DE112018007585T5

DE112018007585T5 - Vorrichtung zum schätzen der kapazität von kondensatoren, kraftfahrzeug-steuersystem, fa-system und verfahren zum schätzen der kapazität von kondensatoren

Info

Publication number: DE112018007585T5
Application number: DE112018007585.0T
Authority: DE
Inventors: Izaya Nishimuta
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: US20210242818A1; WO2019239511A1; JP6746044B2; CN112219349A; US11342880B2; DE112018007585B4; JPWO2019239511A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators umfasst: eine Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit (103) zum Erzeugen eines Filters zum Entfernen des Schwankungseinflusses auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus der Schwankung einer Last; eine Teilsignal-Erfassungseinheit (104) zum Beschaffen einer Mehrzahl von Teilsignalen, von denen jedes eine vorbestimmte Periode aus einem Eingangssignal ist; eine Frequenzbereich-Umwandlungseinheit (106) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten durch Umwandeln jedes der Mehrzahl von Teilsignalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit (107) zum Extrahieren eines Komponentenwertes einer Frequenz, die einer Trägerfrequenz entspricht, aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten und zum Erzeugen von Zeitreihendaten durch Verwendung des extrahierten Komponentenwertes als Wert in einer entsprechenden Periode; eine Filteranwendungseinheit zum Entfernen von Lastschwankungen(108) zum Erzeugen verarbeiteter Zeitreihendaten; und eine Kondensatorkapazität-Schätzeinheit (110) zum Schätzen einer Kapazität eines Kondensators aus den verarbeiteter Zeitreihendaten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, ein Kraftfahrzeug-Steuersystem, ein Fabrikautomatisierungssystem (FA) und ein Verfahren zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren entwickelt sich die Hochtechnologie fortschrittlicher Fahrsteuersysteme, wie z.B. automatisiertes Fahren oder Elektrofahrzeuge, und die Produktionsautomatisierung mittels FA, und die Wartung von einer Ausrüstung, die einen Teil dieser Technologie ausmacht, wird immer wichtiger. Auch zum Zweck der Erhöhung des Verfügbarkeitsfaktors einer solchen Ausrüstung ist eine Wartung mittels Zustandsüberwachung erforderlich, die die Ausrüstung in Echtzeit überwacht und Anzeichen eines Problems wie Verschlechterung oder Ausfall erfasst, bevor das Problem auftritt.
Als eine der Technologien zur Durchführung einer solchen Zustands-überwachungswartung wurde eine Zustandsüberwachungstechnik in Bezug auf einen Glättungskondensator zum Glätten einer Versorgungsspannung, die von Wechselspannung in Gleichspannung gleichgerichtet wurde, entwickelt. Diese Zustandsüberwachungstechnik überwacht die Kapazität des Kondensators und schätzt eine Kapazitätsabnahme aufgrund der Verschlechterung durch Alterung des Kondensators.
Bei der Diagnose der Verschlechterung des Kondensators durch Überwachen der Kapazität des Kondensators in Echtzeit ist es zur Sicherstellung der Genauigkeit der Diagnose notwendig, die Schätzung der Kapazität unter Berücksichtigung der Schwankung einer an die Ausrüstung angeschlossenen Last durchzuführen.
Im Patentdokument 1 beispielsweise wird in einem Schaltkreis, der aus einem Wandler, der einen variablen Gleichstrom erzeugt, einem Wechselrichter, der eine elektrische Leistung mit variabler Frequenz erzeugt und die elektrische Leistung mit variabler Frequenz an einen Motor liefert, und einem zum Glätten der variablen Gleichspannung installierten Kondensator besteht, die Überwachung der Kapazitätsverschlechterung des Kondensators auf Echtzeitbasis durchgeführt, indem in bestimmten Zeitintervallen eine Schwellenwertbeurteilung eines Spitzenhaltewertes der Welligkeitsspannung in der Ende-zu-Ende Spannung bzw. Durchgangsspannung des Kondensators vorgenommen wird.
Außerdem verwendet das Patentdokument 1, um die Schätzung unter Berücksichtigung der Belastung des Motors durchzuführen, ein Verfahren, bei dem der Laststrom des Motors gemessen wird, eine Änderung des Laststroms und ein Schwellenwert zuvor einander zugeordnet werden und die Schwellenwertbeurteilung durch Bezugnahme auf den Laststrom und Verwendung eines entsprechenden Schwellenwerts erfolgt.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 11-160377
ABRISS DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Das Patentdokument 1 verwendet jedoch einen Wert, der durch Differenzierung der Welligkeitsspannung in der Ende-zu-Ende Spannung des Kondensators erhalten wird, als Merkmalsgröße für die Beurteilung der Verschlechterung. Dementsprechend besteht ein Problem dahingehend, dass es notwendig ist, den Laststrom des Motors getrennt von der Kapazitätsmessung zu messen, um eine Änderung der Merkmalsgröße aufgrund der Lastschwankung zu berücksichtigen.
Daher ist es eine Aufgabe eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung, die Überwachung der Kapazität eines Kondensators zu ermöglichen, ohne dass eine der Belastung entsprechende physikalische Größe gemessen werden muss.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Eine Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensator, die ausgebildet ist, die Kapazität eines Kondensators in einem Ausrüstungssystem zu schätzen, das eine Energieversorgung, den Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung, einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung und eine elektrische Ausrüstung enthält, die durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung betrieben wird, mit: einer Filterdesignseinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses einer Schwankung auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus zu erzeugen, der ein Zyklus der Schwankung einer der elektrischen Ausrüstung mitgeteilten Last ist; einer Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine Trägerfrequenz enthält, die in der Wechselspannung als eine Komponente enthalten ist, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; einer Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; einer Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; einer Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und
eine Schätzeinheit der Kondensatorkapazität, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
Ein Kraftfahrzeug-Steuersystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug-Steuersystem mit einem Motorsystem, einer Einrichtung, die durch Empfangen einer Zufuhr von Antriebsenergie vom Motorsystem betrieben wird, und einer Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, wobei das Motorsystem umfasst: eine Energieversorgung; einen Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung; einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung; und einen Motor, der durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung angetrieben werden soll, und wobei die Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators umfasst: eine Filterdesignseinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses einer Schwankung auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus zu erzeugen, der ein Zyklus der Schwankung einer dem Motor mitgeteilten Last ist; eine Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine Trägerfrequenz enthält, die in der Wechselspannung als eine Komponente enthalten ist, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; eine Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; eine Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und eine Kondensatorkapazität-Schätzeinheit, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
Ein FA System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein FA System (Fabrik-Automatisierung) mit einem Motorsystem, einer Einrichtung, die durch Empfangen einer Zufuhr von Antriebsenergie vom Motorsystembetrieben wird, und einer Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, wobei das Motorsystem umfasst: eine Energieversorgung; einen Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung; einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung; und einen Motor, der durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung angetrieben werden soll, und wobei die Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators enthält: eine Filterdesignseinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses einer Schwankung auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus zu erzeugen, der ein Zyklus der Schwankung einer dem Motor mitgeteilten Last ist; eine Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine Trägerfrequenz enthält, die in der Wechselspannung als eine Komponente enthalten ist, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; eine Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; eine Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und eine Kondensatorkapazität-Schätzeinheit, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
Ein Verfahren zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, die ausgebildet ist, die Kapazität eines Kondensators in einem Ausrüstungssystem zu schätzen, das eine Energieversorgung, den Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung, einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung und eine elektrische Ausrüstung enthält, die durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung betrieben wird, umfassend: Erzeugen eines Filters zum Entfernen des Einflusses einer Schwankung auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus, der ein Zyklus der Schwankung einer der elektrischen Ausrüstung mitgeteilten Last ist; Beschaffen eines Teilsignals einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal, das eine Trägerfrequenz enthält, die in der Wechselspannung als eine Komponente enthalten ist, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; Zerlegen des Teilsignals in eine Mehrzahl von Signalen und Erzeugen einer Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten, indem jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umgewandelt wird, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; Extrahieren eines Komponentenwertes einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten, Verwenden des extrahierten Komponentenwertes als einen Wert zu einem Zeitpunkt, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Erzeugen von Zeitreihendaten, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; Erzeugen von verarbeiteten Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten; und Schätzen der Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung, kann die Kapazität eines Kondensators überwacht werden, ohne dass eine der Belastung entsprechende physikalische Größe gemessen werden muss.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators gemäß einem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
2A und 2B sind Blockdiagramme, die Beispiele für Hardware-Konfigurationen darstellen.
3 ist ein schematisches Schaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus eines Motorsystem darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionsweise zur Berechnung eines Lastschwankungszyklus darstellt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus des Lastschwankungszyklus darstellt.
6A und 6B sind erklärende Darstellungen, die eine Verfahren zur Ermittlung des Lastschwankungszyklus darstellen.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionsweise zur Berechnung eines Zyklus einer pulsierenden Last darstellt.
8A und 8C sind erklärende Darstellungen, die eine Verfahren zur Ermittlung eines dreidimensionalen Frequenzspektrums aus einem Teilsignal darstellen.
9 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel von Zeitreihendaten einer Trägerfrequenz darstellt.
10 ist ein Diagramm, das die Differenz von Komponentenwerten der Trägerfrequenz in Bezug auf Kapazitätsänderungen eines Kondensators darstellt.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kapazität des Kondensators und dem Komponentenwert der Trägerfrequenz darstellt.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Kraftfahrzeug-Steuerungssystem oder ein FA-System darstellt.

ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
Die Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators umfasst eine Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101, eine Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102, eine Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103, eine Teilsignal-Erfassungseinheit 104, eine Teilsignal-Speichereinheit 105, eine Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106, eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107, eine Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen, eine Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109 und eine Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 beschafft einen Lastschwankungszyklus aus einem Eingangssignal. Der Lastschwankungszyklus ist der Schwankungszyklus einer auf einen Motor aufgebrachten Last, was später beschrieben wird. Beispielsweise empfängt die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 ein Signal, das die Kondensatorspannung darstellt, die später als Eingangssignal beschrieben wird, und berechnet den Lastschwankungszyklus des Signals. Alternativ erfasst die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 den Lastschwankungszyklus durch Auslesen eines zuvor in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 gespeicherten Lastschwankungszyklus. Der erfasste Lastschwankungszyklus wird an die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 geliefert.
Die Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 speichert den Lastschwankungszyklus. Der in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 gespeicherte Lastschwankungszyklus kann entweder von der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 berechnet oder zuvor gespeichert werden.
Die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 ist eine Filterdesigneinheit, die ein Filter zum Entfernen des Einflusses der Lastschwankung erzeugt, d.h. ein Filter zum Entfernen kurzfristiger Signalschwankungen aufgrund der Lastschwankung, basierend auf dem Lastschwankungszyklus, der von der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 geliefert wird. Insbesondere erzeugt die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 ein Filter, das Signale mit Frequenzen durchlässt, die niedriger sind als eine Frequenz, die dem Lastschwankungszyklus entspricht, der von der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 geliefert wird.
Die Teilsignal-Erfassungseinheit 104 empfängt ein die Kondensatorspannung repräsentierendes Signal als Eingangssignal und beschafft ein Signal, das der Länge eines Zeitintervalls zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators entspricht, das später als ein Teilsignal beschrieben wird. Zum Beispiel puffert die Teilsignal-Erfassungseinheit 104 das Eingangssignal in der Teilsignal-Speichereinheit 105 und liefert, wenn das Eingangssignal bezüglich einer vorbestimmten Periode gepuffert wurde, das gepufferte Eingangssignal an die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 als das Teilsignal.
Die Teilsignal-Speichereinheit 105 speichert das Teilsignal.
Die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 zerlegt das Teilsignal, das von der Teilsignal-Erfassungseinheit 104 geliefert wird, in eine Mehrzahl von Signalen und erzeugt eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten durch Umwandeln jedes der Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich. Beispielsweise erzeugt die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 ein dreidimensionales Spektrogramm als Frequenzbereichsdaten durch Durchführen der Frequenzumwandlung des Teilsignals, das von der Teilsignal-Erfassungseinheit 104 geliefert wird. Die hier erwähnten Komponentenwerte sind Frequenzanteile (-bins) nach Durchführung der Frequenzumwandlung des Signals.
Die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 extrahiert einen Komponentenwert der der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten, die von der Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 erzeugt werden, verwendet den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und erzeugt dabei Zeitreihendaten, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen. Insbesondere extrahiert die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 Frequenzkomponenten, die der Trägerfrequenz eines Pulsweitenmodulationssignals (PWM-Signals) eines Wechselrichters 153 entsprechen, aus dem von der Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 gelieferten Frequenzspektrogramm und erzeugt Zeitreihendaten von Trägerfrequenzkomponenten in einer Periode, die dem entsprechenden Teilsignal entspricht. Die Trägerfrequenz ist die Frequenz des EIN-AUS-Schaltens von Schaltelementen des Wechselrichters und ist mit dem PWM-Signal synchronisiert.
Die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen ist eine Filteranwendungseinheit, die das von der Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 erzeugte Filter auf die Zeitreihendaten anwendet und dadurch verarbeitete Zeitreihendaten erzeugt. Insbesondere empfängt die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen das Filter, das von der Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 erzeugt wurde, sowie die Zeitreihendaten der Trägerfrequenzkomponenten, die von der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 extrahiert wurden, und wendet das Filter auf die Zeitreihendaten an. Die Zeitreihendaten nach der Anwendung des Filters stellen Werte dar, die durch Entfernen des Einflusses der kurzfristigen Signalschwankung aufgrund der Lastschwankung aus den von der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 extrahierten Komponentenwerten erhalten wurden.
Die Speichereinheit 109 des Kapazitätsschätzmodells speichert ein Schätzmodell, das mit Trainingsdaten gelernt wurde, die durch die Verwendung von Werten erzeugt wurden, welche die Zeitreihendaten der von der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 erzeugten Trägerfrequenzkomponenten als Merkmalswerte bilden.
Die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 erhält die Lieferung der Zeitreihendaten nach der Anwendung des Filters von der Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen und schätzt die Kondensatorkapazität unter Verwendung der Werte, die die Zeitreihendaten bilden, als Merkmalswerte.
Ein Teil oder die Gesamtheit der oben beschriebenen Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101, Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103, Teilsignal-Erfassungseinheit 104, Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106, Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107, Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen und Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 kann beispielsweise durch eine Verarbeitungsschaltung 130 implementiert werden, wie eine einzelne Schaltung, eine kombinierte Schaltung, einen programmierten Prozessor, einen parallel programmierten Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein FPGA (Field Programmable Gate Array), wie in 2A dargestellt.
Weiterhin kann ein Teil oder die Gesamtheit der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101, Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103, Teilsignal-Erfassungseinheit 104, Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106, Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107, Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen und Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 beispielsweise durch einen Speicher 131 und einen Prozessor 132 implementiert werden, wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Ausführen eines in dem Speicher 131 gespeichertes Programms, wie in 2B dargestellt. Ein solches Programm kann über ein Netzwerk oder in Form einer Speicherung auf einem Datenträger zur Verfügung gestellt werden. Ein solches Programm kann beispielsweise als Programmprodukt zur Verfügung gestellt werden.
Im Übrigen können die Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102, die Teilsignal-Speichereinheit 105 und die Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109 durch einen flüchtigen Speicher oder einen nichtflüchtigen Speicher implementiert werden.
Das Kondensatorkapazität-Schätzvorrichtung 100 führt die Schätzung in einem Ausrüstungssystem durch. Eine elektrische Ausrüstung, die im Ausrüstungssystem arbeitet, ist eine Ausrüstung, die durch die Versorgung mit Wechselspannung vom Wechselrichter betrieben wird, wie beispielsweise ein Elektromotor (Motor), eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsvorrichtung, ein Vorschaltgerät für Entladungslampen, ein Induktionserwärmung-Hochfrequenzenergiegenerator oder ein Hochfrequenzenergiegenerator. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Beschreibung am Beispiel eines Motors als elektrische Ausrüstung gegeben. Die Kondensatorkapazität-Schätzvorrichtung 100 führt die Schätzung in einem Motorsystem 150, wie in 3 gezeigt, durch.
Das Motorsystem 150 umfasst eine Energieversorgung 151, die eine Gleichspannung liefert, einen Kondensator 152, der die Gleichspannung glättet, einen Wechselrichter 153, der die Versorgung der geglätteten Gleichspannung erhält und eine Wechselspannung variabler Frequenz erzeugt, und einen Motor 154, der durch Empfangen der Wechselspannungsversorgung angetrieben wird.
Hier kann das Energieversorgung 151 entweder Gleichspannung liefern oder mit Hilfe eines Gleichrichters Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln.
Im Übrigen erzeugt der Motor 154 eine Antriebskraft und liefert die Antriebskraft an eine nicht dargestellte Ausrüstung.
Im Folgenden wird ein konkreter Betrieb der Kondensatorkapazität-Schätzvorrichtung 100 beschrieben, der die Kapazität des Kondensators 152 schätzt, der Teil des Motorsystems 150 ist.
Die Kondensatorkapazität-Schätzvorrichtung 100 schätzt die Kapazität des Kondensators 152 auf der Grundlage der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 erfasst den Lastschwankungszyklus als Zyklus der Schwankung in der Last auf dem Motor 154.
Als das einfachste Verfahren zum Erfassen des Lastschwankungszyklus ist es möglich, den Lastschwankungszyklus des Motors 154 vorher zu messen oder zu berechnen, indem ein Prozess durchgeführt wird, der später beschrieben wird, den Lastschwankungszyklus zur späteren Verwendung in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 speichert und den gespeicherten Wert des Lastschwankungszyklus ausliest. Alternativ ist es auch möglich, dass die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 periodisch einen Prozess zur Berechnung des Lastschwankungszyklus durchführt und den in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 gespeicherten Lastschwankungszyklus bei Bedarf aktualisiert.
In dem Fall, dass der Lastschwankungszyklus vorher gespeichert wird und der gespeicherte Lastschwankungszyklus nicht aktualisiert wird, können die Berechnungskosten reduziert werden, da die Auslegung bzw. das Design des Filters zu Beginn nur einmal erforderlich ist und nachfolgende Auslegungs- bzw. Designprozesse unnötig sind.
Demgegenüber erhöht sich in dem Fall, in dem der Lastschwankungszyklus periodisch berechnet und der gespeicherte Lastschwankungszyklus aktualisiert wird, der Berechnungsaufwand; die Schwankung in den Zeitreihendaten der Trägerfrequenzkomponenten aufgrund der Last kann jedoch genauer entfernt werden, da der Lastschwankungszyklus entsprechend dem tatsächlichen Betriebszustand der Ausrüstung erfasst werden kann.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionsweise zur Berechnung des Lastschwankungszyklus darstellt.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 erzeugt ein Teilsignal durch Zerlegen des Eingangssignals bei konstanten Zeitintervallen (S10).
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 berechnet die Ähnlichkeit zwischen dem erzeugten Teilsignal und einem vergangenen Teilsignal als das ein Zeitintervall zuvor erzeugte Teilsignal (S11).
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 detektiert einen Änderungspunkt des Eingangssignals, indem die berechnete Ähnlichkeit anhand eines Schwellenwerts (S12) beurteilt wird. Insbesondere erkennt die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101, dass ein Änderungspunkt im Eingangssignal erscheint, wenn die berechnete Ähnlichkeit unter einen vorgegebenen Wert (Schwellenwert) fällt.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 beurteilt, ob ein Änderungspunkt detektiert wird oder nicht (S13). Der Prozess fährt mit Schritt S14 fort, wenn ein Änderungspunkt erfasst wird (Ja in S13); der Prozess fährt mit Schritt S16 fort, wenn kein Änderungspunkt erfasst wird (Nein in S13).
Im Schritt S14 bestimmt die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101, ob der ermittelte Änderungspunkt ein erster Änderungspunkt ist oder nicht als einen zuerst auftretenden Änderungspunkt. Der Prozess fährt mit Schritt S15 fort, wenn der erfasste Änderungspunkt der erste Änderungspunkt ist (Ja in S14); der Prozess fährt mit Schritt S17 fort, wenn der erfasste Änderungspunkt nicht der erste Änderungspunkt ist (Nein in S14).
Im Schritt S15 speichert die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 eine erstmalige Information, die einen ersten Zeitpunkt als Zeitpunkt angibt, zu dem der erste Änderungspunkt erkannt wurde. Dann setzt sich der Prozess bei Schritt S16 fort.
Im Schritt S16 aktualisiert die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 das vergangene Teilsignal. Insbesondere aktualisiert die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 das vergangene Teilsignal durch das im Schritt S10 erzeugte Teilsignal. Dann kehrt der Prozess zum Schritt S10 zurück.
Im Gegensatz dazu ist im Schritt S17 in dem Fall, in dem der ermittelte Änderungspunkt nicht der erste Änderungspunkt ist, der ermittelte Änderungspunkt ein zweiter Änderungspunkt, der als zweiter Änderungspunkt auftritt, und somit speichert die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 eine zweitmalige Information, die einen zweiten Zeitpunkt als Zeitpunkt angibt, zu dem der zweite Änderungspunkt ermittelt wurde.
Dann berechnet die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 den Lastschwankungszyklus aus der Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt, der durch die erstmalige Information angezeigt wird, und dem zweiten Zeitpunkt, der durch die zweitmalige Information angezeigt wird (S18).
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 speichert den berechneten Lastschwankungszyklus in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 (S19).
Wie oben, ist die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 in der Lage, den Lastschwankungszyklus auf der Grundlage einer Schwankungsperiode als eine Periode, in der die Last schwankt, durch Erfassen der Änderungspunkte des Eingangssignals zu bestimmen.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus des Lastschwankungszyklus darstellt.
Wenn das Eingangssignal, das der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 zugeführt wird und die Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 anzeigt, erhalten wird, wie in 5 dargestellt, bestimmt die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 die Periode T zwischen dem ersten Änderungspunkt P1 und dem zweiten Änderungspunkt P2 und ermittelt die Periode T als Lastschwankungszyklus.
Im Übrigen ist es im Schritt S19 gewünscht, wenn der im Schritt S18 berechnete Lastschwankungszyklus länger ist als der bereits in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 gespeicherte Lastschwankungszyklus, dass die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 den bereits in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 gespeicherten Lastschwankungszyklus auf den im Schritt S18 berechneten Lastschwankungszyklus aktualisiert. Das Durchführen solcher Aktualisierungen ermöglicht der Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen, die Schwankung in den Zeitreihendaten der Trägerfrequenzkomponenten aufgrund aller Lasten zu entfernen.
Während die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 in dem in 4 gezeigten Flussdiagramm die Berechnung der Ähnlichkeit im Schritt S11 unter Verwendung des Dynamic Time Warping (DTW)-Algorithmus durchführt, kann die Berechnung der Ähnlichkeit auch unter Verwendung eines anderen Algorithmus durchgeführt werden.
Beispielsweise kann die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 die Änderungspunkte erkennen, indem sie eine Kreuzkorrelation zwischen dem Teilsignal und dem vergangenen Teilsignal verwendet.
Es ist für die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 auch möglich, einen Änderungsgrad durch Verwenden einer singulären Spektrumstransformation zu erkennen, die den Abstand zwischen Unterräumen auswertet, die eine Mehrzahl von entlang einer Zeitreihe erzeugten Teilsignalen zusammenfassen, und zu bestimmen, dass ein Änderungspunkt erkannt wird, wenn der Änderungsgrad einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Im Übrigen kann, während die Berechnung des Lastschwankungszyklus in dem in 4 gezeigten Beispiel nur einmal durchgeführt wird, die Erfassungseinheit für den Lastschwankungszyklus 101 den Berechnungsprozess für den Lastschwankungszyklus wiederholt durchführen, den Wert des Lastschwankungszyklus aktualisieren und dadurch den Lastschwankungszyklus in Übereinstimmung mit der Ausrüstung ermitteln.
Der hier erwähnte Lastschwankungszyklus bedeutet im Falle von Kraftfahrzeugen eine Änderungszeit des Lenkdrehmoments, die beispielsweise beim Drehen des Lenkrads zur Kurvenfahrt auftritt, und im Falle von Maschinen zur Bearbeitung von Metallteilen eine Zeit, während der die Maschine mit Metall in Kontakt kommt und das Metall mit einer Last versieht, um beispielsweise das Metall zu bearbeiten.
Neben solchen Lastschwankungen, bei denen sich die Größe der Last in konstanten Zeitintervallen ändert, wie in den obigen Beispielen, gibt es auch Fälle, in denen eine pulsierende Last als periodisch pulsierende Last in Abhängigkeit von der Drehung des Motors 154 und dem Betrieb der mit dem Motor 154 verbundenen Ausrüstung auftritt. In solchen Fällen erhält die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 die Periode T der pulsierenden Last, nachdem die Trägerfrequenzkomponenten aus dem Eingangssignal durch Anwenden eines Tiefpassfilters auf das Eingangssignal entfernt wurden, wie in 6A und 6B dargestellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionsweise zur Berechnung des Zyklus einer pulsierenden Last darstellt.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 entfernt die Trägerfrequenzkomponenten aus dem Eingangssignal, indem ein Tiefpassfilter auf das Eingangssignal angewendet wird (S20).
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 wandelt das Eingangssignal nach Anwendung des Tiefpassfilters in den Frequenzbereich (S21) um.
Die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 extrahiert nach der Umwandlung in den Frequenzbereich (S22) eine Grundfrequenz aus dem umgewandelten Signal.
Dann erfasst die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 die inverse Zahl der Grundfrequenz als Lastschwankungszyklus und speichert den erfassten Lastschwankungszyklus in der Lastschwankungszyklus-Speichereinheit 102 (S23).
Hier kann die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 auch so ausgebildet sein, dass sie den Lastschwankungszyklus aus der Ähnlichkeit des Eingangssignals, ähnlich wie im Flussdiagramm in 4 erfasst, anstatt den Lastschwankungszyklus aus der Grundfrequenz in Bezug auf das Eingangssignal nach Anwendung des Tiefpassfilters zu ermitteln. In diesem Fall berechnet die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 eine Periode, in der die Ähnlichkeit des Teilsignals als Lastschwankungszyklus am größten wird, anstatt den Lastschwankungszyklus aus der Zeitdifferenz zwischen zwei Änderungspunkten zu berechnen.
Die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 entwirft das Filter, das die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen auf die Zeitreihendaten anwendet, die von der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 geliefert werden, basierend auf dem Lastschwankungszyklus, der von der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 geliefert wird. Das entworfene Filter wird zum Entfernen der Schwankung in den Zeitreihendaten aufgrund der Lastschwankung des Motors 154 verwendet. Daher entwirft die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 ein Tiefpassfilter zur Entfernung von Komponenten einer Lastschwankungsfrequenz, die das Inverse des Lastschwankungszyklus ist, und versorgt die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen mit Filterinformationen, die auf das Tiefpassfilter hinweisen. Beispielsweise ist es wünschenswert, das Tiefpassfilter so auszulegen, dass die Lastschwankungsfrequenz in das Sperrband einbezogen werden kann.
Im Übrigen kann, wenn sich der von der Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 gelieferte Lastschwankungszyklus nicht ändert, die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 die zuvor erhaltenen Filterinformationen direkt an die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen liefern, ohne ein Filter neu zu entwerfen. Durch dieses Verfahren können die Berechnungskosten für die Auslegung der Filter reduziert werden.
Dagegen wird in Fällen, in denen die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit 101 den Lastschwankungszyklus aufeinanderfolgend aktualisiert, gewünscht, dass die Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 das Filter bei jeder Änderung des Lastschwankungszyklus erneut entwirft. Nach diesem Verfahren kann selbst bei sich änderndem Lastschwankungszyklus ein der Änderung angepasstes Filter erstellt werden und die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen in der folgenden Stufe in die Lage versetzt werden, die lastbedingte Schwankung aus den Zeitreihendaten der Trägerfrequenzkomponenten genauer zu entfernen.
Die Teilsignal-Erfassungseinheit 104 speichert das Eingangssignal in der Teilsignal-Speichereinheit 105 und erfasst als Teilsignal ein Signal, das der Länge des Zeitintervalls der Schätzung der Kapazität des Kondensators aus dem gespeicherten Signal entspricht. Das erfasste Teilsignal wird der Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 zugeführt. Das für die Erfassung des Teilsignals verwendete Zeitintervall kann auch eine konstante Zeit sein, die auf der Grundlage der Echtzeit bestimmt wird. Ferner kann das Zeitintervall unter Berücksichtigung der in der nachfolgenden Stufe durchgeführten Frequenzumwandlung auch ein Zeitintervall sein, das einem Vielfachen einer Zweierpotenz in einer Einheit der Abtastzeit der durch das Eingangssignal angezeigten Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 entspricht.
Die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 106 wandelt das von der Teilsignal-Erfassungseinheit 104 gelieferte Teilsignal in den Frequenzbereich um. Für die Umwandlung in den Frequenzbereich wird die Kurzzeit-Fourier-Transformation verwendet.
Insbesondere zerlegt die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 das Teilsignal PS des Zeitintervalls Tc in eine Vielzahl von Frames mit jeweils konstanter Dauer FT, wie in 8A dargestellt. Im Übrigen stellt die horizontale Achse in 8A die Zeit (t) und die vertikale Achse die Ende-zu-Ende Spannung (Vdc) des Kondensators dar.
Dann berechnet die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 den Komponentenwert jeder Frequenz durch Anwendung der Fourier-Transformation auf jeden Frame, wie in 8B gezeigt. Die horizontale Achse in 8B stellt die Frequenz (f) und die vertikale Achse den Komponentenwert (p) dar. Der Komponentenwert in diesem Beispiel ist ein Frequenzspektrum.
Ferner erzeugt die Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106, wie in 8C gezeigt, ein dreidimensionales Frequenzspektrogramm, das aus Zeiten, Frequenzwerten und Komponentenwerten besteht, und liefert das Frequenzspektrogramm an die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107.
Im Übrigen soll in Fällen, in denen beispielsweise FFT (Fast Fourier Transform) als Fourier-Transformation verwendet wird, die Dauer FT für die Segmentierung bzw. Zerlegung in Frames auf eine Dauer eingestellt werden, die einer Zweierpotenz in einer Einheit der Abtastzeit entspricht.
Darüber hinaus ist es bei der Zerlegung des Teilsignals PS auch möglich, die Zerlegung in Frames durchzuführen, so dass jeder Frame sich teilweise mit einem vorhergehenden Frame überlappen kann.
Die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 extrahiert Komponentenwerte, die der Trägerfrequenzkomponente und ihren harmonischen Komponenten entsprechen, aus dem Frequenzspektrogramm, das von der Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 geliefert wird.
Insbesondere extrahiert die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 nur Komponentenwerte, deren Frequenzwert die Trägerfrequenz oder ihr ganzzahliges Vielfaches aus dem Frequenzspektrogramm ist. Dann erzeugt die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 Zeitreihendaten, in denen jeder extrahierte Komponentenwert dem entsprechenden Frequenzwert zugeordnet ist, und liefert die Zeitreihendaten an die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen.
9 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Zeitreihendaten der Trägerfrequenz fc darstellt.
Wie in 9 dargestellt, sind in den Zeitreihendaten die Komponentenwerte der Trägerfrequenz fc nach einer Zeitreihe angegeben.
Im Übrigen kann während im obigen Beispiel nur die Komponentenwerte der Trägerfrequenz und ihrer harmonischen Komponenten betrachtet werden, die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 auch Komponentenwerte extrahieren, die eine bestimmte Frequenzbreite haben und solche enthalten, die den benachbarten Frequenzwerten als eine mehrdimensionale Sequenz entsprechen. Abhängig von der Kombinationsbedingung der Trägerwelle und der Signalwelle, die das PWM-Signal bilden, gibt es Fälle, in denen Komponentenwerte in den harmonischen Komponenten verschwinden und in Seitenbandwellen erscheinen. Durch die Extraktion der Komponentenwerte mit einem bestimmten Grad der Breite bzw. Weite ist die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 also in der Lage, Komponentenwerte zu extrahieren, die Charakteristika in Bezug auf die Trägerfrequenz angeben, ohne von solchen Unterschieden in der Konfiguration betroffen zu sein.
Die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen verwendet das Filter, das durch die von der Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit 103 gelieferten Filterinformationen angegeben wird, um die lastbedingten Schwankungen aus den Zeitreihendaten der von der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 gelieferten Trägerfrequenzkomponenten zu entfernen. Beispielsweise kann die Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen ein Tiefpassfilter auf ein Signal anwenden, das den Zeitreihendaten entspricht. Dadurch ist es möglich, aus den Merkmalswerten, die von der Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 bei der Schätzung der Kapazität verwendet werden, kurzfristige Schwankungen aufgrund der Lastschwankung zu entfernen und ausschließlich die Schwankungen aufgrund der Kapazitätsverschlechterung des Kondensators 152 zu extrahieren. Dementsprechend ist die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 in der Lage, die Schätzung der Kapazität mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Die Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109 speichert ein Kapazitätsschätzmodell zum Schätzen der Kapazität des Kondensators 152. Als Schätzfunktion wird beispielsweise ein Support-Vektor-Maschinen-Regression genannter Algorithmus verwendet. Die Support-Vektor-Maschinen-Regression ist ein Verfahren, das einen Support-Vektor-Maschine genannten Algorithmus auf ein Regressionsproblem anwendet, der auf der Idee basiert, den Abstand zwischen zwei Klassen durch Verwenden von Support-Vektoren zu maximieren, wenn eine Trennebene zur Unterscheidung zwischen den beiden Klassen gelernt wird. Dann speichert die Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109 beispielsweise Informationen über das Schätzmodell, das unter Verwendung des Algorithmus der Support-Vektor-Maschinenregression gelernt und erstellt wurde, d.h. Informationen über Stützvektoren als Proben, die zur Bildung der Regressionshyperebene erforderlich sind, oder Informationen über Regressionskoeffizientenparameter eines Ausdrucks, der die Regressionsebene darstellt.
Insbesondere wird durch das Lernen der Regressionsebene mit Hilfe der Support-Vektor-Maschinenregression oder dergleichen ein Ausdruck einer Schätzfunktion erhalten, der durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt wird: $C=F (x)$
Dabei stellen C einen Schätzwert der Kapazität des Kondensators 152, F eine Funktion, die die gelernte Regressionsebene darstellt, und x einen Merkmalswert dar.
Die Informationen über das Schätzmodell sind Informationen zur Bildung der oben genannten Funktion F.
Wenn die Funktion F beispielsweise eine Funktion n-ter Ordnung ist (n: ganze Zahl größer oder gleich zwei), sind die Koeffizienten des folgenden Ausdrucks (2) die Information über das Schätzmodell: $F = a_0 + a_1 \times x + a_2 \times x^{2} + a_3 \times x^{3} + ... + a_n \times x^{n}$
Die Koeffizienten sind dabei a_0, a_1, a_2, a_3, ... und a_n.
Darüber hinaus werden auch andere Informationen, wie Informationen über Stützvektoren, die für die Rekonstruktion der Regressionsebene (Regressionskurve) erforderlich sind, als Informationen über das Schätzmodell gespeichert.
Die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 ist eine Kondensatorkapazität-Bestimmungseinheit, die die Kapazität des Kondensators 152 bestimmt (schätzt), indem als Merkmalswerte die Werte verwendet werden, die die Zeitreihendaten der Trägerfrequenz nach Anwendung des von der Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen von Lastschwankungen gelieferten Filters bilden. Beispielsweise schätzt die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 die Kapazität des Kondensators 152 aus den Merkmalswerten unter Verwendung des Kapazitätsschätzmodells, das in der Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109 gespeichert ist.
Im Übrigen wird in diesem Beispiel als Merkmalswert ein Wert verwendet, der durch Mittelwertbildung von Werten erhalten wird, die die Zeitreihendaten der Trägerfrequenz nach Anwendung des Filters bilden.
10 ist ein Diagramm, das die Differenz von Komponentenwerten der Trägerfrequenz in Bezug auf Änderungen der Kapazität eines Kondensators darstellt.
Die horizontale Achse in 10 stellt die Frequenz und die vertikale Achse in 10 den Komponentenwert (Einheit: dB) bei jeder Frequenz dar. 10 zeigt auszugsweise Komponentenwerte in der Nähe der Frequenz von 20 kHz und zeigt die Komponentenwerte in Fällen, in denen die Kapazität des Kondensators 152 100 %, 90 % und 80 % beträgt.
Wie in 10 dargestellt, haben die Komponentenwerte der Trägerfrequenz der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators die Tendenz, mit der Abnahme der Kapazität des Kondensators 152 anzusteigen.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kapazität des Kondensators 152 und dem Komponentenwert der Trägerfrequenz darstellt.
Die horizontale Achse in 11 stellt die Kapazität des Kondensators 152 und die vertikale Achse in 11 den Komponentenwert (Einheit: dB) bei jeder Kapazität dar.
Wie in 11 dargestellt, kann bestätigt werden, dass der Komponentenwert der Trägerfrequenz mit der Abnahme der Kapazität des Kondensators 152 monoton ansteigt.
Entsprechend der obigen Beschreibung ist die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 ausgebildet, die Kapazität des Kondensators 152 so zu schätzen, dass die Kapazität des Kondensators 152 mit der Zunahme des Merkmalswertes abnehmen kann, der durch die Werte bestimmt wird, die die Zeitreihendaten der Trägerfrequenz nach der Anwendung des Filters bilden.
Im Übrigen kann bei der Schätzung der Kapazität des Kondensators 152 die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 auch ausgebildet werden, das Schätzmodell aufeinanderfolgend zu aktualisieren, indem das Modell des bestärkenden Lernens (Reinforcement Learning) einbezogen wird, so dass Fehler im Detektionsergebnis während des Betriebs der Ausrüstung korrigiert werden können.
Beim Lernen lernt die Kondensatorkapazität-Schätzeinheit 110 die Regressionsebene, indem der Merkmalswert ohne die Schwankung aufgrund der Last, die von der Filteranwendungseinheit 108 zum Entfernen der Lastschwankung geliefert wird, und die Kapazität des Kondensators 152 als Labeldaten verwendet werden, und speichert das Ergebnis des Lernens in der Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit 109.
Im Übrigen ist es, obwohl die Beschreibung hier am Beispiel der Schätzung mittels Support-Vector-Machine-Regression erfolgt ist, auch möglich, andere Algorithmen wie eine einfache Regressionsanalyse, multiple Regressionsanalyse oder Regression mittels neuronaler Netze oder tiefem Lernen zu verwenden.
Die Verschlechterung des Kondensators 152 wird nicht nur durch den Gebrauchszustand, sondern auch durch Umgebungsverhältnisse, wie beispielweise Temperatur oder Feuchtigkeit, beeinflusst. Das Erstellen des Schätzmodells unter Verwendung des Modells des maschinellen Lernens hat den Vorteil, dass das Schätzmodell für nichtlineare Systeme flexibel erweitert werden kann, da beispielsweise Informationen über die Umgebung als Merkmalswerte hinzugefügt werden können.
Das von der Kondensatorkapazität-Schätzungseinheit 110 ausgegebene Ergebnis der Kapazitätsschätzung kann entweder bei jeder Schätzung nachfolgend ausgegeben werden oder als Medianwert oder als Mittelwert einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Schätzungsergebnisse ausgegeben werden. Durch die Ausgabe des Schätzergebnisses, das auf einer Vielzahl von Schätzergebnissen basiert, kann der Einfluss temporärer Schätzfehler reduziert werden.
Wie oben beschrieben, ist die Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Lage, die Kapazität des Kondensators 152 ausschließlich auf der Grundlage der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Glättungskondensators 152 zu schätzen. Für die Schätzung der Kapazität wandelt die Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kondensatorkapazität die Wellenform der Spannung in den Frequenzbereich um, extrahiert dabei die Trägerfrequenzkomponenten und verwendet die extrahierten Trägerfrequenzkomponenten als Merkmalswerte, anstatt die Wellenform der Spannung direkt zu verarbeiten. Darüber hinaus ermittelt die Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kondensatorkapazität den Lastschwankungszyklus des Motors 154 aus der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 und entfernt die Schwankung in den Merkmalswerten basierend auf dem erfassten Lastschwankungszyklus. Damit wird eine Kapazitätsschätzung mit hoher Genauigkeit möglich.
Ein Kraftfahrzeug-Steuersystem oder ein FA-System mit der Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in der Lage, die Kapazität des Kondensators 152 in Echtzeit zu überwachen, selbst wenn die Ausrüstung in Betrieb ist. So ist es nicht notwendig, die Ausrüstung anzuhalten, um die Kapazität des Kondensators 152 zu messen, und dementsprechend kann, wenn das erste Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug-Steuersystem angewandt wird, ein Ausfall während der Fahrt des Kraftfahrzeugs verhindert werden. Wenn das erste Ausführungsbeispiel auf ein FA-System angewandt wird, kann der Verfügbarkeitsfaktor des FA-Systems erhöht werden. Da die genaue Kapazität während des Betriebs erfasst wird, kann außerdem ein geeigneter Zeitpunkt für die Wartung festgelegt werden. Dementsprechend können die Wartungskosten für den Kondensator 152 und die Ausrüstung deutlich verringert werden.
Da die für die Schätzung der Kapazität des Kondensators 152 notwendige Information nur die Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 ist und die Beschaffung der Information selbst von bereits vorhandener Ausrüstung einfach ist, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Vorrichtung 100 zum Schätzen der Kondensatorkapazität leicht zu bereits vorhandener Ausrüstung hinzugefügt werden kann, ohne dass die Konfiguration der Ausrüstung praktisch geändert werden muss.
Zweites Ausführungsbeispiel
Welligkeitskomponenten der Trägerfrequenz einer PWM-Steuerung treten auch im Strom der Energieversorgung auf.
Daher wird ein Signal, das den Strom der Energieversorgung repräsentiert, als Eingangssignal in eine Vorrichtung 200 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß einem zweiten, in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eingegeben.
Beispielsweise wird im Motorsystem 150, wie das in 3 gezeigte, das Eingangssignal, das den Strom Ib der Energieversorgung repräsentiert, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 in die Vorrichtung 200 zum Schätzen der Kondensatorkapazität eingegeben.
Im Übrigen wird für den Fall, dass ein Signal, das den Strom Ib der Energieversorgung darstellt, als Eingangssignal verwendet wird, der Schaltung ein in Reihe geschalteter Messwiderstand hinzugefügt, um den Strom zu messen, und der Strom Ib der Energieversorgung wird durch Messung der Ende-zu-Ende Spannung des Widerstandes gemessen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Die Welligkeitskomponenten der Trägerfrequenz einer PWM-Steuerung treten auch in Phasenspannungen und Außenleiterspannungen des Wechselrichters auf.
Daher wird ein Signal, das die Außenleiterspannung des Wechselrichters repräsentiert, in eine Vorrichtung 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß einem dritten, in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Eingangssignal eingegeben.
Beispielsweise wird im Motorsystem 150, wie das in 3 gezeigte, ein Eingangssignal, das eine der Phasenspannungen Vun, Vvn und Vwn des Wechselrichters 153 repräsentiert, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in die Vorrichtung 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität eingegeben.
Im Übrigen ist es auch möglich, ein Eingangssignal, das eine der Außenleiterspannungen Vuv, Vvw und Vwu des in 3 gezeigten Wechselrichters 153 repräsentiert, anstelle der Ende-zu-Ende Spannung Vdc des Kondensators 152 in die Vorrichtung 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität einzugeben.
Während die Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität Merkmalswerte in dem oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiel extrahieren, sind das erste bis dritte Ausführungsbeispiel nicht auf solche Beispiele beschränkt.
Beispielsweise können die Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität auch so konfiguriert sein, dass die Verarbeitung hinsichtlich der Extraktion der Merkmalswerte, wie die von der Frequenzbereich-Umwandlungseinheit 106 und der Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 durchgeführte Verarbeitung, von außerhalb der Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität, wie von einem externen Server, durchgeführt werden kann, und die Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität können das Ergebnis der Verarbeitung durch Kommunikation erfassen. Damit ist es möglich, jede der Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität auch in Fällen zu erstellen, in denen die Berechnung der Merkmalswerte oder die Schätzung der Kapazität des Kondensators 152 einen hohen Rechenaufwand erfordert und nicht nur durch ein RAM (Random Access Memory) oder ein ROM (Read Only Memory), die in jeder der Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität installiert sind, implementiert werden kann.
Wie in 12 gezeigt, kann ein Kraftfahrzeug-Steuersystem 180 aufgebaut werden, indem eine der Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigte Motorsystem 150 und die Ausrüstung 170, die Operationen mit der aus dem Motorsystem 150 gewonnenen Antriebsleistung durchführt, verwendet werden. Dabei handelt es sich bei der Ausrüstung 170 um ein automatisiertes Fahrsystem, das beispielsweise das Lenkrad oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs automatisch betätigt.
Wie weiterhin in 12 gezeigt, kann ein FA System 181 aufgebaut werden, indem eine der Vorrichtungen 100 bis 300 zum Schätzen der Kondensatorkapazität gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigte Motorsystem 150 und die Ausrüstung 171, die Operationen mit der aus dem Motorsystem 150 gewonnenen Antriebsleistung durchführt, verwendet werden. Hier ist die Ausrüstung 171 ein Produktionsautomatisierungssystem, das beispielweise einen Montageprozess oder dergleichen automatisch durchführt.
Während die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 Merkmalswerte in den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen extrahieren, deren Frequenz die Trägerfrequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches der Trägerfrequenz ist, sind das erste bis dritte Ausführungsbeispiele nicht auf solche Beispiele beschränkt.
Beispielsweise kann die Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 107 auch ausgebildet sein, nur einen Komponentenwert, dessen Frequenz die Trägerfrequenz ist, zu extrahieren.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: Vorrichtung zum Schätzen der Kondensatorkapazität,
101: Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit,
102: Lastschwankungszyklus- Speichereinheit,
103: Lastschwankungsentfernung-Filterdesigneinheit,
104: Teilsignal-Erfassungseinheit,
105: Teilsignal-Speichereinheit,
106: Frequenzbe- reich-Umwandlungseinheit,
107: Trägerfrequenzkomponenten- Extraktionseinheit,
108: Lastschwankungsentfernung- Filteranwendungseinheit,
109: Kapazitätsschätzmodell-Speichereinheit,
110: Kondensatorkapazität-Schätzeinheit,
150: Motorsystem,
151: Energieversorgung,
152: Kondensator,
153: Wechselrichter,
154: Motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 11160377 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, die ausgebildet ist, die Kapazität eines Kondensators in einem Ausrüstungssystem zu schätzen, das eine Energieversorgung, den Kondensator zum Glätten einer Gleichspannung von der Energieversorgung, einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung und eine elektrische Ausrüstung, die durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung im Betrieb ist, enthält, umfassend: eine Filterdesigneinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses von Schwankungen auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus erzeugt, der ein Zyklus der Schwankung einer auf die elektrische Ausrüstung wirkenden Last ist; eine Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine in der Wechselspannung als eine Komponente enthaltene Trägerfrequenz umfasst, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; eine Frequenzbereich-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; eine Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und eine Schätzeinheit der Kondensatorkapazität, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 1, wobei das Filter ein Tiefpassfilter ist, das Komponenten von Frequenzen entfernt, die dem Lastschwankungszyklus entsprechen.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal ein Signal ist, das die Kondensatorspannung des Kondensators darstellt.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal ein Signal ist, das den Strom der Energieversorgung darstellt.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal ein Signal ist, das die Phasenspannung des Wechselrichters darstellt.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal ein Signal ist, das die Außenleiterspannung des Wechselrichters darstellt.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner eine Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, eine Schwankungsperiode als eine Periode, in der die Last schwankt, aus dem Eingangssignal zu beschaffen und den Lastschwankungszyklus fortlaufend zu aktualisieren, wobei die Filterdesigneinheit das Filter bei jeder Aktualisierung des Lastschwankungszyklus aktualisiert, und die Filteranwendungseinheit das auf die Zeitreihendaten angewandte Filter bei jeder Aktualisierung des Filters aktualisiert.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 7, wobei die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit den Lastschwankungszyklus durch Detektieren eines Änderungspunktes des Eingangssignals erfasst.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach Anspruch 7 oder 8, wobei, wenn die aus dem Eingangssignal erfasste Schwankungsperiode länger als eine durch den Lastschwankungszyklus dargestellte Periode ist, die Lastschwankungszyklus-Erfassungseinheit den Lastschwankungszyklus aktualisiert, so dass der Lastschwankungszyklus die aus dem Eingangssignal erfasste Schwankungsperiode darstellt.
Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schätzeinheit der Kondensatorkapazität die Kapazität des Kondensators so schätzt, dass die Kapazität des Kondensators mit einem Anstieg eines Merkmalswerts, der aus den verarbeiteten Zeitreihendaten bestimmt wird, abnimmt.
Kraftfahrzeugsteuersystem mit einem Motorsystem, einer Einrichtung, die durch Empfangen einer Zufuhr von Antriebsenergie vom Motorsystem in Betrieb ist, und einer Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators, wobei das Motorsystem umfasst: eine Energieversorgung; einen Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung; einen Wechselrichter, der eine Zufuhr der geglätteten Gleichspannung erhält und Wechselspannung erzeugt; und einen Motor, der durch Empfangen der Wechselspannung anzutreiben ist, und die Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators enthält: eine Filterdesigneinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses von Schwankungen auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus zu erzeugen, der ein Zyklus der Schwankung einer auf den Motor wirkenden Last ist; eine Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine in der Wechselspannung als eine Komponente enthaltene Trägerfrequenz umfasst, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; eine Frequenzbereich-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; eine Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und eine Schätzeinheit der Kondensatorkapazität, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
FA (Fabrik-Automatisierung)-System mit einem Motorsystem, einer Ausrüstung, die durch Empfangen einer Zufuhr von Antriebsenergie vom Motorsystem in Betrieb ist, und einer Kondensatorkapazität-Schätzvorrichtung, wobei das Motorsystem umfasst: eine Energieversorgung; einen Kondensator zum Glätten der Gleichspannung von der Energieversorgung; einen Wechselrichter, der eine Zufuhr der geglätteten Gleichspannung erhält und Wechselspannung erzeugt; und einen Motor, der durch Empfangen der Wechselspannung anzutreiben ist, und die Vorrichtung zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators enthält: eine Filterdesigneinheit, die ausgebildet ist, ein Filter zum Entfernen des Einflusses von Schwankungen auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus zu erzeugen, der ein Zyklus der Schwankung einer auf den Motor wirkenden Last ist; eine Teilsignal-Erfassungseinheit, die ausgebildet ist, ein Teilsignal einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal zu beschaffen, das eine in der Wechselspannung als eine Komponente enthaltene Trägerfrequenz umfasst, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; eine Frequenzbereich-Umwandlungseinheit, die ausgebildet ist, das Teilsignal in eine Mehrzahl von Signalen zu zerlegen und eine Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu erzeugen, indem sie jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich umwandelt, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; eine Trägerfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die ausgebildet ist, einen Komponentenwert einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten zu extrahieren, den extrahierten Komponentenwert als einen Wert zu einem Zeitpunkt zu verwenden, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Zeitreihendaten zu erzeugen, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; eine Filteranwendungseinheit, die ausgebildet ist, verarbeitete Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten zu erzeugen; und eine Schätzeinheit der Kondensatorkapazität, die ausgebildet ist, die Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten zu schätzen.
Verfahren zum Schätzen der Kapazität eines Kondensators in einem Ausrüstungssystem, das eine Energieversorgung, den Kondensator zum Glätten einer Gleichspannung von der Energieversorgung, einen Wechselrichter zum Empfangen einer Zufuhr der geglätteten Gleichspannung und zum Erzeugen einer Wechselspannung und eine elektrische Ausrüstung, die durch Empfangen einer Zufuhr der Wechselspannung in Betrieb geht, enthält, umfassend: Erzeugen eines Filters zum Entfernen des Einflusses von Schwankungen auf der Grundlage eines Lastschwankungszyklus, der ein Zyklus der Schwankung einer auf die elektrische Ausrüstung wirkenden Last ist; Beschaffen eines Teilsignals einer vorbestimmten Periode aus einem Eingangssignal, das eine in der Wechselspannung als eine Komponente enthaltene Trägerfrequenz enthält, wobei die Trägerfrequenz mit einem Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) zum Steuern des Wechselrichters synchronisiert ist; Zerlegen des Teilsignals in eine Mehrzahl von Signalen und Erzeugen einer Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten durch Umwandeln jedes der durch die Zerlegung erhaltenen Mehrzahl von Signalen in eine Mehrzahl von Komponentenwerten in einem Frequenzbereich, wobei jedes der Mehrzahl von Signalen eine vorbestimmte Dauer hat; Extrahieren eines Komponentenwertes einer der Trägerfrequenz entsprechenden Frequenz, aus der Mehrzahl von Komponentenwerten in jedem der Mehrzahl von Stücken von Frequenzbereichsdaten, Verwenden des extrahierten Komponentenwertes als einen Wert zu einem Zeitpunkt, der dem entsprechenden der extrahierten Signale entspricht, und Erzeugen von Zeitreihendaten, die eine Mehrzahl der extrahierten Komponentenwerte in einer Zeitreihe darstellen; Erzeugen von verarbeiteten Zeitreihendaten durch Anwenden des Filters auf die Zeitreihendaten; und Schätzen der Kapazität des Kondensators aus den verarbeiteten Zeitreihendaten.