DE112014001919T5

DE112014001919T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE112014001919T5
Application number: DE112014001919.4T
Authority: DE
Inventors: Tianjun Fu; Chris J. Tremel; Long Wu
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-12-24
Also published as: US9071186B2; CN105122635A; WO2014168797A1; BR112015024832B1; GB2530673A; US20140306637A1; BR112015024832A2; GB201519535D0; CN105122635B; GB2530673B

Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Einrichtung zum Steuern einer Wechselstrommaschine (AC-Maschine) offenbart. Die Einrichtung enthält einen Prozessor, der konfiguriert ist zum Bestimmen mehrerer Istspannungen (S550) entsprechend mehreren Phasenspannungen eines Wechselrichters zum Ansteuern der AC-Maschine. Der Prozessor ist weiterhin konfiguriert zum Bestimmen einer tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung des Wechselrichters (S554) auf der Basis der mehreren Istspannungen. Der Prozessor ist weiterhin konfiguriert zum Bestimmen einer Klemmenspannungsrückkopplung oder eines Stroms zum Steuern der AC-Maschine (z. B. S558 oder S559 und S560) auf der Basis der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und eines Klemmenspannungsschwellwerts.

Description

Erfindungsgebiet
Ausführungsbeispiele betreffen elektronische Ansteuereinrichtungssysteme und -verfahren zum Steuern von Wechselstrom(AC)-Einrichtungen wie etwa IPM-Motoren (IPM – Interior Permanent Magnet – innenliegender Permanentmagnet) oder -Maschinen.
Allgemeiner Stand der Technik
Wechselstrommaschinen (AC-Maschinen) (z. B. IPM-Maschinen) finden breite Anwendung in Ladern, Mähdreschern oder in einem elektrischen Antrieb für andere Schwermaschinenfahrzeuge, weil sie eine höhere Effizienz als Gleichstrommaschinen (DC-Maschinen) bereitstellen. Unter den AC-Maschinen besitzt eine IPM-Maschine eine hohe Ansteuereffizienz und einen breiteren konstanten Leistungsarbeitsbereich. Ein IPM-Maschinencontroller, auch als ein Wechselrichter bezeichnet, steuert den Betrieb der IPM-Maschine. Der Controller erzeugt AC-Steuersignale, die an die Klemmen der IPM-Maschine angelegt werden.
Bei einer IPM-Maschine könnte eine extra hohe Maschinenklemmenspannung abträglicherweise einen Stromregelungskollaps verursachen, in die Wechselrichterspannungsausgabe zusätzliche Oberwellen einführen, eine verschlechterte Stromregelungsqualität und assoziierte Nebeneffekte wie etwa Drehmomentwelligkeit, Rotormagnet- und Statorwicklungserhitzung, akustisches Rauschen usw. verursachen. Die extrahohe Maschinenklemmenspannung kann von d/q-Achsen-Spannungsbefehlen abhängen, die Herstellungs- und Rohmaterialtoleranz wie etwa Permanentmagnet-, Stator-/Rotor-Stahlsättigungskennlinien können eine Varianz bei der Maschinenklemmenspannung bewirken, Genauigkeit einer Positionsoffsetkalibrierung, Umgebungs- und Kühltemperaturen, Genauigkeit des Wechselrichters an Bord eines Stromwandlers (CT-Current Transducer) usw.
Typischerweise steuert der Controller die IPM-Maschine auf der Basis mehrerer Informationen. Beispielsweise kann eine genaue Schätzung der tatsächlichen Wechselrichter- oder Klemmenspannung der IPM-Maschine zusammen mit Positionsinformationen der Maschine eine bessere Schätzung einer Drehmomentausgabe der IPM-Maschine bereitstellen, was wiederum die Drehmomentregelschleife vervollständigen kann.
Kurze Darstellung der Erfindung
Einige Ausführungsformen betreffen Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern einer AC-Maschine wie etwa einer IPM-Maschine durch Schätzen der tatsächlichen Wechselrichter- oder Maschinenklemmenspannung.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Einrichtung zum Steuern einer Wechselstrommaschine (AC-Maschine) offenbart. Die Einrichtung enthält einen Prozessor, der konfiguriert ist zum Bestimmen mehrerer Istspannungen entsprechend mehrerer Phasenspannungen eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die AC-Maschine ansteuert. Der Prozessor ist weiterhin konfiguriert zum Bestimmen einer tatsächlichen Leiterspannung des Wechselrichters auf der Basis der mehreren Istspannungen. Der Prozessor ist weiterhin konfiguriert zum Bestimmen einer Klemmenspannungsrückkopplung zum Steuern der AC-Maschine auf der Basis der bestimmten tatsächlichen Leiterspannung und eines Klemmenspannungsschwellwerts.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor konfiguriert zum Bestimmen der mehreren Istspannungen durch Bestimmen einer mit einer entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität auf der Basis mindestens eines positiven Stromschwellwerts und eines negativen Stromschwellwerts. Der Prozessor ist weiterhin konfiguriert zum Bestimmen der mehreren Istspannungen durch Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis einer Spannung an mindestens einem mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Schalter, wenn die Iststrompolarität kleiner ist als der positive Stromschwellwert und größer als der negative Stromschwellwert, und Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis der mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität, wenn die Iststrompolarität größer ist als der positive Stromschwellwert und/oder die Iststrompolarität kleiner ist als der negative Stromschwellwert.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor konfiguriert zum Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung durch Mitteln der bestimmten Istspannungen für jede einzelne der mehreren Phasenspannungen des Wechselrichters über einen einzigen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) eines PWM-Moduls und/oder die Hälfte des einzigen PWM-Zyklus des PWM-Moduls, wobei das PWM-Modul eine Zweiphasen-Darstellung einer Wechselrichterklemmenspannung zum Ansteuern des Wechselrichters in eine Dreiphasen-Darstellung der Wechselrichterklemmenspannung umwandelt.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor weiterhin konfiguriert zum Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung durch Bestimmen einer Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor weiterhin konfiguriert zum Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung durch Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung durch Bestimmen einer Klemmenspannungsspitze der Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor konfiguriert zum Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung durch Filtern der bestimmten tatsächlichen Leiterspannung.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor weiterhin konfiguriert zum Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung durch Bestimmen eines Fehlers auf der Basis der gefilterten tatsächlichen Leiterspannung und des Klemmenspannungsschwellwerts und Justieren von d/q-Achsen-Strombefehlen auf der Basis des bestimmten Fehlers, so dass die Klemmenspannungsrückkopplung unter dem Klemmenspannungsschwellwert liegt und eine Gesamtstromgröße konstant ist.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor weiterhin konfiguriert zum Bestimmen des Klemmenspannungsschwellwerts auf der Basis eines Arbeitsmodus der AC-Maschine und einer DC-Busspannung der AC-Maschine.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Arbeitsmodus der AC-Maschine mindestens einer eines Autofahrmodus und eines Bremsmodus der AC-Maschine.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung ein feldprogrammierbares Gatearray (FPGA).
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die AC-Maschine mindestens eine einer IPM-Maschine (Interior Permanent Magnet – innenliegender Permanentmagnet), einer Induktionsmaschine und einer Maschine mit oberflächenmontiertem Permanentmagneten.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Steuern einer Wechselstrommaschine (AC-Maschine) offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen, durch einen Prozessor, mehrerer Istspannungen entsprechend mehrerer Phasenspannungen des Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die AC-Maschine ansteuert. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen, durch den Prozessor, einer tatsächlichen Leiterspannung des Wechselrichters auf der Basis der mehreren Istspannungen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen, durch den Prozessor, einer Klemmenspannungsrückkopplung zum Steuern der AC-Maschine auf der Basis der bestimmten tatsächlichen Leiterspannung und eines Klemmenspannungsschwellwerts.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der mehreren Istspannungen das Bestimmen einer mit einer entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität auf der Basis mindestens eines eines positiven Stromschwellwerts und eines negativen Stromschwellwerts. Das Bestimmen der mehreren Istspannungen beinhaltet weiterhin das Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis einer Spannung an mindestens einem mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Schalter, wenn die Iststrompolarität kleiner ist als der positive Stromschwellwert und größer als der negative Stromschwellwert, und Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis der mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität, wenn die Iststrompolarität größer ist als der positive Stromschwellwert und/oder die Iststrompolarität kleiner ist als der negative Stromschwellwert.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung das Mitteln der bestimmten Istspannungen für jede einzelne der mehreren Phasenspannungen des Wechselrichters über einen einzigen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) eines PWM-Moduls und/oder die Hälfte des einzelnen PWM-Zyklus des PWM-Moduls, wobei das PWM-Modul eine Zweiphasen-Darstellung einer Wechselrichterklemmenspannung zum Ansteuern des Wechselrichters in eine Dreiphasen-Darstellung der Wechselrichterklemmenspannung umwandelt.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung weiterhin das Bestimmen einer Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der tatsächlichen Leiterspannung weiterhin das Bestimmen einer Klemmenspannungsspitze der Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung das Filtern der bestimmten tatsächlichen Leiterspannung.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung weiterhin das Bestimmen eines Fehlers auf der Basis der gefilterten tatsächlichen Leiterspannung und des Klemmenspannungsschwellwerts und Justieren von d/q-Achsen-Strombefehlen auf der Basis des bestimmten Fehlers, so dass die Klemmenspannungsrückkopplung unter dem Klemmenspannungsschwellwert liegt und eine Gesamtstromgröße konstant ist.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Verfahren das Bestimmen des Klemmenspannungsschwellwerts auf der Basis eines Arbeitsmodus der AC-Maschine und einer DC-Busspannung der AC-Maschine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele lassen sich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klarer verstehen. Die 1–5B stellen nichtbeschränkende Ausführungsbeispiele dar, wie hierin beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern eines Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Datenverarbeitungssystems in Übereinstimmung mit 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 veranschaulicht eine Wechselrichterschaltung, die Steuersignale an einen Elektromotor ausgibt, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 veranschaulicht bestimmte Module, einschließlich eines Schätz- und Schwellwertmoduls des in 1 gezeigten Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 veranschaulicht ein Verfahren, das durch das in 4 gezeigte Schätz- und Schwellwertmodul ausgeführt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6A–B veranschaulichen einen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) des Impulsbreitenmodulationsmoduls von 1 für einen Einzelsteuermodus und einen Doppelsteuermodus, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 veranschaulicht eine Iststrompolarität in einer Wechselrichterschaltung des Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
8 veranschaulicht Justierungen an den d/q-Achsen-Stromgrößen und dem entsprechenden Winkel, so dass die Gesamtstromgröße konstant gehalten wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung
Einige Ausführungsbeispiele werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, ausführlicher beschrieben.
Während Ausführungsbeispiele zu verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen fähig sind, werden dementsprechend Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass keine Absicht vorliegt, Ausführungsbeispiele auf die bestimmten offenbarten Formen zu beschränken, vielmehr sollen im Gegenteil Ausführungsbeispiele alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Gleiche Zahlen beziehen sich in der ganzen Beschreibung der Figuren auf gleiche Elemente.
Es versteht sich, dass obwohl hier die Ausdrücke erster, zweiter usw. verwendet worden sein mögen, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein sollten. Diese Ausdrücke werden lediglich verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und analog könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne von dem Schutzbereich von Ausführungsbeispielen abzuweichen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck ”und/oder” beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgeführten Gegenstände.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als an ein anderes Element ”angeschlossen” oder ”gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt an das andere Element angeschlossen oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorliegen können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als an ein anderes Element ”direkt angeschlossen” oder ”direkt gekoppelt” bezeichnet wird, liegen keine dazwischenliegenden Elemente vor. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden können, sollten auf gleiche Weise ausgelegt werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”bei” gegenüber ”direkt bei” usw.).
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Einzahlformen ”ein/eine/einer” und ”der/die/das” auch die Mehrzahlformen beinhalten, sofern nicht der Zusammenhang deutlich etwas anderes angibt. Es ist weiter zu verstehen, dass die Ausdrücke ”umfasst”, ”umfassend”, ”enthält” und/oder ”enthaltend”, wenn sie hierin verwendet werden, die Anwesenheit erwähnter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, die Anwesenheit oder den Zusatz eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon jedoch nicht ausschließen.
Es sei angemerkt, dass bei einigen alternativen Implementierungen die erwähnten Funktionen/Handlungen außerhalb der in den Figuren erwähnten Reihenfolge auftreten können. Beispielsweise können zwei nacheinander gezeigte Figuren tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der Funktionalität/den Handlungen, die involviert sind.
Sofern nicht anderweitig definiert, besitzen alle hierin verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke) die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise der Fachmann auf dem Gebiet versteht, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Es versteht sich weiterhin, dass Ausdrücke, z. B. jene, die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung besitzen, die mit ihrer Bedeutung in Zusammenhang mit der relevanten Technik übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder zu formalen Sinne ausgelegt werden, sofern nicht ausdrücklich so hier definiert.
Abschnitte von Ausführungsbeispielen und eine entsprechende detaillierte Beschreibung werden bezüglich Software, oder Algorithmen und symbolischer Darstellungen einer Operation an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers beschrieben. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind diejenigen, mittels welcher Durchschnittsfachleute effektiv das Wesen ihrer Arbeit an andere Durchschnittsfachleuten übermitteln. Ein Algorithmus, wie der Ausdruck hier verwendet wird und wie er allgemein verwendet wird, soll eine selbständige Sequenz von Schritten sein, die zu einem Ergebnis führen. Diese Schritte sind jene, die physische Manipulationen von physischen Größen erfordern. Diese Größen nehmen üblicherweise, wenngleich nicht notwendigerweise, die Form optischer, elektrischer oder magnetischer Signale an, die in der Lage sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen oder anderweitig manipuliert zu werden. Es hat sich gelegentlich als zweckmäßig herausgestellt, hauptsächlich aus Gründen üblicher Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Ausdrücke, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
In der folgenden Beschreibung werden veranschaulichende Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Handlungen und symbolische Darstellungen von Operationen beschrieben (z. B. in der Form von Flussdiagrammen), die als Programmmodule oder funktionale Prozesse implementiert werden können, einschließlich Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren und unter Verwendung existierender Hardware implementiert werden können. Solche existierende Hardware kann eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU – Central Processing Units), Digitalsignalprozessoren (DSP – Digital Signal Processors), applikationsspezifische integrierte Schaltungen, feldprogrammierbare Gatearrays (FPGA – Field Programmable Gate Arrays), Computer oder dergleichen beinhalten.
Es sollte jedoch bedacht werden, dass alle diese und ähnliche Ausdrücke mit den entsprechenden physikalischen Größen assoziiert werden sollen und lediglich auf diese Größen angewendete zweckmäßige Bezeichnungen sind. Sofern nicht spezifisch anderweitig festgelegt oder wie sich aus der Erörterung ergibt, beziehen sich Ausdrücke wie etwa ”Verarbeiten” oder ”Berechnen” oder ”Kalkulieren” oder ”Bestimmen” oder ”Anzeigen” oder dergleichen auf die Handlung und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung, die als physikalische, elektronische Größen dargestellte Daten innerhalb der Register und Speicher des Computersystems manipuliert und in andere Daten umwandelt, die analog als physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register des Computersystems oder anderer derartiger Informationsablagen-, Übertragungs- oder Anzeigeeinrichtungen dargestellt sind.
Man beachte auch, dass die softwareimplementierten Aspekte von Ausführungsbeispielen typischerweise auf einer gewissen Form eines dinglichen (oder aufzeichnenden) Ablagemediums codiert oder über einen gewissen Typ von Übertragungsmedium implementiert werden. Das dingliche Ablagemedium kann magnetisch (z. B. eine Diskette oder ein Festplattenlaufwerk) oder optisch (z. B. ein Compact-Disk-Festwertspeicher oder ”CD ROM”) sein und kann ein Festwert- oder Direktzugriffsmedium sein. Analog kann es sich bei dem Übertragungsmedium um verdrillte Drahtpaare, ein Koaxialkabel, eine Glasfaser oder irgendein anderes geeignetes, in der Technik bekanntes Übertragungsmedium handeln. Ausführungsbeispiele werden durch diese Aspekte einer beliebigen gegebenen Implementierung nicht beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern eines Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Elektromotor kann ein Motor wie etwa ein Motor 117 (z. B. ein IPM-Motor) oder eine andere Wechselstrommaschine sein. Der Motor 117 besitzt eine DC-Busnennspannung (z. B. 320 Volt). Die Nennspannung ist eine benannte Spannung. Beispielsweise kann eine Nennspannung des Motors 117 320 Volt betragen, doch kann der Motor bei einer Spannung über oder unter 320 Volt arbeiten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System, abgesehen vom Motor 117, als ein Wechselrichter oder ein Motorcontroller bezeichnet werden. Das System zum Steuern des Motors 117 kann auch als ein IPM-Maschinensystem bezeichnet werden.
Das System enthält Elektronikmodule, Softwaremodule oder beide. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Motorcontroller ein elektronisches Datenverarbeitungssystem 120, um das Speichern, Verarbeiten und Ausführen von Softwareanweisungen eines oder mehrerer Softwaremodule zu unterstützen. Das elektronische Datenverarbeitungssystem 120 ist durch die gestrichelten Linien in 1 angegeben und ist in 2 ausführlicher gezeigt. Das elektronische Datenverarbeitungssystem 120 kann auch als ein Controller für den Motor 117 bezeichnet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Drehmomentbefehlsgenerierungsmodul 105 an einen d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager 109 gekoppelt (z. B. d-q-Achsen-Stromgenerierungsnachschlagetabellen). Der d-q-Achsen-Strom bezieht sich auf den Längsstrom und den Querstrom, wie im Kontext von vektorgesteuerten Wechselstrommaschinen anwendbar, wie etwa der Motor 117. Das Ausgangssignal des d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanagers 109 (d-q-Achsen-Strombefehle iq_cmd und id_cmd) und das Ausgangssignal eines Stromeinstellmoduls 107 (z. B. d-q-Achsen-Stromeinstellmodul 107) werden einem Summierer 119 zugeführt. Wiederum werden ein oder mehrere Ausgangssignale (z. B. Längsstromdaten (id*) und Querstromdaten (iq*)) des Summierers 119 an einen Stromregelungscontroller 111 geliefert oder gekoppelt. Wenngleich der Ausdruck Strombefehl verwendet wird, versteht sich, dass sich der Strombefehl auf einen Zielstromwert bezieht.
Der Stromregelungscontroller 111 ist in der Lage, mit dem Impulsbreitenmodulationsgenerierungsmodul (PWM-Generierungsmodul) 112 (z. B. Raumvektor-PWM-Generierungsmodul) zu kommunizieren. Der Stromregelungscontroller 111 empfängt jeweilige eingestellte d-q-Achsen-Strombefehle (z. B. id* und iq*) und aktuelle d-q-Achsen-Ströme (z. B. id und iq) und gibt entsprechende d-q-Achsen-Spannungsbefehle (z. B. Befehle vd* und vq*) zur Eingabe in das PWM-Generierungsmodul 112 aus.
Bei einem Ausführungsbeispiel wandelt das PWM-Generierungsmodul 112 die Längsspannungs- und Querspannungsdaten von Zweiphasen-Datendarstellungen in Dreiphasen-Darstellungen um (z. B. Dreiphasen-Spannungsdarstellungen wie etwa va*, vb* und vc*) für die Steuerung des Motors 117. va*, vb* und vc* können als Wechselrichterklemmenspannungen bezeichnet werden. Ausgänge des PWM-Generierungsmoduls 112 sind an eine Wechselrichterschaltung 188 gekoppelt. Die Ausgangsstufe der Wechselrichterschaltung 188 (z. B. Ausgangsklemmenspannungen va, vb und vc) liefert eine impulsbreitenmodulierte Spannungswellenform oder ein anderes Spannungssignal zur Steuerung des Motors 117. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Wechselrichterschaltung 188 durch einen Gleichstrom-Spannungsbus (DC-Spannungsbus) bestromt.
Die Wechselrichterschaltung 188 enthält eine Halbleiteransteuerschaltung, die schaltende Halbleiter (z. B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder andere Leistungstransistoren) ansteuert oder steuert, um Steuersignale für den Motor 117 auszugeben. Die Wechselrichterschaltung 188 ist wiederum an den Motor 117 gekoppelt. Der Motor 117 ist mit einem Sensor 115 assoziiert (z. B. einem Positionssensor, einem Resolver- oder Codiererpositionssensor), der mit der Motorwelle 126 oder dem Rotor assoziiert ist. Der Sensor 115 und der Motor 117 sind an das Datenverarbeitungssystem 120 gekoppelt, um Rückkopplungsdaten (z. B. Stromrückkopplungsdaten wie etwa Phasenstromwerte ia, ib und ic), Rohpositionssignale, unter anderem mögliche Rückkopplungsdaten oder -signale, als Beispiel, zu liefern. Zu anderen möglichen Rückkopplungsdaten zählen unter anderem Wicklungstemperaturmesswerte, Halbleitertemperaturmesswerte der Wechselrichterschaltung 188, Dreiphasen-Spannungsdaten oder andere thermische oder Leistungsinformationen für den Motor 117.
Der Motor 117 ist mit dem Sensor 115 (z. B. einem Resolver, Codierer, Drehzahlsensor oder einem anderen Positionssensor oder Drehzahlsensoren) assoziiert, der eine Winkelposition der Motorwelle 126, eine Drehzahl oder Geschwindigkeit der Motorwelle 126 und/oder eine Drehrichtung der Motorwelle 126 schätzt. Der Sensor 115 kann an der Motorwelle 126 montiert oder mit ihr integral sein. Das Ausgangssignal des Sensors 115 ist fähig zur Kommunikation mit dem primären Verarbeitungsmodul 114 (z. B. Positions- und Drehzahlverarbeitungsmodul). Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 115 an einen nicht gezeigten Analog-Digital-Wandler gekoppelt sein, der analoge Positionsrohdaten oder Geschwindigkeitsdaten in digitale Rohpositions- bzw. Geschwindigkeitsdaten umwandelt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der Sensor 115 (z. B. digitaler Positionscodierer) ein digitales Datenausgangssignal von Positionsrohdaten oder Geschwindigkeitsdaten für die Motorwelle 126 oder den Rotor liefern.
Ein erstes Ausgangssignal (z. B. Positionsdaten θ für den Motor 117) des primären Verarbeitungsmoduls 114 wird an den Phasenwandler 113 geliefert (z. B. einen Dreiphasen- zu Zweiphasen-Strom-Park-Transformationsmodul), der jeweilige digitale Dreiphasen-Darstellungen des gemessenen Stroms in entsprechende digitale Zweiphasen-Darstellungen des gemessenen Stroms umwandelt. Ein zweites Ausgangssignal (z. B. Drehzahldaten SD für den Motor 117) des primären Verarbeitungsmoduls 114 werden an das Kalkulationsmodul 110 kommuniziert (z. B. eingestellte Spannungs-Überdrehzahl-Verhältnis-Modul).
Ein Eingang einer Erfassungsschaltung 124 ist an Klemmen des Motors 117 gekoppelt, um zumindest die gemessenen Dreiphasen-Ströme und einen Spannungspegel des Gleichstrombusses (DC-Busses) zu erfassen (z. B. einen Hochspannungs-DC-Bus, der DC-Leistung an die Wechselrichterschaltung 188 liefern kann). Ein Ausgang der Erfassungsschaltung 124 ist an einen Analog-Digital-Wandler 122 gekoppelt, um das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 124 zu digitalisieren. Der digitale Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 122 wiederum ist an das sekundäre Verarbeitungsmodul 116 gekoppelt (z. B. DC-Busspannung und Dreiphasen-Strom-Verarbeitungsmodul). Beispielsweise ist die Erfassungsschaltung 124 mit dem Motor 117 assoziiert, um Dreiphasen-Ströme zu messen (z. B. einen an die Wicklungen des Motors 117 angelegten Strom, eine Gegen-EMF (elektromotorische Kraft), die in den Windungen induziert ist, oder beide).
Gewisse Ausgangssignale des primären Verarbeitungsmoduls 114 und des sekundären Verarbeitungsmoduls 116 speisen den Phasenwandler 113. Beispielsweise kann der Phasenwandler 113 eine Park-Transformation oder andere Umwandlungsgleichungen anwenden (z. B. gewisse Umwandlungsgleichungen, die geeignet sind, sind dem Durchschnittsfachmann bekannt), um die gemessenen Dreiphasen-Darstellungen des Stroms in Zweiphasen-Darstellungen des Stroms auf der Basis der digitalen Dreiphasen-Stromdaten ia, ib und ic von dem sekundären Verarbeitungsmodul 116 und Positionsdaten θ von dem Sensor 115 umzuwandeln. Der Ausgang des Phasenwandlermoduls 113 (id, iq) ist an den Stromregelungscontroller 111 gekoppelt.
Andere Ausgänge des primären Verarbeitungsmoduls 114 und des sekundären Verarbeitungsmoduls 116 können an Eingänge des Kalkulationsmoduls 110 gekoppelt sein (z. B. eingestellte Spannungs-Überdrehzahl-Verhältnis-Kalkulationsmodul). Beispielsweise kann das primäre Verarbeitungsmodul 114 die Drehzahldaten SD (z. B. Drehzahl der Motorwelle 126 in Umdrehungen pro Minute) liefern, wohingegen das sekundäre Verarbeitungsmodul 116 einen gemessenen (detektierten) Pegel der DC-Busarbeitsspannung Vdc des Motors 117 (z. B. auf dem DC-Bus eines Fahrzeugs) liefern kann. Der DC-Spannungspegel auf dem DC-Bus, der die Wechselrichterschaltung 188 mit elektrischer Energie versorgt, kann wegen verschiedener Faktoren fluktuieren oder variieren, einschließlich unter anderem Umgebungstemperatur, Batteriebedingung, Batterieladezustand, Batteriewiderstand oder -reaktanz, Brennstoffzellenzustand (falls zutreffend), Motorlastbedingungen, jeweiliges Motordrehmoment und entsprechende Arbeitsdrehzahl und Fahrzeugstromlasten (z. B. elektrisch angetriebener Klimaanlagenkompressor). Das Kalkulationsmodul 110 ist als ein Vermittler zwischen das sekundäre Verarbeitungsmodul 116 und den d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager 109 geschaltet. Das Ausgangssignal des Kalkulationsmoduls 110 kann die Strombefehle iq_cmd und id_cmd verstellen oder sich darauf auswirken, die von dem d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager 109 generiert werden, um unter anderem eine Fluktuation oder Variation bei der DC-Busspannung zu kompensieren.
Das Rotormagnettemperaturschätzmodul 104, das Stromformmodul 106 und das Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108 sind an das d-q-Achsen-Stromeinstellmodul 107 gekoppelt oder können damit kommunizieren. Das d-q-Achsen-Stromeinstellmodul 107 wiederum kann mit dem d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager oder dem Summierer 119 kommunizieren.
Das Rotormagnettemperaturschätzmodul 104 schätzt oder bestimmt die Temperatur des oder der Rotorpermanentmagneten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Rotormagnettemperaturschätzmodul 104 die Temperatur der Rotormagneten aus einem oder mehreren am Stator befindlichen Sensoren in Wärmekommunikation mit dem Stator oder am Gehäuse des Motors 117 gesichert schätzen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Rotormagnettemperaturschätzmodul 104 durch einen Temperaturdetektor ersetzt werden (z. B. einen Thermistor oder einen Funksender wie etwa einen Infrarotwärmesensor), der am Rotor oder am Magneten montiert ist, wobei der Detektor ein Signal (z. B. Funksignal) liefert, das die Temperatur des oder der Magneten anzeigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System auf folgende Weise arbeiten. Das Drehmomentbefehlsgenerierungsmodul 105 empfängt eine Eingangssteuerdatennachricht wie etwa eine Drehzahlsteuerdatennachricht, eine Spannungssteuerdatennachricht oder eine Drehmomentsteuerdatennachricht über einen Fahrzeugdatenbus 118. Das Drehmomentbefehlsgenerierungsmodul 105 wandelt die empfangene Eingangssteuernachricht in Drehmomentsteuerbefehlsdaten Tcmd um.
Der d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager 109 wählt oder bestimmt den Längsstrombefehl und den Querstrombefehl, mit jeweiligen Drehmomentsteuerbefehlsdaten und jeweiligen detektierten Drehzahldaten SD der Motorwelle 126 assoziiert. Beispielsweise wählt oder bestimmt der d-q-Achsen-Stromgenerierungsmanager 109 den Längsstrombefehl und den Querstrombefehl durch Zugriff auf eine oder mehrere der Folgenden: (1) eine Nachschlagetabelle, Datenbank oder andere Datenstruktur, die jeweilige Drehmomentbefehle zu entsprechenden Längs- und Querströmen in Beziehung setzt, (2) einen Satz von quadratischen Gleichungen oder linearen Gleichungen, die jeweilige Drehmomentbefehle zu entsprechenden Längs- oder Querströmen in Beziehung setzen, oder (3) einen Satz von Regeln (z. B. If-Then-Regeln), die jeweilige Drehmomentbefehle zu entsprechenden Längs- und Querströmen in Beziehung setzen. Der Sensor 115 am Motor 117 erleichtert die Bereitstellung der detektierten Drehzahldaten SD für die Motorwelle 126, wobei das primäre Verarbeitungsmodul 114 durch den Sensor 115 gelieferte Positionsrohdaten in Drehzahldaten SD umwandeln kann.
Das Stromeinstellmodul 107 (z. B. d-q-Achsen-Stromeinstellmodul) liefert Stromeinstelldaten zum Einstellen des Längsstrombefehls id_cmd und des Querstrombefehls iq_cmd auf der Basis von Eingangsdaten von dem Rotormagnettemperaturschätzmodul 104, dem Stromformmodul 106 und dem Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108.
Das Stromformmodul 106 kann eine Korrektur oder vorläufige Justierung des Querstrombefehls (q-Achse) und des Längsstrombefehls (d-Achse) auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Faktoren bestimmen: Drehmomentlast am Motor 117 und Drehzahl des Motors 117, als Beispiel. Beispielsweise kann das Rotormagnettemperaturschätzmodul 104 eine sekundäre Einstellung des Querstrombefehls und des Längsstrombefehls auf der Basis einer geschätzten Änderung bei der Rotortemperatur generieren. Das Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108 kann eine dritte Einstellung an dem Längsstrom und dem Querstrom auf der Basis eines Controllerspannungsbefehls über einer Spannungsgrenze liefern. Das Stromeinstellmodul 107 kann eine zusammengesetzte Stromeinstellung bereitstellen, die eine oder mehrere der folgenden Einstellungen betrachtet: eine vorläufige Einstellung, eine sekundäre Einstellung und eine dritte Einstellung.
Das Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108 kann weiterhin eine zusätzliche Rückkopplung für eine Justierung an den d-Achsen- und q-Achsen-Strom auf der Basis eines Klemmenspannungsschwellwerts und Schätzwerten der tatsächlichen Klemmenspannungen va, vb und vc, durch ein Schätz- und Schwellwertmodul 127 bereitgestellt, wie unten beschrieben wird, bereitstellen. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann weiterhin an Ausgänge des PWM-Generierungsmoduls 112 gekoppelt sein, die dem Schätz- und Schwellwertmodul 127 die Wechselrichterklemmenspannungen (va*, vb* und vc*) liefern. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann tatsächliche Klemmenspannungen va, vb und vc der Wechselrichterschaltung 188 derart schätzen, dass die Wechselrichterklemmenspannungen (va*, vb* und vc*) den tatsächlichen Ausgangsklemmenspannungen (va, vb und vc) präzise ähneln, wie weiter unten beschrieben wird. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann weiterhin einen Klemmenspannungsschwellwert bereitstellen, wie weiter unten beschrieben wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Motor 117 eine IPM-Maschine (Interior Permanent Magnet – innenliegender Permanentmagnet) oder eine synchrone IPM-Maschine (IPMSM) beinhalten.
Der Sensor 115 (z. B. Wellen- oder Rotordrehzahldetektor) kann einen oder mehrere der Folgenden enthalten: einen Gleichstrommotor, einen optischen Codierer, einen Magnetfeldsensor (z. B. Hall-Effekt-Sensor), einen magnetoresistiven Sensor und einen Resolver (z. B. einen bürstenlosen Resolver). Bei einer Konfiguration beinhaltet der Sensor 115 einen Positionssensor, wobei Positionsrohdaten und assoziierte Zeitdaten verarbeitet werden, um Drehzahl- oder Geschwindigkeitsdaten für die Motorwelle 126 zu bestimmen. Bei einer weiteren Konfiguration beinhaltet der Sensor 115 einen Drehzahlsensor oder die Kombination aus einem Drehzahlsensor und einem Integrierer, um die Position der Motorwelle zu bestimmen.
Bei noch einer weiteren Konfiguration beinhaltet der Sensor 115 einen kompakten Gleichstromhilfsgenerator, der mechanisch an die Motorwelle 126 des Motors 117 gekoppelt ist, um die Drehzahl der Motorwelle 126 zu bestimmen, wobei der Gleichstromgenerator eine Ausgangsspannung proportional zur Drehzahl der Motorwelle 126 erzeugt. Bei noch einer weiteren Konfiguration beinhaltet der Sensor 115 einen optischen Codierer mit einer optischen Quelle, die ein Signal zu einem an die Motorwelle 126 gekoppelten, sich drehenden Objekt überträgt und ein reflektiertes oder gebrochenes Signal an einem optischen Detektor empfängt, wobei die Frequenz von empfangenen Signalimpulsen (z. B. Rechteckwellen) proportional zu einer Drehzahl der Motorwelle 126 sein kann. Bei einer zusätzlichen Konfiguration beinhaltet der Sensor 115 einen Resolver mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung, wobei die erste Wicklung mit einem Wechselstrom gespeist wird, wobei die in der zweiten Wicklung induzierte Spannung mit der Rotationsfrequenz des Rotors variiert.
2 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Datenverarbeitungssystems, das mit 1 übereinstimmt, gemäß einem Ausführungsbeispiel. In 2 enthält das elektronische Datenverarbeitungssystem 120 einen elektronischen Datenprozessor 264, einen Datenbus 262, eine Datenablageeinrichtung 260 und einen oder mehrere Datenports (268, 270, 272, 274 und 276). Der Datenprozessor 264, die Datenablageeinrichtung 260 und ein oder mehrere Datenports sind an den Datenbus 262 gekoppelt, um Kommunikationen von Daten zwischen oder unter dem Datenprozessor 264, der Datenablageeinrichtung 260 und einem oder mehreren Datenports zu unterstützen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Datenprozessor 264 einen elektronischen Datenprozessor, einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, ein programmierbares Logikarray, eine Logikschaltung, eine arithmetische Logikeinheit, eine applikationsspezifische integrierte Schaltung, einen Digitalsignalprozessor, einen PID-Controller (PID – Proportional Integral Derivative) oder eine andere Datenverarbeitungseinrichtung beinhalten.
Die Datenablageeinrichtung 260 kann eine beliebige magnetische, elektronische oder optische Einrichtung zum Ablegen von Daten beinhalten. Beispielsweise kann die Datenablageeinrichtung 260 eine elektronische Datenablageeinrichtung, einen elektronischen Speicher, einen nichtflüchtigen elektronischen Direktzugriffsspeicher, einen oder mehrere elektronische Datenregister, Datenzwischenspeicher, ein Magnetplattenlaufwerk, ein Festplattenlaufwerk, ein optisches Plattenlaufwerk oder dergleichen beinhalten.
Wie in 2 gezeigt, beinhalten die Datenports einen ersten Datenport 268, einen zweiten Datenport 270, einen dritten Datenport 272, einen vierten Datenport 274 und einen fünften Datenport 276, wenngleich eine beliebige geeignete Anzahl an Datenports verwendet werden kann. Beispielsweise kann jeder Datenport einen Sendeempfänger und einen Pufferspeicher enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann jeder Datenport einen beliebigen seriellen oder parallelen Eingangs-/Ausgangsport beinhalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wie in 2 dargestellt, ist der erste Datenport 268 an den Fahrzeugdatenbus 118 gekoppelt. Der Fahrzeugdatenbus 118 ist wiederum an einen Controller 266 gekoppelt. Bei einer Konfiguration kann der zweite Datenport 270 an die Wechselrichterschaltung 188 gekoppelt sein; der dritte Datenport 272 kann an den Sensor 115 gekoppelt sein; der vierte Datenport 274 kann an den Analog-Digital-Wandler 122 gekoppelt sein; und der fünfte Datenport 276 kann an das Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108 gekoppelt sein. Der Analog-Digital-Wandler 122 ist an die Erfassungsschaltung 124 gekoppelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Datenverarbeitungssystems 120 ist das Drehmomentbefehlsgenerierungsmodul 105 mit dem ersten Datenport 268 des elektronischen Datenverarbeitungssystems 120 assoziiert oder wird von ihm unterstützt. Der erste Datenport 268 kann an einen Fahrzeugdatenbus 118 wie etwa einen CAN-Datenbus (CAN – Controller Area Network) gekoppelt sein. Der Fahrzeugdatenbus 118 kann Datenbusnachrichten mit Drehmomentbefehlen über den ersten Datenport 268 an das Drehmomentbefehlsgenerierungsmodul 105 liefern. Der Bediener eines Fahrzeugs kann die Drehmomentbefehle über eine Benutzerschnittstelle wie etwa eine Drossel, ein Pedal, den Controller 266 oder andere Steuereinrichtungen generieren.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können der Sensor 115 und das primäre Verarbeitungsmodul 114 mit einem dritten Datenport 272 des Datenverarbeitungssystems 120 assoziiert sein oder von diesem unterstützt werden.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 und wie oben beschrieben, wandelt zum Beispiel das PWM-Generierungsmodul 112 die Längsspannungs- und Querspannungsdaten von Zweiphasen-Datendarstellungen in Dreiphasen-Darstellungen (z. B. Dreiphasen-Spannungsdarstellungen wie etwa va*, vb* und vc*) zur Steuerung des Motors 117 um. va*, vb* und vc* können als Wechselrichterklemmenspannungen bezeichnet werden. Ausgänge des PWM-Generierungsmoduls 112 sind an eine an den Systemprozessor 120 gekoppelte Wechselrichterschaltung 188 gekoppelt.
3 zeigt eine Wechselrichterschaltung, die konfiguriert ist zum Ausgeben von Steuersignalen an einen Elektromotor, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wechselrichterschaltung 188 enthält elektrische Komponenten einschließlich unter anderem schaltende Halbleiter (330–331, 334–335 und 338–339), Dioden (332–333, 336–337 und 340–341), Motorphasenimpedanz 343, eine DC-Bus-Spannung 342 zum Generieren, Modifizieren und Steuern von impulsbreitenmodulierten Signalen oder anderen Wechselstromsignalen (z. B. Impuls-, Rechteckwellen-, Sinus- oder andere Wellenformen), die an den Motor 117 von 1 angelegt sind.
Um das Durchzünden am Ausgang der Wechselrichterschaltung 188 zu verhindern, wird eine Totzeit oder eine Austastzeit in ein PWM-Schalten eingeführt, was eine Fehlanpassung zwischen den d-q-Achsen-Spannungsbefehlen vd* und vq* (über das Impulsbreitenmodulationsgenerierungsmodul 112 in Dreiphasen-Wechselrichterklemmenspannungen va*, vb* und vc* umgewandelt) und den tatsächlichen Klemmenspannungen (z. B. va, vb und vc) bewirken kann. Während der Totzeit leitet weder der obere Schalter noch der untere Schalter einer beliebigen gegebenen Phase der Wechselrichterschaltung 188. Bei einem Ausführungsbeispiel bilden die Schalter 330, 334 und 338 die oberen Schalter einer der Phasen A, B beziehungsweise C, während die Schalter 331, 335 und 339 die unteren Schalter einer der Phasen A, B beziehungsweise C bilden.
Während der Totzeit werden die tatsächlichen Klemmenspannungen va, vb und vc auf der Basis der Richtung des durch eine der oberen oder unteren Dioden einer der Phasen fließenden Stroms bestimmt (z. B. Dioden 332 oder 333 entsprechend Phase A). Die Totzeitauswirkung auf die Fehlanpassung zwischen den d/q-Achsen-Spannungsbefehlen vd* und vq* (in drei Phasen-Wechselrichterklemmenspannungen va*, vb* und vc* umgewandelt über das Impulsbreitenmodulationsgenerierungsmodul 112) und den tatsächlichen Klemmenspannungen va, vb und vc kann auch von anderen Faktoren abhängen, einschließlich unter anderem der PWM-Schaltfrequenz, da das Prozentsatzverhältnis einer festen Totzeitperiode einer PWM-Periode variiert, wenn sich die PWM-Schaltfrequenz ändert, und dem Motorarbeitsmodus. Wenn beispielsweise die IPM-Maschine 117 im Autofahrmodus läuft, ist die tatsächliche Wechselrichterklemmenspannung kleiner als die d/q-Achsen-Spannungsbefehle, während, wenn der Motor im Bremsmodus läuft, die tatsächliche Wechselrichterklemmenspannung höher ist als die d/q-Achsen-Spannungsbefehle. Infolgedessen sind die d/q-Achsen-Befehle aufgrund der beschriebenen Fehlanpassung möglicherweise kein guter Indikator des Indikators der tatsächlichen Klemmenspannung.
Spannungsabfälle an Schaltern und Dioden der Wechselrichterschaltung 188 tragen ebenfalls zur Fehlanpassung bei. Wenn beispielsweise einer der oberen oder unteren Schalter einer beliebigen gegebenen Phase der Wechselrichterschaltung 188 leitet, kann es einen Spannungsabfall an einem Schalter und/oder einer Diode geben, der oder die mit einer der Phasen assoziiert ist. Wenn beispielsweise der mit Phase A assoziierte obere Schalter 330 leitet, kann es einen Spannungsabfall am Schalter 330 oder an der Diode 332 geben, was als V_IGBT des Schalters 330 beziehungsweise V_diode der Diode 332 bezeichnet werden kann.
Deshalb ermöglicht das präzise Schätzen der tatsächlichen Klemmenspannungen va, vb und vc, dass das System die Fehlanpassung zwischen (va*, vb* und vc*) und (va, vb und vc) berücksichtigt und die d/q-Achsen-Strombefehle entsprechend einstellt. Die Einstellung kann wiederum das Kompensieren der extrahohen Klemmenspannung an der Maschine ermöglichen, wodurch Motorsteuerungsstabilität sichergestellt wird.
Die Schätzung der tatsächlichen Klemmenspannungen und das Einstellen der d/q-Achsen-Strombefehle werden unten mit Bezug auf 3, wie vorstehend beschrieben, sowie 4–8 beschrieben.
4 veranschaulicht bestimmte Module, einschließlich eines Schätz- und Schwellwertmoduls des in 1 gezeigten Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere veranschaulicht 4 das Schätz- und Schwellwertmodul 127. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann einen Schätzer 444 zum Schätzen einer Dreiphasen-Leitung-zu-Negative-Rail-Mittelungsspannung (V_aN, V_bN und V_cN enthalten), wie unten beschrieben wird. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann weiterhin ein Filter 445 enthalten zum Ableiten einer tatsächlichen Leiterspannung von der geschätzten Leitung-zu-Negative-Rail-Spannung, wie unten beschrieben wird. Das Schätz- und Schwellwertmodul 127 kann weiterhin ein Schwellwertkalkulationsmodul 446 enthalten, das einen Klemmenspannungsschwellwert berechnet, wie unten beschrieben wird. Der Klemmenspannungsschwellwert kann dann zum Bestimmen einer Klemmenspannungsrückkopplung verwendet werden, wie unten beschrieben wird. Weiterhin veranschaulicht 4 das in 1 gezeigte Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108, das die Klemmenspannungsrückkopplung auf der Basis des Klemmenspannungsschwellwerts und der tatsächlichen Leiterspannung bestimmt, wie unten beschrieben wird. 4 veranschaulicht auch das in 1 gezeigte Stromeinstellmodul 107, das die d/q-Achsen-Strombefehle auf der Basis der Klemmenspannungsrückkopplung justiert, wie unten beschrieben wird.
Wie weiter oben erörtert, können die in 4 dargestellten Module durch den in 1 gezeigten Systemprozessor 120 ausgeführt und auf einer Vielzahl von Hardware implementiert werden, einschließlich unter anderem programmierbare Logikeinrichtungen wie etwa FPGAs.
5 veranschaulicht ein durch das in 4 gezeigte Schätz- und Schwellwertmodul ausgeführtes Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei S550 bestimmt der Systemprozessor 120 über den in 4 gezeigten Schätzer 444 mehrere Istspannungen. Der Schätzer 444 nutzt Eingangssignale wie etwa die mehreren Spannungen unter Verwendung mehrerer Daten einschließlich unter anderem einer DC-Busspannung, Ansteuersignalen zum Ansteuern jeder Phase der Wechselrichterschaltung 188, der Iststrompolarität, einer Spannung an mindestens einem mit der entsprechenden Phase der Inverterschaltung 188 assoziierten Schalter (z. B. V_ce entweder an dem Schalter 330 oder an dem Schalter 331, mit Phase A assoziiert, V_ce entweder an dem Schalter 334 oder dem Schalter 335, mit Phase B assoziiert, V_ce entweder an dem Schalter 338 oder Schalter 339, mit Phase C assoziiert, usw., wie in 3 gezeigt und oben beschrieben.) Danach wird ein Prozess zum Bestimmen der mehreren Istspannungen auch unter Bezugnahme auf die 6A–B und 7 beschrieben.
Die 6A–B veranschaulichen einen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) des Impulsbreitenmodulationsmoduls von 1 für einen Einzelsteuermodus und einen Doppelsteuermodus gemäß einem Ausführungsbeispiel. V_xN kann über einen PWM-Zyklus oder eine Steuerperiode berechnet werden. Ein einzelner PWM-Zyklus kann als die Zeit von einer ansteigenden Flanke am Signal zur nächsten ansteigenden Flanke des Signals definiert werden. Beispielsweise definieren 661 bis 662 einen PWM-Zyklus in 6A. Zudem veranschaulicht 6A einen Einzelsteuermodus, wobei dann ein Steuersignal pro PWM-Zyklus vorliegt. Deshalb wird es bei einem Ausführungsbeispiel, wo die PWM-Schaltfrequenz 5 kHz beträgt und Messungen mit 25 MHz abgetastet werden (z. B. 40 ns), 5000 Zählwerte (z. B. Messungen) von V_xN pro jeder Steuerperiode geben.
Andererseits zeigt 6B einen Doppelsteuermodus, wobei zwei Steuersignale pro PWM-Zyklus vorliegen (z. B. 1 Steuersignal pro Hälfte eines einzelnen PWM-Zyklus, wobei der PWM-Zyklus von 663 bis 665 definiert ist (z. B. wie der PWM-Zyklus in 6A), und eine Hälfte eines Zyklus ist als 663 bis 664 und 664 bis 665 definiert, wie in 6B gezeigt. Deshalb wird es in dem Ausführungsbeispiel, wo die PWM-Schaltfrequenz 5 kHz beträgt und Messungen mit 25 MHz (z. B. 40 ns) abgetastet werden, für den Fall eines Doppelsteuermodus halb so viele Zählwerte (z. B. Messungen) von V_xN (z. B. 2500) in jeder Steuerperiode geben. Wie aus den 5A–5B ersichtlich ist, sind PWM-Zyklen möglicherweise nicht gleich und können beispielsweise aufgrund einer variierenden PWM-Schaltfrequenz von einem Zyklus zu einem anderen differieren.
Es sei V_xN eine mit jeder Phase der Wechselrichterschaltung 188 assoziierte Istspannung, wobei X ein beliebiges von A, B oder C sein kann, in 3 gezeigt, (z. B. V_AN, V_BN und V_CN). Dann bestimmt der Systemprozessor 120 in einem Ausführungsbeispiel für jeden Zählwert ein V_xN für jede Phase auf der Basis einer Strompolarität in der Wechselrichterschaltung 188. 7 veranschaulicht eine Sollstrompolarität in einer Wechselrichterschaltung des Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Systemprozessor 120 bestimmt V_xN wie folgt:
I_xN ist positiv und das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters ist Ein, dann V_xN = V_dc – V_IGBT
I_xN ist positiv und das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters ist Aus, dann V_xN = –V_diode
I_xN ist negativ und das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters ist Ein, dann V_xN = V_IGBT
I_xN ist negativ und das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters ist Aus, dann V_xN = Vdc + V_diode
Zu einer beliebigen gegebenen einen Zeit für eine gegebene Phase der Wechselrichterschaltung 188 ist entweder der obere oder untere Schalter eingeschaltet oder sie können beide ausgeschaltet sein (z. B. Totzeit oder Austastzeit, wie oben beschrieben). Beispielsweise kann die Zeitlänge, während jedes PWM-Zyklus, wo der obere oder untere Schalter eingeschaltet sind, von einem Tastverhältnis abhängen, das mit jedem Schalter jeder Phase in einem gegebenen PWM-Zyklus assoziiert ist. Beispielsweise kann das Tastverhältnis des mit Phase A assoziierten Schalters 550 40% Prozent betragen, was bedeutet, dass in einem beliebigen gegebenen PWM-Zyklus der Schalter 330 40% Prozent der Zeit eingeschaltet ist, während der Schalter 331 in einem idealen Fall ohne eingefügte Totzeit während 60% der Zeit eingeschaltet ist. Jedoch wird, wie oben erörtert, in einem beliebigen gegebenen PWM-Zyklus eine sehr kleine Menge an Totzeit eingeführt, während der weder der obere noch der untere Schalter eingeschaltet ist (z. B. 3 Mikrosekunden), um ein Durchzünden zu verhindern.
Weiterhin können die Schalter über die Gateansteuersignale/-spannungen ein- oder ausgeschaltet werden, was eine relativ kleine Menge an Spannung bilden kann, die benötigt wird, um einen gegebenen Transistor ein-/auszuschalten (z. B. den IGBT-Transistor, der als Schalter 330 arbeitet). Wieder unter Bezugnahme auf das Bestimmen der mehreren Istspannungen bei S550 kann der Systemprozessor 120 Folgendes durchführen. Wenn beispielsweise I_xN größer ist als der positive Stromschwellwert 770, dann ist die Strompolarität von Phase X positiv, was bedeutet, dass entweder der obere Schalter von Phase X oder die untere Diode von Phase X leitet. Wenn andererseits I_xN kleiner ist als der negative Stromschwellwert 771, dann ist die Strompolarität von Phase X negativ, was bedeutet, dass entweder der untere Schalter von Phase X oder die obere Diode von Phase X leitet. Die positiven und negativen Stromschwellwerte 770 und 771 sind Designparameter, die auf der Basis empirischer Studien bestimmt werden können (z. B. ±5 A, ±10 A, ±20 A usw.).
Wenn deshalb als Beispiel I_AN positiv ist, leitet entweder Schalter 330 oder Diode 333 von 3. Die Bestimmung, ob Schalter 330 oder Diode 333 leitet, kann von dem Schalter-Gate-Ansteuersignal für Phase A abhängen. Falls dementsprechend das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters Ein ist, leitet der Schalter 330, was bedeutet, dass V_AN = V_dc – V_IGBT. Falls jedoch das Ansteuersignal des oberen Schalters Aus ist, leitet dann Diode 333, was bedeutet, dass V_AN = V_diode ist.
Wenn bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel I_AN negativ ist, leitet entweder Schalter 331 oder Diode 332 von 3. Die Bestimmung, ob Schalter 331 oder Diode 332 leitet, kann von dem Schalter-Gate-Ansteuersignal für Phase A abhängen. Falls dementsprechend das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters Ein ist, dann leitet Schalter 331, was bedeutet, dass V_AN = V_IGBT. Falls jedoch das Ansteuersignal des unteren Schalters Aus ist, dann leitet Diode 332, was bedeutet, dass V_AN = V_dc + V_diode. V_BNs und V_CNs können auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel bestimmt der Systemprozessor 120 die Istspannung V_xN, auf der Basis der Spannung V_ce an einem der Schalter 330, 331, 334, 335, Ja 338 oder 339, in 3 gezeigt. Die Spannung V_ce für den oberen Schalter jeder Phase der Wechselrichterschaltung 188 (z. B. Schalter 330, 334 und 338) kann als V_{ce_top} bezeichnet werden, während die Spannung V_ce für den unteren Schalter jeder Phase der Wechselrichterschaltung 188 (z. B. Schalter 331, 335 und 339) als V_{ce_bottom} bezeichnet werden kann. Dann
V_{ce_top} ist niedrig und das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters ist Ein, dann V_xN = V_dc – V_IGBT
V_{ce_top} ist niedrig und das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters ist Aus, dann V_xN = V_dc + V_diode
V_{ce_bottom} ist niedrig und das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters ist Ein, dann V_xN = V_IGBT
V_{ce_bottom} ist niedrig und das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters ist Aus, dann V_xN = –V_diode
ob V_{ce_top} oder V_{ce_bottom} niedrig ist oder nicht, kann sich darauf beziehen, ob V_{ce_top} oder V_{ce_bottom} niedrig genug sind, so dass sich der entsprechende Schalter in einem leitenden Zustand befindet. Beispielsweise kann jeder einzelne von V_{ce_top} und V_{ce_bottom} einer gegebenen Phase mit einem Spannungsschwellwert (z. B. 5 V) verglichen werden, um zu bestimmen, ob V_{ce_top} oder V_{ce_bottom} hoch oder niedrig ist. Der Spannungsschwellwert kann ein auf der Basis empirischer Untersuchungen bestimmter Designparameter sein.
Wenn zum Beispiel der obere Schalter (z. B. Schalter 330) geschlossen ist und für Phase A der Wechselrichterschaltung 188 leitet (z. B. V_{ce_top} niedrig ist) und das Gate-Ansteuersignal des oberen Schalters Ein ist, dann ist dadurch V_AN = V_dc – V_IGBT. Falls jedoch das Ansteuersignal des oberen Schalters Aus ist, dann ist der Schalter 330 aus, während V_{ce_top} immer noch niedrig ist, was bedeutet, dass der Strom durch die Diode 332 fließt und deshalb V_AN = V_dc + V_diode.
Wenn bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der untere Schalter (z. B. Schalter 331) geschlossen ist und für Phase A der Wechselrichterschaltung 188 leitet (z. B. V_{ce_bottom} niedrig ist) und das Gate-Ansteuersignal des unteren Schalters Ein ist, dann V_AN = V_IGBT. Falls jedoch das Ansteuersignal des unteren Schalters Aus ist, dann ist Schalter 331 aus, während V_{ce_bottom} immer noch niedrig ist, was bedeutet, dass der Strom durch die Diode 333 fließt und deshalb V_AN = V_diode. V_BNs und V_CNs können auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Wieder unter Bezugnahme auf die Berechnung der Sollspannungen V_xN auf der Basis der Iststrompolarität kann es ein Szenarium wie in 7 gezeigt geben, wo die Polarität des Iststroms für eine gegebene Phase der Wechselrichterschaltung 188 sich beispielsweise aufgrund eines driftenden CT-Offset zwischen dem positiven Stromschwellwert 770 und dem negativen Stromschwellwert 771 befinden kann. Eine Strompolarität zwischen den Schwellwerten 770 und 771 kann eine ungewisse Phasenstrompolarität anzeigen. Infolgedessen eignet sich die Iststrompolarität möglicherweise nicht zum Bestimmen der Istspannungen. Deshalb berechnet in einem Ausführungsbeispiel, wenn die Iststrompolarität ungewiss ist (z. B. zwischen den Schwellwerten 770 und 771), der Systemprozessor 120 die Istspannungen auf der Basis von V_ce, wie oben beschrieben.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Systemprozessor 120 ein beliebiges der beiden beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der mehreren Istspannungen (z. B. auf der Basis der Iststrompolarität und V_ce) austauschbar und/oder simultan verwenden. Der Systemprozessor 120 kann die unter Verwendung der Iststrompolarität erhaltenen Daten mit den auf der Basis von V_ce erhaltenen Daten verbessern, um einen besseren Schätzwert der tatsächlichen Ausgangsklemmenspannungen zu erhalten.
Nachdem der Prozessor 120 die mehreren Istspannungen bestimmt (z. B. 5000 Messungen für V_AN, V_BN und V_CN in einem in 6A gezeigten Einzelsteuermodus oder 2500 Messungen für V_AN, V_BN und V_CN in einem in 6B gezeigten Doppelsteuermodus), mittelt der Prozessor 120 bei Schritt S551 die Istspannungen über ein aktives Stromregelintervall. Ein aktives Stromregelintervall kann ein einzelner PWM-Zyklus (in einem Einzelsteuermodus) oder eine Hälfte eines PWM-Zyklus (in einem Doppelsteuermodus) sein.
Der Prozessor 120 kann die Augenblicksspannungen (auch als Leitung-zu-Negativ-Rail-Mittelungsspannung) V_XN mitteln auf der Basis von:
wobei T die Gesamtzahl an Zählwerten/Messungsabtastwerten pro PWM-Zyklus oder pro Steuerintervall ist (z. B. 5000 Zählwerte pro PWM-Zyklus und pro Steuerintervall in einem Einzelsteuermodus oder 2500 Zählwerte pro Steuermodus in einem Doppelsteuerungsmodus (unter Annahme einer Frequenz von 5 kHz und einer Abtastrate von 25 mHz (z. B. 40 ns)).
Bei S552 bestimmt der Systemprozessor 120 einen Klemmenspannungsvektorraum unter Verwendung der gemittelten Augenblicksspannungen V_XN. Der Prozessor 120 bestimmt den Klemmenspannungsvektorraum auf der Basis von:
Der Prozessor 120 teilt den Real- und Imaginärteil des Raumvektors V_s auf, um die Größe des Raumvektors V_s zu kalkulieren, auf der Basis von:
Durch Kalkulieren der Größe des Raumvektors V_s bestimmt der Prozessor 120 die Leitung-zu-Neutralklemmenspannungsspitze (S553) auf der Basis von:
Die Leitung-zu-Neutral-Klemmenspannungsspitze kann als v_an, v_bn und v_cn bezeichnet werden. Danach kann der Prozessor 120 die tatsächliche Leitung-zu-Leitung-Fundamentaleffektivwert-(rms – Root Mean Square)-Spannung (z. B. tatsächliche Klemmenspannung) (S554) bestimmen auf der Basis von:
Bei S555 kann der Systemprozessor 120 die bestimmte tatsächliche Klemmenspannung (V_{line-line-rms}) filtern. Der Systemprozessor 120 kann die bestimmte tatsächliche Klemmenspannung filtern, weil die bestimmte tatsächliche Klemmenspannung unerwünschte Schwingungen enthalten kann. Um ein glatteres Steuerrückkopplungssignal bereitzustellen, kann deshalb eine Filterung vorgenommen werden, um die unerwünschten Schwingungen zu eliminieren. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Filterung auf einer Tiefpassfilterung der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung basieren, wobei die Tiefpassfilterung das Berechnen eines gleitenden Mittelwerts der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Fundamental-rms-Spannung (z. B. tatsächlichen Klemmenspannung) bilden.
Bei S556 kann der Systemprozessor 120 über das Schwellwertkalkulationsmodul S332 einen Klemmenspannungsschwellwert bestimmen, wie etwa der Schwellwertkalkulator 446 von 4. Der Schwellwertkalkulator verwendet Eingaben einschließlich unter anderem einem Arbeitsmodus der AC-Maschine (z. B. der IPM-Maschine) und eine DC-Busspannung der AC-Maschine, wie in 4 gezeigt. Beispielsweise kann ein Flexibilitätsfaktor η genutzt werden, so dass der Systemprozessor 120 den Klemmenspannungsschwellwert bestimmt durch Multiplizieren des Flexibilitätsfaktors η mit einer theoretischen maximalen Leitung-Leitung-Klemmenspannung (z. B. V_dc/sqrt(2)), wobei sich sqrt(2) auf die mathematische Operation zum Bestimmen einer Quadratwurzel von 2 bezieht. Der Flexibilitätsfaktor η kann im Autofahrmodus im Vergleich zum Bremsmodus unterschiedlich eingestellt werden. Beispielsweise kann η auf 0,91 im Autofahrmodus und 0,92 im Bremsmodus eingestellt werden. Die Wahl von η für jeden Arbeitsmodus kann ein auf der Basis empirischer Untersuchungen bestimmter Designparameter sein.
Bei S557 bestimmt der Systemprozessor 120 über das in 1 und 4 gezeigte Klemmenspannungsrückkopplungsmodul 108 eine Klemmenspannungsrückkopplung. Der Systemprozessor 120 kann die Klemmenspannungsrückkopplung bestimmen durch Bestimmen eines Fehlers auf der Basis der gefilterten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und des Klemmenspannungsschwellwerts. Der Systemprozessor 120 kann den Fehler durch Vergleichen der gefilterten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung mit dem bestimmten Klemmenspannungsschwellwert und entsprechendes Bestimmen der Differenz zwischen der gefilterten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und dem bestimmten Klemmenspannungsschwellwert bestimmen.
Falls die gefilterte tatsächliche Außenleiterspannung den Klemmenspannungsschwellwert übersteigt, kann der Prozessor 120 über das Stromeinstellmodul 107 und unter Verwendung des Fehlers als Rückkopplungsparameter den d-Achsen-Strombefehl justieren durch Herabsetzen des d-Achsen-Strombefehls (S558).
Falls jedoch die tatsächliche Außenleiterspannung unter dem Klemmenspannungsschwellwert liegt, führt der Prozessor 120 keine Justierung am d-Achsen-Strombefehl aus (S559). Bei S560 verstellt der Prozessor 120 den q-Achsen-Strombefehl auf der Basis der Einstellung des d-Achsen-Strombefehls, um die Gesamtstromgröße konstant zu halten. Falls bei S559 keine Justierung an dem d-Achsen-Strombefehl vorgenommen wird, wird deshalb dann bei S560 auch keine nachfolgende Justierung am q-Achsen-Strombefehl vorgenommen.
8 veranschaulicht Justierungen an den d/q-Achsen-Stromgrößen und dem entsprechenden Winkel, so dass die Gesamtstromgröße konstant gehalten wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Gesamtstromgröße 880 gleich zu halten (durch Justieren des d-Achsen-Strombefehls 882 und des q-Achsen-Strombefehls 883), während der Gamma-Winkel 881 geändert wird, kann eine bessere Steuerung der Maschinenklemmenspannung ermöglichen und ein übermäßiges Erhitzen in Motorwicklungen auf der Wechselrichterschaltung 188 vermeiden.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 kann in einem Ausführungsbeispiel das Stromeinstellmodul 107 durch den Systemprozessor 210 ausgeführt werden, um den d/q-Achsen-Stromeinstellbefehl und den Gammawinkel zu bestimmen (als id-Einstellbefehl, iq-Einstellbefehl und Gamma-Winkel-Einstellung in 3 bezeichnet).
Die Einstellungen an den d/q-Achsen-Strombefehlen, so dass die Gesamtstromgröße konstant gehalten wird, können auf den folgenden Kalkulationen basieren:
wobei I_s 880 von 8 die Gesamtstromgröße ist. Die Einstellung an dem d-Achsen-Strombefehl 882 kann bestimmt werden auf der Basis von: I_{d_cmd_new} = I_{d_cmd_raw} – I_{d_cmd_adjusted}
Deshalb kann, wenn (1) und (2) gegeben sind, die Einstellung an dem q-Achsen-Strombefehl 883 bestimmt werden auf der Basis von:
Weitere Einzelheiten darüber, wie der Prozessor 120 den Fehler sowie die Einstellungen an dem d/q-Achsen-Strombefehl bestimmen kann, werden in einer weiteren Patentanmeldung durch die Erfinder ( US-Veröffentlichung 2012/0217923 ), die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, in ihrer Gänze beschrieben.
Wie oben beschrieben, haben die Erfinder entdeckt, dass das Schätzen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung (z. B. tatsächlichen Klemmenspannung) am Ausgang der Wechselrichterschaltung 188 und entsprechendes Justieren des d/q-Achsen-Strombefehls als ein besserer Ausgangsdrehmomentschätzer dienen und somit die Drehmomentsteuerschleife zum Steuern der zugrundeliegenden AC-Maschine schließen können.
Da Ausführungsbeispiele so beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, dass selbige auf vielerlei Weisen variiert werden können. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Gedanken und Schutzbereich von Ausführungsbeispielen anzusehen, und alle derartigen Modifikationen, wie sie für einen Fachmann offensichtlich sein würden, sollen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche enthalten sein.

Claims

Steuereinrichtung zum Steuern einer Wechselstrommaschine (AC-Maschine), die Folgendes umfasst: einen Prozessor, der konfiguriert ist zum Bestimmen mehrerer Istspannungen entsprechend mehreren Phasenspannungen eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die AC-Maschine ansteuert, Bestimmen einer tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung des Wechselrichters auf der Basis der mehreren Istspannungen und Bestimmen einer Klemmenspannungsrückkopplung zum Steuern der AC-Maschine auf der Basis der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und einem Klemmenspannungsschwellwert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist zum Bestimmen der mehreren Istspannungen durch Bestimmen einer mit einer entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität auf der Basis mindestens eines eines positiven Stromschwellwerts und eines negativen Stromschwellwerts, Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis einer Spannung an mindestens einem mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Schalter, wenn die Iststrompolarität kleiner ist als der positive Stromschwellwert und größer als der negative Stromschwellwert, und Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis der mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität, wenn mindestens eine der Iststrompolarität größer ist als der positive Stromschwellwert und die Iststrompolarität kleiner ist als der negative Stromschwellwert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist zum Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung durch Mitteln der bestimmten Istspannungen für jede einzelne der mehreren Phasenspannungen des Wechselrichters über mindestens einen eines einzelnen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) eines PWM-Moduls und Hälfte des einzelnen PWM-Zyklus des PWM-Moduls, wobei das PWM-Modul eine Zweiphasen-Darstellung einer Wechselrichterklemmenspannung zum Ansteuern des Wechselrichters in eine Dreiphasen-Darstellung der Wechselrichterklemmenspannung umwandelt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Prozessor weiterhin konfiguriert ist zum Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung durch Bestimmen einer Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Prozessor weiterhin konfiguriert ist zum Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung durch Bestimmen einer Klemmenspannungsspitze der Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist zum Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung durch Filtern der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung.
Steuereinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Prozessor weiterhin konfiguriert ist zum Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung durch Bestimmen eines Fehlers auf der Basis der gefilterten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und des Klemmenspannungsschwellwerts und Justieren von d/q-Achsen-Strombefehlen auf der Basis des bestimmten Fehlers, so dass die Klemmenspannungsrückkopplung unter dem Klemmenspannungsschwellwert liegt und die Gesamtstromgröße konstant ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor weiterhin konfiguriert ist zum Bestimmen des Klemmenspannungsschwellwerts auf der Basis eines Arbeitsmodus der AC-Maschine und einer DC-Busspannung der AC-Maschine.
Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Arbeitsmodus der AC-Maschine mindestens einer eines Autofahrmodus und eines Bremsmodus der AC-Maschine ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung ein feldprogrammierbares Gatearray (FPGA) ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die AC-Maschine mindestens eine einer IPM-Maschine (Interior Permanent Magnet – innenliegender Permanentmagnet), einer Induktionsmaschine und einer Maschine mit oberflächenmontiertem Permanentmagneten ist.
Verfahren zum Steuern einer Wechselstrommaschine (AC-Maschine), das Folgendes umfasst: Bestimmen, durch einen Prozessor, mehrerer Istspannungen entsprechend mehrerer Phasenspannungen des Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die AC-Maschine ansteuert; Bestimmen, durch den Prozessor, einer tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung des Wechselrichters auf der Basis der mehreren Istspannungen und Bestimmen, durch den Prozessor, einer Klemmenspannungsrückkopplung zum Steuern der AC-Maschine auf der Basis der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und eines Klemmenspannungsschwellwerts.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der mehreren Istspannungen Folgendes umfasst: Bestimmen einer mit einer entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität auf der Basis mindestens eines eines positiven Stromschwellwerts und eines negativen Stromschwellwerts, Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis einer Spannung an mindestens einem mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Schalter, wenn die Iststrompolarität kleiner ist als der positive Stromschwellwert und größer als der negative Stromschwellwert, und Bestimmen der mehreren Istspannungen auf der Basis der mit der entsprechenden Phase des Wechselrichters assoziierten Iststrompolarität, wenn mindestens eine der Iststrompolarität größer ist als der positive Stromschwellwert und die Iststrompolarität kleiner ist als der negative Stromschwellwert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung Folgendes umfasst: Mitteln der bestimmten Istspannungen für jede einzelne der mehreren Phasenspannungen des Wechselrichters über mindestens einen eines einzelnen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) eines PWM-Moduls und Hälfte des einzelnen PWM-Zyklus des PWM-Moduls, wobei das PWM-Modul eine Zweiphasen-Darstellung einer Wechselrichterklemmenspannung zum Ansteuern des Wechselrichters in eine Dreiphasen-Darstellung der Wechselrichterklemmenspannung umwandelt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen einer Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen der tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen einer Klemmenspannungsspitze der Klemmenspannungsraumvektordarstellung der gemittelten Istspannungen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung Folgendes umfasst: Filtern der bestimmten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bestimmen der Klemmenspannungsrückkopplung Folgendes umfasst: Bestimmen eines Fehlers auf der Basis der gefilterten tatsächlichen Leitung-Leitung-Spannung und des Klemmenspannungsschwellwerts und Justieren von d/q-Achsen-Strombefehlen auf der Basis des bestimmten Fehlers, so dass die Klemmenspannungsrückkopplung unter dem Klemmenspannungsschwellwert liegt und die Gesamtstromgröße konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen des Klemmenspannungsschwellwerts auf der Basis eines Arbeitsmodus der AC-Maschine und einer DC-Busspannung der AC-Maschine.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Arbeitsmodus der AC-Maschine mindestens einer eines Autofahrmodus und eines Bremsmodus der AC-Maschine ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die AC-Maschine mindestens eine einer IPM-Maschine (Interior Permanent Magnet – innenliegender Permanentmagnet), einer Induktionsmaschine und einer Maschine mit oberflächenmontiertem Permanentmagneten ist.