WO2015067593A1 - Method and device for operating a permanently excited synchronous machine - Google Patents

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WO2015067593A1
WO2015067593A1 PCT/EP2014/073675 EP2014073675W WO2015067593A1 WO 2015067593 A1 WO2015067593 A1 WO 2015067593A1 EP 2014073675 W EP2014073675 W EP 2014073675W WO 2015067593 A1 WO2015067593 A1 WO 2015067593A1
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WO
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value
current
magnetic field
torque
field weakening
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PCT/EP2014/073675
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German (de)
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Inventor
Peter Stauder
Tom Kaufmann
Sighard SCHRÄBLER
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a permanent-magnet synchronous machine in which a torque-forming current and a magnetic field weakening current are regulated in a rotor-fixed coordinate system. It also relates to a corresponding device.
  • Phasor diagram of the synchronous machine generates the induced voltage or the electromotive force (EMF)
  • the proportion of the magnetic field weakening current Id is determined via a regulator which uses as input the current amplitude of the terminal voltage, which results as the square root of the sum of the squares of the voltages Ud and Uq, ie as (Ud2 + Uq2) l / 2, and the available DC voltage or voltage is used.
  • a regulator operating in this manner is referred to as field weakening regulator and is known in the art.
  • the disadvantage of such a control of the synchronous machine is that with very fast, dynamic
  • the abovementioned object is achieved according to the invention in that, for a given torque request, an operating point of the synchronous machine is determined with an associated value of the torque-forming current in which the current weakening the magnetic field has the lowest possible value.
  • the invention is based on the consideration that a deposit of current quantities, in particular of Id and Iq, which are valid in a rotor-fixed coordinate system, in the form of characteristic curves or tables only insufficiently takes into account the current operating conditions. In order to cover as many operating conditions as possible, a large number of tables to be created in advance would be necessary, which is only rarely feasible in rare cases.
  • the value of the magnetic field weakening current is determined iteratively.
  • the value of the torque-forming current is determined iteratively. This allows in each case a gradual improvement of the determined solution. By choosing the maximum number of iterations, higher accuracy can be set at the expense of speed.
  • determined values for the torque-generating and the magnetic-field-weakening current are calculated as a resulting electrical power, with the aid of this power and the available battery voltage a required current is calculated, and wherein the value for the magnetic field weakening current is latched as a valid value when the required current is within predetermined limits.
  • internal mechanical power and copper losses are preferably taken into account.
  • the step size for the iterative determination of the magnet ⁇ field-weakening current depends advantageously from the difference between a minimum possible and a maximum possible value for the magnetic-field-weakening current.
  • the maximum number of iterations for the calculation of the magnetic field weakening current is preferably between 2 and 20, in particular at 10.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention with at least one software and / or hardware implemented module for performing a method according to one of the above claims.
  • the inventive apparatus is preferably used in a motor vehicle, where in particular in a brake ⁇ system, more preferably in a brake system of the 'brake-by-wire ". It can be used both in synchronous machines in linear actuators in an electro-mechanical Brake press a brake pad against a brake disc, as well as with linear actuators in integrated
  • Braking systems that move in a pressure supply device a plunger in a hydraulic pressure chamber, wherein active pressure can be built in at least one brake circuit.
  • the invention comprises a brake system for a motor vehicle with at least one electromechanical brake, which comprises a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a
  • the sole figure shows a structogram for a method for operating a permanent-magnet synchronous machine in a preferred embodiment.
  • a combination of the torque-forming current Iq and the magnetic-field-weakening current Id is iteratively searched to a predetermined desired torque or torque command Msoll corresponding to a lowest possible magnetic field ⁇ debilitating value of Id.
  • the method is preferably implemented as a computer program and runs on a motor ⁇ control unit or a control unit (ECU).
  • the method uses the following input parameters which characterize the electrical machine, and the concrete implementation of the driving Ver ⁇ :
  • Kt, inv, fak reciprocal of the temperature-dependent torque constant for the setpoint current calculation
  • Ibat, min minimum battery current (eg for feeding back into the electrical system, for example -20 A)
  • Ibat, max maximum battery current (at power consumption, eg 60 A)
  • Imax Inverter current limit in Arms (RMS current)
  • Brake Flag for increased copper losses in braking mode, which reduces the return power to the battery
  • the torque command Msoll is important for determining the operating point.
  • Id, hold 0: after completion of the iterations, this value is assigned the iteratively determined value for Id;
  • Ub Ubat * 0.40824829 * Ubat, fak: equals the maximum available voltage (in [volts]) multiplied by a utilization factor.
  • Ub Ubat / 2/3 * fmod, where fmod a Exploitation ⁇ or modification factor. Division by 3 is used to convert phase-to-phase voltage to phase, and division by 2 is used to convert to an RMS value.
  • the modulation factor takes into account that the available DC link voltage of z. B. 12 V by means of a
  • Pulse width modulation with a duty cycle of z. B. 5% to 95% can be applied to a motor phase. This corresponds to a degree of modulation of 90%.
  • the causes lie in the power electronics.
  • nid nid, max: number of iteration steps to determine Id
  • Uemk ws * Psim * p: corresponds to the induced voltage in Vrms; Vrms here corresponds to the effective value of the induced voltage in a motor phase with respect to the neutral point
  • Iq Iq, shall * 0.5: The value of Iq is set to half of the maximum value of Iq
  • breakiq 0: Flag if the iteration should be aborted via Iq
  • a first iteration loop is started via the current Iq, which is carried out as long as the conditions nlq> 0 and breakiq are equal to zero.
  • the current iteration number nlq is counted down by one.
  • an efficiency optimal value Id, minimum for Id calculated according to - (Iq2) * Id, minimal, fak.
  • a variable idvalid is set to zero, indicating whether a valid Id value was found. Furthermore, a flag breakid is set to zero, which indicates whether it should continue to iterate over the value of Id.
  • the value of Iq, step is now reduced to its half, and nid is set to nid, max.
  • a loop now begins over the values of Id, this loop being performed as long as the conditions nid> 0 and breakid are equal to zero.
  • the iteration counter nid is now counted down by one.
  • Increment Id step is reduced to half of its current value.
  • a decision 28 it is checked whether the square of the total current, Iges, is greater than Imax2. If this is the case, the current values of Iq and Id do not correspond to a valid solution. The method then branches to a block 32 in which the current value of Id is reduced by the value Id, step.
  • Urd Id * Rs: Voltage drop at the resistor in d-axis
  • Urq Iq * Rs: Voltage drop at the resistor in q-axis
  • the gradient degree formed in this way indicates the change of the necessary phase voltage. If, for example, the gradient is positive, this means that an increase in the magnitude of the current Id (eg from 60 A to 65 A) produces a reduction of the necessary voltage.
  • the flags simvalid and idvalid are set to the value 1 there, and Id, min is assigned the current value of Id. This value corresponds to the currently best solution for the current Id.
  • the method is continued in a decision 58. There, the simultaneous existence of the conditions Brake is equal to 1, ws * Msoll ⁇ 0, and Ibat, test ⁇ Ibat, min, limit checked. If all three conditions are present, the method branches to a block 62 in which the current value of Id is increased by the value Id, Step. In a subsequent decision 66 it is checked whether the value of Id is smaller than the value of -Imax. If this is the case, in a block 70 the value of Id is set to the value of -Imax. If the three above-mentioned conditions are not present, the method branches to a block 74, in which Id is reduced by the value of Id, Step.
  • a decision 86 it is checked whether the flag idvalid has the value 1. If this is not the case, no valid value for Id was found in the current iteration. The method in this case branches to a block 90 in which the value of Iq is reduced by the value of Iq, step. In a subsequent decision 94 it is checked whether the sign of the product of Iq and Iq, step is negative. If this is the case, breakiq is set to the value one in a block 98.
  • the About ⁇ test in decision 102 can for example be performed such that the above three conditions are linked with a logical OR and any resulting expression is evaluated to determine whether he - in the boolean sense - "true” or "false". If the evaluation of the expression "true" results, the value of Iq is reduced by the value Iq, step in a block 106. Otherwise, in a block 110, the value of Iq is increased by the value Iq, step Decision 114 checks whether abs (Iq)> abs (Iq, soll), ie whether the value of Iq is greater than its setpoint If this is the case, breakiq is set to the value one in a block 120.
  • breakiq is set to the value one in a block 128.
  • the process steps performed in a final block 134 are performed after the two iterations over Iq and Id. The iterations were either terminated because the maximum number of iterations was reached, or because the breakiq or breakid flags were set to one, which is a non-zero value.
  • the currents Iq, Id can now be used in the motor drive to set the desired optimized operating point of the motor.
  • the described method is advantageously carried out whenever a new request for a desired torque occurs.
  • Id, minimum is not calculated to calculate Id, Step, and Id. Rather, Id, Step are assigned the value -Imax and Id the value Id, Step * 0.5.
  • the mechanical power Pmech in block 48 is now calculated according to

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Abstract

The invention relates to a method for operating a permanently excited synchronous machine, wherein a torque-generating current (Iq) and a magnetic field-weakening current (Id) are regulated in a rotor-fixed coordinate system. The aim of the invention is to allow an accurate and precise regulation even in the event of quick and dynamic processes. This is achieved in that in response to a specified desired torque, a synchronous machine operating point in which the magnetic field-weakening current (Id) has the lowest possible value is determined with a corresponding value of the torque-generating current (Iq).

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer permanentangeregten Synchronmaschine Method and device for operating a permanently excited synchronous machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, bei dem in einem rotorfesten Koordinatensystem ein drehmomentbildender Strom und ein magnetfeldschwächender Strom geregelt werden. Sie betrifft wei- terhin eine entsprechende Vorrichtung. The invention relates to a method for operating a permanent-magnet synchronous machine in which a torque-forming current and a magnetic field weakening current are regulated in a rotor-fixed coordinate system. It also relates to a corresponding device.
Eine permanenterregte Synchronmaschine (PMSM) kann zur Erhöhung des erzielten Drehmomentes und damit auch zur Erhöhung der erzielten Leistung im Feldschwächebereich betrieben werden. Die Notwendigkeit dafür ergibt sich daraus, dass mit steigender Drehzahl in den Phasenwicklungen eine immer größere Gegenspannung induziert wird, so dass die mit der vorgegebenen Versorgungsspannung erreichbare Drehzahl begrenzt ist. Die Beschreibung der Ströme in den Phasenwicklungen des Stators erfolgt dabei gewöhnlich in einem rotorfesten, d. h. mit dem Rotor sich mitdrehenden Koordinatensystem mit Hilfe eines drehmomenterzeugenden Stromes Iq und eines magnetfelderzeugenden bzw. magnetfeldschwächenden Stromes Id. Durch die Feldschwächung, die der Bedingung Id < 0 entspricht, wird eine Komponente imA permanent magnet synchronous machine (PMSM) can be used to increase the torque achieved and thus also to increase the power achieved in the field weakening range. The need for this arises from the fact that with increasing speed in the phase windings an ever greater counter voltage is induced, so that the achievable with the predetermined supply voltage speed is limited. The description of the currents in the phase windings of the stator is usually carried out in a rotorfesten, d. H. With the rotor co-rotating coordinate system by means of a torque-generating current Iq and a magnetic field generating or magnetic field weakening current Id. Due to the field weakening, which corresponds to the condition Id <0, a component in
Zeigerdiagramm der Synchronmaschine erzeugt, die der induzierten Spannung bzw. der elektromotorischen Kraft (EMK) Phasor diagram of the synchronous machine generates the induced voltage or the electromotive force (EMF)
entgegengerichtet ist und damit die Klemmenspannung reduziert. Üblicherweise wird der Anteil des magnetfeldschwächenden Stromes Id über einen Regler bestimmt, der als Eingangsgröße die aktuelle Amplitude der Klemmenspannung, die sich als Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Spannungen Ud und Uq ergibt, also als (Ud2 + Uq2)l/2, und die verfügbare Gleichspannung bzw. DC-Spannung benutzt. Ein Regler, der auf diese Weise arbeitet, wird als Feldschwächregler bezeichnet und ist aus dem Stand der Technik bekannt. Nachteilig bei einer derartigen Regelung der Syn- chronmaschine ist, dass bei sehr schnellen, dynamischen is opposite and thus reduces the terminal voltage. Usually, the proportion of the magnetic field weakening current Id is determined via a regulator which uses as input the current amplitude of the terminal voltage, which results as the square root of the sum of the squares of the voltages Ud and Uq, ie as (Ud2 + Uq2) l / 2, and the available DC voltage or voltage is used. A regulator operating in this manner is referred to as field weakening regulator and is known in the art. The disadvantage of such a control of the synchronous machine is that with very fast, dynamic
Drehzahländerungen nur eine unzureichende Performance erzielt wird, insbesondere bei trägheitsarmen Systemen.  Speed changes only insufficient performance is achieved, especially in low-inertia systems.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, die Regelung der Synchronmaschine mit Hilfe von Kennfeldern durchzuführen, wodurch ein sehr dynamisches Steuern des Feldschwächstroms Id ermöglicht wird. Nachteilig hierbei ist, dass die Parameter des Motors und des Umrichters aufgrund von Temperatureinflüssen (Magnetfluss , Widerstand) und dem Zustand des Bordnetzes (Spannung, erlaubter Strombezug und -rückspeisung) variieren und daher entweder eine Vielzahl von Kennfeldtabellen erforderlich wird oder entsprechende Abweichungen toleriert werden müssen, worunter die Genauigkeit einer derartigen Regelung leidet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine bereitzustellen, welches eine genaue und präzise Regelung auch bei schnellen und dynamischen Vorgängen erlaubt. Weiterhin soll eine entsprechende Vorrichtung angegeben werden. From the prior art is also known to perform the control of the synchronous machine by means of maps, whereby a very dynamic control of the field weakening current Id is made possible. The disadvantage here is that the parameters of the motor and the inverter due to temperature influences (magnetic flux, resistance) and the state of the electrical system (voltage, allow power reference and feedback) vary and therefore either a variety of maps tables is required or corresponding deviations must be tolerated , by which the accuracy of such a control suffers. The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a synchronous machine, which allows accurate and precise control even with fast and dynamic operations. Furthermore, a corresponding device should be specified.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zu einem vorgegebenen Drehmomentwunsch ein Betriebspunkt der Synchronmaschine mit einem zugehörigen Wert des drehmomentbildenden Stromes bestimmt wird, in dem der magnetfeldschwächende Strom einen möglichst geringen Wert hat. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . With regard to the method, the abovementioned object is achieved according to the invention in that, for a given torque request, an operating point of the synchronous machine is determined with an associated value of the torque-forming current in which the current weakening the magnetic field has the lowest possible value. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Hinterlegung von Stromgrößen, insbesondere von Id und Iq, die in einem rotorfesten Koordinatensystem gelten, in Form von Kennlinien bzw. Tabellen nur in ungenügendem Maße den aktuellen Betriebsbedingungen Rechnung trägt. Um möglichst viele vorkommende Betriebszustände zu umfassen, wäre eine Vielzahl von im Vorhinein zu erstellenden Tabellen notwendig, was nur in seltenen Fällen praktisch umsetzbar ist. The invention is based on the consideration that a deposit of current quantities, in particular of Id and Iq, which are valid in a rotor-fixed coordinate system, in the form of characteristic curves or tables only insufficiently takes into account the current operating conditions. In order to cover as many operating conditions as possible, a large number of tables to be created in advance would be necessary, which is only rarely feasible in rare cases.
Wie nunmehr erkannt wurde, erlauben moderne Motorsteuergeräte bzw. Steuer- und Regeleinheiten (ECU) eine der konkreten be- trieblichen und fahrdynamischen Situation angepasste Bestimmung des zu einem Drehmomentwunsch optimierten Betriebspunkts. Diese Bestimmung kann durch die Ausführung eines numerischen Verfahrens erfolgen, bei dem, insbesondere iterativ, Werte von Iq und Id bestimmt werden, die sich zur Realisierung des Dreh- momentwunsches besonders eignen. As has now been recognized, modern engine control units or control and regulating units (ECU) allow a determination of the operating point optimized for a torque request, adapted to the specific operational and dynamic driving situation. This determination can be made by the execution of a numerical method in which, in particular iteratively, values of Iq and Id are determined which are particularly suitable for realizing the desired torque.
Vorteilhafterweise wird der Wert des magnetfeldschwächenden Stromes iterativ bestimmt. Bevorzugt wird auch der Wert des drehmomentbildenden Stromes iterativ bestimmt. Dies erlaubt jeweils eine schrittweise Verbesserung der ermittelten Lösung. Durch die Wahl der maximalen Anzahl von Iterationen kann eine höhere Genauigkeit auf Kosten der Geschwindigkeit eingestellt werden . In einer bevorzugten Ausführungsform wird zu ermittelten Werten für den drehmomenterzeugenden und den magnetfeldschwächenden Strom eine resultierende elektrische Leistung berechnet, wobei mit Hilfe dieser Leistung und der verfügbaren Batteriespannung ein erforderlicher Strom berechnet wird, und wobei der Wert für den magnetfeldschwächenden Strom als gültiger Wert zwischengespeichert wird, wenn der erforderliche Strom innerhalb vorgegebener Grenzen liegt. Bei der Berechnung der elektrischen Leistung werden bevorzugt eine innere mechanische Leistung und Kupferverluste berücksichtigt. Advantageously, the value of the magnetic field weakening current is determined iteratively. Preferably, the value of the torque-forming current is determined iteratively. This allows in each case a gradual improvement of the determined solution. By choosing the maximum number of iterations, higher accuracy can be set at the expense of speed. In a preferred embodiment, determined values for the torque-generating and the magnetic-field-weakening current are calculated as a resulting electrical power, with the aid of this power and the available battery voltage a required current is calculated, and wherein the value for the magnetic field weakening current is latched as a valid value when the required current is within predetermined limits. When calculating the electrical power, internal mechanical power and copper losses are preferably taken into account.
Bei der Berechnung der inneren mechanischen Leistung und einem inneren Drehmoment wird - sofern vorhanden - bevorzugt die Reluktanz der Maschine berücksichtigt. When calculating the internal mechanical power and an internal torque, preference is given to the reluctance of the machine, if present.
Wenn ein gefundener Wert für den magnetfeldschwächenden Strom zu einer Überschreitung der verfügbaren Batteriespannung führen würde, wird vorteilhafterweise ein Gradient von der Veränderung der notwendigen Phasenspannung gebildet, wobei in dem Fall, dass der Gradient größer Null ist, der Wert des magnetfeldschwächenden Stromes in der nächsten Iteration vermindert, andernfalls erhöht wird . Die Schrittweite für die iterative Bestimmung des magnet¬ feldschwächenden Stromes hängt vorteilhafterweise ab von der Differenz zwischen einem minimal möglichen und einem maximal möglichen Wert für den magnetfeldschwächenden Strom. Die maximale Anzahl von Iterationen für die Berechnung des magnetfeldschwächenden Stromes liegt bevorzugt zwischen 2 und 20, insbesondere bei 10. If a found value for the magnetic field weakening current would result in exceeding the available battery voltage, a gradient of the change in the necessary phase voltage is advantageously formed, in which case the gradient is greater than zero the value of the magnetic field weakening current in the next iteration diminished, otherwise increased. The step size for the iterative determination of the magnet ¬ field-weakening current depends advantageously from the difference between a minimum possible and a maximum possible value for the magnetic-field-weakening current. The maximum number of iterations for the calculation of the magnetic field weakening current is preferably between 2 and 20, in particular at 10.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit wenigstens einem Software- und/oder hardwaremäßig implementierten Modul zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der oben genannten Ansprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, dort insbesondere in einem Brems¬ system, besonders bevorzugt in einem Bremssystem mit der Betriebsart„Brake-by-Wire" . Sie kann sowohl bei Synchronmaschinen in Linearaktuatoren eingesetzt werden, die in einer elektro- mechanischen Bremse einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe drücken, als auch bei Linearaktuatoren in integrierten With regard to the device, the above-mentioned object is achieved according to the invention with at least one software and / or hardware implemented module for performing a method according to one of the above claims. The inventive apparatus is preferably used in a motor vehicle, where in particular in a brake ¬ system, more preferably in a brake system of the 'brake-by-wire ". It can be used both in synchronous machines in linear actuators in an electro-mechanical Brake press a brake pad against a brake disc, as well as with linear actuators in integrated
Bremssystemen, die in einer Druckbereitstellungseinrichtung einen Plungerkolben in einem hydraulischen Druckraum verfahren, wobei aktiv Druck in wenigstens einem Bremskreis aufgebaut werden kann . Braking systems that move in a pressure supply device a plunger in a hydraulic pressure chamber, wherein active pressure can be built in at least one brake circuit.
So umfasst die Erfindung ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektromechanischen Bremse, welche einen Linearaktuator, insbesondere umfassend einen Elektromotor und ein nachgeschaltetes Rotations-Translationsgetriebe, bevorzugt einen Kugelgewindetrieb, und eine oben beschriebene Vorrichtung umfasst. Sie umfasst weiterhin ein Bremssystem für ein Thus, the invention comprises a brake system for a motor vehicle with at least one electromechanical brake, which comprises a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream rotational-translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. It also includes a braking system for a
Kraftfahrzeug mit einer hydraulischen Druckbereitstellungs- einrichtung mit einem Linearaktuator, insbesondere umfassend einen Elektromotor und ein nachgeschaltetes Rotati¬ ons-Translationsgetriebe, bevorzugt einen Kugelgewindetrieb, und einer oben beschriebenen Vorrichtung. Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch eine numerische bzw. rechnerische Bestimmung des optimierten Betriebspunktes des Motors eine schnelle und gleichzeitig flexibel an die aktuellen Betriebsbedingungen anpassbare An- steuerung und Regelung des Motors ermöglicht wird. Durch eine iterative Bestimmung des magnetfeldschwächenden Stromes kann der optimierte und mit den anderen Parametern möglichst kleinste verträgliche Wert ermittelt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Motor vehicle with a hydraulic Druckbereitstellungs- device with a linear actuator, in particular comprising an electric motor and a downstream Rotati ¬ ons translation gear, preferably a ball screw, and a device described above. The advantages of the invention are in particular that a fast and at the same time flexibly adaptable to the current operating conditions control and regulation of the engine is made possible by a numerical or mathematical determination of the optimized operating point of the engine. By an iterative determination of the magnetic field weakening current, the optimized and, with the other parameters, the smallest possible compatible value can be determined. An embodiment of the invention will be described with reference to a
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur ein Struktogramm für ein Verfahren zum Betrieben einer permanenterregten Synchronmaschine in einer bevorzugten Ausführungsform. Dabei wird zu einem vorgegebenen Wunschdrehmoment bzw. Drehmomentwunsch Msoll eine Kombination des drehmomentbildenden Stromes Iq und des magnetfeldschwächenden Stromes Id iterativ gesucht, die einem möglichst geringen magnetfeld¬ schwächenden Wert von Id entspricht . Das Verfahren wird bevorzugt als Computerprogram implementiert und läuft auf einem Motor¬ steuergerät bzw. einer Steuer- und Regeleinheit (ECU) ab. Drawing explained in more detail. Therein, the sole figure shows a structogram for a method for operating a permanent-magnet synchronous machine in a preferred embodiment. A combination of the torque-forming current Iq and the magnetic-field-weakening current Id is iteratively searched to a predetermined desired torque or torque command Msoll corresponding to a lowest possible magnetic field ¬ debilitating value of Id. The method is preferably implemented as a computer program and runs on a motor ¬ control unit or a control unit (ECU).
Zunächst wird anhand der Figur ein Verfahren für Motoren mit Reluktanzmoment in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Danach werden anhand der Figur die Änderungen besprochen die sich für das Verfahren ergeben, wenn es für Motoren ohne Reluktanzmoment durchgeführt wird. Die Bezugszeichen, die Verfahrensschritte bzw. Entscheidungen und Blöcke kennzeichnen, sind in die jeweiligen Felder im Struktogramm eingetragen. First, a method for reluctance torque motors in a preferred embodiment will be described with reference to the figure. Then, with reference to the figure, the changes that result for the method when performed for motors without reluctance torque will be discussed. The reference numbers, which characterize method steps or decisions and blocks, are entered in the respective fields in the structogram.
Das Verfahren verwendet folgende Eingangsparameter, welche die elektrische Maschine und die konkrete Durchführung des Ver¬ fahrens charakterisieren: The method uses the following input parameters which characterize the electrical machine, and the concrete implementation of the driving Ver ¬:
Psim : temperaturabhängiger Hauptfluss der elektrischen Maschine für Phase als Effektivwert Psim: temperature-dependent main flow of the electric machine for phase as RMS value
Kt, inv, fak : Kehrwert der temperaturabhängigen Drehmoment-konstante für die Sollstromberechnung  Kt, inv, fak: reciprocal of the temperature-dependent torque constant for the setpoint current calculation
Ld Induktivität in D-Achse  Ld inductance in D-axis
Lq Induktivität in Q-Achse Lq inductance in Q-axis
P Polpaarzahl P pole pair number
Ubat Gleichspannung bzw. DC-Spannung der Batterie des  Ubat DC voltage or DC voltage of the battery
Bordnetzes Ns : Drehzahl board network Ns: speed
Ibat, min : minimaler Batteriestrom (z. B. für die Rückspeisung ins Bordnetz, beispielsweise -20 A)  Ibat, min: minimum battery current (eg for feeding back into the electrical system, for example -20 A)
Ibat, max : maximaler Batteriestrom (bei Bezug von Leistung, z. B. 60 A)  Ibat, max: maximum battery current (at power consumption, eg 60 A)
Imax : Umrichterstromgrenze in Arms (Effektivstrom)  Imax: Inverter current limit in Arms (RMS current)
Id, minimal, fak : Faktor zur Bestimmung des minimalen Stromes Id zur Ausnutzung des Reluktanzmomentes Id, minimal, fak: factor for determining the minimum current Id for utilization of the reluctance torque
Ubat, fak : maximaler Modulationsgrad (max. Uac/Udc, z. B. 95 %) nid, max : maximale Anzahl der Iterationen für Id Ubat, fak: maximum degree of modulation (max Uac / Udc, eg 95%) nid, max: maximum number of iterations for Id
niq, max : maximale Anzahl der Iterationen für Iq niq, max: maximum number of iterations for Iq
Rs : Widerstand für die Motorphase, inklusive des Anteils der ECU Rs: resistance for the engine phase, including the share of the ECU
bremse : Flag für erhöhte Kupferverluste im Bremsbetrieb, wodurch die Rückspeisung in die Batterie reduziert wird Brake: Flag for increased copper losses in braking mode, which reduces the return power to the battery
Dies sind Eingangsgrößen für das Verfahren, von denen einige an die konkrete fahrdynamische und/oder reglerspezifische Situ¬ ation angepasst werden können. So können beispielsweise Ubat, Ibat, min, Ibat, max und Imax vor Durchführung des Verfahrens an die aktuellen Bordnetzverhältnisse angepasst werden. Durch die Einstellung der Anzahl der maximalen Iterationen kann die Genauigkeit der Bestimmung von Id und Iq eingestellt werden. Der Faktor Id, minimal, fak wird zu Beginn des Verfahrens folgen-dermaßen berechnet: zunächst wird eine Größe D gebildet gemäß (Ld-Lq) * Imax. Ist D < 0, werden zwei Hilfsgrößen H und G gebildet gemäß These are inputs to the process, some of which can be adapted to the specific dynamic driving and / or controllers specific situ ¬ ation. Thus, for example, Ubat, Ibat, min, Ibat, max and Imax can be adapted to the current vehicle electrical system conditions before carrying out the method. By setting the number of maximum iterations, the accuracy of determining Id and Iq can be set. The factor Id, minimum, fak is calculated at the beginning of the procedure as follows: first, a quantity D is formed according to (Ld-Lq) * Imax. If D <0, two auxiliary quantities H and G are formed according to
H = Psim/D H = Psim / D
G = -asin (1/4* (- (H2+8) 1/2-H) ) G = -asin (1/4 * (- (H2 + 8) 1/2-H))
Diese Rechnung muss nicht notwendigerweise als Teil des Ver¬ fahrens bzw. in der Reglerloop ausgeführt werden, wenn die Induktivitäten Ld und Lq hinreichend stabil sind. Ändern sich diese maßgeblich und sind sie mittels eines Modells in Ab¬ hängigkeit der Ströme Id und Iq (aktuelle Werte aus der letzten Loop) berechenbar, sollte diese Berechnung zyklisch durchgeführt 5 werden. This invoice must not necessarily be carried out as part of the United ¬ proceedings or in the Reglerloop when the Inductances Ld and Lq are sufficiently stable. They change significantly and they are by means of a model in Ab ¬ dependence of the currents Id and Iq (actual values from the last loop) calculated, this calculation should be carried out for 5 cycles.
Ist D >= 0, wird der Wert von G auf null gesetzt, d. h. es gibt kein Reluktanzmoment bei negativen Werten von Id. Schon bei niedrigen Drehzahlen sollte demnach kein negativer Strom Id 10 eingeprägt werden um ein erhöhtes Drehmoment zu erhalten. If D> = 0, the value of G is set to zero, i. H. There is no Reluktanzmoment at negative values of Id. Even at low speeds, therefore, no negative current Id 10 should be impressed in order to obtain an increased torque.
Dieser Fall ergibt sich beispielsweise bei Oberflächenmagneten (Ld = Lq) oder bei Maschinen mit„Schenkelpolverhalten" (Ld > Lq) .  This case arises for example with surface magnets (Ld = Lq) or with machines with "salient pole behavior" (Ld> Lq).
Für Iq, max ergibt sich dann Imax * cos (G) . Der Faktor Id, 15 minimal, fak ergibt sich dann zu For Iq, max we get Imax * cos (G). The factor Id, 15 minimal, fak then results in
Id, minimal, fak = Imax * sin(G)/Iq, max2.  Id, minimal, fak = Imax * sin (G) / Iq, max2.
Weiterhin ist für die Bestimmung des Betriebspunktes der Drehmomentwunsch Msoll wichtig. Furthermore, the torque command Msoll is important for determining the operating point.
20  20
IInn eeiinneemm eerrsstteenn BBlloocckk 22 wwiirrdd ddeerr SSoollllssttrroommwweerrtt vvoonn IIqq aauuss ddeemm DDrreehhmmoommeennttwwuunnsscchh bbeerreecchhnneett ggeemmääßß IIqq,, ssoollll == MMssoollll ** KKtt,, iinnvv,, ffaakk.. IInn eeiinneerr EEnnttsscchheeiidduunngg 66 wwiirrdd ddaannnn üübbeerrpprrüüfftt,, oobb ddeerr ssoo eerrmmiitttteellttee WWeerrtt ffüürr IIqq ggrröößßeerr iisstt aallss ddeerr nneeggaattiivvee WWeerrtt vvoonn IImmaaxx.. IIsstt ddiieess 2255 ddeerr FFaallll,, wwiirrdd ddeerr WWeerrtt vvoonn IIqq,, ssoollll iinn eeiinneemm BBlloocckk 88 aauuff ddeenn WWeerrtt vvoonn IImmaaxx ggeesseettzztt.. AAnnddeerrnnffaallllss wwiirrdd IIqq,, ssoollll iinn eeiinneemm BBlloocckk 1122 aauuff ddeenn WWeerrtt vvoonn --IImmaaxx ggeesseettzztt ((iinn eeiinneerr EEnnttsscchheeiidduunngg 1100 wwiirrdd ddaabbeeii üübbeerrpprrüüfftt oobb IIqq,, ssoollll <<== --IImmaaxx ggiilltt)) ..  IINN eeiinneemm eerrsstteenn BBlloocckk 22 wwiirrdd ooff ooff SSoollllssttrroommwweerrtt IIqq ffrroomm ddeemm DDrreehhmmoommeennttwwuunnsscchh bbeerreecchhnneett ggeemmääßß IIqq ,, ssoollll == MMssoollll ** KKTT ,, ,, iinnvv ffaakk .. IINN eeiinneerr EEnnttsscchheeiidduunngg 66 wwiirrdd ddaannnn üübbeerrpprrüüfftt ,, tthhee oobb ssoo eerrmmiitttteellttee WWeerrtt ddeeffeecctt IIqq ggrröößßeerr iisstt aallss ooff ooff nneeggaattiivvee WWeerrtt IImmaaxx .. IIsstt ddiieess 2255 tthhee FFaallll ,, wwiirrdd ooff ooff WWeerrtt IIqq ,, ssoollll iinn eeiinneemm BBlloocckk 88 aauuff ddeenn WWeerrtt ooff IImmaaxx ggeesseettzztt .. AAnnddeerrnnffaallllss wwiirrdd IIqq ,, ssoollll iinn eeiinneemm BBlloocckk 1122 aauuff ddeenn WWeerrtt ooff - llmmaxx ggeesseettzztt ((Iinn eeiinneerr E'nntsundschedinigduunngg 1100 wwiirrdd ddaabbeeii üübbeerrprprüüfftt oobb IIqq ,, ssoollll << == --IImmaaxx ggiilltt)).
3300 IInn eeiinneemm BBlloocckk 1166 wweerrddeenn nnuunn eeiinniiggee ffüürr ddiiee ffoollggeennddeenn IItteerraattiioonneenn nnoottwweennddiiggee GGrröößßeenn * Id, min = 0 : in dieser Größe wird während der iterativen Bestimmung von Id der bisher niedrigste Wert von Id an dem korrespondierenden Betriebspunkt des Motors festgehalten; 3300 IInn eeiinneemm BBlloocckk 1166 wweerrddeenn nnuunn eeiinniiggee ffüürr ddiiee ffoollggeennddeenn IItteerraattiioonneenn nnoottwweennddiiggee GGrröossßeenn * Id, min = 0: during this iteration of Id, the lowest value of Id to date is recorded at the corresponding operating point of the motor;
Id, hold = 0 : dieser Größe wird nach Abschluss der Itera- tionen der iterativ ermittelte Wert für Id zugewiesen; Id, hold = 0: after completion of the iterations, this value is assigned the iteratively determined value for Id;
Iq, hold : dieser Größe wird nach Abschluss der Iterationen der iterativ ermittelte Wert für Iq zugewiesen;  Iq, hold: after the iterations have been completed, this value is assigned the iteratively determined value for Iq;
Ub = Ubat * 0.40824829 * Ubat, fak : entspricht der maximal verfügbaren Spannung (in [Volt] ) , multipliziert mit einem Ausnutzungsfaktor.  Ub = Ubat * 0.40824829 * Ubat, fak: equals the maximum available voltage (in [volts]) multiplied by a utilization factor.
Hierbei gilt Ub = Ubat / 2 / 3 * fmod, wobei fmod ein Ausnutzungs¬ bzw. Modifizierungsfaktor ist. Die Division durch 3 dient der Umrechnung für Außenleitspannung zu Phase, und die Division durch 2 dient der Umrechnung in einen Effektivwert . Here, Ub applies = Ubat / 2/3 * fmod, where fmod a Exploitation ¬ or modification factor. Division by 3 is used to convert phase-to-phase voltage to phase, and division by 2 is used to convert to an RMS value.
Der Modulationsfaktor berücksichtigt, dass die zur Verfügung stehende Zwischenkreisspannung von z. B. 12 V mittels einerThe modulation factor takes into account that the available DC link voltage of z. B. 12 V by means of a
Pulsweitenmodulation (PWM) mit einem Tastverhältnis von z. B. 5 % bis 95 % an eine Motorphase angelegt werden kann. Dies entspricht dann einem Modulationsgrad von 90 %. Die Ursachen dafür liegen in der Leistungselektronik. Pulse width modulation (PWM) with a duty cycle of z. B. 5% to 95% can be applied to a motor phase. This corresponds to a degree of modulation of 90%. The causes lie in the power electronics.
Das heißt, die maximal an eine Motorphase anlegbare Spannung in Effektivspannung gemessen entspricht dem Wert von Ub . Wenn die Spannung größer als Ub werden soll, kann der Wert von Ubat nicht verwendet werden bzw. das Verfahren funktioniert nicht mehr, da der Spitzenwert der Außenleiterspannung dann größer ist als Ubat. Nur unterhalb von Ub können also noch sinusförmige Spannungen erzeugt werden. Weitere zu initialisierende Werte sind: This means that the maximum voltage that can be applied to a motor phase measured in rms voltage corresponds to the value of Ub. If the voltage is to be greater than Ub, the value of Ubat can not be used or the process does not work anymore, since the peak value of the outer conductor voltage is then greater than Ubat. Only below Ub can sinusoidal voltages be generated. Other values to initialize are:
Ubat, inv = 1 / Ubat : inverser Wert der BatteriespannungUbat, inv = 1 / Ubat: inverse value of the battery voltage
Ubat Ubat
Ubat2 = Ub2 : Länge des maximal erlaubten Spannungszeigers ws = ns * 0.10471976 : Drehzahl in der Einheit [rad/s], mit einem Umrechnungsfaktor von U/min auf rad/s nlq = niq, max : Anzahl der Iterationsschritte zur Bestimmung von Iq Ubat2 = Ub2: length of the maximum allowed voltage vector ws = ns * 0.10471976: speed in the unit [rad / s], with a conversion factor from rpm to rad / s nlq = niq, max: number of iteration steps to determine Iq
nid = nid, max : Anzahl der Iterationsschritte zur Bestimmung von Id nid = nid, max: number of iteration steps to determine Id
Uemk = ws * Psim * p : entspricht der induzierten Spannung in Vrms; Vrms entspricht hierbei dem Effektivwert der induzierten Spannung in einer Motorphase bezogen auf den Sternpunkt  Uemk = ws * Psim * p: corresponds to the induced voltage in Vrms; Vrms here corresponds to the effective value of the induced voltage in a motor phase with respect to the neutral point
Iq = Iq, soll * 0.5 : Der Wert von Iq wird auf die Hälfte des Maximalwertes von Iq gesetzt Iq = Iq, shall * 0.5: The value of Iq is set to half of the maximum value of Iq
Iq, step = 2 * Iq : dies entspricht der Sprungweite für die Iteration von Iq  Iq, step = 2 * Iq: this corresponds to the jump distance for the iteration of Iq
Imax2 = Imax2 : die Stromgrenze des Umrichters im Quadrat; dies entspricht der Länge es maximal möglichen Stromzeigers simvalid = 0 : Flag, ob die Simulation bzw . ihr Ergebnis gültig ist  Imax2 = Imax2: the current limit of the inverter in square; this corresponds to the length of the maximum possible current vector simvalid = 0: flag, whether the simulation resp. their result is valid
breakiq = 0 : Flag ob die Iteration über Iq abgebrochen werden soll breakiq = 0: Flag if the iteration should be aborted via Iq
Ibat, min, grenze = Ibat, min + 0.01  Ibat, min, limit = Ibat, min + 0.01
In einem Bock 20 wird eine erste Iterationsschleife über den Strom Iq gestartet, die solange durchgeführt wird, wie die Bedingungen nlq > 0 und breakiq gleich Null gelten. Zunächst wird die aktuelle Iterationszahl nlq um eins heruntergezählt. Zu einem gegebenen Wert von Iq wird ein wirkungsgradoptimaler Wert Id, minimal für Id berechnet gemäß -(Iq2) * Id, minimal, fak. Eine Sprungweite Id, step für die Iteration über den Wert von Id wird bestimmt gemäß Id, step = (Id, max - Id, minimal) . Der Anfangswert für Id wird nun in die Mitte zwischen den Werten Id, minimal und Id, max gesetzt gemäß Id = Id, minimal + Id, step * 0.5. Eine Variable idvalid wird auf Null gesetzt, sie gibt an, ob ein gültiger Wert für Id gefunden wurde. Weiterhin wird ein Flag breakid auf Null gesetzt, welches angibt, ob weiterhin über den Wert von Id iteriert werden soll. Der Wert von Iq, step wird nun auf seine Hälfte reduziert, und nid wird auf nid, max gesetzt. In a block 20, a first iteration loop is started via the current Iq, which is carried out as long as the conditions nlq> 0 and breakiq are equal to zero. First, the current iteration number nlq is counted down by one. For a given value of Iq, an efficiency optimal value Id, minimum for Id calculated according to - (Iq2) * Id, minimal, fak. A jump distance Id, step for the iteration over the value of Id is determined according to Id, step = (Id, max - Id, minimal). The initial value for Id is now placed in the middle between the values Id, minimum and Id, max according to Id = Id, minimum + Id, step * 0.5. A variable idvalid is set to zero, indicating whether a valid Id value was found. Furthermore, a flag breakid is set to zero, which indicates whether it should continue to iterate over the value of Id. The value of Iq, step is now reduced to its half, and nid is set to nid, max.
In einem Block 24 beginnt nun eine Schleife über die Werte von Id, wobei diese Schleife solange durchgeführt wird, wie die Bedingungen nid > 0 und breakid gleich Null gelten. Der Ite- rationszähler nid wird nun um eins heruntergezählt. Die In a block 24, a loop now begins over the values of Id, this loop being performed as long as the conditions nid> 0 and breakid are equal to zero. The iteration counter nid is now counted down by one. The
Schrittweite Id, step wird auf die Hälfte ihres aktuellen Wertes reduziert. Zudem wird ein quadrierter Gesamtstrom Iges im rotorfesten Koordinatensystem (q,d) berechnet gemäß Iges = Id2+Iq2.  Increment Id, step is reduced to half of its current value. In addition, a squared total current Iges in the rotor-fixed coordinate system (q, d) is calculated according to Iges = Id2 + Iq2.
In einer Entscheidung 28 wird überprüft, ob das Quadrat des Gesamtstromes, Iges, größer ist als Imax2. Ist dies der Fall, korrespondieren die aktuellen Werte von Iq und Id nicht zu einer validen Lösung. Das Verfahren verzweigt dann zu einem Block 32, in dem der aktuelle Wert von Id um den Wert Id, step vermindert wird . In a decision 28 it is checked whether the square of the total current, Iges, is greater than Imax2. If this is the case, the current values of Iq and Id do not correspond to a valid solution. The method then branches to a block 32 in which the current value of Id is reduced by the value Id, step.
Gilt andererseits Iges <= Imax2, so verzweigt das Verfahren in einem Block 36, in dem verschiedene, in der Synchronmaschine auftretende Spannungen berechnet werden: On the other hand, if Iges <= Imax2, then the method branches in a block 36 in which various voltages occurring in the synchronous machine are calculated:
Urd = Id * Rs : Spannungsabfall am Widerstand in d-Achse Urq = Iq * Rs : Spannungsabfall am Widerstand in q-Achse Urd = Id * Rs: Voltage drop at the resistor in d-axis Urq = Iq * Rs: Voltage drop at the resistor in q-axis
Uld = ws * Lq * Iq * p : Spannungsabfall an der  Uld = ws * Lq * Iq * p: Voltage drop at the
q-Induktivität der d-Achse q-inductance of the d-axis
Ulq = ws * Ld * Id * p : Spannungsabfall an der Ulq = ws * Ld * Id * p: voltage drop at the
d-Induktivität der q-Achse d-inductance of the q-axis
Uq = Uemk + Urq + Ulq : Summe der Spannungszeiger in der q-Achse  Uq = Uemk + Urq + Ulq: Sum of the voltage vectors in the q-axis
Ud = Urd - Uld : Summe der Spannungszeiger in der d-Achse  Ud = Urd - Uld: Sum of the voltage vectors in the d-axis
Uges2 = Ud2 + Uq2 : (quadrierte) Länge des Ge¬ samtspannungszeigers Uges2 = + Ud2 Uq2: (squared) length of the Ge ¬ samtspannungszeigers
In einer Entscheidung 40 wird nun überprüft, ob die quadrierte Länge des Gesamtspannungszeigers Uges2 größer ist als das Quadrat der Batteriespannung Ubat2. Ist dies der Fall, liegt kein gültiger Wert für Id vor, da die Batteriespannung die maximal verfügbare Spannung darstellt. In diesem Fall verzweigt das Verfahren zu einem Block 44, in dem ein Gradient grad gebildet wird gemäß grad = (Id * (Rs2 + (ws * Ld * p)2) + ws * p * (Ld * Uemk + Iq * Rs * (Ld - Lq) ) ) Der auf diese Weise gebildete Gradient grad gibt die Veränderung der notwendigen Phasenspannung an. Wenn beispielsweise der Gradient positiv ist, bedeutet dies, dass eine betragsmäßige Vergrößerung des Stroms Id (z. B. von 60 A auf 65 A) eine Verkleinerung der notwendigen Spannung erzeugt. In a decision 40 it is now checked whether the squared length of the total voltage vector Uges2 is greater than the square of the battery voltage Ubat2. If this is the case, there is no valid value for Id since the battery voltage represents the maximum available voltage. In this case, the method branches to a block 44 in which a gradient degree is formed according to degrees = (Id * (Rs2 + (ws * Ld * p) 2) + ws * p * (Ld * Uemk + Iq * Rs * (Ld - Lq))) The gradient degree formed in this way indicates the change of the necessary phase voltage. If, for example, the gradient is positive, this means that an increase in the magnitude of the current Id (eg from 60 A to 65 A) produces a reduction of the necessary voltage.
Falls der Gradient negativ ist, würde durch stärkere Feld¬ schwächung die notwendige Spannung größer. Das Vorzeichen von grad bestimmt demgemäß nun, in welcher Richtung für die nächste Iteration der Wert von Id geändert werden soll . Gilt grad > 0, wird in einem Block 42 Id der neue Wert Id+Id, step zugeordnet, andernfalls wird in einem Block 46 Id der neue Wert Id-Id, step zugeordnet. If the gradient is negative, the voltage required would be greater by stronger field ¬ attenuation. The sign of degrees now determines in which direction the value of Id should be changed for the next iteration. If grad> 0, the new value Id + Id, step is assigned in a block 42 Id, otherwise the new value Id-Id, step is assigned in a block Id.
Hat die Entscheidung 40 ergeben, dass Uges2 <= Ubat2 ist, d. h., die verfügbare Gleichspannung Ubat wird bei der Kombination der Werte von Iq und Id nicht überschritten, verzweigt das Verfahren zu einem Block 48. Darin werden die auftretenden Leistungen berechnet : If decision 40 has shown that Uges2 <= Ubat2, i. h., the available DC voltage Ubat is not exceeded in the combination of the values of Iq and Id, the method branches to a block 48. In this, the occurring powers are calculated:
Pmech = 3 * p * Iq * (psim + (Ld - Lq) * Id) * ws Pmech = 3 * p * Iq * (psim + (Ld - Lq) * Id) * ws
Pcu = (Id2 + Iq2) * Rs * 3; Pcu = (Id2 + Iq2) * Rs * 3;
Pel = Pmech + Pcu Pel = Pmech + Pcu
Dabei bezeichnet Pmech die innere mechanische Leistung, Pcu die Kupferverluste, und Pel die geforderte elektrische Leistung, die zu den aktuellen Werten von Iq und Id korrespondiert. Ein zu dieser elektrischen Leistung korrespondierender Strom Ibat, test ergibt sich zu Ibat, test = Pel * Ubat, inv. Here, Pmech refers to the internal mechanical power, Pcu the copper losses, and Pel the required electrical power, which corresponds to the current values of Iq and Id. A current Ibat, test corresponding to this electric power results in Ibat, test = Pel * Ubat, inv.
In einer Entscheidung 52 wird nun überprüft, ob der Strom Ibat, test innerhalb der erlaubten Grenzen von Ibat, max und Ibat, min liegt. Ist dies der Fall, d. h. es gilt Ibat, min <= Ibat, test <= Ibat, max, verzweigt das Verfahren zu einem Block 56. Die Flags simvalid und idvalid werden dort auf den Wert 1 gesetzt, und Id, min wird der aktuelle Wert von Id zugewiesen. Dieser Wert entspricht der aktuell besten Lösung für den Strom Id. In a decision 52 it is now checked whether the current Ibat, test is within the permitted limits of Ibat, max and Ibat, min. If this is the case, d. H. if Ibat, min <= Ibat, test <= Ibat, max, the method branches to a block 56. The flags simvalid and idvalid are set to the value 1 there, and Id, min is assigned the current value of Id. This value corresponds to the currently best solution for the current Id.
Unabhängig von dem Ergebnis der Entscheidung Regardless of the outcome of the decision
52 wird das Verfahren fortgeführt in einer Entscheidung 58. Dort wird das simultane Vorliegen der Bedingungen bremse ist gleich 1, ws * Msoll < 0, und Ibat, test < Ibat, min, grenze überprüft. Liegen alle drei Bedingungen vor, verzweigt das Verfahren zu einem Block 62, in dem der aktuelle Wert von Id um den Wert Id, Step erhöht wird. In einer darauf folgenden Entscheidung 66 wird überprüft, ob der Wert von Id kleiner als der Wert von -Imax ist. Ist dies der Fall, wird in einem Block 70 der Wert von Id auf den Wert von -Imax gesetzt. Liegen die drei oben genannten Bedingungen nicht vor, verzweigt das Verfahren zu einem Block 74, in dem Id um den Wert von Id, Step vermindert wird. 52, the method is continued in a decision 58. There, the simultaneous existence of the conditions Brake is equal to 1, ws * Msoll <0, and Ibat, test <Ibat, min, limit checked. If all three conditions are present, the method branches to a block 62 in which the current value of Id is increased by the value Id, Step. In a subsequent decision 66 it is checked whether the value of Id is smaller than the value of -Imax. If this is the case, in a block 70 the value of Id is set to the value of -Imax. If the three above-mentioned conditions are not present, the method branches to a block 74, in which Id is reduced by the value of Id, Step.
Unabhängig von dem Ergebnis der Entscheidung 52 wird in einer Entscheidung 78 überprüft, ob der Wert von Id größer ist als der Wert von Id, minimal, multipliziert mit einem Verringerungs¬ faktor, der vorliegend 0.999 beträgt. Ist dies der Fall, wird in einem Block 82 das Flag breakid auf 1 gesetzt. Independently is checked in a decision 78 from the result of decision 52, whether the value of Id is larger than the value of Id, minimal, multiplied by ¬ a decrement factor, which in the present case 0.999. If this is the case, the flag breakid is set to 1 in a block 82.
In einer Entscheidung 86 wird überprüft, ob das Flag idvalid den Wert 1 hat. Ist dies nicht der Fall, wurde in der aktuellen Iteration kein gültiger Wert für Id gefunden. Das Verfahren verzweigt in diesem Fall zu einem Block 90, in dem der Wert von Iq um den Wert von Iq, step vermindert wird. In einer darauf folgenden Entscheidung 94 wird überprüft, ob das Vorzeichen des Produktes aus Iq und Iq, step negativ ist. Ist dies der Fall, wird in einem Block 98 breakiq auf den Wert eins gesetzt. In a decision 86 it is checked whether the flag idvalid has the value 1. If this is not the case, no valid value for Id was found in the current iteration. The method in this case branches to a block 90 in which the value of Iq is reduced by the value of Iq, step. In a subsequent decision 94 it is checked whether the sign of the product of Iq and Iq, step is negative. If this is the case, breakiq is set to the value one in a block 98.
Ergibt die Entscheidung 86, dass idvalid den Wert 1 hat, wurde ein gültiger Wert für Id gefunden. In einem Block 88 wird der Wert von idvalid nun wieder auf Null gesetzt, und Id, hold wird der Wert von Id, min zugewiesen, welcher dem bisher besten Wert entspricht. Zudem wird Iq, hold der aktuelle Wert von Iq zu¬ gewiesen. Das innere Drehmoment der elektrischen Maschine Ms wird nun in Block 88 berechnet gemäß Ms = 3 * p * Iq * (psim + (Ld - Lq) * Id, min) , wobei sich die innere mechanische Leistung Pmech ergibt zu Pmech = Ms * ws . Die Kupferverluste Pcu ergeben sich zu If decision 86 indicates that idvalid is 1, a valid Id value was found. In a block 88, the value of idvalid is now reset to zero, and Id, hold is assigned the value of Id, min, which corresponds to the best value so far. In addition, Iq, hold the current value of Iq is assigned to ¬ . The internal torque of the electric machine Ms is now calculated in block 88 according to FIG Ms = 3 * p * Iq * (psim + (Ld - Lq) * Id, min), where the internal mechanical power Pmech is Pmech = Ms * ws. The copper losses Pcu arise too
Pcu = (Id, min2 + Iq2) * Rs * 3, und die elektrische Leistung wird nun zu Pel = Pmech + Pcu berechnet. Der zu dieser elektrischen Leistung und der verfügbaren Gleichspannung Ubat  Pcu = (Id, min2 + Iq2) * Rs * 3, and the electric power is now calculated to Pel = Pmech + Pcu. The to this electrical power and the available DC voltage Ubat
kor-respondierende Strom Ibat, test wird berechnet gemäß Ibat, test = Pel * Ubat, inv. In einer Entscheidung 102 wird nun getestet, ob wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Corresponding current Ibat, test is calculated according to Ibat, test = Pel * Ubat, inv. In a decision 102 is now tested whether at least one of the following conditions is met:
abs(Ms) > abs(Msoll)  abs (Ms)> abs (Msoll)
• Ibat, test > Ibat, max  • Ibat, test> Ibat, max
• Ibat, test < Ibat, min  • Ibat, test <Ibat, min
Dabei bezeichnet die Funktion abs() die Bildung des The function abs () denotes the formation of the
Absolutbetrages des in Klammern stehenden Wertes. Die Über¬ prüfung in Entscheidung 102 kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass die oben genannten drei Bedingungen mit einem logischen ODER verknüpft werden und der daraus entstandene Ausdruck dahingehend ausgewertet wird, ob er - im boolschen Sinne - „wahr" oder „falsch" ist. Ergibt die Auswertung des Ausdruckes „wahr", wird in einem Block 106 der Wert von Iq um den Wert Iq, step vermindert. Andernfalls wird in einem Block 110 der Wert von Iq um den Wert Iq, step erhöht. In beiden Fällen wird in einer Entscheidung 114 überprüft, ob gilt abs(Iq) > abs(Iq, soll), d. h. ob der Wert von Iq größer ist als dessen Sollwert. Ist dies der Fall, wird in einem Block 120 breakiq auf den Wert eins gesetzt . In einer Entscheidung 124 wird schließlich überprüft, ob das Vorzeichen des Produktes von Iq mit Iq, step kleiner als Null ist. Ist dies der Fall, wird in einem Block 128 breakiq auf den Wert eins gesetzt. Die Verfahrensschritte, die in einem abschließenden Block 134 durchgeführt werden, werden nach Ende der beiden Iterationen über Iq und Id durchgeführt. Die Iterationen wurden entweder beendet, weil die jeweils maximale Anzahl an Iterationen erreicht war, oder weil die Flags breakiq bzw. breakid auf eins, also einen von Null verschiedenen Wert, gesetzt wurden. Absolute amount of the value in brackets. The About ¬ test in decision 102 can for example be performed such that the above three conditions are linked with a logical OR and any resulting expression is evaluated to determine whether he - in the boolean sense - "true" or "false". If the evaluation of the expression "true" results, the value of Iq is reduced by the value Iq, step in a block 106. Otherwise, in a block 110, the value of Iq is increased by the value Iq, step Decision 114 checks whether abs (Iq)> abs (Iq, soll), ie whether the value of Iq is greater than its setpoint If this is the case, breakiq is set to the value one in a block 120. In a decision Finally, it is checked whether the sign of the product of Iq with Iq, step is less than 0. If this is the case, breakiq is set to the value one in a block 128. The process steps performed in a final block 134 are performed after the two iterations over Iq and Id. The iterations were either terminated because the maximum number of iterations was reached, or because the breakiq or breakid flags were set to one, which is a non-zero value.
Der Variable Id wird der Wert von Id, hold, der Variable Iq der Wert von Iq, hold zugewiesen. Wie bereits in Block 36 werden nun die Spannungen berechnet gemäß The variable Id is assigned the value of Id, hold, the variable Iq the value of Iq, hold. As in block 36, the voltages are calculated according to
Urd = Id * Rs Urd = Id * Rs
Urq = Iq * Rs  Urq = Iq * Rs
Uld = ws * Lq * Iq *  Uld = ws * Lq * Iq *
Ulq = ws * Ld * Id *  Ulq = ws * Id * Id *
Uq = Uemk + Urq + Ulq  Uq = Uemk + Urq + Ulq
Ud = Urd - Uld  Ud = Urd - Uld
Die Ströme Iq, Id können nun in der Motoransteuerung verwendet werden, um den gewünschten optimierten Betriebspunkt des Motors einzustellen. Das beschriebene Verfahren wird vorteilhafterweise immer dann durchgeführt, wenn eine neue Anforderung für ein gewünschtes Drehmoment erfolgt. The currents Iq, Id can now be used in the motor drive to set the desired optimized operating point of the motor. The described method is advantageously carried out whenever a new request for a desired torque occurs.
Ein Verfahren in einer zweiten bevorzugten Ausführung für Motoren ohne Reluktanzmoment wird im Folgenden anhand der gleichen Figur erläutert. Dabei werden im Wesentlichen die Unterschiede zu dem oben beschriebenen Verfahren aufgezeigt. Der Ablauf des Verfahrens (im Sinne des zugehörigen Struktogramms) für Motoren ohne Reluktanzmoment stimmt mit der Ausführung für Motoren mit Reluktanzmoment überein. Unterschiede ergeben sich im We¬ sentlichen dadurch, dass nun keine Reluktanzterme mehr auf- treten, was an einigen Stellen zu Vereinfachungen des Verfahrens führt . A method in a second preferred embodiment for motors without reluctance torque is explained below with reference to the same figure. Essentially, the differences to the method described above are shown. The sequence of the procedure (in the sense of the associated structogram) for motors without reluctance torque is identical to the version for motors with reluctance torque. Differences arise in ¬ We sentlichen in that now no longer up Reluktanzterme occur, which in some places leads to simplifications of the procedure.
In Block 20 wird zur Berechnung von Id, Step und Id nicht die Größe Id, minimal berechnet. Vielmehr werden Id, Step der Wert -Imax und Id der Wert Id, Step * 0.5 zugewiesen. In block 20, Id, minimum is not calculated to calculate Id, Step, and Id. Rather, Id, Step are assigned the value -Imax and Id the value Id, Step * 0.5.
Die mechanische Leistung Pmech in Block 48 wird nun berechnet gemäß The mechanical power Pmech in block 48 is now calculated according to
Pmech = 3 * p * Iq * psim * ws . Der zu (Ld-Lq) proportionale Beitrag fehlt hier, da die Induktivitäten Ld und Lq bei dem betrachteten Motor ohne Reluktanzmoment gleich groß sind.  Pmech = 3 * p * Iq * psim * ws. The contribution proportional to (Ld-Lq) is missing here, since the inductances Ld and Lq are equal in the considered motor without reluctance torque.
Auch bei der Berechnungen des Gradienten grad in Block 44 verschwindet der zu (Ld-Lq) proportionale Term, so dass grad nun berechnet wird gemäß Also in the calculation of the gradient degree in block 44, the term proportional to (Ld-Lq) disappears, so that degree is now calculated according to
grad = (Id * (Rs2 + (ws * Ld * p) 2) + ws * p * (Ld * Uemk) ) . Eine weitere Änderung ergibt sich in Block 88 bei der Berechnung des inneren Drehmomentes; dieses ist im reluktanzfreien Fall gegeben durch Ms = 3 * p * Iq * psim. grad = (Id * (Rs2 + (ws * Ld * p) 2) + ws * p * (Ld * Uemk)). Another change occurs in block 88 in the calculation of the internal torque; this is given in the reluctance-free case by Ms = 3 * p * Iq * psim.
, 0 , 0
Bezugs zeichenliste Reference sign list
2 Block 2 block
6 Entscheidung  6 decision
8 Block  8 block
12 Block  12 block
16 Block  16 block
20 Block  20 block
24 Block  24 block
28 Entscheidung  28 decision
32 Block  32 block
26 Block  26 block
40 Entscheidung  40 decision
42 Block  42 block
44 Block  44 block
46 Block  46 block
48 Block  48 block
52 Entscheidung  52 decision
56 Block  56 block
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, bei dem in einem rotorfesten Koordinaten- System ein drehmomentbildender Strom (Iq) und ein magnetfeldschwächender Strom (Id) geregelt werden, dadurch gekennzeichne , dass zu einem vorgegebenen Drehmomentwunsch ein Betriebspunkt der Synchronmaschine mit einem zuge¬ hörigen Wert des drehmomentbildenden Stromes (Iq) bestimmt wird, in dem der magnetfeldschwächende Strom (Id) einen möglichst geringen Wert hat. 1. A method for operating a permanent magnet synchronous machine in which in a rotor-fixed coordinate system, a torque-generating current (I q ) and a magnetic field weakening current (I d ) are controlled, characterized gekennzeichne that for a given torque request, an operating point of the synchronous machine with a supplied ¬ impaired value of the torque-forming current (I q ) is determined in which the magnetic field weakening current (I d ) has the lowest possible value.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert des magnetfeldschwächenden Stromes (Id) iterativ bestimmt wird. 2. The method of claim 1, wherein the value of the magnetic field weakening current (I d ) is determined iteratively.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wert des 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the value of
drehmomentbildenden Stromes (Iq) iterativ bestimmt wird. torque-forming current (I q ) is determined iteratively.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zu er- mittelten Werten für den drehmomentbildenden (Iq) und den magnetfeldschwächenden Strom (Id) eine resultierende elektrische Leistung (Pei) berechnet wird, und wobei mit Hilfe dieser Leistung (Pei) und der verfügbaren Batte¬ riespannung (Ubat) ein erforderlicher Strom (Ibatt, test) berechnet wird, und wobei der Wert für den magnetfeld¬ schwächenden Strom (Id) als gültiger Wert zwischengespeichert wird, wenn der erforderliche Strom (Ibatt, test) in¬ nerhalb vorgegebener Grenzen liegt. 4. Method according to one of claims 1 to 3, wherein calculated values for the torque-forming (I q ) and the magnetic field weakening current (I d ) a resulting electrical power (P e i) is calculated, and with the aid of this power (P e i) and the available Batte ¬ riespannung (U bat), a required current (I bat t, test) is calculated, and the value for the magnetic field ¬ weakening current (I d) is latched as a valid value when the required current (Ibatt, test) within ¬ within predetermined limits.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei der Berechnung der elektrischen Leistung (Pei) eine innere mechanische Leistung (PmeCh) und Kupferverluste (Pcu) berücksichtigt wer¬ den . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei der Berechnung der inneren mechanischen Leistung (PmeCh ) und einem inneren Drehmoment (Ms) die Reluktanz der Synchronmaschine berücksichtigt wird. 5. The method according to claim 4, wherein in the calculation of the electrical power (P e i) an internal mechanical power (P meC h) and copper losses (P cu ) taken into account ¬ the. Method according to one of claims 1 to 4, wherein in the calculation of the internal mechanical power (P meCh ) and an internal torque (M s ), the reluctance of the synchronous machine is taken into account.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn ein ermittelter Wert für den magnetfeldschwächenden Strom (Id) zu einer Überschreitung der verfügbaren Batteriespannung ( Ubat ) führen würde, ein Gradient von der Veränderung der notwendigen Phasenspannung gebildet wird, und wobei in dem Fall, dass der Gradient größer Null ist, der Wert des magnetfeldschwächenden Stromes ( I d ) in der nächsten Iteration vermindert, andernfalls erhöht wird. Method according to one of claims 1 to 6, wherein, if a determined value for the magnetic field weakening current (I d ) would lead to exceeding the available battery voltage (U b at), a gradient of the change of the necessary phase voltage is formed, and wherein in the case that the gradient is greater than zero, the value of the magnetic field weakening current (I d ) is reduced in the next iteration, otherwise increased.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Schrittweite für die iterative Bestimmung des magnet¬ feldschwächenden Stromes ( I d ) abhängt von der Differenz zwischen einem minimal möglichen und einem maximal möglichen Wert für den magnetfeldschwächenden Strom (Id) . Method according to one of claims 2 to 7, wherein the step size for the iterative determination of the magnet ¬ field weakening current (I d ) depends on the difference between a minimum possible and a maximum possible value for the magnetic field weakening current (I d ).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die maximale Anzahl von Iterationen für die Berechnung des magnetfeldschwächenden Stromes zwischen 2 und 20, insbe sondere bei 10, liegt. Method according to one of claims 2 to 8, wherein the maximum number of iterations for the calculation of the magnetic field weakening current between 2 and 20, in particular at 10, is located.
Vorrichtung zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, bei dem in einem rotorfesten Koordinaten System einen drehmomentbildenden Strom (Iq) und einen magnetfeldschwächenden Strom (Id) geregelt werden, mit wenigstens einem Software- und/oder hardwaremäßig imple mentierten Modul zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche. Apparatus for operating a permanent-magnet synchronous machine in which a torque-generating current (I q ) and a magnetic field weakening current (I d ) are controlled in a rotor-fixed coordinate system with at least one software and / or hardware implemented module for carrying out a method according to one the previous claims.
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