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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotorsteuervorrichtung
zum Steuern eines Antriebs eines Dreiphasenelektromotors mittels
einer Dreiphasenstromrückkopplungssteuerung, und insbesondere
eine Elektromotorsteuervorrichtung, die individuell drei entsprechende
Phasenströme des Dreiphasenelektromotors mit entsprechenden
Stromsensoren erfasst und die erfassten Ströme zu der Elektromotorsteuerung
rückkoppelt. Die Elektromotorsteuervorrichtung der vorliegenden
Erfindung kann beispielsweise als eine Elektromotorsteuervorrichtung
zum Steuern von Leistung, die von einem Wechselrichter zu einem
Dreiphasenelektromotor geliefert wird und regenerativer Leistung,
die in der entgegengesetzten Richtung hiervon fließt, benutzt werden,
und kann beispielsweise auch in einer Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs
(EV) zum Antreiben der Räder mit dem Dreiphasenelektromotor
oder eines Elektrofahrzeugs (HEV), das weiter mit einem Elektromotor ausgestattet
ist, der von einem Verbrennungsmotor zum Laden der Batterie angetrieben
wird, benutzt werden.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In
einer Elektromotorsteuerung zum Steuern einer Ansteuerung eines
Dreiphasenelektromotors mittels einer Dreiphasenstromrückkopplungssteuerung
treten, falls Verstärkungsfaktoren von Dreiphasenstromsensoren
aufgrund der Schwankungen, die während des Herstellens
eingebracht werden, Schwankungen in der Einstellung einer Signalverarbeitungsschaltung
oder ähnliches, unabgeglichen sind, eine Motorstrompulsation
oder eine Motordrehmomentpulsation auf. Um das Problem zu verhindern,
werden die Stromsensoren korrigiert (zum Beispiel Patentdokument
1 und 2) oder ein Sicherheitsspanne wird so vorgesehen, dass die Strompulsation
keinen Überstrom verursacht.
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Patentdokument
1 beschreibt eine Schaltung durch die Ströme iu und iw
von zwei Phasen U und W eines Dreiphasenelektromotors von einem
Stromsensor 3 erfasst werden und jeweils mittels Verstärkungsfaktoren
in den Multiplikatoren 21 und 23 multipliziert
werden, dann, basierend auf diesen Ergebnissen, wird der verbleibende
Strom iv der Phase V zum Erhalten der drei entsprechenden Phasenstromwerte
berechnet, die dann als Rückkopplungswerte für
eine Vektorsteuerung, die eine Antriebssteuerung eines Induktionsmotors durch
einen PWM-Wechselrichter steuert, benutzt werden. Die Korrektur
der Erfassungsverstärkungsfaktoren der oben beschriebenen
drei entsprechenden Phasenströme, die zu der Vektorsteuerung
zurückgekoppelt sind, wird aktiviert, wenn ein Wählschalter 33 derart
geschaltet ist, dass der Korrekturstromkreis geschlossen ist. Das
heißt, durch das Schließen der Schaltung wandelt
die Korrekturschaltung die drei entsprechenden Phasenströme
mittels einer Dreiphasen-/Zweiphasen-Umwandlung in einen d-Achsen-Wert
und einen q-Achsen-Wert, extrahiert anschließend eine harmonische
Teilschwingung, die in einem d-Achsen-Strom enthalten ist, und stellt
den Verstärkungsfaktor des Multiplikators 23 der
Phase W derart ein, dass der absolute Wert der harmonischen Teilschwingung
minimiert wird. Dann beendet die Korrekturschaltung die Korrektur,
nachdem der eingestellte Wert in einem Speicherelement 32 gespeichert
wird, und behält den Verstärkungsfaktor des Multiplikators 23 an
dem eingestellten Wert bei, bis er die Korrektur das nächste
Mal macht.
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Patentdokument 2 beschreibt
eine Fahrstuhlsteuervorrichtung, in der drei entsprechende Phasenströme
eines Dreiphasenwechselstrommotors bzw. Drehstrommotors zum Antreiben
von Hoch- und Runterbewegungen eines Fahrstuhls, indem er mit Leistung
von einem Wechselrichter 4 versorgt wird, mittels Stromsensoren 10a, 10b und 10c erfasst
werden und in Zweiachsenwerte umgewandelt werden, und Fehlerausgabewerte
zum Herstellen der Zweiachsenwerte, die gewünschte Werte
sind, mittels einer Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung umgewandelt
werden und dann in PWM-Signale zum Ansteuern des Wechselrichters
umgewandelt werden. Zum Korrigieren der Erfassungsverstärkungsfaktoren
der jeweiligen. Phasenströme des Elektromotors wird ein
Korrekturbefehlsschalter 23 auf eine Korrekturschaltungsseite
geschaltet und ebenso wird auch ein Drehmoment-Strom-Befehl auf
einen vorbestimmten Wert festgelegt, und weiter bestimmte Zeitpunkte,
wie beispielsweise 60°, 120° und ähnliche
derart bestimmt, dass der elektrische Winkel des Rotors einer Phase
Null ist und die Summe der elektrische Winkel des Rotors der anderen
zwei Phasen Null ist. Dann werden die Verstärkungsfaktoren
der zwei Phasen zu diesen Zeitpunkten derart eingestellt, dass die
Summe der detektierten Dreiphasenströme Null ist.
- [Patentdokument
1]
Japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsnummer JP-A-2003-259698
- [Patentdokument 2]
Japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsnummer JP-A-2005-162462
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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[Aufgaben der Erfindung]
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Sowohl
in Patentdokument 1 als auch 2 ist die Verstärkungsfaktoreinstellung
störanfällig und benötigt Management,
da die Verstärkungsfaktoreinstellung mittels des Wählschalters
gestartet wird und auch der eingestellte Verstärkungsfaktor
aktualisiert, gespeichert und in einem Speicherelement behalten
werden muss. Da der Verstärkungsfaktor während
der Periode von einer vorangegangenen Verstärkungsfaktoreinstellung
bis zu einer darauffolgenden Verstärkungsfaktoreinstellung
feststehend bleibt, ist es möglich, dass der Verstärkungsfaktor
aufgrund einer Veränderung, wie beispielsweise einer großen
Abweichung des Motorstroms, die durch eine Veränderung
der Betriebsbedingung des Elektromotors während der Periode
verursacht wird, oder einer Verschiebung in den Schaltungscharakteristika,
die durch eine Temperaturveränderung des Stromsensors verursacht
sein kann, nicht länger geeignet ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Motorstromerfassungswerte
von Dreiphasenstromsensoren in Echtzeit in abgeglichene bzw. symmetrische
Werte zu korrigieren.
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[Mittel zum Lösen der Probleme]
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Die
vorliegende Erfindung erfasst individuell drei entsprechende Phasenströme
des Dreiphasenelektromotors mit entsprechenden Stromsensoren, kalkuliert
dann Korrekturgrößen für mindestens zwei
der drei Phasenströme basierend auf einer Phase und einer
Amplitude der Summe der detektierten Dreiphasenströme, d.
h. einer Dreiphasensumme (0-Grad phasenverschobener Strom), und
berichtigt die Phasenstromerfassungswerte mittels der kalkulierten
Korrekturgrößen derart, dass sie als Stromrückkopplungswerte
für eine Rückkopplungssteuerung des Dreiphasenelektromotors
benutzt werden können. Insbesondere, aus der Phase und
der Amplitude der Dreiphasensumme, d. h. von einem unsymmetrischen
bzw. unabgeglichenem Strom, berechnet die vorliegende Erfindung
mindestens zwei Phasenbestandteile des unsymmetrischen Stroms und korrigiert
die Phasenströme entsprechend den entsprechenden drei Pha senströmen
mittels der Größen der berechneten Bestandteile.
Eine Elektromotorantriebssteuervorrichtung zum Erreichen des Obigen,
entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird
in dem folgenden Absatz (1) beschrieben.
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(1)
Eine Elektromotorsteuervorrichtung, die Leistungsversorgungsmittel
(18 bis 29) enthält, die Leistung zu
einem Dreiphasenelektromotor liefern; Dreiphasenstromsensoren (14 bis 16),
die einzeln drei entsprechende Phasenströme des Dreiphasenelektromotors
erfassen; ein Addiermittel (44), das eine Dreiphasensumme
(isum) durch Addieren der drei entsprechenden Phasenströme
(iu, iv und iw), die von den Dreiphasenstromsensoren erfasst werden,
berechnet; Korrekturmittel (31a/31b/31c/31d)
für erfassten Strom, die Korrekturgrößen
(Δiu, Δiv und Δiw) für mindestens
zwei der drei Phasenströme basierend auf einer Phase (Φ)
und einer Amplitude (A) der Dreiphasensumme berechnen und dann die
Phasenstromerfassungswerte mittels der berechneten Korrekturgrößen
korrigieren; und ein Motorsteuermittel (30), das eine Leistungsversorgung
mittels der Leistungsversorgungsmittel (18 bis 29)
für den Dreiphasenelektromotor (10) mittels einer
Rückkopplungssteuerung basierend auf den drei Phasenströmen
nach einer Korrektur durch die Korrekturmittel für erfassten
Strom und auf Zielströmen steuert.
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Es
ist zu beachten, dass zur Vereinfachung des Verständnisses
die Bezugsnummern, die den Bauteilen oder Gegenständen
von später beschriebenen Ausführungsformen entsprechen
und in den Zeichnungen gezeigt sind, in den obigen Klammern als
Darstellungen zur Bezugnahme angefügt sind. Dasselbe wird
auch im Weiteren angewendet.
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[Wirkungen der Erfindung]
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Hierdurch
können die Motorstromerfassungswerte der Dreiphasenstromsensoren
automatisch in Echtzeit derart korrigiert werden, dass eine stabile
und genaue Elektromotorantriebssteuerung erreicht werden kann.
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(2)
Die Elektromotorsteuervorrichtung entsprechend (1), die oben beschrieben
wurde, in der die Korrekturmittel (31a/31b/31c/31d)
für erfassten Strom Phasenverschiebemittel (45 und 46),
die die Dreiphasensumme auf verschiedene zwei Achsen phasenverschieben,
enthalten und die Phasenverschiebung (Φ) und die Amplitude
(A) der Dreiphasensumme basierend auf der Dreiphasensumme, die durch
die Phasenverschiebemittel phasenverschoben wurde, berechnen.
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(3)
Die Elektromotorsteuervorrichtung entsprechend (2), die oben beschrieben
wurde, in der die Phasenverschiebemittel (45 und 46)
die Phasenverschiebung auf zwei zueinander senkrechte Achsen von
0 Grad und 90 Grad durchführen.
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(4)
Die Elektromotorsteuervorrichtung nach einem von (1) bis (3), die
oben beschrieben wurden, in der die Korrekturmittel (31a/31b/31c)
für erfassten Strom Korrekturgrößen für
zwei der drei Phasen berechnen, indem die Phase und die Amplitude
benutzt werden, und die entsprechenden Phasenstromerfassungswerte
mittels der entsprechenden Korrekturgrößen korrigieren,
und in der das Motorsteuermittel (30) die Rückkopplungssteuerung
basierend auf den zwei Phasenströmen nach einer Korrektur
und auf dem erfassten Wert des anderen Phasenstroms durchführt.
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(5)
Die Elektromotorsteuervorrichtung nach einem aus (1) bis (3), die
oben beschrieben wurden, in der das Korrekturmittel (31d)
für erfassten Strom Korrekturgrößen für
die drei Phasen berechnet, indem die Phase und die Amplitude benutzt
werden, und die entsprechenden Phasenstromerfassungswerte mittels
der entsprechenden Korrekturgrößen korrigiert,
und in der das Motorsteuermittel (30) die Rückkopplungssteuerung
basierend auf den drei Phasenströmen nach einer Korrektur
durchführt.
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(6)
Die Elektromotorsteuervorrichtung nach einem aus (1) bis (5), die
oben beschrieben wurden, in der die Leistungsversorgungsmittel (18 bis 29)
eine Gleichstromleistungsquelle (18 bis 26) und
einen Wechselrichter (28) zum Steuern eines Austauschs
von elektrischer Leistung zwischen dem Dreiphasenelektromotor (10) und
der Gleichstromleistungsquelle enthalten, und in der das Motorsteuermittel
(30) die drei Phasenströme, nachdem sie durch
das Korrekturmittel für erfassten Strom korrigiert wurden,
in Zweiachsen-Ströme (id und iq) umwandelt, und auf der
Basis der Zweiachsen-Ströme und Zweiachsen-Zielströme,
die auf einem Zieldrehmoment und einer Rotationsgeschwindigkeit
des Dreiphasenelektromotors basieren und die dazu dienen, ein Ausgangsdrehmoment
des Dreiphasenelektromotors deckungsgleich mit dem Zieldrehmoment
zu machen, Wechselrichter-Ansteuersignale (MU, MV und MW) zum Steuern
des Wechselrichters erzeugt (1).
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(7)
Elektromotorsteuervorrichtung nach einem aus (1) bis (6), die oben
beschrieben wurden, in der die Korrekturmittel (31a/31b/31c/31d/31e)
für erfassten Strom digitale Datenverarbeitungsmittel sind,
die mittels digitaler Datenverarbeitung die Korrektur der Dreiphasenstromdaten,
die von analogen Erfassungssignalen der Dreiphasenstromsensoren
A/D umgewandelt sind, durchführen, und in der das Motorsteuermittel
(30) die analogen Erfassungssignale der Dreiphasenstromsensoren
in Dreiphasenstromdaten A/D umwandelt, die dann an die digitale
Datenverarbeitungsmittel derart gegeben werden, dass sie korrigiert
werden, und die Dreiphasenstromdaten, die mittels des digitale Datenverarbeitungsmittel
korrigiert sind, in Zweiachsen-Ströme (id und iq) umwandelt
(1 bis 4, und 6).
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(8)
Elektromotorsteuervorrichtung nach einem aus (1) bis (6), die oben
beschrieben wurden, in der die Korrekturmittel (31a/31b/31c/31d/31e)
für erfassten Strom Korrekturschaltungen für erfassten
Strom sind, die durch eine analoge Verarbeitungsschaltung die Korrektur
der analogen Erfassungssignale der Dreiphasenstromsensoren durchführen,
und in der das Motorsteuermittel (30) die analogen Erfassungssignale,
die von der Korrekturschaltung für erfassten Strom korrigiert
sind, A/D umwandelt und ausliest (5).
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(9)
Eine Antriebseinheit, die eine Elektromotorsteuervorrichtung nach
einem aus (1) bis (8), die oben beschrieben wurden, und einen Elektromotor
(10) zum Antreiben der Räder enthält,
der der Elektromotor ist, der mit Leistung von dem Wechselrichter
der Elektromotorsteuervorrichtung versorgt wird (1 und 5).
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild, das eine Übersicht eines Aufbaus entsprechend
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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2 ist
ein Blockschaltbild, das eine Übersicht eines funktionalen
Aufbaus einer Motorsteuervorrichtung 30, die in 1 gezeigt
ist, zeigt.
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3A ist
ein Blockschaltbild, das einen funktionalen Aufbau einer Korrektur
(31a) für erfassten Strom, die in 2 gezeigt
ist, zeigt; 3B ist ein Blockschaltbild,
das einen funktionalen Aufbau einer anderen Form der Korrektur für
erfassen Strom zeigt; 3C ist ein Blockschaltbild,
das einen funktionalen Aufbau noch einer anderen Form der Korrektur
für erfassten Strom zeigt; und 3D ist
ein Blockschaltbild, das einen funktionalen Aufbau von noch einer
anderen Form der Korrektur für erfassten Strom zeigt.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das eine Übersicht einer Motorsteuerung
mittels eines Mikrocomputers MPU, der in 2 gezeigt
ist, zeigt.
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5 ist
ein Blockschaltbild, das eine Übersicht eines Aufbaus entsprechend
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Ungleichgewicht zwischen den erfassten Dreiphasenströmen
iU, iV und iw und eine Fluktuation einer Summe isum dieser erfassten
Dreiphasenströme in dem Fall, dass die drei entsprechenden
Phasenströme eines Elektromotors einzeln durch drei Phasenstromsensoren
erfasst werden, zeigt.
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- 10
- Elektromotor
- 11
bis 13
- Dreiphasenstatorspulen
- 14
bis 16
- Stromsensoren
- 17
- Drehmelder
- 18
- Batterie,
die an einem Fahrzeug befestigt ist
- 19
- primärseitiger
Kondensator
- 21
- Drosselspule
- 22
- Spannungserhöhungsschaltelement
- 23
- Spannungsverringerungsschaltelement
- 24
und 25
- Dioden
- 26
- sekundärseitiger
Kondensator
- 27
- sekundärer
Spannungssensor
- 61
- Drosselspule
- Vuc
- sekundäre
Spannung
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BESTE FORMEN ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Andere
Zwecke und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Weiteren
aus der Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen verdeutlicht.
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[Erste Ausführungsform]
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
eine Übersicht einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Elektromotor 10, der als ein Elektromotor, der
gesteuert werden soll, dient, ein Permanentmagnetbauart-Synchronmotor,
der an einem Fahrzeug zum Drehantreiben der Räder befestigt
ist und weist einen Rotor, der darin aufgebaut einen Permanentmagnet
aufweist, und einen Stator, der drei Phasenspulen, entsprechend
eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufweist, auf. Ein Wechselrichter 28 vom
Spannungstyp liefert Leistung einer Batterie 18, die an
dem Fahrzeug befestigt ist, zu dem Elektromotor 10. Ein
Rotor eines Drehmelders 17 zum Erfassen einer Magnetpolposition
des Rotors des Elektromotors 10 ist mit dem Rotor des Elektromotors 10 verbunden.
Der Drehmelder 17 erzeugt eine analoge Spannung (Drehwinkelsignal)
SGθ, die einen Drehwinkel des Rotors des Drehmelders 17 wiedergibt,
und liefert die Analogspannung an eine Motorsteuervorrichtung 30.
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Während
eine Leistung für eine elektrische Ausrüstung
an dem Fahrzeug eingeschaltet ist, ist ein primärseitiger
Kondensator 19 mit der Batterie 18, die als ein
Elektroakkumulator an dem Fahrzeug dient, verbunden, wobei er zusammen
mit der Batterie 18 eine primärseitige Gleichspannungsleistungsquelle
darstellt. Ein Ende einer Drosselspule 21 eines Wandlers 20 ist
mit einem positiven Pol (Plusleitung) der primärseitigen Gleichspannungsleistungsquelle
verbunden.
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Der
Wandler 20 weist zusätzlich ein Spannungserhöhungsschaltelement 22 zum
Ein- und Ausschalten zwischen dem anderen Ende der Drosselspule 21 und
einem negativen Pol (Minusleitung) der primärseitigen Gleichspannungsleistungsquelle,
ein Spannungsverringerungsschaltelement 23 zum Ein- und
Ausschalten zwischen einem positiven Pol eines sekundärseitigen
Kondensators 26 und dem anderen Ende der Drosselspule 21,
und Dioden 24 und 25, die parallel mit den entsprechenden
Schaltelementen 22 und 23 verbunden sind, auf.
Eine Anode der Diode 24 ist mit dem anderen Ende der Drosselspule 21 verbunden,
wobei eine Kathode von ihr mit dem positiven Pol des sekundärseitigen
Kondensators 26 verbunden ist. Eine Anode der Diode 25 ist
mit dem positiven Pol des sekundärseitigen Kondensators 26 verbunden,
wobei eine Kathode von ihr mit dem anderen Ende der Drosselspule 21 verbunden
ist. Beide Schalt elemente 22 und 23 benutzen in der
vorliegenden Ausführungsform einen Bipolartransistor mit
isolierter Gate-Elektrode (IGBT).
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Wenn
das Spannungserhöhungsschaltelement 22 eingeschaltet
ist (leitend), fließt ein Strom von der primärseitigen
Gleichspannungsleistungsquelle 18, 19 durch die
Drosselspule 21 zu dem Schaltelement 22, was zur
Aufladung der Drosselspule 21 führt; wobei, wenn
das Schaltelement 22 ausgeschaltet ist (nicht leitend),
die Drosselspule eine Hochspannung zu dem sekundärseitigen
Kondensator 26 durch die Diode 25 entlädt.
Das heißt, es wird eine höhere Spannung als die
Spannung der primärseitigen Gleichspannungsleistungsquelle
zum Laden des sekundärseitigen Kondensators 26 induziert.
Das Hochspannungsaufladen des sekundärseitigen Kondensators 26 wird
beibehalten, indem das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 22 wiederholt
wird. Das heißt, der sekundärseitige Kondensator 26 wird
mit der Hochspannung aufgeladen. Da die Leistung, die von der Drosselspule 21 gespeichert
wird, entsprechend der Zeitdauer, während der der Schalter
an ist, während das Ein- und Ausschalten mit einer konstanten
Periode wiederholt wird, anwächst, ist es möglich,
das Verhältnis (Leistungsversorgungsverhältnis
für einen Leistungsbetrieb: Wandlerausgabespannung), mit
dem die Leistung von der primärseitigen Gleichstromleistungsquelle 18, 22 durch
den Wandler 20 zu dem sekundärseitigen Kondensator 26 geliefert
wird, durch Einstellen der Zeit, während der der Schalter
in der konstanten Periode an ist, (in Betrieb: Verhältnis
der Zeit in der der Schalter an ist, zu der konstanten Periode),
das heißt, mittels einer PWM-Steuerung einzustellen.
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Wenn
das Spannungsverringerungsschaltelement 23 eingeschaltet
ist (leitend), wird Leistung, die in dem sekundärseitigen
Kondensator 26 gespeichert ist, zu der primärseitigen
Gleichspannungsleistungsquelle 18, 22 durch das
Schaltelement 23 und die Drosselspule 21 geliefert
(umgekehrte Leistungsversorgung: Regeneration). Auch in diesem Fall
ist es möglich, das Verhältnis (Leistungsversorgungsverhältnis
für eine Regeneration: Wandlerausgabespannung) mit dem
die Leistung umgekehrt von dem sekundärseitigen Kondensator 26 durch
den Wandler 20 zu der primärseitigen Gleichstromleistungsquelle 18, 22 geliefert
wird, durch Einstellen der Zeit, während der das Schaltelement 23 in
der konstanten Periode eingeschaltet ist, d. h. mittels einer PWM-Steuerung
einzustellen.
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Der
Wechselrichter 28 vom Spannungstyp ist mit sechs Schalttransistoren
Tr1 bis Tr6 ausgestattet, die derart angesteuert werden, dass sie
durch sechs entsprechende Sequenzen von An steuersignalen, die parallel
von einer Ansteuerschaltung 29m erzeugt werden, eingeschaltet
(leitend) werden, um die Gleichstromspannung des sekundärseitigen
Kondensators 26 (Ausgabespannung des Wandlers 20,
d. h. eine sekundärseitige Spannung Vuc) in drei Sequenzen
von Wechselstromspannung mit Phasenunterschieden von 2π/3 zwischen
den Sequenzen, d. h. in eine Dreiphasenwechselstromspannung umzuwandeln.
Die drei Sequenzen werden dann jeweils an die Statorspulen 11 bis 13 mit
drei Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Elektromotors 10 aufgebracht.
Als ein Ergebnis fließen die Phasenströme iu,
iv und iw jeweils in die Statorspulen 11 bis 13 des
Elektromotors und anschließend dreht sich der Rotor des
Elektromotors 10. Alle der sechs Schalttransistoren Tr1
bis Tr6 sind IGBTs.
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Zum
Erhöhen einer Leistungsversorgungskapazität zum
An- und Aus-Ansteuern (Schalten) der Transistoren Tr1 bis Tr6 mit
PWM-Impulsen und auch zum Unterdrücken einer Überspannung,
ist der sekundärseitige Kondensator 26, der eine
hohe Kapazität aufweist, mit einer sekundärseitigen
Ausgangsleitung des Wandlers 20 verbunden, die als eine
Eingangsleitung des Wechselrichters 28 dient. Auf der anderen
Seite hat der primärseitige Kondensator 19, der
die primärseitige Gleichspannungsleistungsquelle darstellt,
eine kleine Größe, ist kostengünstig
und hat eine kleine Kapazität, wobei die Kapazität
wesentlich kleiner als die des sekundärseitigen Kondensators 26 ist.
Ein Spannungssensor 27 erfasst die sekundäre Spannung
Vuc des Wandlers 20 und liefert sie zu der Motorsteuervorrichtung 30.
An Leistungsversorgungsleitungen, die mit den Statorspulen 11 bis 13 des
Elektromotors 10 verbunden sind, sind Stromsensoren 14 bis 16 befestigt,
die Loch-ICs benutzen, die jeweils die Phasenströme iu,
iv und iw erfassen, um Stromerfassungssignale (Analogspannungen) zu
erzeugen, die an die Motorsteuervorrichtung 30 geliefert
werden sollen.
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2 zeigt
einen funktionalen Aufbau der Motorsteuervorrichtung 30.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Motorsteuervorrichtung 30 eine
elektronische Steuervorrichtung, die hauptsächlich aus
einem Mikrocomputer MPU ausgebildet ist. Die Motorsteuervorrichtung 30 enthält
eine nicht gezeigte Schnittstelle (Signalverarbeitungsschaltung)
zwischen dem Mikrocomputer MPU und jedem aus der Ansteuerschaltung 29m,
den Stromsensoren 14 bis 16, dem Drehmelder 17 und
dem sekundären Spannungssensor 27, und enthält
weiter eine nicht gezeigte Schnittstelle (Kommunikationsschaltung)
zwischen dem Mikrocomputer und einer nicht gezeigten Hauptsteuerung
eines Fahrzeugantriebssteuersystems an dem Fahrzeug.
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Bezug
nehmend auf 2 wird gesehen, dass der Mikrocomputer
in der Motorsteuervorrichtung 30 einen Drehwinkel (Magnetpolposition) θ und
eine Rotationsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) ω des Rotors
des Elektromotors 10 basierend auf dem Drehwinkelsignal
SGθ, das von dem Drehmelder 17 bereitgestellt
wird, berechnet.
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Es
ist zu beachten, dass obwohl der Drehwinkel des Rotors des Elektromotors 10 nicht
exakt derselbe wie die Magnetpolposition ist, sie in einer proportionalen
Beziehung stehen und der Proportionalitätskoeffizient durch
die Anzahl der Magnetpole p des Elektromotors 10 bestimmt
ist. Zusätzlich, obwohl die Rotationsgeschwindigkeit nicht
die gleiche wie die Winkelgeschwindigkeit ist, sind sie auch in
einer Proportionalbeziehung und der Proportionalitätskoeffizient
wird durch die Anzahl der Magnetpole p des Elektromotors 10 bestimmt.
In dem vorliegenden Dokument bedeutet der Drehwinkel θ die
Magnetpolposition. Die Rotationsgeschwindigkeit ω bedeutet
die Winkelgeschwindigkeit, aber manchmal bedeutet sie die Drehzahl.
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Die
nicht gezeigte Hauptsteuerung des Fahrzeugantriebsteuersystems liefert
ein Motorzieldrehmoment TM* an den Mikrocomputer MPU der Motorsteuervorrichtung 30.
Es ist zu beachten, dass die Hauptsteuerung ein gefordertes Fahrzeugdrehmoment
TO* basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Betätigung
eines Leistungsstellglieds des Fahrzeugs berechnet und entsprechend
dem gefordertes Fahrzeugdrehmoment TO* das Motorzieldrehmoment TM*
erzeugt, das dann an den Mikrocomputer MPU geliefert wird. Der Mikrocomputer
MPU gibt die Rotationsgeschwindigkeit ω bzw. Drehzahl U/min
des Elektromotors 10 an die Hauptsteuerung.
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In
einer Drehmomentbefehlsbegrenzung 34 liest der Mikrocomputer
MPU der Motorsteuervorrichtung 30 ein Grenzdrehmoment TM*max
entsprechend einer sekundären Zielspannung Vuc* und der
Rotationsgeschwindigkeit ω aus einer Grenzdrehmomenttabelle
(Nachschlagetabelle) aus, und stellt das TM*max als ein Zieldrehmoment
T* ein, falls das Zieldrehmoment TM* das TM*max übersteigt.
Das Motorzieldrehmoment TM* wird als das Zieldrehmoment T* eingestellt,
falls das Zieldrehmoment TM* gleich oder kleiner als das TM*max ist.
Das Motorzieldrehmoment T*, das derart durch die oben beschriebene
Begrenzung erzeugt wird, wird anschließend an eine Sekundärzielspannungsberechnung 41 und
eine Ausgabeberechnung 35 geliefert.
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Es
ist zu beachten, dass die Grenzdrehmomenttabelle ein Speichergebiet
ist, in dem die sekundäre Zielspannung Vuc* und entsprechende
Spannungswerte in dem Drehzahlbereich als Adressen benutzt werden
und an jedem der Adresswerte das maximale Drehmoment, das von dem
Elektromotor 10 erzeugt werden kann, als das Grenzdrehmoment
TM*max eingespeichert wird. Es ist auch zu beachten, dass mit dem
Speichergebiet ein Speichergebiet eines nicht gezeigten RAM in dem
Mikrocomputer MPU in der vorliegenden Ausführungsform gemeint
ist. Je höher die sekundäre Zielspannung Vuc*
ist, desto größer ist das Grenzdrehmoment TM*max,
wobei je niedriger die sekundäre Zielspannung Vuc* ist,
desto kleiner ist das Grenzdrehmoment TM*max. Ebenso, je niedriger
die Rotationsgeschwindigkeit ω ist, desto größer
ist das Grenzdrehmoment TM*max, wobei je höher die Rotationsgeschwindigkeit ω ist,
desto kleiner ist das Grenzdrehmoment TM*max.
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Der
Mikrocomputer MPU, der oben beschrieben wurde, enthält
einen nicht-flüchtigen Speicher, in den die Daten TM*max
der Grenzdrehmomenttabelle geschrieben werden und der Mikrocomputer
MPU liest die Daten aus dem nicht-flüchtigen Speicher aus,
um sie in dem Prozess, in dem eine Betriebsspannung an den Mikrocomputer
angelegt ist, in den RAM zu schreiben, um sich selbst und das Motorantriebssystem,
das in 1 gezeigt ist, zu initialisieren. Der Mikrocomputer
enthält eine Mehrzahl anderer ähnlicher Nachschlagetabellen,
was auch bedeutet, dass, ähnlich zu der Grenzdrehmomenttabelle,
Speichergebiete in dem RAM, in dem die Bezugsdaten gespeichert sind,
in den nicht flüchtigen Speicher geschrieben werden, wie
es später beschrieben wird.
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In
der Sekundärzielspannungsberechnung 41 macht der
Mikrocomputer MPU der Motorsteuervorrichtung 30 eine Bestimmung
für entweder „Leistungsbetrieb” oder „Regeneration”,
basierend auf dem Zieldrehmoment T* und der Rotationsgeschwindigkeit ω,
und liest die sekundäre Zielspannung Vuc*, die der Rotationsgeschwindigkeit ω des
Elektromotors 10 zugeordnet ist, aus einer Sekundärzielspannungstabelle,
die dem Zieldrehmoment T* zugeordnet ist, und die zu einer „Leistungsbetrieb”-Gruppe
für den Fall von „Leistungsbetrieb”,
oder zu einer „Regenerations”-Gruppe für
den Fall der „Regeneration” gehört, aus.
Jede der Sekundärzielspannungstabellen in der „Leistungsbetrieb”-Gruppe
ist eine Nachschlagetabelle, die die Sekundärzielspannungswerte
für Leistungsbetrieb entsprechend den Rotationsgeschwindigkeiten
enthält. Jede der Sekundärzielspannungstabellen
in der „Regenerations”-Gruppe ist eine Nach schlagetabelle,
die die Sekundärzielspannungswerte für die Regeneration
entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit enthält.
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Mittels
einer Rückkopplungssteuerungsberechnung 42 liefert
der Mikrocomputer MPU basierend auf der Sekundärzielspannung
Vuc* und der vorliegenden Sekundärspannung Vuc eine Steuerungsausgabe
Pvc für eine PWM-Impulserzeugung 40, um die Sekundärspannung
Vuc deckungsgleich mit der Sekundärzielspannung Vuc* zu
machen. Die Impulserzeugung 43 wandelt die Steuerungsausgabe
Pvc in einen PWM-Impuls Pvf zum Ein- und Aus-Ansteuern des Spannungserhöhungschaltelements 22 des
Wandlers 20, und in einen PWM-Impuls Pvr zum Ein- und Aus-Ansteuern
des Spannnungsverringerungsschaltelements 23 des Wandlers 20,
und gibt die PWM-Impulse Pvf und Pvr an einen Ansteuerschaltung 29v aus
(1). Die Ansteuerschaltung 29v schaltet
die Schaltelemente 22 und 23 basierend auf den
PWM-Impulsen Pvf und Pvr an und aus. Dadurch werden die Schaltelemente 22 und 23 mittels
der PWM-Impulse derart Ein und Aus angesteuert, dass die Sekundärspannung
Vuc des Wandlers 20 sich mit dem Zielwert Vuc* deckt. Es
ist zu beachten, dass zur Vermeidung, dass sich Ein-Perioden der
Schaltelemente 22 und 23 miteinander überlappen,
die Zeitpunkte zum Übermitteln von Ein-Befehlen der Signale
Pvf und Pvr genau eingestellt sind und ein Totpunkt, während dem
die beiden Schaltelemente ausgeschaltet sind, zwischen den Ein-Perioden
der Schaltelemente 22 und 23 eingestellt wird.
-
Der
Mikrocomputer der Motorsteuervorrichtung 30 führt
bei der „Ausgabeberechnung” 35 eine Rückkopplungssteuerung
mittels Ausführens einer Vektorsteuerungsberechnung an
einem bekannten d-q-Achsenmodell durch, in dem die d-Achse sich
mit der Richtung eines Paares der Magnetpole in dem Rotor des Elektromotors 10 deckt
und die q-Achse so eingestellt wird, dass sie senkrecht zu der d-Achse
ist. Dann wandelt der Mikrocomputer jeweils die Stromerfassungssignale
iu, iv und iw der Stromsensoren 14 bis 16 ins
Digitale um und liest sie aus und korrigiert die erfassten Ströme
iu, iv und iw durch Ungleichgewichtsgrößen in
einer „Korrektur für erfassten Strom” 31a.
Die Inhalte hiervon werden später mit Bezug auf 3A bis 3D beschrieben.
Der Mikrocomputer wandelt in einer „Stromrückkopplungsberechnung” 32 die
korrigierten Dreiphasenströme iu'', iv'' und iw'', d. h.
die abgeglichenen bzw. symmetrischen Dreiphasenströme (erfasste
Werte) in Zweiphasenstromwerte id und iq (erfasste Werte: Rückkopplungswerte)
entsprechend auf der d-Achse und der q-Achse der sich drehenden
Koordina ten, indem eine Dreiphasen-/Zweiphasen-Umwandlung, die eine
bekannte feste/sich drehende Koordinatentransformation ist, benutzt
wird.
-
Die
Ausgabeberechnung 35 enthält eine erste Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle
A, die als eine Nachschlagetabelle dient. Die d-Achsen-Stromwerte
id sind in die erste Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle A geschrieben,
wobei jeder von ihnen der Motordrehzahl ω und dem Motorzieldrehmoment
T* zum Erzeugen von jedem der Zieldrehmomente T* zu jeder Motordrehzahl
entspricht.
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Das
Ausgabedrehmoment des Elektromotors wird entsprechend den jeweiligen
Werten des d-Achsen-Stroms id und des q-Achsen-Stroms iq bestimmt.
Es gibt eine unbeschränkte Anzahl an Kombinationen aus
den id und den iq zum Ausgeben desselben Drehmoments entsprechend
eines einzelnen Drehzahlwerts, d. h. an derselben Motordrehzahl,
und die Kombinationen aus den id und den iq liegen auf einer Konstantdrehmomentkurve.
Es gibt eine Kombination aus den id und den iq auf der Konstantdrehmomentkurve,
an der der größte Wirkungsgrad (kleinster Leistungsverbrauch)
erhalten wird, und diese Kombination gibt einen Hocheffizienzdrehmomentpunkt
wieder. Eine Kurve, die die Hocheffizienzdrehmomentpunkte auf einer
Mehrzahl der Drehmomentkurven verbindet, ist die Hocheffizienzdrehmomentkurve,
die entsprechend zu jeder Drehzahl existiert. Indem der d-Achsen
Strom id und der q-Achsen-Strom iq entsprechend der Position eines
gegebenen Wertes des Motorzieldrehmoments T* auf der Hocheffizienzdrehmomentkurve
für eine Motordrehzahl als die Zielstromwerte eingestellt
werden, und indem der Elektromotor basierend auf den Zielstromwerten
mit Energie versorgt wird, gibt der Elektromotor 10 ein
Drehmoment mit dem Zielwert T* mit einem hohen Wirkungsgrad für
die Motorenergieversorgung aus.
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Die
vorliegende Ausführungsform berechnet einen d-Achsen-Zielstrom
id* und einen q-Achsen-Zielstrom iq*, die dem Zieldrehmoment auf
den d-q-Koordinaten entsprechen, basierend auf der Hochdrehmomentkurve,
und berechnet Zielspannungen Vd* und Vq* auf den entsprechenden
Achsen basierend auf diesen Zielströmen und wandelt diese
Zielspannungen weiter in drei entsprechende Phasensteuerspannungen
um. Da die Hochdrehmomentkurven für „Leistungsbetrieb” und „Regeneration” asymmetrisch
zueinander sind (die Werte von id* oder jq* unterscheiden sich für
Zieldrehmomente mit demselben Absolutwert voneinander), verschlechtert
sich die Genauigkeit der Drehmomentsteuerung, falls ein Satz von
Sekundärziel spannungscharakteristika entsprechend jedem
Zieldrehmoment dem „Leistungsbetrieb” und „Regeneration” gemeinsam
ist. Folglich weist die vorliegende Ausführungsform zwei
Sätze von den Sekundärzielspannungscharakteristika
für den „Leistungsbetrieb” und die „Regeneration” auf,
die den Zieldrehmomenten mit demselben Absolutwert entsprechen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform wird die Hocheffizienzdrehmomentkurve
in zwei Linien geteilt, d. h. in eine erste Hocheffizienzdrehmomentkurve
A, die den d-Achsen-Wert wiedergibt und eine zweite Hocheffizienzdrehmomentkurve
B, die den q-Achsen-Wert wiedergibt. Die erste Hocheffizienzdrehmomentkurve
A enthält ein Paar Kurven, die jeweils auf den Leistungsbetriebsteilbereich
und den Regenerationsteilbereich angewendet werden, wobei beide
den d-Achsen Zielstrom bezüglich der Motordrehzahl und
des Zieldrehmoments wiedergeben.
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Die
erste Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle A ist ein Speichergebiet,
in das der d-Achsen Zielstrom entsprechend dem Zieldrehmoment T*
zum Erzeugen des Zieldrehmoments mit einem minimalen Leistungsverbrauch
geschrieben wird und ist aus einem Paar aus einer Leistungsbetriebstabelle
A1 für den Leistungsbetrieb und einer Regenerationstabelle
A2 für die Regeneration zusammengesetzt. Entsprechend dem Ergebnis
der Beurteilung basierend auf der Drehzahl ω des Elektromotors
und dem Zieldrehmoment T*, das vorgegeben ist, ob der Leistungsbetrieb
oder die Regeneration der Fall ist, wird bestimmt, ob die Tabelle
für Leistungsbetrieb oder die Tabelle für Regeneration
benutzt werden soll.
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Es
ist zu beachten, dass, falls die Drehzahl ω des Elektromotors
ansteigt, elektromotorische Gegenkräfte, die in den Statorspulen 11 bis 13 erzeugt
werden, vergrößert werden, so dass die Klemmenspannungen der
Spulen 11 bis 13 erhöht werden. Entsprechend
wird es schwierig, die Zielströme von dem Wechselrichter 28 zu
den Spulen 11 bis 13 zu liefern, wodurch es scheitert,
die als Ziel gesetzte Drehmomentausgabe zu erhalten. In diesem Fall
kann das Zieldrehmoment T* ausgegeben werden, indem der d-Achsen-Strom
id und der q-Achsen-Strom iq jeweils entlang der Konstantdrehmomentkurve
für das gegebene Motorzieldrehmoment T* um Δid
und Δiq reduziert werden, obwohl der Wirkungsgrad reduziert
wird. Dies wird eine Feldschwächungssteuerung genannt.
Ein d-Achsen-Feldschwächungsstrom Δid wird mittels
einer Feldeinstellgrößenberechnung 36 derart
erzeugt, dass er zur Berechnung eines d-Achsen-Strombefehls benutzt
wird. Die Inhalte davon werden später beschrieben.
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In
der Berechnung des d-Achsen-Strombefehls in der „Ausgabeberechnung” 35,
berechnet der Mikrocomputer MPA einen d-Achsen-Zielstrom id*, indem
er den d-Achsen-Feldschwächungsstrom Δid von dem d-Achsen-Stromwert
id, der aus der Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle A entsprechend
dem Zieldrehmoment T*, das von der Drehmomentbefehlsbegrenzung bestimmt
wurde, wie folgt abzieht: id* = –id – Δid.
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Bei
der Berechnung des q-Achsen-Strombefehls wird eine zweite Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle
B in der Ausgabeberechnung 35 benutzt. Die zweite Hocheffizienzdrehmomentkurve
B, die den q-Achsen-Wert der Hocheffizienzdrehmomentkurve wiedergibt,
wird in eine Kurve korrigiert, die einen q-Achsen-Zielstrom wiedergibt,
der durch die Subtraktion des q-Achsen-Feldschwächungsstroms Δiq
gepaart mit dem d-Achsen-Feldschwächungsstrom Δid
erhalten wird. Die Daten der zweiten Hocheffizienzdrehmomentkurve
B werden, nachdem sie korrigiert wurden, in der zweiten Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle
B gespeichert. Die zweite Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle B
ist ein Speichergebiet, in das der d-Achsen-Zielstrom, entsprechend
dem Zieldrehmoment T* und dem d-Achsen Feldschwächungsstrom Δid
zum Erzeugen des Zieldrehmoments mit einem minimalen Leistungsverbrauch,
d. h. der Zielstrom auf der zweiten Hocheffizienzdrehmomentkurve
B, nachdem sie korrigiert ist, geschrieben wird, und ist auch aus
einem Paar einer Leistungsbetriebstabelle B1 für den Leistungsbetrieb
und einer Regenerationstabelle B2 für die Regeneration
zusammengesetzt. Entsprechend dem Ergebnis der Entscheidung ob der
Leistungsbetrieb oder die Regeneration der Fall ist, basierend auf
der Drehzahl ω des Elektromotors und dem Zieldrehmoment
T*, wird bestimmt, ob die Tabelle für Leistungsbetrieb
oder die Tabelle für Regeneration benutzt werden soll.
Dann wird in der Berechnung des q-Achsen-Strombefehls der q-Achsen-Zielstrom
iq*, der dem Zieldrehmoment T* und dem d-Achsen-Feldschwächungsstrom Δid
entspricht, aus der zweiten Hocheffizienzdrehmomentkurventabelle
B ausgelesen und als der q-Achsen-Strombefehl benutzt.
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In
der Ausgabeberechnung 35 berechnet der Mikrocomputer der
Motorsteuervorrichtung 30 eine Stromabweichung δid
zwischen dem d-Achsen-Zielstrom id* und dem d-Achsen-Stromwert id
(erfasster Wert) und eine Abweichung δiq zwischen dem q-Achsen-Zielstrom
iq* und dem q-Achsen-Stromwert iq (erfassten Wert) und führt
dann basierend auf den Stromabweichungen δid und δiq
eine Proportionalsteuerung und eine Integralsteuerung (PI Berechnung einer
Rückkopplungssteuerung) zur Berechnung eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts
vd* und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts vq*, die als Ausgangsspannungen
dienen, durch.
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Als
nächstes wandelt eine Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung 37,
die als drehende/feste Koordinatentransformation dient, die Zielspannungen
vd* und vq* auf dem drehenden Koordinatensystem in Zielspannungen
VU*, VV* und VW* für entsprechende Phasen auf dem festen
Koordinatensystem, entsprechend der Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung
um. Die Zielspannungen VU*, VV* und VW* für entsprechende Phasen
werden zu einer PWM-Impulserzeugung 40 durch eine Modulation 39 gesendet,
wenn die Spannungssteuerbetriebsart, d. h. die Modulationsbetriebsart
eine Dreiphasenmodulationsbetriebsart ist. Wenn die Spannungssteuerbetriebsart
eine Zweiphasen-Modulationsbetriebsart ist, werden die Zielspannungen
VU*, VV* und VW* für entsprechende Phasen in der Dreiphasenmodulationsbetriebsart
in Spannungen der Zweiphasen-Modulation mittels einer Zweiphasen-Modulationsumwandlung
der Modulation 39 gewandelt und zu der PWM-Impulserzeugung 40 gesendet.
Wenn die Modulationsbetriebsart eine 1-Impuls-Betriebsart ist, in
der alle Phasen durch rechteckige Wellen angeregt sind, werden die
Zielspannungen VU*, VV* und VW* für entsprechende Phasen
in der Dreiphasenmodulationsbetriebsart in entsprechende Phasenspannungen,
die mit rechteckigen Wellen durch eine 1-Impuls-Umwandlung in der
Modulation 39 angeregt sind, umgewandelt, und an die PWM-Impulserzeugung 40 geliefert.
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Die
PWM-Impulserzeugung 40, die mit den Dreiphasen-Zielspannungen
VU*, VV* und VW* versorgt wird, wandelt diese jeweils in PWM-Impulse
MU, MV und MW zum Ausgeben der Dreiphasen-Zielspannungen um und
gibt die PWM-Impulse MU, MV und MW an die Ansteuerschaltung 29m,
die in 1 gezeigt ist, aus. Die Ansteuerschaltung 29m erzeugt
basierend auf den PWM-Impulsen MU, MV und MW parallel die sechs
Ansteuersignalsequenzen und schaltet die entsprechenden Transistoren
Tr1 bis Tr6 des Wechselrichter 28 vom Spannungstyp durch
die Ansteuersignale der entsprechenden Sequenzen an und aus. Als
ein Ergebnis werden die VU*, VV* und VW* jeweils an die Statorspulen 11 bis 13 des
Elektromotors 10 angelegt, damit die Phasenströme
iu, iv und iw fließen. Die PWM-Impulserzeugung 40,
die mit Zielspannungen für entsprechenden Phasen in der
Zweiphasen-Modulationsbetriebsart versorgt wurde, erzeugt zwei Phasen
von PWM-Impulsen und die übrige eine Phase eines An- oder
Aus-Signals (Konstantspannungsausgang) und schaltet sequenziell über
die Phase des An- oder Aus-Signals. Wenn sie mit Zielspannungen
für entsprechende Phasen in der 1-Impuls- Modulationsbetriebsart
versorgt ist, gibt die PWM-Impulserzeugung 40 Erregerintervallsignale
aus, die die entsprechenden Phasen mit rechteckigen Wellen anregen.
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Die
Feldschwächungsstromberechnung 36 berechnet einen
Spannungssättigungsindikator m, der ein Parameter für
die Feldschwächungssteuerung ist. Das heißt, basierend
auf dem d-Achsen Spannungsbefehlswert vd* und dem q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq* berechnet die Feldschwächungsstromberechnung 36 einen
berechneten Spannungssättigungswert ΔV als einen
Wert, der einen Spannungssättigungsgrad wiedergibt, und
berechnet anschließend die Feldeinstellgröße.
In der Berechnung der Feldeinstellgröße wird die ΔV aufsummiert
um eine Summe ΣΔV zu erhalten. Falls die Summe ΣΔV
einen positiven Wert aufweist, wird die Summe ΣΔV
mit einer Proportionalitätskonstante zur Berechnung des
d-Achsen Feldschwächungsstroms Δid zum Durchführen
der Feldschwächungssteuerung multipliziert und das Ergebnis
auf einen positiven Wert gesetzt. Falls der berechnete Spannungssättigungswert ΔV
oder die Summe ΣΔV einen Null- oder negativen Wert
aufweist, werden der Einstellwert Δid und die Summe ΣΔV
auf Null gesetzt. Der d-Achsen Feldschwächungsstrom (Einstellwert) Δid
wird bei der Berechnung des d-Achsen Strombefehls und bei der Berechnung des
q-Achsen Strombefehls benutzt.
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Die „Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung” 37 berechnet
eine Elektromotorzielspannung Vm* in dem Prozess der Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung.
Die Berechnungsformel lautet Vm* = √(Vd*2 +
Vq*2). Aus der Elektromotorzielspannung
Vm* und der Spannung Vuc des sekundärseitigen Kondensators 26 (Spannungswert,
der von dem Spannungssensor 27 erfasst wird) berechnet
eine Modulationssteuerung 38 ein Modulationsverhältnis
Mi als Mi = Vm*/Vuc* und bestimmt die Modulationsbetriebsart basierend
auf dem Zieldrehmoment T* und der Drehzahl ω des Elektromotors 10 und
auf dem Modulationsverhältnis Mi. Abhängig von der
bestimmten Modulationsbetriebsart weist die Modulationssteuerung 38 die
Modulation 39 an, dass sie entsprechende Zielphasenspannungen
für die Modulationsbetriebsart ausgibt.
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3A zeigt
eine Verarbeitungsfunktion der „Korrektur für
erfassten Strom” 31a, die in 2 gezeigt ist.
Der U-Phasen-Stromerfassungswert iu, der V-Phasen-Stromerfassungswert
iv und der W-Phasen-Stromerfassungswert iw, die jeweils von den
Stromsensoren 14 bis 16 erfasst sind, werden in
einer Addition 44 summiert. Die Summe der Addition, d.
h. ein resultierender Strom, oder ein unabgeglichener bzw. unsymmetrischer
Strom, isum wird als isum = iu + iv + iw wiedergegeben. Das Ergebnis
ist isum = 0, falls die Verstärkungsfaktoren der Stromsensoren 14 bis 16 miteinander
abgeglichen bzw. symmetrisch zueinander sind, wobei, falls die Verstärkungsfaktoren
unabgeglichen bzw. unsymmetrisch sind, die Spitzenlevel der Dreiphasenstromerfassungswerte
iu, iv und iw sich voneinander unterscheiden, was zu Schwingungen
in dem sich ergebenden Strom isum in der Frequenz des Dreiphasenwechselstroms,
wie beispielsweise in 6 gezeigt, führt. Es
ist zu beachten, dass in der nachstehenden Beschreibung die Summe
isum = iu + iv + iw auch als unabgeglichener bzw. unsymmetrischer
Strom bezeichnet wird, enthaltend den Fall, dass der Strom abgeglichen
bzw. symmetrisch ist. Eine 90-Grad-Phasenverschiebung 45 verschiebt
den unsymmetrischen Strom isum. um 90 Grad. Dadurch werden der unsymmetrische
Strom isum und ein 90-Grad phasenverschobener Strom, der dazu senkrecht
ist, d. h. Ströme auf zwei zueinander senkrechten Achsen
erhalten. Basierend auf diesen Strömen auf zwei zueinander
senkrechten Achsen können die Phasenverschiebung Φ und
die Amplitude A des unsymmetrischen Stroms isum, der um 0 Grad phasenverschoben
ist, berechnet werden. Dennoch weicht der Berechnungswert der 90-Grad-Phasenverschiebung
von der isum durch die Zeit, die für die Berechnung verbraucht
wird (Verzögerungszeit) ab. Falls die Verzögerungszeit
bekannt ist und angenommen werden kann, dass sie im Wesentlichen
konstant ist, können die Phasenverschiebung Φ und
die Amplitude A des unsymmetrischen Stroms isum berechnet werden,
indem die isum um die Verzögerungszeit verzögert
wird, um ein Paar mit dem Berechnungswert der 90-Grad-Phasenverschiebung
zu bilden. Dennoch wird die isum in der vorliegenden Ausführungsform
durch die benötigte Zeit zum Berechnen der 90-Grad-Phasenverschiebung
verzögert, um die isum durch die benötigte Zeit
für die Berechnung der 90-Grad-Phasenverschiebung zu verzögern, indem
auch eine 0-Grad-Phasenverschiebung 46 benutzt wird, und
für eine Phasen- und einer Amplitudenberechnung 47 zusammen
mit dem 90-Grad phasenverschobenen Strom zur Berechnung der Phase Φ und
der Amplitude A der isum geliefert. Dann berechnet eine Korrekturgrößenberechnung 48a eine
U-Phasen-Korrekturgröße Δiu und eine
V-Phasen-Korrekturgröße Δiv mit der Bedingung,
dass eine W-Phasen-Korrekturgröße Δiw
= 0 (mit Bezug zur W-Phase), mittels Benutzens der Phase Φ und
der Amplitude A. Dann korrigieren Subtraktionen 49 und 50 den
U-Phasen-Stromerfassungswert iu und den V-Phasen-Stromerfassungswert
iv jeweils mittels der Größen Δiu und Δiv
und geben die Ergebnisse zu der Stromrückkopplung 32 aus.
Der W-Phasen-Stromerfassungswert iw wird an die Stromrückkopplung 32 ohne
Veränderung geliefert. Die Stromerfassungswerte iu'', iv''
und iw'', die wie oben beschrieben korrigiert wurden, sind symmetrische
Dreiphasenströme.
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Es
ist zu beachten, dass es, wie in 3B gezeigt,
auch ein Aspekt gibt, bei dem die U-Phasen-Korrekturgröße Δiu
und die W-Phasen-Korrekturgröße Δiw mit
der Bedingung berechnet werden, dass die V-Phasen-Korrekturgröße Δiv
= 0 (bezüglich der V-Phase), und anschließend
die Subtraktionen 49 und 51 jeweils den U-Phasen-Stromerfassungswert
iu und den W-Phasen-Stromerfassungswert iw durch die Größen Δiu
und Δiw korrigieren, und die Ergebnisse zu der Stromrückkopplung 32 ausgeben,
wobei der V-Phasen-Stromerfassungswert iv an die Stromrückkopplung 32 ohne
Veränderung ausgegeben wird. Zusätzlich, wie in 3C gezeigt,
gibt es einen anderen Aspekt, bei dem die V-Phasen-Korrekturgröße Δiv
und die W-Phasen-Korrekturgröße Δiw mit
der Bedingung berechnet werden, dass die U-Phasen-Korrekrturgröße Δiu
= 0 (bezüglich der U-Phase), und anschließend
die Subtraktionen 50 und 51 jeweils den V-Phasen-Stromerfassungswert
iv und den W-Phasen-Stromerfassungswert iw durch die Größen Δiv
und Δiw korrigieren und die Ergebnisse an die Stromrückkopplung 32 ausgeben,
wobei der U-Phasen-Stromerfassungswert iu an die Stromrückkopplung 32 ohne
Veränderung ausgegeben wird. Überdies, wie es
in 3D gezeigt ist, gibt es noch einen anderen Aspekt,
bei dem entweder der U-Phasen-Korrekturgröße Δiu,
der V-Phasen-Korrekturgröße Δiv oder
der W-Phasen-Korrekturgröße Δiw ein bestimmter
Wert als eine Korrekturgröße zum Berechnen der
Korrekturgrößen für die anderen zwei
Phasen gegeben wird, so dass die Gesamtheit des gewissen Werts und
der Korrekturgrößen für die anderen zwei
Phasengrößen Null beträgt, und die Subtraktionen 49, 50 und 51 die
U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Stromerfassungswerte iu, iv und
iw jeweils durch die Größen Δiu, Δiv
und Δiw berichtigen und die Ergebnisse an die Stromrückkopplung 32 ausgeben.
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Hier
werden die Inhalte der Korrektur von Unsymmetrie jeweils mittels
der Korrekturen 31a bis 31d für erfassten
Strom, die in 3A bis 3D gezeigt
sind, detailliert mit Bezug auf die Formeln (1) bis (20), die in
den mathematischen Ausdrücken 1 und 2 gezeigt sind, die
unten angegeben sind, beschrieben.
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Falls
es eine Unsymmetrie unter den Verstärkungsfaktoren der
Dreiphasenstromsensoren 14 bis 16 gibt, können
die erfassten Ströme iu, iv und iw der Dreiphasenstromsensoren 14 bis 16 durch
Formeln (1) dargestellt werden. Falls diese erfassten Ströme
für eine (Rückkopplungssteuerungsberechnung in
einer) Vektorsteuerung in der „Ausgabeberechnung” 35 benutzt
werden, wird eine Unsymmetrie in den Strömen, die durch die
drei Phasenspulen des Elektromo tors 10 fließen,
erzeugt, da die „Ausgabeberechnung” 35 die
Rückkopplungssteuerungsberechnung derart durchführt,
dass die entsprechenden Phasenströme derselben Amplitude fließen.
Diese Unsymmetrie verursacht nicht nur eine Motordrehmomentwelligkeit
sondern verstärkt auch einen Leistungsverlust des Elektromotors.
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Falls
es keine Unsymmetrie gibt, beträgt die Summe isum der erfassten
Ströme iu, iv und iw der Dreiphasenstromsensoren 14 bis 16 Null,
wie durch eine Formel (2) gezeigt, wobei, falls es eine Unsymmetrie
gibt, bildet die Summe isum eine sinusförmige Welle einer
Einzelphase derselben Frequenz wie die des Dreiphasenstroms aus,
wie es durch eine Formel (3) dargestellt werden kann. Mittels Berechnens
der unsymmetrischen Komponenten Δiu, Δiv und Δiw
der Ströme, die von der Unsymmetrie der Stromsensoren 14 bis 16 verursacht
werden, und mittels Subtrahierens der unsymmetrischen Bestandteile
von den Stromerfassungswerten der entsprechenden Phasen zum Korrigieren
der Stromerfassungswerte, können die symmetrischen Dreiphasenstromerfassungswerte
iu'', iv'' und iw'' erhalten werden. Dennoch, da isum = Δiu
+ Δiv + iw, ist es ausreichend, ein Phasenbestandteil (z.
B. Δiw) auf Null oder einen bestimmten Wert zum Berechnen
der anderen zwei Phasenbestandteile, einzustellen.
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Falls
die Phase Φ und die Amplitude A der Summe isum der erfassten
Dreiphasenströme erhalten werden, kann ein Phasenbestandteil
(z. B. Δiw) der Summe isum auf Null oder einen bestimmten
Wert zum Berechnen der anderen zwei Phasenbestandteile eingestellt
werden. Dennoch, da die Phase Φ und die Amplitude A nicht
aus einem Momentanwert einer sinusförmigen Welle einer
Einzelphase erhalten werden können, wird ein 90-Grad phasenverschobener
Wert, d. h. ein senkrechter Achsenwert isum sin mittels der 90-Grad-Phasenverschiebung
45 mittels Benutzens einer Formel (4) berechnet. Zusätzlich
wird ein 0-Grad phasenverschobener Wert isum cos, der dieselbe Verzögerungszeit
wie die Verzögerungszeit von der 90-Grad-Phasenverschiebungsberechnung
aufweist, mittels der 0-Grad-Phasenverschiebung 46 berechnet, indem
eine Formel (5) benutzt wird. Die Phase Φ wird durch die
Formel (6) berechnet, indem der 90-Grad phasenverschobene Wert isum
sin und der 0-Grad phasenverschobene Wert isum cos benutzt werden.
Es gibt auch einen Aspekt, bei dem die Phase Φ mittels
Formeln (7) berechnet wird. Die Amplitude A wird durch eine Formel
(8) oder (9) berechnet. Die Phasen- und die Amplitudenberechnung
47,
die in
3A bis
3D gezeigt
ist, berechnet die Phase Φ basierend auf der Formel (6)
und berechnet auch die Amplitude A basierend auf der Formel (8). Mathematischer
Ausdruck 1 Erfasste
Ströme
in denen iu', iv' und iw' wahre Werte von Dreiphasenströmen
sind.
in denen:
iu, iv und iw Erfassungswerte von Dreiphasenströmen sind;
I eine Amplitude eines Stroms ist; θ eine Phase eines Stroms
ist;
ku, kv und kw Vergrößerungsfaktoren
(Verstärkungsfaktoren) von entsprechenden Phasenstromsensoren sind;
iu,
iV und iw wahre Werte von Dreiphasenströmen sind;
isum
eine Summe von erfassten Dreiphasenströmen ist; A eine
Amplitude einer Summe von Dreiphasenströmen ist; und
Φ eine
Phase einer Summe von Dreiphasenströmen ist.
-
Eine
Phase Φ und eine Amplitude A einer Summe isum von erfassten
Dreiphasenströmen 90-Grad phasenverschobener Strom isum
sin einer Summe isum von erfassten Dreiphasenströmen:
wobei
s ein Laplace Operator ist; ω eine Frequenz eines Stroms
ist; und ζ ein Bauformparameter ist.
-
0-Grad
phasenverschobener Strom isum cos mit derselben Verzögerung
wie die eines 90-Grad phasenverschobenen Stroms isum sin:
-
In
dem Aspekt, der in 3A gezeigt ist, ist der unsymmetrische
Bestandteil Δiw der W-Phase auf Null eingestellt und die
unsymmetrischen Bestandteile Δiu und Δiv der U-Phase
und der V-Phase werden berechnet, damit sie zum Korrigieren der
U-Phasen- und V-Phasen-Stromerfassungswerte iu und iv benutzt werden. In
diesem Fall, da Δiu + Δ iv + Δ iw = isum
cos = A sin (0 + Φ) und Δiw = 0, sind Formeln
(10) weiter unten erfüllt, in denen korrigierte Verstärkungsfaktoren
für die U-Phase und V-Phase als ku' und kv' bezeichnet
werden. Basierend auf diesen Formeln werden die korrigierten Verstärkungsfaktoren
ku' und kv', wie gezeigt, mittels Formeln (11), berechnet, anschließend
werden Δiu und Δiv mittels Formeln (19) berechnet
und zuletzt werden die U-Phasen- und V-Phasenstromerfassungswerte
iu und iv jeweils in iu'' und iv'' mittels Formeln (20) korrigiert.
Insbesondere werden Berechnungsformeln, die den 90-Grad phasenverschobenen
Wert isum sin und den 0-Grad phasenverschobenen Wert isum cos als
Eingabewerte zum Ausgeben der zwei Phasenkorrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw (= 0) benutzen, erhalten, indem die Formeln (6),
(8), (11) und (19) kombiniert werden, d. h. indem die Formeln (6)
und (8) für ein entsprechendes Berechnen der Phase Φ und
der Amplitude A durch die Formel (11) ersetzt werden und dann, indem
die Verstärkungsfaktorberechnungsformeln aus der (11) durch die
Formeln (19) substituiert werden. Basierend auf den Berechnungsformeln,
die so erhalten werden, berechnen die „Phasen- und Amplitudenberechnung” 47 und
die „Korrekturgrößenberechnung” 48a,
die in 3A gezeigt sind, die Korrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw aus dem 90-Grad phasenverschobenen Wert isum sin
und dem 0-Grad phasenverschobenen Wert isum cos, und anschließend
korrigieren die Subtraktionen 49 und 50 die erfassten
Dreiphasenströme iu, iv und iw jeweils in die symmetrischen
Phasenströmen iu'', iv'' und iw'' (iw'' = iw) um die Ergebnisse
als Dreiphasenstromerfassungswerte (Rückkopplungswerte)
an die „Stromrückkopplung” 32 zu
liefern.
-
In
dem Aspekt, der in 3B gezeigt ist, wird der unsymmetrische
Bestandteil Δiv der V-Phase auf Null eingestellt und die
unsymmetrischen Bestandteile Δiu und Δiw der U-Phase
und W-Phase werden berechnet, damit sie zum Korrigieren der U-Phasen-
und W-Phasen-Stromerfassungswerte iu und iw benutzt werden. In diesem
Fall, da Δiu + Δiv + Δiw = isum cos =
A cos(θ + Φ) und Δiv = 0, sind Formeln
(12) weiter unten erfüllt, in denen die korrigierten Verstärkungsfaktoren
für die U-Phase und W-Phase als ku' und kw' bezeichnet
werden. Basierend auf diesen Formeln werden die korrigierten Verstärkungsfaktoren
ku' und kw', wie gezeigt, durch Formeln (13) berechnet, anschließend
werden Δiu und Δiw mittels der Formeln (19) berechnet
und zuletzt werden die U-Phasen- und V-Phasenstromerfassungswerte
iu und iw jeweils in iu'' und iw'' mittels der Formeln (20) korrigiert.
Auch in diesem Aspekt, ähnlich zu der Beschreibung oben,
berechnen, basierend auf den Berechnungsformeln, die den 90-Grad
phasenverschobenen Wert isum sin und den 0-Grad phasenverschobenen
Wert isum cos als Eingabewerte zum Ausgeben der Zweiphasen-Korrekturgrößen Δiu, Δiv
(= 0) und Δiw benutzen, die „Phasen- und Amplitudenberechnung” 47 und
die „Korrekturgrößenberechnung” 48b,
die Korrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw aus dem 90-Grad phasenverschobenen Wert isum sin
und dem 0-Grad phasenverschobenen Wert isum cos und die Subtraktionen 49 und 51 korrigieren
anschließend die erfassten Dreiphasenströme iu,
iv und iw jeweils in die symmetrischen Phasenströme iu'',
iv'' und iw'' (iv'' = iv), um die Ergebnisse als Dreiphasenstromerfassungswerte
(Rückkopplungswerte) an die „Stromrückkopplung” 32 zu
liefern.
-
In
dem Aspekt, der in 3C gezeigt ist, wird der unsymmetrische
Bestandteil Δiu der U-Phase auf Null eingestellt und die
unsymmetrischen Bestandteile Δiv und Δiw der V-Phase
und W-Phase werden berechnet, damit sie benutzt werden können,
die V-Phasen- und W-Phasen-Stromerfassungswerte iv und iw zu korrigieren.
In diesem Fall, da Δiu + Δiv + Δiw =
isum cos = A cos(θ + Φ) und Δiu = 0,
sind Formeln (14) weiter unten erfüllt, in denen korrigierte
Ver stärkungsfaktoren der V-Phase und W-Phase als kv' und
kw' bezeichnet werden. Basierend auf diesen Formeln werden die korrigierten
Verstärkungsfaktoren kv' und kw', wie gezeigt, durch Formeln
(15) berechnet, anschließend werden Δiv und Δiw
mittels der Formeln (19) berechnet und zuletzt werden die V-Phasen-
und W-Phasenstromerfassungswerte iv und iw jeweils in iv'' und iw''
mittels der Formeln (20) korrigiert. Auch in diesem Aspekt, ähnlich
zu der Beschreibung oben, basierend auf den Berechnungsformeln,
die den 90-Grad phasenverschobenen Wert isum sin und den 0-Grad
phasenverschobenen Wert isum cos als Eingabewerte zum Ausgeben der
Zweiphasen-Korrekturgrößen Δiu (= 0), Δiv
und Δiw benutzen, berechnen die „Phasen- und Amplitudenberechnung” 47 und
die „Korrekturgrößenberechnung” 48c die
Korrekturgrößen Δiu, Δiv und Δiw
aus dem 90-Grad phasenverschobenen Wert isum sin und dem 0-Grad phasenverschobenen
Wert isum cos, und die Subtraktionen 50 und 51 korrigieren
anschließend die erfassten Dreiphasenströme iu,
iv und iw jeweils in die symmetrischen Phasenströme iu'',
iv'' und iw'' (iu'' = iu), um die Ergebnisse als Dreiphasenstromerfassungswerte
(Rückkopplungswerte) der „Stromrückkopplung” 32 zu
liefern.
-
In
dem Aspekt, der in 3D gezeigt ist, da Δiu
+ Δiv + Δiw = isum cos = A cos(θ + Φ,
sind Formeln (16) erfüllt, und folglich werden Formeln
(17) erhalten. Für diesen Fall, obwohl eine unbegrenzte
Anzahl von Lösungen existiert, da die Anzahl der unbekannten
Größen, die die korrigierten Verstärkungsfaktoren
ku', kv' und kw' für entsprechende Phasen sind, größer
ist als die Anzahl der simultanen Gleichungen, sind Formeln (18)
als ein Satz einfacher Lösungen angepasst. Anschließend
werden Δiu, Δiv und Δiw mittels der Formeln (19)
berechnet und anschließend werden die U-Phasen-, V-Phasen-,
und W-Phasen-Stromerfassungswerte iu, iv und iw jeweils in iu'',
iv'' und iw'' durch die Formeln (20) korrigiert. Auch in diesem
Aspekt, ähnlich der obigen Beschreibung, basierend auf
den Berechnungsformeln, die den 90-Grad phasenverschobenen Wert isum
sin und den 0-Grad phasenverschobenen Wert isum cos als Eingabewerte
zum Ausgeben der Dreiphasen-Korrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw benutzen, berechnen die „Phasen- und Amplitudenberechnung” 47 und die „Korrekturgrößenberechnung” (48d)
die Korrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw aus dem 90-Grad phasenverschobenen Wert isum sin
und dem 0-Grad phasenverschobenen Wert isum cos, und die Subtraktionen 49, 50 und 51 korrigieren
dann die erfassten Dreiphasenströme iu, iv und iw jeweils
in die symmetrischen Phasenströme iu'', iv'' und iw'',
um die Ergebnisse als Dreiphasenstromerfassungswerte (Rückkopplungswerte)
zu der „Stromrückkopplung” 32 zu
liefern.
-
Mathematischer Ausdruck 2
-
Berechnung
von ausgleichenden Verstärkungsfaktoren ku', kv' und kw'
-
Berechnung
von Phasenkorrekturgrößen Δiu, Δiv
und Δiw
-
Berechnung
von symmetrischen Phasenströmen i''u, i''V und i''w i''u = iu + Δ iu, i''v = iv + Δ iv,
i''w = iw + Δ iw (20)
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Der
Mikrocomputer MPU, der in 2 gezeigt
ist, ist nicht nur mit einer CPU versehen, sondern auch mit einem
RAM, einem ROM und einem Flash-Speicher zum Speichern von Daten
und verschiedenen Programmen. Die Programme, Referenzdaten und Nachschlagetabellen,
die in dem ROM oder dem Flash-Speicher gespeichert sind, werden
in den RAM geschrieben, und basierend auf den Programmen werden
der Eingabeprozess, die Berechnung und der Ausgabeprozess in dem
Block, der mittels der zweifach gepunkteten Strichpunktlinie beigefügt
ist, ausgeführt.
-
4 zeigt
eine Übersicht einer Motorantriebssteuerung MDC, die von
(der CPU des) dem Mikrocomputer MPU basierend auf den Programmen
ausgeführt wird. Wenn eine Betriebsspannung angelegt ist,
initialisiert sich der Mikrocomputer MPU selbst, die PWM-Impulserzeugungen 40 und 43 und
die Ansteuerschaltung 29m und stellt den Wechselrichter 28 zum
Antreiben des Elektromotors 10 in den Stopp- und Standby-Zustand.
Dann wartet der Mikrocomputer MPU auf einen Motorantriebsstartbefehl
von der nicht gezeigten Hauptsteuerung des Fahrzeugantriebssteuersystems.
Wenn der Motorantriebsstartbefehl gegeben wird, stellt der Mikrocomputer
MPU Anfangswerte für die Elektromotorsteuerung in den internen
Registern in einem „Verarbeitung starten” (Schritt
1) ein und liest Eingabesignale oder Daten in einem „Eingabe
lesen” (Schritt 2) aus. Das heißt, der Mikrocomputer
MPU wandelt das erste Zieldrehmoment TM*, das von der Hauptsteuerung
gegeben wird, die entsprechenden Phasenströme iu, iv und
iw, die von den Stromsensoren 14 bis 16 erfasst
werden, und das Drehwinkelsignal SGθ des Drehmelders 17 ins
Digitale und liest sie/es aus.
-
Es
ist zu beachten, dass nur die Nummern der Schritte in Klammern angegeben
werden, wobei auf das Wort „Schritt” in der Beschreibung
weiter unten verzichtet wird.
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Als
nächstes berechnet der Mikrocomputer MPU den Drehwinkel θ und
die Rotationsgeschwindigkeit ω basierend auf dem ausgelesenen
Drehwinkelsignal SGθ (Drehwinkeldaten SGθ) (3).
Diese Funktion ist als eine Winkel- und Drehzahlberechnung 32 in 2 gezeigt.
Als nächstes korrigiert der Mikrocomputer MPU die Dreiphasenstromerfassungssignale
iu, iv und iw, die ausgelesen wurden, in die symmetrischen Dreiphasenstromwerte
iu'', iv'' und iw'' (4). Diese Funktion ist als die „Korrektur
für erfassten Strom” 31a in 2 und 3A gezeigt.
Als nächstes wandelt der Mikrocomputer MPU die symmetrischen
Dreiphasenstromwerte iu'', iv'' und iw'' in den Zweiphasen-d-Achsen-Stromwert
id und den q-Achsen-Stromwert um, indem er die Dreiphasen-/Zweiphasen-Umwandlung
benutzt (5). Diese Funktion wird als die Stromrückkopplung 32 in 2 gezeigt.
Als nächstes berechnet der Mikrocomputer MPU den d-Achsen-Feldschwächungsstrom Δid
zum Durchführen der d-Achsen-Feldschwächungssteuerung
(6). Diese Funktion ist als die Feldschwächungsstromberechnung 36 in 2 gezeigt.
Als nächstes liest der Mikrocomputer MPU aus der Grenzdrehmomenttabelle das
Grenzdrehmoment TM*max entsprechend dem Motorzieldrehmomert TM*
und der Sekundärzielspannung Vuc*, die ausgelesen wurden,
und der Rotationsgeschwindigkeit ω, die berechnet wurde,
aus und, falls das Motorzieldrehmoment TM*, das ausgelesen wurde,
das TM*max übersteigt, bestimmt er das TM*max als das Zieldrehmoment
T*. Falls das Motorzieldrehmoment TM* gleich oder kleiner dem TM*max
ist, wird das Motorzieldrehmoment TM*, das ausgelesen wurde, als
das Zieldrehmoment T* bestimmt (7). Diese Funktion ist als die Drehmomentbefehlsbegrenzung 34 in 2 gezeigt.
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Als
nächstes, bestimmt der Mikrocomputer MPU in der „sekundären
Zielspannungsberechnung” (8) ob der Elektromotor 10 „Leistungsbetrieb” oder „Regenerations”-Betrieb
durchführt, wählt anschließend die Gruppe,
die dem Bestimmungsergebnis entspricht, aus und liest die sekundäre
Zielspannung Vuc*, die der aktuellen Drehzahl ω aus der
Sekundärzielspannungstabelle entsprechend dem Zieldrehmoment
T* unter den Tabellen, die zu der Gruppe gehören, zugeordnet
ist, aus. Die Inhalte der „sekundären Zielspannungsberechnung” (8)
sind dieselben wie die Inhalte der oben beschriebenen sekundären
Zielspannungsberechnung 41, die in 2 gezeigt
ist.
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Die
Inhalte der „Ausgabeberechnung” (9) sind dieselben
Inhalte wie die der oben beschriebenen Ausgabeberechnung 35,
die in 2 gezeigt ist. Die d-q-Achsen-Zielspannungswerte
Vd* und Vq*, die in der „Ausgabeberechnung” (9)
berechnet wurden, werden in die Zielspannungen VU*, VV* und VW*
für entsprechende Phasen in der Dreiphasenmodulationsbetriebsart
(10) umgewandelt. Die Elektromotorzielspannung Vm* wird zur selben
Zeit auch berechnet. Ein nächster Schritt „Modulationssteuerung” (11)
berechnet das Modulationsverhältnis Mi und bestimmt die
Modulationsbetriebsart basierend auf dem Modulationsverhältnis
Mi, dem Zieldrehmoment T* und der Drehzahl ω.
-
Parameter,
auf die zur Bestimmung der Modulationsbetriebsart Bezug genommen
wird, enthalten das Zieldrehmoment T*, die Drehzahl ω und
das Modulationsverhältnis Mi. Der Mikrocomputer MPU weist
Modulationsschwellwerttabellen (Nachschlagetabellen) entsprechend
den Modulationsbetriebsarten (Dreiphasenmodulation, Zweiphasen-Modulation
und 1-Impuls) und den Modulationsverhältnissen auf, und
jede der Modulationsschwellwerttabellen enthält Schwellwerte
(Zieldrehmomentwerte und Drehzahlwerte) von Modulationsbetriebsartgrenzen.
In der „Modulationssteuerung” (11) wählt
der Mikrocomputer MPU die Modulationsschwellwerttabelle entsprechend
der vorliegenden Modulationsbetriebsart (Dreiphasenmodulation, Zweiphasen-Modulation
oder 1-Impuls) und das Modulationsverhältnis Mi aus, liest
dann die Schwellwerte aus und vergleicht das Zieldrehmoment T* und
die Drehzahl ω mit den Schwellwerten zum Bestimmen der
nächsten Modulationsbetriebsart, die eingesetzt werden
soll.
-
Ein
nächster Schritt „Ausgabeaktualisierung” (12)
liefert die PWM-Impuls-Ausgabe, die die Zielspannungen für
entsprechende Phasen in der Modulationsbetriebsart, die in der Modulationssteuerung
(11) bestimmt wurde, an die PWM-Impulserzeugung 40 ausgibt
und zusätzlich liefert sie die PWM-Impulse Pvf und Pvr
zum Ansteuern des Konverters als Ausgabe zu der PWM-Impulserzeugung 43.
Als nächstes, nachdem eine Zeitdauer auf den Zeitpunkt
für eine nächste, sich wiederholende Verarbeitung
(13) gewartet wurde, fährt der Mikrocomputer MPU
wieder mit „Eingabe auslesen” (2) fort und führt
anschließend das „Eingabe auslesen” (2),
das oben beschrieben wurde, und den darauffolgenden Ablaufaus. Falls
ein Stopp-Befehl von einer Systemsteuerung übermittelt
wird, während auf den Zeitpunkt für einen nächsten
sich wiederholenden Ablauf gewartet wird, hält der Mikrocomputer
MPU die Ausgabe zur Anregung der Motordrehung (14 und 15)
zu dieser Zeit an.
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Wie
oben beschrieben werden die Dreiphasenstromwerte iu, iv und iw,
die von den Stromsensoren 14 bis 16 erfasst werden,
in die symmetrischen Dreiphasenstromwerte iu'', iv'' und iw'' in
der „Korrektur für erfassten Strom” (4),
die in 4 gezeigt ist, korrigiert (in der Korrektur für
erfassten Strom 31a, die in 2 gezeigt ist)
und diese Stromwerte iu'', iv'' und iw'' werden in zwei Achsenwerte
id und iq umgewandelt, die dann zu der „Ausgabeberechnung” (9), die
in 4 gezeigt ist (zu der Ausgabeberechnung 35,
die in 2 gezeigt ist) zum Erzeugen von Zweiachsen-Zielspannungswerten
Vd* und Vq* mittels der Rückkopplungssteuerungsberechnung
zusammen mit den Zweiachsen-Zielwerten id* und iq* rückgekoppelt
werden. In einer Dreiphasen-Umwandlung (10), die in 4 gezeigt
ist (in der Zweiphasen-/Dreiphasen-Umwandlung 37, die in 2 gezeigt
ist) werden die Zielspannungswerte Vd* und Vq*, die so erzeugt wurden,
in Dreiphasen-Zielspannungen VU*, VV* und VW*, die an die drei Phasenspulen
des Elektromotors 10 angelegt werden, durch eine PWM (Pulsweitenmodulation)
umgewandelt. Folglich wird die Motordrehmomentwelligkeit, die durch
die Unsymmetrie in den Stromerfassungswerten der Dreiphasenstromsensoren 14 bis 16 verursacht
wird, reduziert und auch der Leistungsverlust des Motors wird reduziert.
-
[Zweite Ausführungsform]
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Zweite Ausführungsform
-
Nachdem
der Mikrocomputer MPU die Dreiphasenstromwerte iu, iv und iw, die
von den Stromsensoren 14 bis 16 erfasst werden,
in Dreiphasenstromdaten A/D umgewandelt hat, und die Dreiphasenstromdaten ausgelesen
hat, berechnet die oben beschriebene „Korrektur für
erfassten Strom” (4) der ersten Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist (der Korrektur für erfassten
Strom 31a, die in 2 gezeigt
ist), die symmetrischen Dreiphasenstromwerte iu'', iv'' und iw''
mittels digitaler Berechnungsabläufe basierend auf den
Dreiphasenstromdaten. Dennoch, in einer zweiten Ausführungsform,
wie in 5 gezeigt, wird eine Korrekturschaltung für
erfassten Strom 31a, die eine analoge elektrische Schaltung
ist, außerhalb der Motorsteuervorrichtung 30 vorgesehen.
Die Korrekturschaltung für erfassten Strom 31a wandelt
die Dreiphasenstromwerte iu, iv und iw, die (analog) von den Stromsensoren 14 bis 16 erfasst
wurden, in die symmetrischen Dreiphasenstromwerte iu'', iv'' und
iw'' (analog) durch analoge Berechnungsabläufe.
-
Die
Funktion der Motorsteuervorrichtung 30 der zweiten Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist, ist derart, dass die Korrektur 31a für
erfassten Strom, die in 2 gezeigt ist, und die „Korrektur
für erfassten Strom” (4), die in 4 gezeigt
ist, entfernt wurden und das „Eingabe auslesen” (2)
in 4 die symmetrischen Dreiphasenstromwerte iu'',
iv'' und iw'', die von der Korrekturschaltung für erfassten
Strom 31a ausgegeben werden, ins Digitale wandelt und ausliest.
Die Übersicht des Aufbaus der Korrekturschaltung 31a für erfassten
Strom, die in
-
5 gezeigt
ist, ist gleich zu der, die in 3A gezeigt
ist, außer dass alle der Blöcke 44 bis 50 in der
Korrekturschaltung 31a für erfassten Strom, die
in 5 gezeigt ist, analoge Schaltungen sind, die hauptsächlich
aus Operationsverstärkern und Koeffizient einstellenden
Widerständen bestehen.
-
Es
ist zu beachten, dass es auch in der zweiten Ausführungsform
Aspekte gibt, in denen die Korrekturschaltung für erfassten
Strom denselben Blockaufbau wie die Korrektur 31b, 31c oder 31d (44 bis 48)
für erfassten Strom, die jeweils in 3B, 3C oder 3D gezeigt
sind, aufweist, wobei jeder der Blöcke aus einer analogen
Schaltung ähnlich zu der Korrekturschaltung 31a für
erfassten Strome, die in 5 gezeigt ist, ausgebildet ist.
-
Zusammenfassung
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Ein
Stromerfassungswert für einen Elektromotor eines Dreiphasen-Stromsensors
wird automatisch korrigiert und in Echtzeit in einen symmetrischen
Wert korrigiert. Der Strom jeder Phase eines Dreiphasen-Elektromotors
wird einzeln von jedem Stromsensor erfasst. Korrekturgrößen
für die Phasenströme von mindestens zwei Phasen
aus drei Phasen werden basierend auf der Phase und Amplitude der
Summe der erfassten Dreiphasen-Ströme, d. h. der Dreiphasen-Summe
(0-Grad phasenverschobener Strom) berechnet. Die Phasen-Stromerfassungswerte
werden dann mittels der berechneten Korrekturgrößen
korrigiert und als Rückkopplungsstromwerte für
die Rückkopplungssteuerung des Dreiphasen-Elektromotors
benutzt. Insbesondere werden aus der Phase und der Amplitude der
Dreiphasen-Summe oder einem unsymmetrischen Strom mindestens zwei
Phasenbestandteile des unsymmetrischen Stroms berechnet und die
entsprechenden Phasenströme der Dreiphasen-Ströme
werden mittels der zwei Phasenbestandteile korrigiert. Die Phase φ und
die Amplitude A der Dreiphasen-Summe werden mittels Phasenverschiebens
der Dreiphasen-Summe auf zwei Achsen von 0-Grad und 90-Grad, die
senkrecht zueinander sind, und auf Basis der zwei Achsenwerte berechnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2003-259698
A [0004]
- - JP 2005-162462 A [0004]
in denen: iu, iv und iw Erfassungswerte von Dreiphasenströmen sind; I eine Amplitude eines Stroms ist; θ eine Phase eines Stroms ist;
