WO2023098960A1 - Verfahren zum steuern eines elektromotors und steuerungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum steuern eines elektromotors und steuerungsvorrichtung Download PDF

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WO2023098960A1
WO2023098960A1 PCT/DE2022/200271 DE2022200271W WO2023098960A1 WO 2023098960 A1 WO2023098960 A1 WO 2023098960A1 DE 2022200271 W DE2022200271 W DE 2022200271W WO 2023098960 A1 WO2023098960 A1 WO 2023098960A1
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electric motor
inductance
axis
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Inventor
Vasile Horga
Andrei Axinte
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electric motor and an associated control device.
  • Electric motors can be used, for example, to drive pumps or linear actuators in automotive braking systems. These can, for example, independently generate braking pressure or increase manually built-up braking pressure. This requires very precise control of the electric motor in order to achieve a desired braking effect or support of a braking effect.
  • the invention relates to a method for controlling an electric motor, the method having the following steps: receiving a current difference signal,
  • ⁇ el (n) is a measured angular velocity of the electric motor at sampling time n
  • Ts indicates a time interval between two sampling times
  • q is a Laplace-transformed quantity
  • ⁇ B is a bandwidth
  • R s is a resistance of the electric motor
  • L eq is an inductance value dependent on the electric motor.
  • Such a method makes it possible to implement a controller that can be used for different types of electric motors through slight adaptation.
  • the implementation of different methods and/or the stocking of different control devices for electric motors can thus be dispensed with.
  • the current difference signal can be calculated in particular as the difference between a desired current value and an actual current value.
  • the desired current value can specify which current is to flow. It can be received from an external component.
  • the actual current value can in particular be measured or can also be fed back to a component of a control device.
  • the current difference signal is zero. This corresponds to an ideally regulated state. In reality, however, there are often deviations that can be compensated for using the method described.
  • the control voltage can be calculated in particular by simply multiplying the current difference signal by the transfer function.
  • the transfer function can in particular have the unit of an electrical resistance.
  • the transfer function can be calculated analytically or numerically.
  • the parameters k, c, b and a are in particular parameters of the transfer function, which can be calculated as stated above. This allows the transfer function to be adapted to the respective situation.
  • the square root of -1 is denoted by i.
  • sqrt(x) denotes the square root of x.
  • the angular velocity can be measured, for example, by means of a rotation angle sensor.
  • the bandwidth ⁇ B is a design parameter that is specified for a specific implementation or execution. In particular, this is a parameter that characterizes a low-pass behavior of the control functionality. In an imagined ideal case, a transfer function would have a non-zero value exactly up to this bandwidth. In a real implementation, the bandwidth can be defined, for example, in such a way that the transfer function or its absolute value has dropped to a value of 1/sqrt(2) compared to a maximum. However, this is a value that is not measured, but in is specified for an implementation, so that the influence on the transfer function results from the given formula.
  • the relevant variables are typically measured at sampling times n. These are spaced apart in time by the time Ts. A number of discrete measurements are thus made, in particular at equally spaced times. In principle, however, irregular measurements are also possible.
  • the time Ts can be determined, for example, as the mean value of the time intervals between respectively successive sampling times.
  • the Laplace-transformed variable can be a variable that was created by a Laplace transformation.
  • a quasi-continuous variable is generated from a time-discrete variable, for example.
  • the inductance value can be specified for a specific type of electric motor.
  • a number of inductance values can also be stored in a unit executing the method, for example a control device, so that it can be used with different types of motors.
  • a selection can be made manually or automatically, for example.
  • the motor voltage can be generated based on the control voltage plus a product of the actual current value and the resistance of the electric motor and/or plus an electromotive force.
  • the electromotive force can be calculated by a dedicated unit.
  • the electric motor is a permanent magnet synchronous machine with surface-mounted magnets (surface-mounted permanent magnet synchronous machine), it can be provided in particular that
  • L eq is a phase inductance of the electric motor, and/or an electromotive force is calculated as follows: i* ⁇ el * ⁇ PM , where ⁇ PM is a flux of the electric motor.
  • ⁇ el can be independent of n here, since L is calculated in the time domain.
  • a flux may be specified as a programmed constant for a particular motor or type or model of motor.
  • the electric motor is a permanent magnet synchronous machine with internally mounted magnets (Interior Permanent Magnet Synchronous Machine), it can be provided in particular that
  • L eq is an inductance of the electric motor in q-axis, and/or an electromotive force is calculated as follows:
  • the electric motor is a DC-excited synchronous machine (DC Excited Synchronous Machine), it can be provided in particular that
  • L eq is an inductance of the electric motor in q-axis, and/or an electromotive force is calculated as follows:
  • L dm is an inductance of a rotor winding where i f is an exciting current of the rotor winding, L d is a d-axis inductance, L q is a q-axis inductance, and i sd is a d-axis stator current.
  • the electric motor is a hybrid-excited synchronous machine (hybrid-excited synchronous machine), it can be provided in particular that
  • L eq is an inductance of the electric motor in q-axis, and/or an electromotive force is calculated as follows:
  • L dm is a Inductance of a rotor winding
  • i f is an exciting current of the rotor winding
  • ⁇ PM is a flux of the electric motor
  • L d is an inductance in d-axis
  • L q is an inductance in q-axis
  • i sd in Stator current is in d-axis.
  • the electric motor is a reluctance motor (Reluctance Synchronous Machine), it can be provided in particular that
  • L eq is an inductance of the electric motor in q-axis, and/or an electromotive force is calculated as follows:
  • L d is a d-axis inductance
  • L q is a q-axis inductance
  • i sd is a stator current in d-axis.
  • the electric motor is a rotor field-oriented induction machine (Rotor Field Oriented Induction Machine), it can be provided in particular that
  • L eq is a phase inductance of the electric motor multiplied by a leakage, and/or an electromotive force is calculated as follows:
  • the scatter can in particular describe the relationship between the main inductance, stator inductance and rotor inductance in the asynchronous machine.
  • the invention further relates to a control device for an electric motor, which is configured to carry out a method as described herein.
  • a control device for an electric motor which is configured to carry out a method as described herein.
  • all of the versions and variants described herein can be used.
  • the control device can have processor means and memory means, for example.
  • Program code can be stored in the storage means, and when this code is executed, the processor means execute a method according to the invention.
  • the invention also relates to a non-transitory computer-readable storage medium on which program code is stored, during the execution of which a processor executes a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows purely schematically an electric motor 10 with an associated control device 20.
  • the control device 20 has a measuring unit 22 . This is designed to measure operating data of electric motor 10 . These include, in particular, a voltage u, a current i, an angle 0 and one of these derived angular velocity o. From this, processed variables are formed, which are described below.
  • An actual current value is (R) is formed and is indicative of the current state of electric motor 10. This is subtracted from a desired current value is* (R) .
  • the latter is specified by an external unit and is used to define the desired behavior of electric motor 10 .
  • a current difference signal is formed.
  • the current difference signal is forwarded to a rotor field-oriented control system 32 at time intervals Ts. There, the current difference signal is multiplied by a transfer function, which is exemplified in the box shown within the control system 32 . With regard to the details, reference is made to the above description.
  • a voltage value is obtained by multiplying the current difference signal by the transfer function. This is corrected by a value which is formed from an actual current value formed by the measuring unit multiplied by the resistance Rs of the electric motor 10 . Finally, an electromotive force Ubamf_eq (R) is added to this, which is generated by a generator 34 for the electromotive force, based on data recorded by measuring unit 22, such as an angular velocity ⁇ el of electric motor 10.
  • a resulting voltage signal us* (R) is finally supplied to a motor control unit 36, which generates three phase voltages u u , uv , u w from it. These are forwarded to a power supply unit 15 which ultimately ensures that the electric motor 10 is supplied with power.
  • the procedure described here can be used to implement control of an electric motor that can be adapted to different motor types considerably more easily than in known designs. As a result, effort can be saved and a high degree of flexibility can be achieved. Mentioned steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be executed in a different order, as far as this is technically reasonable. In one of its implementations, for example with a specific combination of steps, the method according to the invention can be carried out in such a way that no further steps are carried out. In principle, however, further steps can also be carried out, including those which are not mentioned.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, welches 5 einfach an unterschiedliche Motortypen anpassbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungsvorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens.

Description

Verfahren zum Steuern eines Elektromotors und Steuerungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors sowie eine zugehörige Steuerungsvorrichtung.
Elektromotoren können beispielsweise verwendet werden, um Pumpen oder Linearaktuatoren in Bremssystemen von Kraftfahrzeugen anzutreiben. Diese können beispielsweise einen Bremsdruck eigenständig erzeugen oder einen manuell aufgebauten Bremsdruck verstärken. Hierzu ist eine sehr exakte Steuerung des Elektromotors erforderlich, um eine gewünschte Bremswirkung oder eine Unterstützung einer Bremswirkung zu erreichen.
Von Elektromotoren können unterschiedliche Typen verwendet werden, welche typischerweise auf unterschiedliche Art angesteuert werden. Dies erzeugt einen hohen Aufwand bei der Entwicklung von Software und der Bevorratung von unterschiedlichen Steuerungsvorrichtungen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors bereitzustellen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist, beispielsweise universeller einsatzbar ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige Steuerungsvorrichtung bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Steuerungsvorrichtung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Empfangen eines Stromdifferenzsignals,
Berechnen einer Steuerspannung durch Multiplikation des Stromdifferenzsignals mit einer Übertragungsfunktion, und Erzeugen von Motorspannungen basierend auf der Steuerspannung, wobei die Übertragungsfunktion folgendermaßen berechnet wird: k * (exp(i * ωel(n) * Ts) + a * q-1) / (1 - q-1) * exp(i * ωel(n) * Ts) wobei k folgendermaßen berechnet wird:
(c * (2c - 1 ) - 1 + sqrt(c2 * (4c2 - 4c - 3) + 3)) / b wobei c folgendermaßen berechnet wird:
COS(ωB * Ts) wobei b folgendermaßen berechnet wird:
(1 + a) / Rs wobei a folgendermaßen berechnet wird:
- exp(-Ts * Rs / Leq) wobei ωel(n) eine gemessene Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zum Abtastzeitpunkt n ist, wobei Ts einen zeitlichen Abstand zwischen zwei Abtastzeitpunkten angibt, wobei q eine Laplace-transformierte Größe ist, wobei ωB eine Bandbreite ist, wobei Rs ein Widerstand des Elektromotors ist, und wobei Leq ein vom Elektromotor abhängiger Induktivitätswert ist.
Ein solches Verfahren ermöglicht es, eine Steuerung zu implementieren, welche für unterschiedliche Typen von Elektromotoren durch leichte Anpassung verwendbar ist. Auf die Implementierung unterschiedlicher Verfahren und/oder das Bevorraten von unterschiedlichen Steuerungsvorrichtungen für Elektromotoren kann somit verzichtet werden.
Das Stromdifferenzsignal kann insbesondere als Differenz zwischen einem Strom- Sollwert und einem Strom-Istwert berechnet werden. Der Strom-Sollwert kann insbesondere vorgeben, welcher Strom fließen soll. Er kann von einer externen Komponente empfangen werden. Der Strom-Istwert kann insbesondere gemessen werden oder kann auch einer Komponente einer Steuerungsvorrichtung rückgekoppelt werden. Im Idealfall ist das Stromdifferenzsignal Null. Dies entspricht einem ideal eingeregelten Zustand. In der Realität treten jedoch häufig Abweichungen auf, welche durch das beschriebene Verfahren wieder ausgeglichen werden können.
Die Steuerspannung kann insbesondere durch eine einfache Multiplikation des Stromdifferenzsignals mit der Übertragungsfunktion berechnet werden. Die Übertragungsfunktion kann hierzu insbesondere die Einheit eines elektrischen Widerstands haben. Die Übertragungsfunktion kann insbesondere analytisch oder numerisch berechnet werden.
Die Parameter k, c, b und a sind insbesondere Parameter der Übertragungsfunktion, welche wie oben angegeben berechnet werden können. Dadurch kann die Übertragungsfunktion an die jeweilige Situation angepasst werden.
Mit exp(x) wird die Exponentialfunktion im Sinne ex bezeichnet.
Mit i wird die Wurzel aus -1 bezeichnet.
Mit sqrt(x) wird die Wurzel aus x bezeichnet.
Die Winkelgeschwindigkeit kann beispielsweise mittels eines Drehwinkelsensors gemessen werden.
Bei der Bandbreite ωB handelt es sich um einen Designparameter, welcher für eine bestimmte Implementierung oder Ausführung vorgegeben wird. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Parameter, welcher ein Tiefpassverhalten der Steuerungsfunktionalität charakterisiert. In einem gedachten Idealfall würde eine Übertragungsfunktion exakt bis zu dieser Bandbreite einen Wert ungleich Null haben. In einer realen Implementierung kann die Bandbreite beispielsweise derart definiert werden, dass die Übertragungsfunktion bzw. deren Absolutbetrag auf einen Wert von 1/sqrt(2) im Vergleich zu einem Maximum abgefallen ist. Es handelt sich hier jedoch um einen Wert, welcher nicht gemessen wird, sondern in einer Implementierung vorgegeben wird, so dass sich der Einfluss auf die Übertragungsfunktion aus der angegebenen Formel ergibt.
Eine Messung der relevanten Größen erfolgt typischerweise zu Abtastzeitpunkten n. Diese sind zeitlich um die Zeit Ts voneinander beabstandet. Es erfolgen somit mehrere diskrete Messungen, insbesondere zu gleichmäßig beabstandeten Zeiten. Auch unregelmäßige Messungen sind jedoch grundsätzlich möglich. In diesem Fall kann die Zeit Ts beispielsweise als Mittelwert der zeitlichen Abstände zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten bestimmt werden.
Die Laplace-transformierte Größe kann insbesondere eine Größe sein, welche durch eine Laplace-Transformation entstanden ist. Dabei wird beispielsweise aus einer zeitdiskreten Größe eine quasikontinuierliche Größe erzeugt.
Der Induktivitätswert kann für eine bestimmte Art von Elektromotor vorgegeben werden. Es können in einer das Verfahren ausführenden Einheit, beispielsweise einer Steuerungsvorrichtung, auch mehrere Induktivitätswerte gespeichert sein, so dass eine Verwendung mit unterschiedlichen Arten von Motoren möglich ist. Eine Auswahl kann beispielsweise manuell oder automatisch erfolgen.
Insbesondere kann die Motorspannung basierend auf der Steuerspannung zuzüglich eines Produkts aus Strom-Istwert und Widerstand des Elektromotors und/oder zuzüglich einer elektromotorischen Kraft erzeugt werden. Die elektromotorische Kraft kann beispielsweise von einer dazu vorgesehenen Einheit berechnet werden.
Wenn der Elektromotor eine Permanenterregte Synchronmaschine mit oberflächenmontierten Magneten (Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Stranginduktivität des Elektromotors ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird: i * ωel * ψ PM, wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist. Insbesondere kann ωel hier unabhängig von n sein, da L im Zeitbereich berechnet wird.
Ein Fluss kann beispielsweise als einprogrammierte Konstante für einen bestimmten Motor oder eine bestimmte Art oder ein Modell von Motoren vorgegeben sein.
Wenn der Elektromotor eine Permanenterregte Synchronmaschine mit intern montierten Magneten (Interior Permanent Magnet Synchronous Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
(Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * ( ψ PM + (Ld - Lq) * isd), wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
Wenn der Elektromotor eine Gleichstromerregte Synchronmaschine (DC-Excited Synchronous Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
Ldm * dif / dt + (Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * ( Ldm * If + (Ld - Lq) * isd), wobei Ldm eine Induktivität einer Rotorwicklung ist, wobei if ein Erregerstrom der Rotorwicklung ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
Wenn der Elektromotor eine Hybriderregte Synchronmaschine (Hybrid-Excited Synchronous Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
Ldm * dif / dt + (Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (ψ PM + Ldm * if + (Ld - Lq) * isd) , wobei Ldm eine Induktivität einer Rotorwicklung ist, wobei if ein Erregerstrom der Rotorwicklung ist, wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
Wenn der Elektromotor ein Reluktanzmotor (Reluctance Synchronous Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
(Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (Ld - Lq) * isd, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
Wenn der Elektromotor eine rotorfeldorientierte Induktionsmaschine (Rotor Field Oriented Induction Machine) ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass
Leq eine Stranginduktivität des Elektromotors multipliziert mit einer Streuung ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
Lm / Ls * dψRD / dt + i * ωel * Lm / Ls * ψRD, wobei ψRD ein Rotorfluss ist, wobei Lm eine Hauptinduktivität ist, und wobei Ls eine Stranginduktivität des Elektromotors ist. Die Streuung kann dabei insbesondere den Zusammenhang zwischen Hauptinduktivität, Statorinduktivität und Rotorinduktivität bei der Asynchronmaschine beschreiben.
Wenn d-Achsen oder q-Achsen erwähnt sind bezieht sich dies typischerweise auf die Achsen nach einer d/q-Transformation oder Park-Transformation oder einer anderen Transformation, mit welcher dreiphasige Größen in zweidimensionale Größen überführt werden können.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuerungsvorrichtung für einen Elektromotor, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren wie hierin beschrieben auszuführen. Bezüglich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise Prozessormittel und Speichermittel aufweisen. In den Speichermitteln kann Programmcode gespeichert sein, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 : Einen Elektromotor mit einer Steuerungsvorrichtung
Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Elektromotor 10 mit einer zugehörigen Steuerungsvorrichtung 20.
Die Steuerungsvorrichtung 20 weist eine Messeinheit 22 auf. Diese ist dazu ausgebildet, Betriebsdaten des Elektromotors 10 zu messen. Hierzu zählen insbesondere eine Spannung u, ein Strom i, ein Winkel 0 und eine daraus abgeleitete Winkelgeschwindigkeit o. Daraus werden aufbereitete Größen gebildet, welche nachfolgend beschrieben werden.
Ein Strom-Istwert is(R) wird gebildet und ist anzeigend für den Stromzustand des Elektromotors 10. Dieser wird von einem Strom-Sollwert is*(R) abgezogen. Letzterer wird von einer externen Einheit vorgegeben und dient dazu, das gewünschte Verhalten des Elektromotors 10 zu definieren. Bei der Differenzbildung wird ein Stromdifferenzsignal gebildet.
In Zeitabständen Ts wird das Stromdifferenzsignal an ein rotorfeldorientiertes Steuerungssystem 32 weitergeleitet. Dort wird das Stromdifferenzsignal mit einer Übertragungsfunktion multipliziert, welche beispielhaft in dem Kasten dargestellt ist, welcher innerhalb des Steuerungssystems 32 gezeigt ist. Bezüglich der Einzelheiten sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
Durch Multiplikation des Stromdifferenzsignals mit der Übertragungsfunktion entsteht ein Spannungswert. Dieser wird um einen Wert korrigiert, welcher aus einem von der Messeinheit gebildeten Strom-Istwert multipliziert mit dem Widerstand Rs des Elektromotors 10 gebildet wird. Dazu wird schließlich noch eine elektromotorische Kraft Ubamf_eq(R) addiert, welche von einem Erzeuger 34 für die elektromotorische Kraft erzeugt wird, und zwar basierend auf von der Messeinheit 22 erfassten Daten wie einer Winkelgeschwindigkeit ωel des Elektromotors 10.
Ein resultierendes Spannungssignal us*(R) wird schließlich an eine Motorsteuereinheit 36 geliefert, welche daraus drei Phasenspannungen uu, uv, uw erzeugt. Diese werden an ein Netzteil 15 weitergeleitet, welches schließlich für eine Leistungsversorgung des Elektromotors 10 sorgt.
Insgesamt kann durch die hierin beschriebene Vorgehensweise eine Steuerung eines Elektromotors realisiert werden, welche erheblich leichter als bei bekannten Ausführungen an unterschiedliche Motortypen anpassbar ist. Dadurch kann Aufwand eingespart werden und es kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Empfangen eines Stromdifferenzsignals,
Berechnen einer Steuerspannung durch Multiplikation des Stromdifferenzsignals mit einer Übertragungsfunktion, und
Erzeugen von Motorspannungen basierend auf der Steuerspannung, wobei die Übertragungsfunktion folgendermaßen berechnet wird: k * (exp(i * ωel(n) * Ts) + a * q-1) / (1 - q-1) * exp(i * ωel(n) * Ts) wobei k folgendermaßen berechnet wird:
(c * (2c - 1 ) - 1 + sqrt(c2 * (4c2 - 4c - 3) + 3)) / b wobei c folgendermaßen berechnet wird:
COS(ωB * Ts) wobei b folgendermaßen berechnet wird:
(1 + a) / Rs wobei a folgendermaßen berechnet wird:
- exp(-Ts * Rs / Leq) wobei ωel(n) eine gemessene Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zum Abtastzeitpunkt n ist, wobei Ts einen zeitlichen Abstand zwischen zwei Abtastzeitpunkten angibt, wobei q eine Laplace-transformierte Größe ist, wobei ωB eine Bandbreite ist, wobei Rs ein Widerstand des Elektromotors ist, und wobei Leq ein vom Elektromotor abhängiger Induktivitätswert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Stromdifferenzsignal als Differenz zwischen einem Strom- Sollwert und einem Strom-Istwert berechnet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motorspannungen basierend auf der Steuerspannung zuzüglich eines Produkts aus Strom-Istwert und Widerstand des Elektromotors und zuzüglich einer elektromotorischen Kraft erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor eine Permanenterregte Synchronmaschine mit oberflächenmontierten Magneten (Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Machine) ist,
Leq eine Stranginduktivität des Elektromotors ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird: i * ωel * ψ PM, wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor eine Permanenterregte Synchronmaschine mit intern montierten Magneten (Interior Permanent Magnet Synchronous Machine) ist,
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
(Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (ψ PM + (Ld - Lq) * isd), wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor eine Gleichstromerregte Synchronmaschine (DC-Excited Synchronous Machine) ist,
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
Ldm * dif / dt + (Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (Ldm * If + (Ld - Lq) * isd), wobei Ldm eine Induktivität einer Rotorwicklung ist, wobei if ein Erregerstrom der Rotorwicklung ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor eine Hybriderregte Synchronmaschine (Hybrid-Excited Synchronous Machine) ist,
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
Ldm * dif / dt + (Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (ψ PM + Ldm * if + (Ld - Lq) isd), wobei Ldm eine Induktivität einer Rotorwicklung ist, wobei if ein Erregerstrom der Rotorwicklung ist, wobei ψ PM ein Fluss des Elektromotors ist, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor ein Reluktanzmotor (Reluctance Synchronous Machine) ist,
Leq eine Induktivität des Elektromotors in q-Achse ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird:
(Ld - Lq) * disd / dt + i * ωel * (Ld - Lq) * isd, wobei Ld eine Induktivität in d-Achse ist, wobei Lq eine Induktivität in q-Achse ist, und wobei isd ein Statorstrom in d-Achse ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn der Elektromotor eine rotorfeldorientierte Induktionsmaschine (Rotor Field Oriented Induction Machine) ist, Leq eine Stranginduktivität des Elektromotors multipliziert mit einer
Streuung ist, und/oder eine elektromotorische Kraft folgendermaßen berechnet wird: Lm / Ls * dψRD / dt + i * ωel * Lm / Ls * ψRD wobei ψRD ein Rotorfluss ist, wobei Lm eine Hauptinduktivität ist, und wobei Ls eine Stranginduktivität des Elektromotors ist. 10. Steuerungsvorrichtung für einen Elektromotor, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
PCT/DE2022/200271 2021-11-30 2022-11-17 Verfahren zum steuern eines elektromotors und steuerungsvorrichtung WO2023098960A1 (de)

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EP21465569.8 2021-11-30
DE102021213676.1 2021-12-02
DE102021213676.1A DE102021213676A1 (de) 2021-11-30 2021-12-02 Verfahren zum Steuern eines Elektromotors und Steuerungsvorrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013204177A1 (de) * 2012-03-23 2013-09-26 Intelligent Manufacturing Systems International Synchronmotorregelung, Synchronmotor-Regelverfahren

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KOTEICH MOHAMAD ET AL: "A unified model for low-cost high-performance AC drives: The Equivalent Flux concept", 2016 THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL, ELECTRONICS, COMPUTER ENGINEERING AND THEIR APPLICATIONS (EECEA), IEEE, 21 April 2016 (2016-04-21), pages 71 - 76, XP032901885, DOI: 10.1109/EECEA.2016.7470768 *

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