WO2013092398A2 - Verfahren und vorrichtung zum korrigieren eines messwertes eines drehwinkels eines rotors einer elektrischen maschine - Google Patents
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Definitions
- a method for correcting a measured value of a rotational angle of a rotor of an electric machine, in particular a rotor of a synchronous machine is provided. Accordingly, a value of a sensor signal is measured, wherein the value of the sensor signal is indicative of a rotational angle of the rotor. Based on the measured value of the sensor signal, the rotation angle of the rotor is calculated. Depending on the calculated rotation angle of the rotor and on a correction table determined beforehand based on the different rotation angles of the rotor, a correction value is determined. The measured value of the sensor signal is then corrected for this determined correction value. In this case, the correction value by comparing an actual
- Compare angle of rotation The difference between the actual angle of rotation and the ideal angle of rotation can be tapped and stored as a correction value in the correction table.
- An advantage may be, in particular, that, for example, the correction table can be adapted to signs of wear and / or a temperature influence. Furthermore, it can be an advantage that a correction value can be determined from an existing signal. Will the filter that filters the rotation angle sensor signals be used to determine a
- the electric machine can be a drive of a
- FIG. 1 shows a vehicle configuration of a vehicle with a synchronous motor.
- Figure 2 shows an ideal waveform of a
- FIG. 3 shows a control structure for a control of a synchronous motor.
- FIG. 4 shows a rotation angle sensor.
- FIG. 9 shows a signal flow chart for correcting a measured value of a rotation angle according to an exemplary embodiment.
- a motor controller 150 measures phase currents 151 and an excitation current 152 provided by power electronics 156 to the synchronous motor 155. Further, the motor controller 120 determines a rotation angle 153 of a rotor of the synchronous motor 155 by means of a rotation angle sensor 154 of the synchronous motor 155.
- the upper graph in FIG. 2 shows an ideal course of the signals 172 of a rotation angle sensor. The time is plotted on the x-axis 171, while the y-axis represents a signal strength in volts. One of the signals shows a sinusoidal course and the other a cosinusoidal course. The phase shift between the two signals is exactly 90 ° and both signals have the same amplitude.
- stator currents 218 measured via current sensors 219 are supplied to a current transformation unit 210. This transforms the measured stator currents 218 into measured ones
- FIG. 4 also shows an air gap 302 between the actual sensor 306 and the sensor disk 308 and a dynamic variation 304 of the air gap.
- Such mechanical inaccuracies and manufacturing tolerances in angle sensors affect the accuracy of the control components, as shown in Figure 3.
- FIG. 5 shows a real progression 400 of the signals of a rotation angle sensor.
- time is plotted on x-axis 401 and signal strength in volts on y-axis 402.
- the signal 403 shows the course of the signal strength of a first sensor element, while the signal 404 shows according to the course of the signal strength of a second sensor element.
- a section 405 corresponds to a full mechanical revolution.
- FIG. 6 shows a real angular error course 503.
- the time is plotted again on the x-axis 501 and a signal strength in volts is plotted on the y-axis 502.
- a section 505 corresponds to a full mechanical revolution.
- Figure 7 shows a control structure for a control of a synchronous motor with an angle correction according to a
- Synchronous machines the correction of the angle of rotation measurement even at low speeds of the synchronous machine to a standstill of the synchronous machine is possible.
- deviations of a real sensor signal course from an ideal sensor signal course can be compensated.
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Abstract
Offenbart wird ein Verfahren zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels (153) des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer Synchronmaschine (155), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: · Messen eines Wertes eines Sensorsignals, wobei der Wert des Sensorsignals indikativ für einen Drehwinkel (153) des Rotors ist; · Berechnen des Drehwinkels (153) des Rotors basierend auf dem gemessenen Wert des Sensorsignals; · Ermitteln eines Korrekturwertes (105) abhängig von dem berechneten Drehwinkel des Rotors und aus einer vorab basierend auf die Drehwinkel des Rotors bestimmten Korrekturtabelle (106); · Korrigieren (111) des gemessenen Wertes des Sensorsignals (101) um den ermittelten Korrekturwert (105); · Bestimmen des Korrekturwertes (105) durch Vergleichen eines tatsächlichen Drehwinkelverlaufs mit einem idealen Drehwinkelverlauf; und · Hinterlegen (109) der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem idealen Drehwinkel als Korrekturwert (105) in der Korrekturtabelle (106).
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels eines Rotors einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors einer Synchronmaschine .
Zur Steuerung einer Synchronmaschine, insbesondere einer Synchronmaschine in einem Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs werden Phasenströme, Erregerstrom sowie Drehwinkel eines Rotors der Synchronmaschine gemessen. Der Drehwinkel des Rotors wird üblicherweise mittels eines Drehwinkelsensors bestimmt. Ein solcher Drehwinkelsensor kann beispielsweise ein Sensorelement und eine Sensorscheibe aufweisen, wobei die Sensorscheibe eine Signalspur mit einer bekannten Form hat. Ist die Signalspur beispielsweise sinusförmig, so liefert der Drehwinkelsensor ein sinusförmiges Signal. Meist weist ein Drehwinkelsensor mit einer sinusförmigen Signalspur ein weiteres Sensorelement auf, welches in einem Abstand von 90° zu dem ersten Sensorelement angebracht ist und daher ein cosinusförmiges Signal liefert. Aus diesen beiden Signalen, d.h. dem Sinussignal und dem Cosinussignal kann der Drehwinkel unter Verwendung des Arcustangens berechnet werden. Der Drehwinkel des Rotors der Synchronmaschine kann insbesondere für eine feldorientierte Regelung der
Synchronmaschine benötigt werden. Insbesondere kann ein
Drehwinkelsensorsignal mittels eines Filters gefiltert werden, bevor es an eine Regelung einer Synchronmaschine gegeben wird, da beispielsweise eine Qualität der Regelung einer
Synchronmaschine wesentlich davon abhängt, wie genau der gemessene Drehwinkel des Rotors dem tatsächlichen Drehwinkel des Rotors entspricht. Praktisch verhält sich ein üblicher, verwendeter Drehwinkelsensor aber nicht ideal. Das heißt, dass typischerweise Drehwinkelfehler auftreten. Insbesondere eine taumelnde Sensorscheibe führt zu starken Winkelfehlern, die sich unter Umständen einmal pro mechanische Umdrehung des Rotors
wiederholen. Weitere Ursachen für Abweichungen können
insbesondere ein nicht idealen Verlauf einer sinusförmigen Signalspur und/oder eine nicht exakte Phasenverschiebung zwischen einem sinusförmigen Signal und einem cosinusförmigen Signal und/oder Offsets auf den Signalen und/oder
unterschiedliche Signalamplituden sein. Mittels einer Vorgabe einer geeigneten Toleranz bei einer Fertigung der
Drehwinkelsensoren und/oder einer Justage bei einem Einbau der Drehwinkelsensoren kann die Abweichung zwischen dem gemessenen Drehwinkel des Rotors und dem tatsächlichen Drehwinkel des Rotors reduziert werden.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Regelung einer Synchronmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt wird ein Verfahren zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors einer Synchronmaschine, bereitgestellt. Demnach wird ein Wert eines SensorSignals gemessen, wobei der Wert des SensorSignals indikativ für einen Drehwinkel des Rotors ist. Basierend auf dem gemessenen Wert des Sensorsignals wird Drehwinkel des Rotors berechnet . Abhängig von dem berechneten Drehwinkel des Rotors und aus einer vorab basierend auf die verschiedenen Drehwinkel des Rotors bestimmten Korrekturtabelle wird ein Korrekturwert ermittelt. Um diesen ermittelten Korrekturwert wird dann der gemessene Wert des Sensorsignals korrigiert. Dabei wird der Korrekturwert durch Vergleichen eines tatsächlichen
Drehwinkelverlaufs mit einem idealen Drehwinkelverlauf bestimmt und in der Korrekturtabelle hinterlegt, wobei die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem idealen Drehwinkel als Korrekturwert in der Korrekturtabelle hinterlegt wird. Der tatsächliche Drehwinkelverlauf wird vorzugsweise aus den
basierend auf gemessene Werte des Sensorsignals berechneten Drehwinkel erstellt.
Das Bestimmen des Korrekturwertes kann vorzugsweise mittels eines Filters erfolgen. Das Filter kann dabei ein Filter 2. Ordnung sein, beispielsweise ein so genannter Beobachter (auf Englisch„Observer") sein. Eine andere Möglichkeit kann sein, das Filter zu verwenden, das auch die DrehwinkelsensorSignale filtert, um den Korrekturwert zu bestimmen. Insbesondere kann ein Filter ein Modell eines idealen Drehwinkelverlaufs enthalten und einen tatsächlichen Drehwinkelverlauf mit dem idealen
Drehwinkelverlauf vergleichen. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem idealen Drehwinkel kann abgegriffen und als Korrekturwert in der Korrekturtabelle hinterlegt werden. Ein Vorteil kann insbesondere sein, dass beispielsweise die Korrekturtabelle an Abnutzungserscheinungen und/oder einen Temperatureinfluss adaptiert werden kann. Ferner kann ein Vorteil sein, dass ein Korrekturwert aus einem vorhandenen Signal bestimmt werden kann. Wird das Filter, das die DrehwinkelsensorSignale filtert, zum Bestimmen eines
Korrekturwertes verwendet, so kann ein Vorteil sein, dass keine weiteren Komponenten benötigt werden. Wird ein weiteres Filter verwendet, so kann ein Vorteil sein, dass das Filter und das weitere Filter unterschiedliche Grenztreguenzen haben können.
Die elektrische Maschine kann ein Antrieb eines
Elektrofahrzeuges bzw. Hybridfahrzeuges sein.
Ein Sensorsignal, das indikativ für einen Drehwinkel eines Rotors ist, kann insbesondere ein Sensorsignal eines Drehwinkelsensors sein. Ein Drehwinkelsensor kann beispielsweise einen Drehwinkel bezogen auf eine mechanische Umdrehung des Rotors bestimmen. Ferner kann ein Drehwinkelsensor auch einen Drehwinkel des Rotors bezogen auf eine elektrische Umdrehung des Rotors bestimmen. Beispielsweise kann eine volle mechanische Umdrehung eines
Rotors eines Elektromotors, welcher n Polpaare aufweist, aus n elektrischen Umdrehungen bestehen. Der Messwert des
SensorSignals kann eine sinusförmige Abhängigkeit und/oder eine cosinusförmige Abhängigkeit haben.
Insbesondere kann ein Korrekturwert abhängig von einem
Drehwinkel sein, wobei der Drehwinkel auf eine mechanische
Umdrehung des Rotors bezogen ist. Beispielsweise kann in einer Korrekturtabelle zu jedem mechanischen Drehwinkel ein zugehöriger Korrekturwert hinterlegt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer Synchronmaschine, bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung einen ersten Signaleingang zum Empfangen eines SensorSignals , wobei ein Wert des SensorSignals indikativ für einen Drehwinkel des Rotors ist; eine Winkelerfassungseinheit, welche den Drehwinkel des Rotors basierend auf dem Wert des SensorSignals bestimmt; und eine Korrektureinheit, welche den Wert des SensorSignals um einen Korrekturwert korrigiert. Dabei ist die Korrektureinheit ausgebildet, den Korrekturwert abhängig von dem Drehwinkel des Rotors zu korrigieren und in einer Korrekturtabelle zu hinterlegen. Ferner weist die Vorrichtung ein Filter auf, das einen tatsächlichen Drehwinkelverlauf mit einem idealen Drehwinkelverlauf vergleicht. Außerdem ist die
Korrekturvorrichtung eingerichtet, die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem idealen Drehwinkel als Korrekturwert in der Korrekturtabelle zu hinterlegen.
Insbesondere kann es für eine Regelung einer Synchronmaschine notwendig sein, dass die Sensorsignale, beispielsweise eines Drehwinkelsensors, gefiltert und verarbeitet werden, bevor sie für die Regelung der Synchronmaschine verwendet werden. Ferner kann ein Filter, welches zum Filtern der SensorSignale verwendet wird, eine Korrektureinheit sein, die den Wert des SensorSignals um einen Korrekturwert korrigiert .
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug zum Verwenden eines Verfahrens gemäß einem
exemplarischen Aspekt bereitgestellt. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein computerlesbares
Speichermedium bereitgestellt, in dem ein Programm gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Aspekt eingerichtet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Programm-Element bereitgestellt, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Aspekt eingerichtet ist.
Unter dem Begriff „Korrekturwert" kann insbesondere ein Wert verstanden werden, der von einem gemessenen Wert abgezogen werden muss, um einen tatsächlichen Wert zu erhalten. Ein Vorteil des Verfahrens kann darin bestehen, dass mechanische, elektrische und/oder elektronische Unzulänglichkeiten eines Drehwinkelsensors, der zur Bestimmung des Drehwinkels des Rotors genutzt wird, ausgeglichen werden können . Ferner kann ein Vorteil sein, dass ein Drehwinkels eines Rotors mittels vorhandener Signalen bestimmt werden kann. Ein weiterer Vorteil des
Verfahrens kann möglicherweise sein, dass größere mechanische Toleranzen bei einer Fertigung von Drehwinkelsensoren bzw. bei der Fertigung einer Signalspur eines Drehwinkelsensors möglich sein können. Somit ist es auch möglich, auf gualitativ sehr hochwertige Winkelsensoren, die eine hohe Genauigkeit garantieren, zu verzichten und preiswertere Winkelsensoren einzusetzen. Ferner kann ein weiterer Vorteil sein, dass auch Unregelmäßigkeiten eines Sensors korrigiert werden können, welche beispielsweise nicht mittels einer mechanischen Justage beim Einbau des Drehwinkelsensors behoben werden können.
Insbesondere kann ein Vorteil sein, dass eine Korrektur eines Messwertes mittels eines in einer Korrekturtabelle hinterlegten Korrekturwertes unabhängig von einer Drehzahl einer
Synchronmaschine möglich sein kann. Mittels des so korrigierten Wertes des Drehwinkels kann die Regelung einer Maschine insbesondere einer Synchronmaschine verbessert werden.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben . Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen mit Bezug auf unterschiedliche Gegenstände beschrieben werden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die in
Zusammenhang mit einem Typ von Gegenstand beschrieben werden, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Typen von Gegenständen beschrieben werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner ein Überschreiben der Korrekturtabelle auf.
Insbesondere kann ein Vorteil einer überschreibbaren
Korrekturtabelle sein, dass die Korrekturtabelle einfach geändert werden kann. Beispielsweise kann sich ein von dem Drehwinkel des Rotors abhängiger Korrekturwert über die Zeit ändern, was mittels einer überschreibbaren Korrekturtabelle, d.h. einer Aktualisierung, kompensiert werden kann.
Beispielsweise können Verschleißerscheinungen zu einer
Veränderung eines Drehwinkelsensorsignals führen, welche mittels einer aktualisierten Korrekturtabelle kompensiert werden können .
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Korrekturwert abhängig von einem nicht korrigierten oder unkorrigierten Drehwinkel des Rotors in der Korrekturtabelle hinterlegt.
Insbesondere kann der Drehwinkel des Rotors aus dem gemessenen Wert des SensorSignals bestimmt werden. Ein Vorteil kann insbesondere sein, dass somit der Korrekturwert einfach erhalten werden kann, da er anhand des gemessenen Wert des SensorSignals , welcher fehlerbehaftet sein kann, in der Tabelle aufgefunden werden kann .
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Korrekturwert abhängig von einem
korrigierten Drehwinkel des Rotors in der Korrekturtabelle hinterlegt .
Insbesondere kann der Drehwinkel des Rotors aus dem korrigierten Wert des SensorSignals bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Korrekturwert nur dann in der
Korrekturtabelle hinterlegt, falls vorgegebene Bedingungen vorliegen .
Insbesondere können die vorgegebenen Bedingungen so gewählt sein, dass möglichst ideale Arbeitsbedingungen für ein Filter vorliegen. Beispielsweise kann das Filter eine Grenztreguenz haben, unterhalb derer das Filter nicht filtern kann. Eine Bedingung kann daher sein, dass die SensorSignale größer als eine vorgegebene Freguenz sind. Ferner kann es sein, dass ein Filter mit einer Verzögerung auf ein Ändern einer Sensorsignalfreguenz reagiert. Daher kann eine weitere Bedingung sein, dass eine Sensorsignalfreguenz sich nicht ändert bzw. keiner Dynamik unterliegt. Ein Vorteil kann sein, dass sichergestellt werden kann, dass sich das Filter, welches den Korrekturwert bestimmt, in einem optimalen Arbeitsbereich befindet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die vorgegebene Bedingung aus der Gruppe ausgewählt, die aus den folgenden Elementen besteht: der bestimmte Korrekturwert ist kleiner als ein vorgegebener Schwellwert, der bestimmte Korrekturwert wechselt mit einer
vorgegebenen Häufigkeit das Vorzeichen, ein Betrag einer Drehzahl der Synchronmaschine ist größer als ein vorgegebener Schwellwert, ein Betrag eines Drehmoments der Synchronmaschine ist zeitlich stabil.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Korrekturvorrichtung eingerichtet, den Korrekturwert nur dann in der Korrekturtabelle zu hinterlegen, falls vorgegebene
Bedingungen vorliegen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Motorsteuerung ist eine vorgegebene Bedingung aus der Gruppe ausgewählt, die aus folgenden Elementen besteht: der bestimmte Korrekturwert ist kleiner als ein vorgegebener Schwellwert, der bestimmte Korrekturwert wechselt mit einer vorgegebenen
Häufigkeit das Vorzeichen, ein Betrag einer Drehzahl eines Motors des Fahrzeugs ist größer als ein vorgegebener Schwellwert, ein Betrag des Drehmoments des Motors des Fahrzeugs ist zeitlich stabil .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Verfahrens sind, soweit im Übrigen auf die oben beschriebene Vorrichtung beziehungsweise auf die oben beschriebene Motorsteuerung übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der
Vorrichtung beziehungsweise der Motorsteuerung anzusehen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch anzusehen .
Figur 1 zeigt eine Fahrzeugkonfiguration eines Fahrzeugs mit Synchronmotor .
Figur 2 zeigt einen idealen Signalverlauf eines
Drehwinkelsensors eines Synchronmotors sowie einen idealen Verlauf eines erfassten Drehwinkels.
Figur 3 zeigt eine Regelstruktur für eine Regelung eines Synchronmotors . Figur 4 zeigt einen Drehwinkelsensor.
Figur 5 zeigt einen realen Signalverlauf eines
Drehwinkelsensors . Figur 6 zeigt einen realen Winkelfehlerverlauf.
Figur 7 zeigt eine Regelstruktur für eine Regelung eines Synchronmotors mit einer Winkelkorrektur. Figur 8 zeigt einen Signalflussplan zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform .
Figur 9 zeigt einen Signalflussplan zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform .
Figur 10 zeigt einen Signalflussplan zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
Figur 11 zeigt einen Signalflussplan zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform .
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten Ziffer von dem Bezugs zeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheidet. Zur Vermeidung von
unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw.
Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend
beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten darstellen.
Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu
kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von
verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Figur 1 zeigt eine Fahrzeugkonfiguration eines Fahrzeugs mit einem Synchronmotor 155, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Der Synchronmotor ist mittels einer Motoraufhängung 157 befestigt und kann mittels einer Achswelle 159 die Räder 160 des Fahrzeugs antreiben. Die Achswelle 159 kann ferner mittels eines Antriebsstranges 158 mit dem Synchronmotor 155 verbunden sein. Der Antriebsstrang kann beispielsweise ein Getriebe, eine Kupplung, ein Verbrennungsmotor sowie
Nebenaggregate aufweisen. Eine Motorsteuerung 150 misst Phasenströme 151 und einen Erregerstrom 152, welche von einer Leistungselektronik 156 an den Synchronmotor 155 bereitgestellt werden. Ferner bestimmt die Motorsteuerung 120 mittels eines Drehwinkelsensors 154 des Synchronmotors 155 einen Drehwinkel 153 eines Rotors des Synchronmotors 155. Der obere Graph in Figur 2 zeigt einen idealen Verlauf der Signale 172 eines Drehwinkelsensors. Auf der x-Achse 171 ist dabei die Zeit aufgetragen, während die y-Achse eine Signalstärke in Volt darstellt. Dabei zeigt eines der Signale einen sinusförmigen Verlauf und das andere einen cosinusförmigen Verlauf. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen beträgt exakt 90° und beide Signale weisen eine gleiche Amplitude auf. Aus den beiden Signalen 172 kann mittels des Arcustangens der Drehwinkel berechnet werden. Der untere Graph in Figur 2 zeigt ein Signal,
das einem zeitlichen Verlauf 182 des aus den Signalen 172 bestimmten Drehwinkels entspricht. Dabei ist wiederum auf der x-Achse 181 die Zeit und auf der y-Achse 183 die Signalstärke in Volt aufgetragen.
Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Regelung für eine Synchronmaschine gemäß dem Stand der Technik. Von einer Stromsollwerteinheit 202 werden Stromsollwert 236 für eine Rotorwicklung sowie Stromsollwerte 222 für Statorwicklungen im d/g-System ausgegeben. Der Stromsollwert 236 für die
Rotorwicklung einer Synchronmaschine wird von einer
RotorStromregelung 204 als Eingangssignal verwendet. Am Ausgang 226 des RotorStromreglers 204 steht eine RotorSpannung zur Verfügung, die an die Rotorwicklung der Synchronmaschine angelegt wird. Ein Stromsensor 214 misst den aktuellen Strom durch die Rotorwicklung und führt den gemessenen Wert 216 zurück in den Rotorstromregier 204. Darüber hinaus besitzt die Synchronmaschine 255 drei Statorwicklungen, die mit
StatorSpannungen 220 einer Spannungstransformationseinheit 208 versorgt werden. Die Spannungstransformationseinheit 208 bekommt Spannungssollwerte 224 für die Statorwicklungen im d/g-System von einem d/g-Stromregler 206 als Eingangssignale zur Verfügung gestellt. Der d/g-Stromregler 206 ist wiederum mit der Stromsollwerteinheit 202 über die Leitungen 222 verbunden. Auf den Leitungen 222 werden Stromsollwerte für die Statorwicklungen im d/g-System an den d/g-Stromregler vorgegeben.
Außerdem werden über Stromsensoren 219 gemessene Statorströme 218 einer Stromtransformationseinheit 210 zugeführt. Diese transformiert die gemessenen Statorströme 218 in gemessene
Statorströme im d/g-System und liefert diese Signale über die Leitungen 228 an den d/g-Stromregler 206. Darüber hinaus ist ein Winkelsensor 232 vorgesehen, der die Rotationsbewegung des Rotors der Synchronmaschine 255 und damit den aktuellen Drehwinkel des Rotors misst. In einer Winkelerfassungseinheit 212 werden die Signale des Winkelsensors 232 ausgewertet. Ein Ausgangs Signal 230 der Winkelerfassungseinheit 212 wird der Stromtransformationseinheit 210 sowie der Spannungstrans-
formationseinheit 208 zugeführt. Dieses Ausgangs Signal 230 beeinflusst die Transformation in den beiden Einheiten 208 und 210. Allerdings liefern handelsübliche Winkelsensoren kein ideales Winkelsignal, dass hunderprozentig mit der Realität übereinstimmt. Vielmehr treten regelmäßig Fehler im gemessenen Winkelsignal auf, die sich bei direkter Verwendung als
Steuersignal für eine Regelung einer Synchronmaschine negativ auf den Wirkungsgrad der Regelung auswirken. Aus dem gleichen Grunde sind auch die beschriebenen Transformationen nicht optimal.
Figur 4 zeigt einen exemplarischen Winkelsensor, wie er in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 232 dargestellt ist. Bei einem realen Drehwinkelsensor kann es zu Winkelfehlern bzw. zu
Messungenauigkeiten kommen. Eine derartige Ungenauigkeit wird zum Beispiel durch ein Schlingern oder Taumeln einer
Sensorscheibe 308, die auf einer Achse 310 der Synchronmaschine montiert ist, erzeugt. Die Sensorscheibe 308 kann zum Beispiel etwas unrund laufen, so dass der eigentliche Sensor 306 die verfälschten SensorSignale der Sensorscheibe 308 misst und nicht immer exakte Signale liefert. In Figur 4 sind außerdem ein Luftspalt 302 zwischen dem eigentlichen Sensor 306 und der Sensorscheibe 308 sowie eine dynamische Variation 304 des Luftspaltes dargestellt. Derartige mechanische Ungenauigkeiten und Fertigungstoleranzen bei Winkelsensoren beeinflussen die Exaktheit der Regelbausteine, wie sie in Figur 3 dargestellt sind .
Figur 5 zeigt einen realen Verlauf 400 der Signale eines Drehwinkelsensors. Wie bei Figur 2 ist auf der x-Achse 401 die Zeit und auf der y-Achse 402 eine Signalstärke in Volt aufgetragen. Das Signal 403 zeigt dabei den Verlauf der Signalstärke eines ersten Sensorelements, während das Signal 404 entsprechend den Verlauf der Signalstärke eines zweiten Sensorelements zeigt. Ein Abschnitt 405 entspricht dabei einer vollen mechanischen Umdrehung.
Figur 6 zeigt einen realen Winkelfehlerverlauf 503. Hierbei ist wiederum auf der x-Achse 501 die Zeit und auf der y-Achse 502 eine Signalstärke in Volt aufgetragen. Ein Abschnitt 505 entspricht dabei einer vollen mechanischen Umdrehung.
Figur 7 zeigt eine Regelstruktur für eine Regelung eines Synchronmotors mit einer Winkelkorrektur gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Hierbei wird das Ausgangssignal 230 der Winkelerfassungseinheit 212 nicht direkt den Transfor- mationseinheiten 208 und 210 zugeführt. Vielmehr gelangt das Ausgangs Signal 230 der Winkelerfassungseinheit 212 zunächst als Eingangs Signal in eine Korrektureinheit 601. Die
Winkelkorrektureinheit 601 korrigiert einen gemessenen Wert des SensorSignals um einen Korrekturwert und gibt den korrigierten Wert an die Transformationseinheiten 208 und 210 weiter.
Figur 8 zeigt einen Signalflussplan für ein Verfahren 100 zum Korrigieren eines Messwertes 101 eines Drehwinkels. Der gemessene Wert 101 des Drehwinkelsensors wird an ein Filter 103 gegeben, welches für eine Filterung der SensorSignale verwendet wird. In einem Schritt 102 wird aus dem gemessenen Wert 101 des Drehwinkelsensors 154 ein mechanischer Drehwinkel des Rotors des Synchronmotors 155 bestimmt. In einer Korrekturtabelle 106 ist ein von dem mechanischen Drehwinkel des Rotors anhängiger Korrekturwert 105 hinterlegt. Der gemessene Wert 101 kann dann mittels des ersten Filters 103 korrigiert werden, indem der in der Korrekturtabelle 106 hinterlegte Wert von dem gemessenen Sensorsignal 101 abgezogen 111 wird. Eine solche Korrektur ist insbesondere auch bei Signalfreguenzen unterhalb einer
Grenztreguenz des ersten Filters 103, d.h. beispielsweise bei kleinen Drehzahlen des Synchronmotors 155 bis zum Stillstand des Synchronmotors 155, wirksam, wodurch ein Taumeln einer
Sensorscheibe 308 und andere Abweichungen auch bei kleinen Drehzahlen wirkungsvoll kompensiert werden können.
Die Korrekturtabelle 106 kann ferner überschreibbar sein, um Veränderungen im Fehlerverhalten des Drehwinkelsensors 154 in der Korrekturtabelle 106 hinterlegen zu können 109. Bei der
gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird ein neuer Korrekturwert 105 mittels eines zweiten Filters 107 bestimmt . Das zweite Filter 107 beinhaltet ein Modell eines idealen
Drehwinkelverlaufs. Eine Abweichung 110 von dem idealen Drehwinkels kann dann abgegriffen werden und in Abhängigkeit von den mechanischen Drehwinkel 102 des Rotors in der
Korrekturtabelle 106 hinterlegt werden. Um sicherzustellen, dass das zweite Filter einen idealen Drehwinkelverlauf liefert, sollte der Korrekturwert nur dann in der Korrekturtabelle 106 hinterlegt werden, wenn eine der vorgegebene Bedingungen 108 erfüllt ist 109. Beispielsweise können die vorgegebenen Bedingungen 108 sein, dass der bestimmte Korrekturwert kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist und/oder der bestimmte Korrekturwert wechselt mit einer vorgegebenen Häufigkeit das Vorzeichen und/oder ein Betrag einer Drehzahl des Synchronmotors ist größer als ein vorgegebener Schwellwert und/oder ein Betrag des Drehmoments des Motors des Fahrzeugs ist zeitlich stabil.
Figur 9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, bei der kein erstes Filter 103 zur Filterung des SensorSignals verwendet wird. Ein neuer Korrekturwert 105 wird bei dieser beispielhaften Ausführungsform ebenfalls mittels des zweiten Filters 107 bestimmt. Wie bei Figur 8 beschrieben beinhaltet das zweite Filter 107 ein Modell eines idealen Drehwinkelverlaufs. Eine Abweichung 110 von dem idealen Drehwinkels kann dann abgegriffen werden und in Abhängigkeit von den mechanischen Drehwinkel 102 des Rotors in der Korrekturtabelle 106 hinterlegt werden.
Figur 10 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, bei der kein zweites Filter 107 zur Bestimmung eines neuen
Korrekturwertes 105 verwendet wird. Stattdessen kann das erste Filter 103 verwendet werden, um eine Abweichung des realen Sensorsignalverlaufs von einem idealen Verlauf zu bestimmen. Insbesondere bei dieser Ausführungsform müssen die Bedingungen für ein Hinterlegen eines neuen Korrekturwertes sicherstellen, dass das erste Filter einen idealen Winkelverlauf liefert.
Figur 11 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, bei der eine Position des Rotors des Synchronmotors 155 aus dem korrigierten Sensorsignal bestimmt wird.
Zusammenfassend bleibt festzustellen:
Das Verfahren gemäß einem Aspekt ermöglicht es, ein Messwert eines Drehwinkels eines Rotors mittels eines Korrekturwertes zu korrigieren, welcher in einer Korrekturtabelle hinterlegt ist. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass insbesondere bei
Synchronmaschinen die Korrektur des DrehwinkelMesswertes auch bei kleinen Drehzahlen der Synchronmaschine bis hin zu einem Stillstand der Synchronmaschine möglich ist. Dadurch können beispielsweise Abweichungen eines realen Sensorsignalverlaufs von einem idealen Sensorsignalverlauf kompensiert werden. Somit kann es insbesondere ermöglicht werden, dass Drehwinkelsensoren verwendbar werden, welche größere mechanische Toleranzen aufweisen .
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens kann sein, dass der Korrekturwert mittels eines Filters bestimmt und in der Korrekturtabelle hinterlegt werden kann. Dadurch kann es möglich sein, den Korrekturwert an Veränderungen des Drehwinkelsensors anzupassen. Mögliche Ursachen für Veränderungen des
Drehwinkelsensors können hierbei Abnutzungserscheinungen und/oder Alterungserscheinungen und/oder Temperatureinflüsse sein. Insbesondere kann das Verfahren mittels einer einfachen Softwarelösung implementiert werden. Ferner kann ein Vorteil des Verfahrens sein, dass ein Korrekturwert während eines Betriebs der Synchronmaschine bestimmt wird, dadurch kann möglicherweise ein aufwändiges Vermessen oder Bestimmen einer Abweichung des realen Drehwinkelsensorsignalverlaufs von einem idealen Verlauf an einem Fertigungsbandende vermieden werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen
Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsformen verwendet werden können. Bezugs zeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Claims
Patentansprüche
Verfahren zum Korrigieren eines Messwertes eines
Drehwinkels (153) des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer Synchronmaschine (155) , wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
• Messen eines Wertes eines Sensorsignals, wobei der Wert des SensorSignals indikativ für einen Drehwinkel (153) des Rotors ist;
• Berechnen des Drehwinkels (153) des Rotors basierend auf dem gemessenen Wert des Sensorsignals;
• Ermitteln eines Korrekturwertes (105) abhängig von dem berechneten Drehwinkel des Rotors und aus einer vorab basierend auf die Drehwinkel des Rotors bestimmten Korrekturtabelle (106); und
• Korrigieren (111) des gemessenen Wertes des
SensorSignals (101) um den ermittelten Korrekturwert (105)
• Bestimmen des Korrekturwertes (105) durch Vergleichen eines tatsächlichen Drehwinkelverlaufs mit einem idealen Drehwinkelverlauf; und
• Hinterlegen (109) der Differenz zwischen dem
tatsächlichen Drehwinkel und dem idealen Drehwinkel als Korrekturwert (105) in der Korrekturtabelle (106).
Verfahren nach Anspruch 1, mit Uberschreiben der
Korrekturtabelle (106) durch den aktuell bestimmten Korrekturwert (105) .
•
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert (105) abhängig von einem nicht korrigierten Drehwinkel (101) des Rotors in der Korrekturtabelle (106) hinterlegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert (105) abhängig von einem korrigierten
Drehwinkel (104) des Rotors in der Korrekturtabelle (106) hinterlegt wird.
Verfahren einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert (105) nur dann in der Korrekturtabelle (106) hinterlegt wird, falls eine vorgegebene Bedingung vorliegt .
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorgegebene Bedingung aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus:
• der bestimmte Korrekturwert (105) ist kleiner als ein vorgegebener Schwellwert,
• der bestimmte Korrekturwert (105) wechselt mit einer vorgegebenen Häufigkeit sein Vorzeichen,
• ein Betrag einer Drehzahl der Synchronmaschine (255) ist größer als ein vorgegebener Schwellwert, und
• ein Betrag eines Drehmoments der Synchronmaschine (255) ist zeitlich stabil.
Vorrichtung zum Korrigieren eines Messwertes eines Drehwinkels (153) des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors einer Synchronmaschine (155) , wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
• einen ersten Signaleingang zum Empfangen eines
SensorSignals , wobei ein Wert des SensorSignals indikativ für einen Drehwinkel eines Rotors ist;
• eine Winkelerfassungseinheit (212), welche den
Drehwinkel des Rotors basierend auf dem Wert des SensorSignals bestimmt; und
• eine Korrektureinheit (601), welche den Wert des
SensorSignals um einen Korrekturwert (105) korrigiert, wobei der Korrekturwert (105) abhängig von dem
Drehwinkel des Rotors ist und wobei der Korrekturwert (105) in einer Korrekturtabelle (106) hinterlegt ist,
• dass ein Filter (107) vorgesehen ist, wobei das Filter (107) einen tatsächlichen Drehwinkelverlauf mit einem idealen Drehwinkelverlauf vergleicht;
• dass die Korrekturvorrichtung eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem
idealen Drehwinkel als Korrekturwert (105) in der Korrekturtabelle zu hinterlegen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Korrekturvorrichtung eingerichtet ist, den Korrekturwert (105) nur dann in der Korrekturtabelle (106) zu hinterlegen, falls vorgegebene Bedingungen vorliegen.
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