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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektronik. Spezifischer
betreffen das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung
Verfahren und Systeme zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors,
der einen Drehzahlsensor mit schlechter oder grober Auflösung umfasst.
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Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Permanentmagnetmotoren
werden heute allgemein als eine interessante Lösung für einen weiten Bereich von
wechselrichtergespeisten Antrieben mit einer variierenden Drehzahl
betrachtet.
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Vorteile
dieser Motoren im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten
Asynchronmotoren umfassen geringere Verluste und eine höhere Drehmomentdichte.
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Die
Motorsteuerungsindustrie ist insgesamt ein starker und aggressiver
Sektor. Um wettbewerbsfähig
zu bleiben, müssen
Mitglieder der Industrie nicht nur auf Veranlassung von Regierungen
und Kraftwerks-Interessensverbänden
Kosten reduzieren, sondern auch auf Energieverbrauchsverringerungs-
und EMI-Strahlungsverringerungsaspekte reagieren. Eine Folge dieser
beschränkenden
Faktoren ist der Bedarf für
verbesserte Steuerungsstrategien für Permanentmagnetmotoren.
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Gegenwärtige Steuerungsstrategien
für Permanentmagnetmotoren
erfordern typischerweise Sensoren mit einer hohen Auflösung. Ein
Permanentmagnetmotor kann auf eine Anzahl von verschiedenen Sensoren
zurückgreifen,
die eingesetzt werden können,
wie zum Beispiel optische Impulsgeber, die der Verunreinigung unterliegen,
und Drehmelder, die einen großen
Schaltungsaufwand erfordern. Derartige Sensoren sind teuer und nicht
sehr zuverlässig.
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Die
EP 0 944 164 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur sensorlosen Steuerung eines
Permanentmagnetsynchronmotors, der keinen Positionsdetektor und keinen
Drehzahldetektor aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Drehzahlsteuerung,
die einen Drehzahlbefehl, ein Befehlssteuerungsdrehzahlsignal und
ein Drehzahlsignal empfängt,
wobei das Befehlssteuerungsdrehzahlsignal auf der Grundlage geschätzter Werte
einer induzierten Spannung verarbeitet wird, und wobei das Drehzahlsignal
auf Verteilungsgewinnen und dem Befehlssteuerungsdrehzahlsignal
basiert. Eine Stromsteuerung empfängt einen Strombefehlswert
von der Drehzahlsteuerung und einen geschätzten Stromwert, der von einer
Schätzeinrichtung
für den
Strom und die induzierte Spannung auf der Grundlage von Stromeingaben
von einem Stromsensor ausgegeben wird, um einen Spannungsbefehl
zu erzeugen.
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Die
US 6,137,251 offenbart ein
Verfahren zum Betreiben eines bürstenlosen
Permanentmagnetgleichstrommotors, der eine Mehrzahl von Hallsensoren
umfasst, wobei eine Drehzahlschleife durch einen F/V-Umrichter geschlossen
ist, der Eingangssignale von den Hallsensoren empfängt. Ein Mikroprozessor
sendet Pulsweitenmodulationssignale an Schaltergates, um den Motor
auf eine gewünschte
Drehzahl zu steuern.
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Demgemäß besteht
ein Bedarf für
eine Steuerungsstrategie, die ohne den Einsatz von Sensoren mit
einer hohen Auflösung
eine exzellente Motordrehzahlsteuerung ermöglicht.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Zur
Lösung
des oben erwähnten
Problems stellt die Erfindung ein System zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors
nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Steuerung eines Permanentmagnetmotors
nach Anspruch 5 bereit.
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In
der offenbarten Ausführungsform
mindern das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung
die oben im Zusammenhang mit bekannten Steuerungsstrategien für Permanentmagnetmotoren beschriebene
Nachteile durch die Verwendung von Algorithmen, die die Motordrehzahl
abschätzen.
Bei dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung
wird eine Reihe von ineinander verschachtelten Schleifen eingesetzt,
um den Leistungssignalen eine einheitliche Grundreferenz mit zugehöriger Signalstabilität und Reduktion
des Signalrauschens zu geben.
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Die
Steuerungsstrategie gemäß dem vorliegenden
Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung ist für Hochleistungsanlagen einschließlich Brennstoffzellen,
Kompressoren, Gebläse
und dergleichen nutzbar, aber nicht darauf beschränkt. Hochleistungs anlagen
erfordern eine sehr genaue Drehzahlsteuerung mit begrenzten Informationen
und ein gutes dynamisches Verhalten. Andere Motorsteuerungsstrategien
ermöglichen
eine derartige gute Leistung mit begrenzten Informationen nicht.
Durch die Bereitstellung einer guten Leistung mit begrenzten Informationen
werden Kosten gesenkt, beispielsweise ist ein sehr robuster und
sehr teurer Sensor nicht länger
erforderlich.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die Steuerungsstrategie
gemäß dem vorliegenden
Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung das Ersetzen einer tatsächlich gemessenen
Drehzahl eines Permanentmagnetmotors durch eine geschätzte Motorspannung.
Durch die Verwendung einer geschätzten
Motorspannung kann ein kostengünstigerer
Drehzahlsensor mit einer lediglich groben Auflösung eingesetzt werden. Darüber hinaus
ist die geschätzte
Spannung zuverlässiger
als die gemessene Drehzahl.
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Drei
ineinander verschachtelte Steuerschleifen bestimmen die geschätzte Spannung.
Die äußerste Steuerschleife
ist ein Drehzahlregler. Allgemein wird dem Steuersystem ein externer
Drehzahlbefehl ω*
(für die
Drehzahl) beispielsweise von einer Brennstoffzellensteuerung bereitgestellt.
Dieser wird mit einer Drehzahlmessung ω verglichen, die sehr langsam
ist, wodurch ein Drehzahlfehler erzeugt wird. Der Drehzahlregler
dient dazu, diesen Fehler auf Null zu reduzieren. Diese Schleife
muss aufgrund der Beschränkungen
der erhältlichen
Drehzahlmessung mit einer geringen Wiederholungsrate arbeiten.
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Die
Ausgabe des Drehzahlreglers ist ein Außenschleifenspannungsbefehl
V*, der mit einer Motorspannung V verglichen wird, die in einer
zweiten Steuerschleife, einer Spannungsreglerschleife gemessen wird.
Die Spannungsreglerschleife arbeitet mit einer höheren Geschwindigkeit als die
Drehzahlreglerschleife, da die Feedbackgröße ein Signal höherer Bandbreite
ist als die Drehzahlmessung. Der Spannungsregler strebt in ähnlicher
Weise danach, den Fehler auf Null zu reduzieren und erzeugt einen Strombefehl
I*.
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Die
letzte Schleife, eine Stromreglerschleife nimmt den Strombefehl
I* und misst den physikalischen Strom und berechnet die gewünschte momentane
Motorspannung, die erforderlich ist, um den angeforderten Strom
aufzubauen. Diese momentane Spannung wird integriert oder gemittelt
und als die gemessene Motorspannung (Innenschleifenspannungsbefehlfeedbacksignal)
zurückgeführt, das
von dem Spannungsregler verwendet wird.
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Eine
Kompensation für
eine sich verändernde
Busspannung ist ebenfalls in Form einer Spannungsvorwärtskopplungsfunktion
bereitgestellt. Die Spannungsvorwärtskopplungsfunktion dient
dazu, einen stationären
Zustand zu gewährleisten
und die Klemmenspannung des Motors auf der Grundlage des Drehzahlbefehls
zu berechnen. Ein Pulsweitenmodulator und Wechselrichter ist vorgesehen,
der einen Satz von Schaltern umfasst, der über eine gewisse Zeitspanne
den Wert der angelegten Spannung mittelt. Als Beispiel kann angenommen
werden, dass das System 50 Volt befiehlt. Wenn die Busspannung 200
beträgt,
wird ein 25%-Arbeitszyklus befohlen. Mit 25% von 200 und 75% von
0 beträgt
das Mittel über die
Zeit 50 Volt.
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Das
System ermöglicht
in vorteilhafter Weise den Einsatz einer Drehzahlmessung mit geringer Auflösung in
Hochleistungsanwendungen. Die Spannungsreglerschleife stellt einen
sehr guten Ersatz für die
Motordrehzahlmessung bereit, da sie im Vergleich zu der erhältlichen
physikalischen Messung eine relativ hohe Bandbreite aufweist. Die
Spannungsreglerschleife hat darüber
hinaus im Gegensatz zu einem Drehzahlsensor, der typischerweise Auflösungsschwierigkeiten
bei hohen Drehzahlen und Verzögerungsprobleme
bei geringen Drehzahlen hat, eine konstante Dynamik.
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Die
oben beschriebenen allgemeinen vorteilhaften Wirkungen betreffen
allgemein alle beispielhaften Beschreibungen und Charakterisierungen
der hier offenbarten Einrichtungen und Mechanismen. Die spezifischen
Strukturen, durch die diese Vorteile erzielt werden, werden im Folgenden
detailliert beschrieben.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen kennzeichnen identische Bezugsziffern ähnliche
Elemente oder Schritte. Die Größen und
relativen Positionen von Elementen in den Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise maßstabsgetreu.
Beispielsweise sind die Formen verschiedener Elemente und Winkel
nicht maßstabsgetreu
und einige dieser Elemente sind willkürlich vergrößert und angeordnet, um die
Lesbarkeit der Zeichnung zu verbessern. Darüber hinaus sind die spezifischen
Formen der Elemente, wie sie gezeichnet sind, nicht dazu vorgesehen,
Informationen bezüglich
einer tatsächlichen
Form der jeweiligen Elemente zu liefern und sind lediglich so gewählt, dass sie
deren Erkennbarkeit in den Zeichnungen erleichtern.
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1 ist
ein Übersichtsfunktionsblockdiagramm
für eine
Antriebssteuerung gemäß einer
dargestellten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
des Drehzahlreglers gemäß einer
dargestellten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung.
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
des Spannungsreglers gemäß einer
dargestellten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung.
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
des Stromreglers gemäß einer
dargestellten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In
der folgenden Beschreibung werden spezifische Details ausgeführt, um
ein durchgängiges Verständnis verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung zu ermöglichen.
Für den
Fachmann versteht es sich jedoch, dass die Erfindung ohne diese Details
ausgeführt
werden kann. In anderen Beispielen wurden gut bekannte Strukturen
im Zusammenhang mit einer Ausgabevorrichtung, Aktuatoren, Motoren,
Motorsteuerungen, Prozessoren und automatisierten Systemen und Einrichtungen
nicht im Detail gezeigt oder beschrieben, um Beschreibungen der Ausführungsformen
der Erfindung nicht unnötig
unverständlich
zu machen.
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Solange
es der Kontext nicht anders erfordert, ist das Wort "umfassen" und Variationen
davon, wie zum Beispiel "umfasst" und "umfassend" in der Beschreibung
und den Ansprüchen
in einem offenen, einschließenden
Sinn, das heißt
als "einschließlich, aber
nicht darauf beschränkt" zu verstehen.
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Die
hier vorgesehenen Überschriften
dienen lediglich der Bequemlichkeit und nicht der Auslegung des
Schutzbereichs oder der Bedeutung der beanspruchten Erfindung.
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1 zeigt
eine Gesamtsteuerungsstrategie für
ein Antriebssteuersystem 10. Ein Steuerungsbereichsnetzwerk
(controller area network, CAN) 20 empfängt Befehle, einschließlich Befehle,
die die Steuerung an- oder ausschalten, von einer externen Einrichtung
(nicht gezeigt), wie zum Beispiel einer Brennstoffzellensteuereinheit.
Der AN/AUS-Befehl wird an eine Zustandsmaschinenfunktion 25 geleitet, die
einem optionalen Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 30 ein
Freigabesignal zuführt.
Der Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 30 verarbeitet
einen Drehzahlbefehl 26 von der externen Einrichtung und
leitet den änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten
Drehzahlbefehl 35 an eine Drehzahlreglerfunktion 40.
Die Ausgabe der Drehzahlreglerfunktion 40 ist ein Außenschleifenspannungsbefehl 45,
der dann an eine Spannungsreglerfunktion 50 geleitet wird.
Die Ausgabe der Spannungsreglerfunktion 50 ist ein Strombefehl 55,
den eine Stromreglerfunktion 60 dazu verwendet, Pulsweitenmodulator
(PWM)-Befehle (obere und untere Phasen) zum Antreiben eines Wechselrichters 75 (4)
zu erzeugen. Die Kommutation der PWM zu den Wechselrichterschaltern
kann in einer programmierbaren Logikeinrichtung (Programmable Logic
Device, PLD) erfolgen, um die Verzögerung zwischen der positionierten Messung
und der Kommutation zu minimieren, die sonst zu einer verminderten
Leistungsfähigkeit
des Antriebssystems und einer zunehmenden Welligkeit des Drehmoments
führen
könnte.
Diese PWM-Befehle stellen dann den Motorantrieb 80 ein.
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Wie
oben angezeigt, empfängt
das CAN 20 Befehle von einer externen Einrichtung und leitet
die Befehle der Zustandsmaschinenfunktion 50 zu, die den
Gesamtbetrieb des Antriebssteuersystems 10 steuert. Das
CAN 20 kann darüber
hinaus Feedbackdaten von anderen Hilfsmodulen empfangen, die Daten
zu einer einzigen Feedbacknachricht packen und die Nachricht an
die externe Einrichtung zurücksenden.
Darüber
hinaus kann das CAN 20 dafür verantwortlich sein, Diagnosen
bezüglich
des Betriebs des CAN 20, beispielsweise verlorene Nachrichten,
zu erzeugen. In einer Ausführungsform
kann das CAN 20 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von
10 ms bis 100 ms (10 Hz bis 100 Hz), mit einer Eingabe oder mehreren
Eingaben und einem kalibrierbarem Parameter oder mehreren kalibrierbaren
Parametern arbeiten.
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Die
Zustandsmaschinenfunktion 25 steuert den gesamten sequenziellen
Betrieb des Motorantriebs 80. Als solche nimmt sie Eingaben
von vielen anderen Funktionen auf. Die Hauptausgabe der Zustandsmaschinenfunktion 25 ist
ein Freigabesignal, das sowohl die PWM-Ausgaben an den Wechselrichter 75 (4)
anschaltet als auch den Geschwindigkeitsregler 40 über den Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer 30 anschaltet.
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Obwohl
die verschiedenen Funktionen unter Verwendung diskreter Komponenten
implementiert sein können,
kann in dem Antriebssteuersystem 10 eine integrierte Schaltung
für einige
oder alle Funktionen, wie zum Beispiel ein Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische
integrierte Schaltung (application specific integrated circuit,
ASIC), eine programmierbare Logikanordnung (programmable logic array,
PLA) oder eine andere integrierte Einrichtung eingesetzt werden.
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2 zeigt
eine dargestellte Ausführungsform
eines Drehzahlreglers 40, der die Form eines Subsystems
des Antriebssteuersystems 10 annehmen kann. Der Drehzahlregler 40 summiert
eine tatsächliche
Messung der Drehzahl (d. h. ein Drehzahlfeedback 41) und
den Drehzahlbefehl (einen Drehzahlbefehl 26 von der externen
Einrichtung 26 oder einen änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten
Drehzahlbefehl 35), um einen Drehzahlfehler 46 zu
berechnen. Das Drehzahlfeedback 41 kann beispielsweise
die tatsächliche
Antriebsdrehzahl eines Kompressors sein. Der Drehzahlregler bestimmt
den Außenschleifenspannungsbefehl 45 aus
dem Drehzahlfehler 46 und stellt dem Spannungsregler 50 den
Außenschleifenspannungsbefehl 45 zur
Verfügung.
Da die Motorspannung im Allgemeinen proportional zur Motordrehzahl
ist, kann der Drehzahlregler 40 eine proportionale/integrale
(PI) Drehzahlsteuerung 43 einsetzen, um den Außenschleifenspannungsbefehl 45 zu
erzeugen. Der Drehzahlregler 40 kann darüber hinaus
einen Vorwärtskopplungsausdruck 42 mit
der Ausgabe der PI Drehzahlsteuerung 43 summieren, um die
von der PI Steuerung 43 geforderte Leistung zu verringern.
Der Drehzahlregler 40 kann darüber hinaus diagnostische Informationen
erzeugen.
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Beispiele
für Eingaben
in den Spannungsregler umfassen das Drehzahlfeedback 41,
den änderungsgeschwindigkeitsbegrenzten
Drehzahlbefehl 35 (zum Beispiel eine Drehzahlrampe) und
die Spannungsvorwärtskopplung 42.
Das Drehzahlfeedback 41 repräsentiert die tatsächlich gemessene Drehzahl.
Die Spannungsvorwärtskopplung 42 repräsentiert
die Vorwärtskopplungsspannung.
Ausgaben von dem Drehzahlregler 40 umfassen den Außenschleifenspannungsbefehl 45,
der die Referenz- oder Befehlsspannung repräsentiert. Vorzugsweise arbeitet
der Drehzahlregler 50 mit einer geringeren Geschwindigkeit
als der Spannungsregler 50.
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3 zeigt
eine dargestellte Ausführungsform
eines Spannungsreglers 50, der die Form eines Subsystems
des Antriebssteuersystems 10 annehmen kann. Der Spannungsregler 50 steuert
die Motorspannung. Im Allgemeinen ist die Motordrehzahl proportional
zur Motorspannung. Obwohl kein Motorspannungssensor vorhanden ist,
kann die Motorspannung durch eine Mittelung des Innenschleifenspannungsbefehlfeedbacks 51 des
Stromreglers 60, vorzugsweise in der Spannungsmessungsfunktion 62 (4)
abgeschätzt
werden. Als Zwischenschritt summiert der Spannungsregler 50 den
Außenschleifenspannungsbefehl 45 und
das Innenschleifenspannungsbefehl feedback 51, um einen
Spannungsfehler 54 zu bestimmen. Die Ausgabe des Spannungsreglers 50 ist
der Strombefehl 55. Der Spannungsregler 50 setzt
eine PI Spannungssteuerung 53 ein, um den Strombefehl 55 zu
erzeugen. Aufgrund der Topologie des Wechselrichters und des Kommutators
gibt es lediglich einphasigen Strom, der stets als positiv betrachtet
wird.
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Der
Spannungsregler 50 arbeitet vorzugsweise mit einer höheren Geschwindigkeit
als der Drehzahlregler 40 aber langsamer als der Stromregler 60.
Die Eingaben an den Spannungsregler 50 umfassen das Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51,
den Außenschleifenspannungsbefehl 45 und,
in einer Ausführungsform,
einen Strombegrenzer (nicht dargestellt), sind aber nicht darauf
beschränkt.
Das Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51 ist die geschätzte Motorspannung,
die von der Spannungsmessungsfunktion 62 bereitgestellt
wird. Der Außenschleifenspannungsbefehl 45 ist
die Referenz- oder Befehlsspannung, die von dem Drehzahlregler 40 bereitgestellt
wird. Die Stromgrenze ist die momentane Phasenstromgrenze, die von
einer dynamischen Strombegrenzungsfunktion bereitgestellt wird.
Ausgaben des Spannungsreglers 50 umfassen einen Strombefehl 55,
den Referenz- oder Strombefehl, der an die Stromreglerfunktion 60 gesendet
wird, sind aber nicht darauf beschränkt.
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4 zeigt
eine dargestellte Ausführungsform
des Stromreglers 60, die die Form eines Subsystems des
Antriebssteuersystems 10 annehmen kann. Der Stromregler 60 ist
für die
Regelung des Motorstroms 61 verantwortlich. Permanentmagnetmotoren
haben typischerweise eine geringe Induktivität. Demgemäß sollte der Stromregler 60 eine
sehr hohe Bandbreite haben und sollte daher sehr schnell arbeiten.
In seiner einfachsten Form ist der Stromregler 60 ein proportionaler
Regler, wobei die Verstärkung
in Abhängigkeit
der Drehzahl erhöht
wird, um eine verringerte Führungsspannung
oder Busspannung 62, die geringer ist als die Gegen-EMK,
zu kompensieren. Vorzugsweise ist ein Vorwärtskopplungsausdruck 44 vorhanden,
um das Erfordernis, ein Integral in der Schleife bereitzustellen,
zu beseitigen. Als Zwischenschritt summiert der Stromregler 60 den
gemessenen Motorphasenstrom 61 und den Strombefehl 55,
um einen Stromfehler 66 zu bestimmen. Der Innenschleifenspannungsbefehl 56 des
Stromreglers 60 wird vorzugsweise zur Verwendung als Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51 in
dem Spannungsregler 50 integriert. Die Busspannung 62 sollte größer sein
als die dynamische Motorspannungsgrenze, wodurch sichergestellt
wird, dass die Motorspannungsberechnung genau ist. Der mit 63 für den Modulationsindex
bezeichnete Abschnitt dient dazu, kleine Pulse abzusetzen, wenn
der Modulationsindex fast gleich 1 ist.
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Der
Stromregler 60 arbeitete vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit,
die schneller ist als die des Spannungsreglers 50. Eingaben
in den Stromregler 60 umfassen den von dem Spannungsregler 50 bereitgestellten
Referenz- oder Phasenstrombefehl 55, den von der Strommessung
bereitgestellten gemessenen Motorphasenstrom 61, die von
der Vorwärtskopplungsspannungsfunktion 42 bereitgestellte Vorwärtskopplungsmotorspannung 44,
eine dynamische Motorspannungsgrenze von einem dynamischen Spannungsbegrenzer,
die von der Busspannungsmessungsfunktion bereitgestellte gefilterte skalierte
Inverse der Busspannung 62, das gemessene Motordrehzahlfeedback 41,
ein Signal zum Zurücksetzen
des Spannungsintegrators und den von der Zustandsmaschine 25 bereitgestellten
Antriebsfreigabebefehl, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Ausgaben
von dem Stromregler 60 umfassen den Modulationsindex 63,
der an die PWM Ausgabefunktion 75 gesendet wird und vorzugsweise
einen Bereich von 0,5 bis 1,0 hat, und das integrierte Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51,
das dem Spannungsregler 50 zugeführt wird, sind jedoch nicht darauf
beschränkt.
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Im
Betrieb ermöglichen
die oben beschriebenen Komponenten ein Verfahren zur Drehzahlsteuerung
für einen
Motorantrieb 80 mit begrenzten Positionsinformationen.
Jedes/jeder der obigen Subsysteme oder Regler 40, 50, 60 arbeitet
als entsprechende Steuerschleife, wobei die Stromreglerschleife 60 in die
Spannungsreglerschleife 50 verschachtelt ist und die Spannungsreglerschleife 50 in
die Drehzahlreglerschleife 40 verschachtelt ist.
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Beginnend
mit der Drehzahlreglerschleife werden ein Drehzahlbefehl 35 und
eine gemessene Drehzahl (d. h. ein Drehzahlfeedback 41)
in die Schleife eingegeben, um eine Referenzspannung oder einen
Außenschleifenspannungsbefehl 45 zu berechnen.
Der Drehzahlbefehl 35 wird von einer externen Einrichtung,
wie zum Beispiel einer Brennstoffzellenanlage bereitgestellt. Die
gemessene Drehzahl (d. h. das Drehzahlfeedback 41) wird
von dem Motorantrieb 80 bereitgestellt. Beide Eingaben werden
einer proportionalen/integralen Steuerung 43 bereitgestellt,
um den Außenschleifenspannungsbefehl 45 zu
berechnen. Eine Vorwärtskopplungsspannungsfunktion 42 kann
eine Vorwärtskopplungsmotorspannung 44 bereitstellen,
die mit der Ausgabe der PI Steuerung 43 summiert wird,
um die von der Steuerung 43 geforderte Leistung zu verringern.
In einer Ausführungsform
kann die Vorwärtskopplungsspannungsfunktion 42 auch
Diagnosen bereitstellen.
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Der
Außenschleifenspannungsbefehl 45 von der
Drehzahlreglerschleife wird dann gemeinsam mit einem geschätzten Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51 in
die Spannungsreglerschleife eingegeben, um einen Referenzstrom oder
einen Phasenstrombefehl 55 zu bestimmen. Da kein Motorspannungssensor
vorhanden ist, wird das Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 41 durch
Mittelung des Innenschleifenspannungsbefehls 56 des Stromreglers 60 abgeschätzt. Unter
Verwendung einer anderen proportionalen/integralen Steuerung 53 stellen
die zwei Eingaben den Referenzstrom- oder Phasenstrombefehl 55 bereit.
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Der
Phasenstrombefehl 55 von der Spannungsreglerschleife wird
in einer proportionalen Steuerung 64 mit der Strommessung 61 kombiniert. Die
Ausgabe von der proportionalen Steuerung 64 wird mit der
Vorwärtskopplungsmotorspannung 44 addiert,
um das Erfordernis, ein Integral in dieser Steuerschleife bereitzustellen,
zu beseitigen. Die Ausgabe kann dann integriert werden, um das Innenschleifenspannungsbefehlfeedback 51 zur
Verwendung in der Spannungsreglerschleife bereitzustellen. Ein Teiler 70 dividiert
die Ausgabe durch die Spannungsmessungsfunktion 62 zur
Bereitstellung eines Modulationsindexwerts 63 zur Eingabe
in den Pulsweitenmodulator 75 (obere und untere Phasen),
der dann zu den Wechselrichterschaltern des Motorantriebs kommutiert
wird. Die Kommutation erfolgt vorzugsweise in einer programmierbaren
Logiksteuerung.
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Änderungen
in den verschiedenen Ausführungsformen
können
innerhalb des in den Ansprüchen
definierten Schutzbereichs der Erfindung erfolgen.