DE4418997C2 - Feldorientierte Regelung für einen über einen Spannungs-Pulswechselrichter gespeisten Drehstrommotor - Google Patents
Feldorientierte Regelung für einen über einen Spannungs-Pulswechselrichter gespeisten DrehstrommotorInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
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Description
Die Erfindung betrifft eine feldorientierte Regelung für
einen über einen Spannungs-Pulswechselrichter gespeisten
Drehstrommotor gemäß der Gattung des Anspruchs 1.
In einem vollständig digital und feldorientiert geregelten
Drehstromantriebssystem mit Spannungs-Pulswechselrichter
wird häufig eine Stromregelung im feldorientierten
Koordinatensystem verwendet, die mit PI-Verhalten getrennt
für feld- und momentbildende Stromkomponenten isd und isq
ausgeführt ist und zusammen mit einem anschließenden
Entkopplungsnetzwerk (ab hier durch EK abgekürzt) die
Aufgabe hat, diese Stromkomponenten zu entkoppeln und dem
Drehfeldmotor, der entweder eine Kurzschlußläufer-
Asynchronmaschine (ab hier durch ASM abgekürzt) oder eine
permanentmagnet-erregte Synchronvollpolmaschine (ab hier
durch SM abgekürzt) sein kann, einzuprägen. Diese
klassische Methode der Stromregelung hat die Nachteile in
der dynamisch nicht zufriedenstellenden Entkopplung der
Stromkomponenten, in der prinzipiell nicht
zufriedenstellenden Regeldynamik und in der fehlenden
Möglichkeit zur Berücksichtigung der Systemrandkomponenten
wie die durch die Zwischenkreisspannung UZK automatisch
eingeschränkte Stell- bzw. Ständerspannung U S, wie die um
ca. einen Regeltakt verzögerte Ausgabe der berechneten
Ständerspannung U S sowie die im System eingesetzte
Meßtechnik zur Erfassung der Stromistwerte. Hierzu wird auf
das Fachbuch von Ng. Ph. Quang: "Praxis der
feldorientierten Drehstromantriebsregelungen", Expert Verlag
1993, hingewiesen, das dem Oberbegriff des
A1 zugrunde liegt.
Aus dieser Schrift ist der Entwurf eines Mehrgrößenreglers zur Regelung von
Drehfeldmaschinen bekannt. Diese wird angewandt auf Synchron- und
Assynchronmaschinen, wobei die gleiche Reglerstruktur verwendet wird. Der
Regler realisiert eine Entkopplung der Stromkomponenten für die Bildung des
Drehmoments und den Aufbau des Rotorflusses. Der Regler wird unter Ansatz
verschiedener Anregelzeiten schrittoptimal eingestellt und erlaubt die
Unterscheidung von Längs- und Querinduktivität beim Einsatz von
Synchronmaschinen. Zur Berücksichtigung der unterschiedlichen
Kreisspannung werden die Reglerparameter, insbesondere die Verstärkung,
mit der veränderlichen Zwischenkreisspannung nachgeführt. Es erfolgt eine
Schätzung des Rotorflusses mit einem Flußmodell. Es ist dabei eine Strategie
zum Verhalten an der Spannungsgrenze enthalten.
In dem Aufsatz von Onichi, Suzuki, Miyachi, Terashima "Decoupling Control of
Secondary Flax and Secondary Current in Induction Motor Drive with Controlled
Voltage Source and Its Comparison with Volts/Hertz Control" in IEEE
Transactions on Industry Applications 1985, Heft 1, Seiten 241 bis 247 wird ein
den Stromreglern nachgeschaltetes Entkopplungsnetzwerk verwendet. Eine
Einbeziehung von Kreuzkopplungen ist bei diesem bekannten Regelsystem
nicht vorgesehen.
Aus der EP 119 583 A1 ist ein Regelsystem mit Kreuzkopplungen vorgesehen,
bei dem als Stromregler ein Mehrgrößenregler Anwendung findet. Eine
durchgängige, in allen Betriebsbereichen wirksame Entkopplung wird bei
diesem bekannten Regelsystem nicht erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem zur Regelung der
Komponenten des Ständerstroms eines Drehstromantriebsmotors zu schaffen,
bei dem die Dynamik des Stromreglers beim Betrieb an der Spannungsgrenze
verbessert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale. Bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand erfolgt die
Begrenzungsrückrechnung auf die Ausgangsgröße des Reglers. Es wird eine
Ersatz-Reglerausgangsgröße eingeführt, die im Falle der
Spannungsbegrenzung die akkumulierte (numerisch integriert) Original-
Reglerausgangsgröße ersetzt. Diese Ersatz-Reglerausgangsgröße im Fall der
Spannungsbegrenzung aus der Differenz der geforderten und der realisierten
Spannung berechnet. Mit Hilfe eines Umschalters wird zwischen der Original-
Reglerausgangsgröße und der Ersatz-Ausgangsgröße umgeschaltet. Neben
der Reglerausgangsgröße wird auch die Regelabweichung der vergangenen
Regelungstakte nachgeführt. Die Berücksichtigung der Begrenzung in den
internen akkumulierten Werten führt zur besseren stationären und
dynamischen Eigenschaften des Reglers an der Spannungsgrenze im
Vergleich zu dem in dem Fachbuch schon NgPh Quang realisierten Regler.
Ohne diese Form der Begrenzungsrückrechnung besteht die Gefahr von
Oszillationen. Diese Begrenzungsrückrechnung auf Reglerausgangsgröße ist in
dem oben zitierten Stand der Technik von N.P. Quang nicht erwähnt. Die unten
angegebenen Gleichungen 22a, 22b und 26a, 26b machen diese
Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik deutlich. Die Bedeutung
dieser Erweiterung ist im nachfolgenden Text im Zusammenhang mit den
Figuren und den vorstehend erwähnten Gleichungen erläutert. Aufgrund dieser
Änderungen gegenüber dem Stand der Technik haben die unten aufgeführten
Gleichungen 13a, b, 14a, b, 16a, b, 17a, b und insbesondere 18a, b und 19a, b
in Verbindung mit 23a, b, 24a, b, 25a, b, 27a, b, 28a, b und 29a, b zwar einer
den Darstellungen in dem Fachbuch von Quang ähnliche Form, jedoch durch
Einsetzen der neuen Gleichungen 22a, 22b und 26a, 26b einen ganz anderen
Inhalt. An dieser Stelle unterscheiden sich auch die diese Gleichung
repräsentierenden Bilder (Fig. 5 bis 10) von den Bildern 5.18, 5.36, 5.37,
5.28 und 5.35 in dem genannten Fachbuch. Der Stromregler verarbeitet die
Stromsoll- und die Stromistwerte und kann effektiv solche Systemparameter
wie Drehzahl Polrad- bzw. Rotorfluß und insbesondere die
Zwischenkreisspannung berücksichtigen, um daraus die zur optimalen
Ansteuerung des Spannungs-Pulswechselrichters erforderlichen
Spannungskomponenten bzw. Zündmuster zu erzeugen. Die Regelung
berücksichtigt weiterhin sämtliche Systemrandbedingungen wie die Technik der
Stromistwert-Erfassung und das um einen Regeltakt verzögerte
Wirksamwerden (bzw. die Regeltotzeit) der vom Regler ermittelten
Spannungskomponenten und ermöglicht eine höchstdynamische und statisch
wie dynamisch weitestgehend verkopplungsfreie Einprägung der
Stromkomponenten eines Drehstromantriebsmotors.
Das Regelsystem zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß damit bei einem
Antrieb mit SM eine Momentwelligkeit von unter 0,5% und mit ASM eine
Momentwelligkeit von unter 1,0% bei Vollast zu erreichen ist. Das Regelsystem
garantiert einen sehr guten linearen Zusammenhang zwischen dem
Drehmoment und dem momentbildenden Strom im Grundstellbereich. Das
Regelsystem ist am Einsatz leistungsstarker Signalprozessoren, was eine
Regel-Abtastzeit von unter 200 µs erlaubt, orientiert. Weitere, vorteilhafte
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Regelsystem mit einem als Mehrgrößenregler
ausgebildeten Stromregler zur Ständerstromregelung,
Fig. 2 die verallgemeinerte Stromregelstrecke für ASM und SM
Fig. 3 das Blockschaltbild des Regelsystems mit dem erfindungsgemäßen
Mehrgrößenregler gemäß Fig. 1,
Fig. 4 drei unterschiedliche Verläufe des Stromistwertes bei unterschiedlich
ausgelegtem Regler R von Fig. 3,
Fig. 5 bis Fig. 10 Blockschaltbilder für unterschiedliche Anregelzeiten für
ASM (Fig. 5 bis Fig. 7) und SM (Fig. 8 bis Fig. 10).
Fig. 1 zeigt den Einsatz des Mehrgrößenreglers R I in einem feldorientiert
geregelten Drehstromantriebssystem mit entweder ASM oder SM, die in Fig. 1
mit M bezeichnet ist.
In Fig. 1 werden die Sollwerte für die feld- und momentbildenden
Stromkomponenten isd und isq von den
überlagerten Reglern, wie von dem Flußregler 12 (im Fall
des ASM-Einsatzes, bei einem SM-Einsatz beträgt der
Sollwert isd im Grundbereich Null) und von dem
Drehzahlregler 2, vorgegeben. Die vom Mehrgrößenregler 3
berechneten Stellspannungskomponenten Usdr und Usqr werden
mit Hilfe eines Vektordrehers (ab hier durch VDS abgekürzt)
und einer Raumzeiger- bzw. Vektormodulation (ab hier durch
RZM abgekürzt) zur Ansteuerung eines Spannungs-
Pulswechselrichters 4 in Schaltzeiten umgerechnet. Diese
Umrechnung gehört nicht zum Umfang der Erfindung. Die
Strom-Istwerterfassung kann mit verschiedenen Techniken, mit
Augenblickswertsmessung (z. B. mittels eines A/D-Umsetzers)
oder mit integrierender Messung (z. B. mittels eines U/f-
bzw. VFC-Converters mit anschließendem Vor-/Rück
wärtszähler), erfolgen und liefert nach 3/2-Umrechnung
mit anschließender Vektordrehung (ab hier durch VDI
abgekürzt) die feldsynchronen Istwert-Komponenten isd und
isq, die dann dem Mehrgrößenregler 3 zur Verfügung gestellt
werden. Die Gewinnung der o.g. Istwert-Komponenten gehört
nicht zum Umfang der Erfindung. Der Flußregler 1 erhält den
Fluß-Istwert ψrd mit Hilfe eines Flußmodells (ab hier durch
FM abgekürzt) beim ASM-Einsatz und wird bei einem SM-Ein
satz abgeschaltet. Die Gewinnung des Fluß-Istwertes
sowie die Abschaltung gehören nicht zum Umfang der
Erfindung.
Ausgangspunkt für das Regelsystem sind die folgenden, diskreten Zustandsmodelle der
Drehfeldmaschinen, die nicht zum Umfang der Erfindung gehören:
Für ASM:
x(k+1) = Φ ASM x(k) + H ASM u s(k) (1)
mit dem Zustandsvektor x:
x T = [isd,isq,ψ'rd,ψ'rq]
und
und Eingangsvektor u s:
In dem Modell (1) der ASM sind:
usd, usq: die feldsynchronen Ständerspannungskomponenten,
isd, isq: die feldsynchronen Ständerstromkomponenten,
ψrd, ψrq: die feldsynchronen Rotorflußkomponenten,
Lm: die Koppelinduktivität,
Φ ASM: die Transitionsmatrix und
H ASM: die Eingangsmatrix,
wobei die Matrizen folgende, konkrete Formen haben:
usd, usq: die feldsynchronen Ständerspannungskomponenten,
isd, isq: die feldsynchronen Ständerstromkomponenten,
ψrd, ψrq: die feldsynchronen Rotorflußkomponenten,
Lm: die Koppelinduktivität,
Φ ASM: die Transitionsmatrix und
H ASM: die Eingangsmatrix,
wobei die Matrizen folgende, konkrete Formen haben:
mit den folgenden Formelzeichen:
Tr, Ts: die ständer-, die läuferseitige Zeitkonstante,
T: die Abtastzeit der unterlagerten Stromregelung,
σ: der Gesamt-Streufaktor,
ω, ωs: die mechanische, die ständerseitige Winkelgeschwindigkeit
Ls: die ständerseitige Induktivität,
k = 0, 1, 2 . . .: die Abtastzeitpunkte.
Tr, Ts: die ständer-, die läuferseitige Zeitkonstante,
T: die Abtastzeit der unterlagerten Stromregelung,
σ: der Gesamt-Streufaktor,
ω, ωs: die mechanische, die ständerseitige Winkelgeschwindigkeit
Ls: die ständerseitige Induktivität,
k = 0, 1, 2 . . .: die Abtastzeitpunkte.
Für SM gilt:
i s(k+1) = Φ SM i s(k) + H SM u s(k) + h SM ψp (4)
mit dem Zustandsvektor i s, der zugleich der Vektor des Ständerstroms ist,
und dem Eingangsvektor, der den Vektor der Ständerspannung wie bei der ASM (1)
darstellt. Die Transitionsmatrix Φ SM, die Eingangsmatrix H SM und der Störvektor h SM
haben folgende konkrete Formeln:
mit den folgenden Formelzeichen:
Lsd, Lsq: die Längs-, die Quer-Ständerinduktivität
Tsd, Tsq: die Längs-, die Quer-Ständerzeitkonstante
ψp der Polradfluß.
Lsd, Lsq: die Längs-, die Quer-Ständerinduktivität
Tsd, Tsq: die Längs-, die Quer-Ständerzeitkonstante
ψp der Polradfluß.
Fig. 2 zeigt die verallgemeinerte Stromregelstrecke für beide Maschinenarten ASM und SM,
wobei
Φ: Φ 11,ASM beim ASM-Einsatz, Φ SM beim SM-Einsatz,
H: H 1,ASM beim ASM-Einsatz, H SM beim SM-Einsatz und
h: Φ 12,ASM beim ASM-Einsatz, h SM beim SM-Einsatz
bedeuten. Unter der Betrachtung der Blöcke VDS, RZM und VDI als phasen- und betragsgetreue Übertragungsglieder ergibt sich in Fig. 3 das Blockschaltbild des erfindungsmäßigen Stromreglers (im folgenden: Mehrgrößenreglers) R I, der für jede Stromkomponente isd oder isq eine der drei Sollübertragungsfunktionen in Fig. 4 realisiert und generell aus zwei Stufen besteht, wobei die 1. Stufe den eigentlichen Regler R darstellt und die 2. Stufe die durch eine Störgrößenaufschaltung erfolgte Kompensation des langsam veränderlichen - bei ASM - bzw. konstanten - bei SM -, als Störgrößen betrachteten Rotor- bzw. Polradflusses beinhaltet. Der eigentliche Regler R hat für drei Fälle in Fig. 4 die folgenden, allgemeinen Gleichungen:
Φ: Φ 11,ASM beim ASM-Einsatz, Φ SM beim SM-Einsatz,
H: H 1,ASM beim ASM-Einsatz, H SM beim SM-Einsatz und
h: Φ 12,ASM beim ASM-Einsatz, h SM beim SM-Einsatz
bedeuten. Unter der Betrachtung der Blöcke VDS, RZM und VDI als phasen- und betragsgetreue Übertragungsglieder ergibt sich in Fig. 3 das Blockschaltbild des erfindungsmäßigen Stromreglers (im folgenden: Mehrgrößenreglers) R I, der für jede Stromkomponente isd oder isq eine der drei Sollübertragungsfunktionen in Fig. 4 realisiert und generell aus zwei Stufen besteht, wobei die 1. Stufe den eigentlichen Regler R darstellt und die 2. Stufe die durch eine Störgrößenaufschaltung erfolgte Kompensation des langsam veränderlichen - bei ASM - bzw. konstanten - bei SM -, als Störgrößen betrachteten Rotor- bzw. Polradflusses beinhaltet. Der eigentliche Regler R hat für drei Fälle in Fig. 4 die folgenden, allgemeinen Gleichungen:
Der erfindungsmäßige Strom-Mehrgrößenregler R I mit R aus (8), (9) und (10) ist auf
Endliche Einstellzeit (EEZ-Verhalten) bzw. schrittoptimal eingestellt. Dieses EEZ-Verhalten
kommt dadurch zum Ausdruck, daß sich beim Einsatz von R aus:
- 1. (8) eine Anregelzeit von 2T,
- 2. (9) eine Anregelzeit von 3T und
- 3. (10) eine Anregelzeit von 4T ergeben wird,
wobei T die Abtastzeit der unterlagerten Stromregelung ist. Damit werden eine sehr große
Regeldynamik und eine sehr gute Entkopplung zwischen der feld- und der momentbildenden
Stromkomponente isd
, isq
erreicht.
Mit y als Ausgangsvektor bzw. -größe und mit der Regelabweichung x w als Eingangsvektor
bzw. -größe:
wobei der hochgestellte Index "*" auf einen Strom-Sollwert hindeutet, hat der dem
erfindungsmäßigen Mehrgrößenregler R I zugehörigen Regler R folgende Rechengleichungen:
1 beim ASM-Einsatz:
1.1 mit einer Anregelzeit von 2T (Fig. 5):
1.2 mit einer Anregelzeit von 3T (Fig. 6):
1.3 mit einer Anregelzeit von 4T (Fig. 7):
Dabei sind:
mit:
Lσs, Lσr: ständer-, rotorseitige Streuinduktivität
Rs, Rr: Ständer-, auf Ständer bezogener Rotorwiderstand
tief gestellter Index:
wdk, wqk: korrigierte Stromregelabweichungen bei Stellspannungs begrenzung
Rs, Rr: Ständer-, auf Ständer bezogener Rotorwiderstand
tief gestellter Index:
wdk, wqk: korrigierte Stromregelabweichungen bei Stellspannungs begrenzung
2 beim SM-Einsatz:
2.1 mit einer Anregelzeit von 2T (Fig. 8):
2.2 mit einer Anregelzeit von 3T (Fig. 9):
2.3 mit einer Anregelzeit von 4T (Fig. 10):
Dabei sind:
mit:
Rs: Ständerwiderstand
Lsd, Lsq: Längs-, Quer-Ständerinduktivität
tief gestellter Index:
awdk, wqk: korrigierte Stromregelabweichung bei Stellspannungs begrenzung.
Lsd, Lsq: Längs-, Quer-Ständerinduktivität
tief gestellter Index:
awdk, wqk: korrigierte Stromregelabweichung bei Stellspannungs begrenzung.
Die folgende, 2. Stufe des erfindungsmäßigen Strom-Mehrgrößenreglers R I enthält die
Kompensation der Störgröße bzw. des flußabhängigen Anteils sowie die Berechnung der
Achskomponenten der zu realisierenden Ständerspannung mit anschließender
Berücksichtigung der wegen der Zwischenkreisspannung automatisch wirksame
Ständerspannungsbegrenzung und hat folgende Rechengleichungen:
3 beim ASM-Einsatz:
Dabei sind:
4 beim SM-Einsatz:
Dabei sind:
Mit:
IN: Normierungsstrom (normalerweise der maximale Gerätestrom)
UN: Normierungsspannung, die bei der Messung der Zwischenkreis spannung eingesetzt wird
Uzk: normiert gemessene Zwischenkreisspannung.
IN: Normierungsstrom (normalerweise der maximale Gerätestrom)
UN: Normierungsspannung, die bei der Messung der Zwischenkreis spannung eingesetzt wird
Uzk: normiert gemessene Zwischenkreisspannung.
Die Achsspannungen usd(k+1) und usq(k+1) in (18a, b) und (19a, b) besagen, daß diese mit
Hilfe von yd(k) und yq(k) im aktuellen Regeltakt (k) berechneten Spannungen erst im Takt
(k+1) wirksam werden, und damit wird die Regeltotzeit, die einen Regeltakt T beträgt,
berücksichtigt. Der Rotorfluß ψrd(k+1) der ASM in (18a, b) wird entweder mit einem
Flußbeobachter oder mit dem folgenden Flußmodell geschätzt, wobei die Flußschätzung
nicht zu dem erfindungsmäßigen Umfang gehört.
ψ'rd(k+1) = Φ31isd(k)+Φ33ψ'rd(k) (20)
Dabei sind:
Der Polradfluß ψp der SM in (19b) kann anhand der Motor-Typendaten von Anfang an
berechnet werden,
mit:
In: Nennstrom,
Mn: Nennmoment und
p: Polzahl des Motors
wobei der eingeklammerte Term von (21) den tatsächlichen Polradfluß darstellt, und ψp in (19b) und (21) bedeutet praktisch den auf IN bezogenen Ersatz-Magnetisierungsstrom und wird für den Fall des Feldschwächbetriebs mit ψp - isd(k) eingesetzt.
In: Nennstrom,
Mn: Nennmoment und
p: Polzahl des Motors
wobei der eingeklammerte Term von (21) den tatsächlichen Polradfluß darstellt, und ψp in (19b) und (21) bedeutet praktisch den auf IN bezogenen Ersatz-Magnetisierungsstrom und wird für den Fall des Feldschwächbetriebs mit ψp - isd(k) eingesetzt.
In den bisherigen Rechengleichungen sind die Ströme isd und isq der Rotorfluß,ψ'rd und der
Polradfluß ψp auf IN, die Spannungen usd und usq auf 2/3 der Zwischenkreisspannung - also
auf die maximale Wechselrichteraussteuerung - und die Zwischenkreisspannung Uzk auf UN
normiert. Die Normierung der Ständer-Achsspannungen usd und usq auf 2/3 der tatsächlich vor
liegenden Zwischenkreisspannung macht eine Erfassung dieser Spannung und eine davon ab
hängige online-Aktualisierung der Verstärkungsfaktoren 1/h11, 1/h22 in (18a, b) und (19a, b)
notwendig. Die bis hierher beschriebenen Reglereigenschaften sind aus dem Fachbuch von Ng.
Ph. Quang bekannt.
Der erfindungsgemäße Teil des Reglers (gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruchs 1) wird
im folgenden beschrieben: Die 2. Stufe des Mehrgrößenreglers R I hat die Aufgabe, die berech
neten, d. h. vom Regler geforderten, bzw. die zu realisierenden Achsspannungen usd und usq im
Fall der aktiven Spannungsbegrenzung wegen des im Regler implizit vorhandenen Integralan
teils zu berücksichtigen und damit die möglichen Oszillationen zu vermeiden. Unabhängig da
von, wie die Begrenzung erfolgt, werden in diesem Fall statt usd und usq tatsächlich nur usdr und
Usqr realisiert. Folglich müssen die akkumulierten (numerisch integrierten) Werte wie die Re
gelabweichungen xwd, xwq und die Ausgangsgrößen yd, yq dementsprechend korrigiert werden.
Es ergeben sich Ersatz-Reglerausgangsgrößen yders und yqers wie folgt:
5 Korrektur von y(k) beim ASM-Einsatz
In den Fig. 5 bis 7 wird diese Korrektur durch die beiden Umschalter 5 und 6 reali
siert. D.h., beim Eintreten der Spannung in die Begrenzung werden nicht die Original-
Werte der Reglerausgangsgröße yd(k) und yq(k), sondern die den tatsächlich realisierten
Spannungen usdr(k+1) und usqr(k+1) entsprechenden Werte, zur Ersatz-
Reglerausgangsgröße yders(k) und yqers(k) akkumuliert. Dies bedeutet, daß bei vorhan
denem Unterschied zwischen den geforderten Spannungen usd, usq und den tatsächlich
realisierten usdr und usqr, der durch die Differenzen (usd - usdr) und (usq - usqr) ausgedrückt
wird, eine Umschaltung der Akkumulation (numerische Integration) der Regler-
Ausgangsgrößen erfolgt. Ebenfalls erfolgt eine Korrektur der vergangenen Regelabwei
chungen xwd und xwq zu den korrigierten Regelabweichungen xwdk und xwqk.
6 Korrektur von x w(k) beim ASM-Einsatz:
6.1 mit einer Anregelzeit von 2T:
6.2 mit einer Anregelzeit von 3T:
6.3 mit einer Anregelzeit von 4T:
7 Korrektur von y(k) beim SM-Einsatz:
Ähnlich wie bei der ASM wird diese Korrektur in den Fig. 8 bis 10 durch die
Umschalter 7 und 8 realisiert
8 Korrektur von x w(k) beim SM-Einsatz:
8.1 mit einer Anregelzeit von 2T:
8.2 mit einer Anregelzeit von 3T:
8.3 mit einer Anregelzeit von 4T:
Die Korrekturen nach (22a, b) . . . (29a, b) sind wegen der in den Reglern implizit vorhandenen
Integralanteile notwendig und garantieren im Zusammenspiel mit den vorderen Stufen des
erfindungsmäßigen Mehrgrößenreglers R I ein stabiles Betriebsverhalten des Antriebssystems
in allen Betriebsbereichen, im Grundstell- und im Feldschwächbereich, besonders bei der
Aussteuergrenze.
Claims (4)
1. Feldorientierte Regelung für einen über einen Spannungs-
Pulswechselrichter gespeisten Drehstrommotor, mit
- a) einem digitalen Stromregler für die Komponenten des
Stromvektors im feldorientierten Koordinatensystem, der
jeweils komponentenweise:
- a1) die Kreuzkopplungen zwischen den Komponenten durch wechselseitige Verarbeitung in den entsprechenden Achsen kompensiert, und sie in einer (noch nicht akkumulierten) Zwischensumme berücksichtigt,
- a2) in Betriebszuständen ohne Ständerspannungsbegrenzung die Zwischensumme und die zeitverzögerte Regler-Ausgangsgröße yd (k-2, k-3 . . .), yq (k-2, k-3 . . .) vorausgehender Zeitpunkte zu der aktuellen Regler-Ausgangsgröße yd(k), yq(k) aufsummiert, und so die Zwischensumme zu der Regler- Ausgangsgröße yd(k), yq(k) akkumuliert (numerisch integriert),
- b) mit einer dem Stromregler nachgeschalteten Begrenzung, die die Regler-Ausgangsgröße yd(k), yq(k) in die jeweilige Soll- Spannungskomponente usd(k+1), usq(k+1) umwandelt und so begrenzt, daß der Betrag des Spannungsvektors die vom Wechselrichter abgebbare Spannung nicht übersteigt,
- c) wobei jeweils die Differenz zwischen der begrenzten Soll- Spannungskomponente usdr(k), Usqr(k+1) und der unbegrenzten Soll-Spannungskomponente usd(k+1), usq(k+1) gebildet wird und dem Stromreglereingang aufgeschaltet wird,
2. Feldorientierte Regelung nach Anspruch 1 mit digitaler Regelung,
gekennzeichnet durch eine wahlweise aufrufbare
Reglerauslegung derart, daß die Anregel- bzw. die
Einstellzeiten der Stromkomponenten das Zweifache, das
Dreifache oder das Vierfache der Abtastperiode T der
Stromregelung beträgt.
3. Feldorientierte Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reglerauslegung abhängig von einer evtl. nicht
ausreichenden Stellreserve bzw. einer zu kleinen
Zwischenkreisspannung Uzk oder abhängig von der
Spannungsbegrenzung gewählt wird.
4. Feldorientierte Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (RI) je nach
ausgewählter Einstellzeit der Gleichung
oder
oder
genügt, wobei die Variablen folgende Bedeutung haben:
RI Übertragungsfunktion des Stromreglers
I Einheitsmatrix bzw. diagonale Matrix mit Elementen gleich 1
Φ Transitionsmatrix mit Rechenformeln für den Fall
z z-Operator im z-Bereich, wobei z-1 einer Speicherstelle in der technischen digitalen Realisierung entspricht.
oder
oder
genügt, wobei die Variablen folgende Bedeutung haben:
RI Übertragungsfunktion des Stromreglers
I Einheitsmatrix bzw. diagonale Matrix mit Elementen gleich 1
Φ Transitionsmatrix mit Rechenformeln für den Fall
- - Asynchronmaschine: ΦASM in Gleichung (3),
- - Synchronmaschine: ΦSM in Gleichung (5),
z z-Operator im z-Bereich, wobei z-1 einer Speicherstelle in der technischen digitalen Realisierung entspricht.
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