,
kann der Betriebsbereich, innerhalb dessen das Diagnose-Programm
arbeitet, d. h. der Parameterbereich, über welchem der Algorithmus
einen Stillstandszustand erkennen wird, mittels etlicher Erweiterungen
verkleinert werden. Obwohl jede Erweiterung in dieser Ausführungsform
kumulativ angewendet wird, können
sie auch wie benötigt
separat angewendet werden.
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Obwohl
die durch den Algorithmus erzeugte Drehzahlschätzung während des Stillstands sehr
verrauscht ist, mittelt sie sich auf einen Wert nahe Null. Deshalb
kann, falls der normale Betriebsbereich über einem bestimmten Drehzahlwert
liegt, das Diagnose-Programm darauf beschränkt werden, nur unter dieser Drehzahlgrenze
zu arbeiten.
6 zeigt den verringerten
Geschwindigkeitsbereich, wenn der Motor stillsteht, verglichen mit
dem breiteren Drehzahlbereich aus
5, der während des
Normalbetriebs auftritt. Das Diagnose-Programm kann deshalb erweitert
werden, um einen Stillstandszustand nur zu erkennen, falls die Beschleunigung über einer
vorbe stimmten Grenze liegt und die Drehzahl unter einer vorbestimmten
Grenze (MOTOR STALL MAX VELOCITY; Motorstillstand-Maximalgeschwindigkeit)
liegt. Das Diagnose-Programm
wird dann zu:
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Eine
zusätzliche
Erweiterung besteht darin, den Strom zu verwenden, um weiter den
Betriebsbereich zu verringern. Für
einen Geschwindigkeitsregler, in dem die Geschwindigkeit unter den
Drehzahlsollwert fällt, wie
zum Beispiel bei einem Stillstandszustand, wird der Regler einen
Maximalstrom anlegen, um zu versuchen, den Geschwindigkeitsfehler
zu beseitigen.
7b zeigt dies deutlich mit einer
großen
Anzahl von Abtastwerten mit geforderten Strömen über 100 A. Eine Begrenzung
des Betriebs des Diagnose-Programms, um einen Stillstandszustand
nur bei Betriebszuständen
zu erkennen, in denen ein hoher Strom (> MOTOR STALL MIN CURRENT; Motorstillstand-Minimalstrom)
gefordert wird, kann den Betriebsbereich verringern und die Stabilität erhöhen. Das
Diagnose-Programm vergrößert sich
dann auf:
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7a zeigt
den Arbeitsbereich, d. h. die Bereiche von Betriebsparametern, des
Stillstandserkennungsalgorithmus, in dem das Rotorstillstand-Diagnose-Programm
mit den oben beschriebenen Erweiterungen enthalten ist. Das Rechteck
in der Ecke oben links definiert den Arbeitsbereich mit der begrenzenden
Maximaldrehzahl von 1000 U/min und der begrenzenden Minimalbeschleunigung
von 200 (U/min)/ms.
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Zurückverweisend
auf 3 kann, um das Diagnose-Programm stabil zu machen,
ein Grenzwert auf die etlichen Stillstandsbedingungen gesetzt werden,
die erkannt werden müssen,
bevor das Diagnose-Programm einen Stillstand erkennt und darauf
reagiert. Falls zum Beispiel die Fehleranzahl, die innerhalb einer vorbestimmten
Zeitspanne, z. B. einer Sekunde, auftritt, einen Grenzwert übersteigt,
dann gilt ein Stillstand als erkannt. Falls weniger als die minimale
Anzahl von Fehlern innerhalb einer gegebenen Dauer erkannt wird, werden
sie ignoriert. Dies ermöglicht
es, gelegentliche Störungen
zu ignorieren und nicht anzuhäufen.
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Sobald
ein blockierter oder auf andere Weise stillstehender Motor erkannt
worden ist, gibt es eine Anzahl möglicher Maßnahmen, die das System in
Antwort darauf ergreifen kann, wobei einige von diesen versuchen,
den Stillstandszustand zu überwinden,
und einige von diesen dies nicht versuchen. Bezug nehmend auf 8 beginnt
der Vorgang zum Beantworten der Erkennung eines Stillstandszustands
in Schritt 300, wenn der sensorlose Algorithmus 112 beginnt,
und schreitet fort zu Schritt 302, in dem der Algorithmus
normal arbeitet. Der Vorgang fährt
dann fort bei Schritt 304, in dem er den Stillstand des
Motors 110 unter Verwendung des Verfahrens aus 3 überprüft. Unter
der Voraussetzung, dass kein Stillstand erkannt wird, führt der
Vorgang zurück
zu Schritt 302. Falls jedoch der Stillstand erkannt wird,
dann geht der Vorgang weiter zum Stop 306, wo eine Rotorstillstand-
oder Rotorblockier-Maßnahme
ausgeführt
wird. Sobald die Maßnahme
ausgeführt
worden ist, überprüft der Vorgang
in Schritt 308, ob der sensorlose Algorithmus zum Normalbetrieb
zurückgekehrt
ist. Falls er dies getan hat, kehrt der Vorgang zurück zu Schritt 302,
aber falls nicht, beendet sich der Vorgang in Schritt 310,
in welchem Fall zum Beispiel der nicht beseitigbare Stillstandszustand
berichtet werden kann.
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Die
Rotorstillstand- oder Rotorblockier-Maßnahme kann einen oder mehrere
der folgenden Schritte enthalten.
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Eine
Warnung kann als eine externe Maßnahme herbeigeführt werden.
Bezug nehmend auf 9 kann zum Beispiel in einem
elektrisch versorgten hydraulischen Fahrzeuglenksystem, in dem der
Motor zum Antreiben einer Pumpe verwendet wird, um eine hydraulische
Lenkunterstützung
bereitzustellen, der sensorlose Stillstandserkennungsalgorithmus
ein Ausgabewarnsignal erzeugen, welches eingerichtet ist, eine Warnung
auf einer Anzeigeeinheit in dem Fahrzeug in dem Fall des Stillstands
des Motors 110 zu erzeugen.
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Das
Motorregelsystem kann auf die Stillstandserkennung durch Eintreten
in ein vorgegebenes Programm antworten, um zu versuchen, den Stillstandszustand
zu beseitigen. Zum Beispiel kann für eine Pumpenanwendung auf
den Motor derart eingewirkt werden, dass er die Richtung, in der
er läuft
und folglich die Pumpe antreibt, in die entgegengesetzte Richtung
zur normalen oder in die entgegengesetzte Richtung zu der, in welcher
er zuvor lief, ändert,
um zu versuchen, jeden möglichen
Fremdkörper
zu entfernen. Andere geregelte Veränderungen in dem Betrieb des
Motors könnten
auch implementiert werden, um zu versuchen, die Fremdkörper zu
entfernen. Bezug nehmend auf 10 kann
diese Art von Korrekturmaßnahme
unter Verwendung eines Korrekturmaßnahme-Drehzahlsollwerts implementiert
werden, welcher in das Regelsystem an Stelle des normalen Drehzahlsollwerts
eingegeben wird. Dieser Korrekturmaßnahme-Drehzahlsollwert kann von
fester Natur sein oder kann zum Beispiel von kürzlichen Betriebsparametern
des Motors abhängen.
Alternativ kann, wie in 11 gezeigt,
die Korrekturmaßnahme
unter Verwendung eines Korrekturmaßnahme-Stromsollwerts implementiert
werden, welcher in den Stromregler an Stelle des Stromsollwerts
von der Geschwindigkeit eingegeben wird. Dieser kann wiederum eine
feste Antwort oder abhängig
von einigen Parametern sein. Als eine weitere Möglichkeit kann sie als eine
Gleichspannung an den Motor angelegt werden, aber dies ist nicht
bevorzugt, da eine begrenzte Kontrolle über den Strom besteht, der
erzeugt werden kann.
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Bezug
nehmend auf 12 besteht eine weitere Rotorstillstand-Maßnahme,
welche implementiert werden kann, darin, ein festes rampenförmiges Positionssignal
an Stelle des von dem sensorlosen Algorithmus ausgegebenen Positionssignals
anzulegen. Solch ein rampenförmiges
Positionssignal, entsprechend der Drehung des Rotors bei konstanter
Geschwindigkeit, kann verwendet werden, um den Spannungsvektor mit einer
festen Frequenz zu drehen, um zu versuchen, den stillstehenden Motorzustand
zu beseitigen.
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Als
eine weitere Möglichkeit
kann bei Erkennung des Stillstands die Motorsteuerung ausgeschaltet werden,
d. h. die Leistung an den Motor kann abgeschaltet werden. Alternativ
kann das System nichts tun und fortfahren, den Motor zu steuern.
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Die
Maßnahmen
können
auf unbestimmte Zeit, für
eine feste Zeitspanne oder bis zu dem Zeitpunkt angewendet werden,
an dem das Rotorstillstand-Diagnose-Programm anzeigt, dass der Normalbetrieb
fortgesetzt worden ist.
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Zusammenfassung
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Elektrische Motorsteuerung
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Steuersystem
für einen
Elektromotor umfassend ein Verarbeitungsmittel, das eingerichtet
ist, um einen Steuervorgang auszuführen, welcher ein Beobachten
von an dem Motor angelegten elektrischen Spannungen und von elektrischen
Strömen
in dem Motor und ein Ermitteln der Drehposition des Motors aus diesen enthält. Das
System ist weiter eingerichtet, zumindest einen Parameter des Regelvorgangs
zu überwachen, um
dadurch einen Stillstandzustand des Motors zu erkennen.
