WO2024022946A1 - Computer-implementiertes verfahren zum bestimmen eines steuerbefehls zum steuern einer synchronmaschine, computer-implementiertes verfahren zum erstellen einer datenbank mit minimal-stromwertepaaren und eine steuerungseinheit - Google Patents

Computer-implementiertes verfahren zum bestimmen eines steuerbefehls zum steuern einer synchronmaschine, computer-implementiertes verfahren zum erstellen einer datenbank mit minimal-stromwertepaaren und eine steuerungseinheit Download PDF

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WO2024022946A1
WO2024022946A1 PCT/EP2023/070165 EP2023070165W WO2024022946A1 WO 2024022946 A1 WO2024022946 A1 WO 2024022946A1 EP 2023070165 W EP2023070165 W EP 2023070165W WO 2024022946 A1 WO2024022946 A1 WO 2024022946A1
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WO
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drive
torque
current value
stator
coordinate system
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PCT/EP2023/070165
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Tristan Braun
Thomas CHIRON
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0025—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control implementing a off line learning phase to determine and store useful data for on-line control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements 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
    • H02P21/0089—Arrangements 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

Definitions

  • Computer-implemented method for determining a control command for controlling a synchronous machine computer-implemented method for creating a database with minimum current value pairs and a control unit
  • the invention relates to a computer-implemented method for determining a control command for controlling a synchronous machine, a computer-implemented method for creating a database with minimum current value pairs and a control unit.
  • Another disadvantage is a high memory requirement to store the algorithm.
  • the algorithms cannot be physically interpreted at the same time and do not represent non-linear dynamics. Likewise, not the entire working area of the electric machine can be used. Finally, the methods or the resulting values may not be optimal in the flux weak range; in particular, the torque is only achieved through a very high current.
  • US 2016/352,276 A1 describes a system with an energy absorber, an electrical machine coupled to the energy absorber, a drive coupled to the electrical machine and a controller.
  • the controller varies a voltage applied to the machine while maintaining torque, and determines a minimum current to maintain torque based on the varying voltage.
  • US 2017/141,711 A1 describes a method for optimizing the efficiency of an induction motor, a load factor being determined for the method using an algorithm. For this purpose, various input variables are determined, such as a motor torque, a power factor to be determined using a further algorithm, an applied torque output component and a magnetic field current component.
  • So-called flux weakening controllers are often used, particularly for the high speed range (constant power range/range above the base speed). These can be implemented as table-based or as superimposed voltage regulators.
  • the target current i*d; i*q
  • the controller-based methods are often based on the assumption that the D-axis component of the current is zero. Therefore, these processes are not energy-optimal.
  • the task is solved by a computer-implemented method for controlling an electric drive.
  • the method includes determining a torque hyperbola for predetermined torques of an electric drive in a dq coordinate system based on a flow map of the drive, wherein the dq coordinate system rotates with a stator of the drive and wherein the q axis of the coordinate system represents a torque and the d-axis of the coordinate system indicates a magnetic flux density.
  • the Method further comprises determining a voltage ellipse for one or more torques of the predetermined torques, in particular for each of the predetermined torques based on a voltage equation, wherein the voltage equation is based on magnetic fluxes of the flux map, maximum currents for operating the drive in the dq coordinate system and speeds , where the speeds are based on the one or more torques.
  • the method further includes determining an intersection in the dq coordinate system based on the maximum currents, the torque hyperbola and the voltage ellipse and determining at least one pair of minimum current values in the intersection for the speeds.
  • the respective at least one pair of minimum current values is a pair of current values of the intersection that lies below a predetermined contributing stator current threshold value and characterizes a stator current of the stator for operating the drive for the respective speed.
  • the respective at least one minimum current value pair is a current value pair of the intersection that characterizes a contributing minimum stator current of the stator for operating the drive for the respective speed.
  • the method further includes issuing a control command for controlling the drive at least partially based on the determined minimum current value pairs and a target torque of the drive.
  • At least one pair of minimum current values can be determined from a large number of possible pairs of current values in a particularly gentle way on computer resources, this pair of minimum current values characterizing the lowest possible, in particular a minimal, current for operating the drive. Consequently, (electricity) efficient operation of the drive is made possible.
  • the method can be used to determine energy-optimal minimum current value pairs with regard to copper losses for loss-minimized control of the drive in the flux weak range.
  • non-linear properties of the machine dynamics of the drive can be taken into account when determining minimum current value pairs that are energy-optimal with regard to copper losses for loss-minimized control of synchronous motors in the flux weak range.
  • the drive can be an electrical machine, a so-called electric machine.
  • the drive can be a rotating electrical machine in which a rotor of the drive runs synchronously with a rotating field of the stator of the drive.
  • the drive can be a synchronous motor, an asynchronous motor, an actuator and/or an axle drive.
  • the drive can be a permanent magnetic synchronous motor.
  • the drive can be designed to drive a vehicle and/or wind power transmission and/or steering system.
  • the dq coordinate system can be determined using a d/q transformation, the so-called Park transformation. Three-phase variables such as those in a three-phase machine with the axes U, V, W can be converted into a two-axis coordinate system with the axes d and q.
  • the drive can be regulated and/or controlled at an operating point which has a q component and a d component of the current flowing through the drive, in particular of the minimum current value pair, in the d-q coordinate system.
  • the minimum current value pairs may have a current l_q and a current l_d, where the respective currents are the components in the d-q coordinate system.
  • the operating point can be determined based on the target torque.
  • the flow map can be linear, affine or nonlinear.
  • the flow map can be linked linearly, affinely or nonlinearly.
  • the flux map can characterize a magnetic flux of the drive in the coordinate system.
  • the flux map can contain chained magnetic fluxes and have the dq coordinate system.
  • the flow map can consist of a flow map in the q and a flow map in the d direction of the dq coordinate system.
  • the flow map can be determined by measuring the electric drive, from a finite element simulation and/or modeling.
  • the modeling can be phenomenological modeling.
  • the torque hyperbola can be determined based on the flux map, in particular the linked magnetic fluxes, by: where the constant k results from a number of phases, a number of poles, a connection of the electric drive and a type of dq transformation.
  • the machine connection can be a star connection or a delta connection.
  • the dq transformation can be a Park transformation.
  • the number of phases can be three.
  • the maximum currents can be maximum current value pairs.
  • the maximum current can be predetermined.
  • the maximum currents can be based on at least one of the maximum thermal load capacity of the drive and a converter feeding the drive, in particular its maximum available currents.
  • the d-q coordinate system rotates with the stator of the drive.
  • the coordinate system can be rotationally fixed with the stator.
  • intersection can be limited by the torque hyperbola, the voltage ellipse, the maximum currents and the intersection points of these.
  • the method can further include determining the flow map of the drive and/or providing the flow map of the drive.
  • the torques and/or the speeds can be based on a predetermined operating range of the drive.
  • the voltage ellipse may be determined for each of the predetermined torques based on the voltage equation or may be determined for one or more of the predetermined torques based on the voltage equation.
  • the one or more torques used for the voltage ellipse may form a subset of the predetermined torques. In particular, only every second, third, fourth or fifth torque of the predetermined torques can be used, with the numbering of the torques being one Arrangement of torques with increasing or reducing speed relates.
  • the stress ellipse can be determined by combining the results of the stress equation of the one or more torques. To connect the results, the results can be interpolated, connected linearly and/or nonlinearly.
  • the stator current threshold may characterize a subset of the intersection that has contributing stator currents that are less than or equal to 30%, 20%, 10%, or 5% of a contributing maximum stator current of the intersection.
  • the minimum current value pair or pairs can be determined from this subset.
  • the control command may include at least one current command for the target torque, which has a minimum current value pair for operating the drive such that the associated torque corresponds to the target torque. Consequently, a current torque of the drive can be regulated by means of the control command in such a way that it approaches and/or corresponds to the target torque.
  • the method may further include receiving a target torque input that characterizes the target torque, detecting the current torque, and determining the control command for controlling the drive based on the current torque and the target torque, in particular such that the current torque approximates the target torque based on the control command and/or corresponds to the target torque.
  • the task is further solved according to a second aspect by a computer-implemented method for creating a database with minimum current value pairs for operating an electric drive.
  • the method includes determining a torque hyperbola for predetermined torques of an electric drive in a dq coordinate system based on a flow map of the drive, wherein the dq coordinate system rotates with a stator of the drive and wherein the q axis of the coordinate system represents a torque and the d-axis of the coordinate system indicates a magnetic flux density.
  • the method further comprises determining an intersection in the dq coordinate system based on the maximum currents, the torque hyperbola and the voltage ellipse and determining at least one pair of minimum current values in the intersection for the speeds.
  • the respective at least one pair of minimum current values is a pair of current values of the intersection that lies below a predetermined contributing stator current threshold value and characterizes a stator current of the stator for operating the drive for the respective speed.
  • the respective at least one pair of minimum current values is a pair of current values of the intersection that characterizes a contributing minimum stator current of the stator for operating the drive for the respective speed.
  • the method further includes creating a database and storing the minimum current value pairs in the database.
  • the task is solved according to a third aspect by a database that was created by a method according to the second aspect.
  • the object is solved according to a fourth aspect by a computer program product, comprising instructions which, when the program is executed by a processor, cause the processor to carry out the method according to the first aspect and/or the second aspect.
  • control unit for controlling an electric drive, comprising a processor designed to execute a computer program product according to the fourth aspect.
  • the control unit can comprise a memory, set up to store at least one of at least one of the torque hyperbolas, at least one of the predetermined torques, the flux map, at least one of the voltage ellipses, the magnetic fluxes, the maximum currents, the speeds, at least one of the intersections, at least one the minimum current value pairs and at least one of the control commands.
  • the processor can further be designed to output the control command to a control algorithm of the drive.
  • the processor can be designed to carry out the steps of determining the torque hyperbola, determining the voltage ellipse, determining the intersection and determining the respective at least one pair of minimum current values and then executing the control command and/or the determined minimum value(s). Output current value pairs to the control algorithm.
  • the control algorithm can be designed to control the electric drive.
  • a vehicle with an electric drive comprising a processor for executing a computer program product according to the fourth aspect and / or a control unit according to the fifth aspect.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a computer-implemented method for controlling a vehicle with an electric drive according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a computer-implemented method for creating a database according to a second exemplary embodiment
  • 3 shows a schematic representation of a control unit for controlling an electric drive according to a third exemplary embodiment
  • Fig. 4 is a schematic representation of a vehicle with an electric drive according to a fourth exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a computer-implemented method for controlling an electric drive of a vehicle.
  • the electric drive can be a synchronous machine or an asynchronous machine.
  • the drive further comprises a stator and a rotor, the rotor having permanent magnets.
  • the stator can have coils, in particular three coils, which are arranged evenly offset along a circumference of the stator.
  • Three phases U, V and W can be provided, each phase U, V, W being connected to the same number of coils and the coils being distributed equidistantly around the circumference. If the phases U, V, W are controlled with phase-shifted alternating currents, a torque is generated that rotates the rotor about the axis of rotation with respect to the stator.
  • a current vector or current vector can have pairs of current values can be represented in a stator-fixed, two-dimensional a/ß coordinate system.
  • a stator-fixed d/q coordinate system is subsequently used, with the d-q coordinate system rotating with a stator of the drive.
  • the q-axis of the coordinate system indicates a torque and the d-axis of the coordinate system indicates a magnetic flux density.
  • a torque hyperbola for predetermined torques of the electric drive is determined in the dq coordinate system based on a flow map of the drive.
  • the flow map can be determined or obtained in advance. In particular, the flow map can be determined by measuring the drive.
  • a voltage ellipse for one or more torques of the predetermined torques is determined based on a voltage equation.
  • the voltage ellipse is determined for each of the predetermined torques.
  • the voltage equation is based on magnetic fluxes of the drive in the flux map, maximum currents for operating the drive in the d-q coordinate system, and speeds, where the speeds are based on the one or more torques.
  • the maximum currents that can be supplied to the drive result at least partially based on a maximum thermal load capacity of the drive and a converter feeding the drive, in particular its maximum available currents.
  • a circle can result for the maximum currents.
  • an intersection in the dq coordinate system is determined based on the maximum currents, the torque hyperbola, and the voltage ellipse.
  • at least one pair of minimum current values in the intersection for the speeds is determined.
  • the intersection includes a variety of different current value pairs for a speed that could be used to drive the drive such that the speed or a corresponding torque is achieved.
  • this pair of minimum current values the drive can be operated in such a way that the torque is achieved efficiently by the drive. Consequently, maximum torque can be generated with a minimum current.
  • the respective at least one minimum current value pair can be a current value pair of the intersection that lies below a predetermined contributing stator current threshold value and characterizes a stator current of the stator for operating the drive for the respective speed.
  • Two, three or more pairs of minimum current values can be determined for the respective speed. For example, an undercut amount of the intersection determined by the stator current threshold may be determined. For example, the bottom 5% of the intersection can be considered a subset.
  • One, two or more pairs of minimum current values can be determined from this subset.
  • a control command for controlling the drive is issued at least partially based on the determined minimum current value pairs and a target torque of the drive.
  • the target torque may be received by a target torque input that characterizes the target torque.
  • a current torque can also be recorded in order to check whether the current torque corresponds to the target torque.
  • the control command may be determined such that the current torque approaches and/or corresponds to the target torque based on the control command.
  • FIG. 2 shows a schematic method 200 for creating a database with pairs of minimum current values.
  • Steps 210 to 240 are similar to steps 110 to 140, in particular identical.
  • the method 200 differs from the method 100 in that in step 250 a database is created and the minimum current value pairs are stored in the database.
  • the minimum current value pairs are stored in connection with an associated torque and/or an associated speed. Consequently, a database can be provided which, for example, specifies the torques and the associated minimum current value pairs in the form of a table. Accordingly, storage requirements can be reduced become.
  • the database can also be easily read and computer resources are saved.
  • FIG. 3 shows schematically a control unit 300 for controlling an electric drive of a vehicle 400 with a processor 310 and a memory 320, the memory 320 being optional.
  • the previously described methods 100, 200 can be stored in memory as a computer program product, comprising instructions which, when the program is executed by the processor 310, cause it to execute the method 100 and/or 200.
  • the control unit 300 can be part of the vehicle 400.
  • the computer program product may be stored in memory 320.
  • Ttotal interpolation of M with l_d and l_q
  • Psiq(l) interpolation of Psi_q with id_FW and iq_FW
  • FIG. 4 shows schematically a vehicle with an electric drive and a control unit 300 according to FIG. 3.
  • the electric drive can be operated energy-efficiently by means of the control unit 300.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren und eine Steuerungseinheit zum Steuern eines elektrischen Antriebs. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente eines elektrischen Antriebs in einem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht und wobei die q-Achse des Koordinatensystems ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems eine magnetische Flussdichte angibt. Das Verfahren umfasst weiter ein Bestimmen einer Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung, wobei die Spannungsgleichung auf magnetischen Flüssen des Flusskennfelds, maximaler Ströme zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen basiert, wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren. Weiter umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Schnittmenge in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse, ein Bestimmen jeweils zumindest eines Minimal-Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen, wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert, oder wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das einen beitragsmäßigen minimalen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Das Verfahren umfasst weiter ein Ausgeben eines Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs zumindest teilweise basierend auf den bestimmten minimalen Stromwertepaaren und einem Solldrehmoment des Antriebs.

Description

Computer-implementiertes Verfahren zum Bestimmen eines Steuerbefehls zum Steuern einer Synchronmaschine, com puter-implementiertes Verfahren zum Erstellen einer Datenbank mit Minimal-Stromwertepaaren und eine Steuerunqseinheit
Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zum Bestimmen eines Steuerbefehls zum Steuern einer Synchronmaschine, ein computer-implementiertes Verfahren zum Erstellen einer Datenbank mit Minimal-Stromwertepaaren und eine Steuerungseinheit.
Typischerweise werden elektrische Maschinen, sogenannte E-Maschinen, insbesondere Permanentmagnet-Synchronmaschinen zur Bestimmung optimaler Sollgrößen vermessen, derart dass aus den Messdaten Wertetabellen generiert werden können, die in ein entsprechendes Steuergerät als Teil eines Algorithmus implementiert werden müssen. Ein Vorteil dieses Vorgehens ist, dass Nichtlinearitäten, wie z.B. der Einfluss von magnetischer Sättigung, intrinsisch berücksichtigt werden. Ein Nachteil ist der Vermessungsaufwand, der nötige Speicherbedarf im Steuergerät für die Wertetabellen sowie das Fehlen physikalisch deutbarer, parametrischer Zusammenhänge im Algorithmus.
Ein weiterer Nachteil ist ein hoher Speicherbedarf zum Speichern des Algorithmus. Die Algorithmen sind nicht zugleich physikalisch deutbar und bilden nicht die nichtlineare Dynamik ab. Ebenfalls ist nicht der gesamte Arbeitsbereich der E-Maschine nutzbar. Schließlich können die Verfahren bzw. die resultierenden Werte im Flussschwächebereich nicht optimal sein, insbesondere wird das Drehmoment nur durch einen sehr hohen Strom erreicht.
US 2016/352,276 A1 beschreibt ein System mit einem Energieabsorber, einer zu dem Energieabsorber gekoppelten elektrischen Maschine, einem zu der elektrischen Maschine gekoppelten Antrieb und einer Steuerung. Die Steuerung variiert eine an der Maschine angelegte Spannung, wobei das Drehmoment beibehalten wird, und ermittelt basierend auf der variierenden Spannung einen minimalen Strom zum Beibehalten des Drehmoments. US 2017/141 ,711 A1 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung der Effizienz eines Induktionsmotors, wobei für das Verfahren mittels eines Algorithmus ein Belastungsfaktor bestimmt wird. Zu diesem Zweck werden verschiedene Eingangsgrößen bestimmt, wie ein Drehmoment eines Motors, ein mittels eines weiteren Algorithmus zu bestimmender Leistungsfaktor, eine anliegende Drehmom entström kom ponente und eine Magnetfeld-Strom-Komponente.
Insbesondere für den Bereich hoher Drehzahlen (konstanter Leistungsbereich/Be- reich oberhalb der Basisdrehzahl) werden häufig sogenannte Flusschwäche-Regler eingesetzt. Diese können tabellenbasiert oder als überlagerte Spannungsregler realisiert werden. Dabei wird jeweils für ein Solldrehmoment T* der Sollstrom (i*d; i*q) aus einem Schnittpunkt der Spannungsellipse bei der aktuellen Drehzahl w mit dem maximalen Stromkreis bestimmt. Die reglerbasierten Verfahren basieren häufig auf der Annahme, dass der D-Achsen-Anteil des Stroms null ist. Daher sind diese Verfahren nicht energieoptimal.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein computer-implementiertes Verfahren zum Bestimmen eines Steuerbefehls eines elektrischen Antriebs, ein computer-implementiertes Verfahren zum Erstellen einer Datenbank mit Minimal-Stromwer- tepaaren und eine Steuerungseinheit bereitzustellen, die einen oder mehrere der zuvor genannten Nachteile beheben und/oder verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ströme zum Betreiben des Antriebs derart zu bestimmen, dass diese minimal, für den Flussschwächebereich zulässig und/oder verlustoptimiert sind.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein computer-implementiertes Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebs gelöst. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente eines elektrischen Antriebs in einem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht und wobei die q-Achse des Koordinatensystems ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems eine magnetische Flussdichte angeben. Das Verfahren umfasst weiter ein Bestimmen einer Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente, insbesondere für jedes der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung, wobei die Spannungsgleichung auf magnetischen Flüssen des Flusskennfelds, maximaler Ströme zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen basiert, wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren. Weiter umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Schnittmenge in dem d-q- Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse und ein Bestimmen jeweils zumindest eines Minimal- Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen. Das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ist ein Stromwertepaar der Schnittmenge, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Alternativ ist das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge, das einen beitragsmäßigen minimalen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Weiter umfasst das Verfahren ein Ausgeben eines Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs zumindest teilweise basierend auf den bestimmten minimalen Stromwertepaaren und einem Solldrehmoment des Antriebs.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann auf besonders Computer-Ressourcen schonende Weise zumindest ein Minimal-Stromwertepaar aus einer Vielzahl von möglichen Stromwertepaaren bestimmt werden, wobei dieses Minimal-Stromwertepaar einen möglichst geringen, insbesondere einen minimalen Strom zum Betreiben des Antriebs charakterisiert. Folglich wird ein (Strom-) effizientes Betreiben des Antriebs ermöglicht. Insbesondere können mittels des Verfahrens bezüglich Kupferverlusten energieoptimale Minimal-Stromwertepaare zur verlustminimierten Regelung des Antriebs im Flussschwächebereich bestimmt werden. Weiter können nichtlineare Eigenschaften der Maschinendynamik des Antriebs bei der Bestimmung von bezüglich Kupferverlusten energieoptimalen Minimal-Stromwertepaaren zur verlustminimierten Regelung von Synchronmotoren im Flussschwächebereich berücksichtigt werden. Der Antrieb kann eine elektrische Maschine, eine sogenannte E-Maschine sein. Der Antrieb kann eine rotierende elektrische Maschine sein, in der ein Rotor des Antriebs synchron mit einem Drehfeld des Stators des Antriebs läuft. Der Antrieb kann ein Synchronmotor, ein Asynchronmotor, ein Stellantrieb und/oder ein Achsantrieb sein. Insbesondere kann der Antrieb ein Permanent-magnetischer Synchronmotor sein. Der Antrieb kann zum Antreiben eines Fahrzeug- und/oder Windkraftgetriebes und/oder Lenksystems ausgebildet sein. Das d-q-Koordinatensystem kann mittels einer d/q-Transformation, der sogenannten Park-Transformation bestimmt werden. Dabei können dreiphasige Größen wie bei einer Drehstrommaschine mit den Achsen U, V, W in ein zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen d und q überführt werden.
Die Regelung und/oder Steuerung des Antriebs kann auf einen Arbeitspunkt erfolgen, der in dem d-q-Koordinatensystem eine q-Komponente und eine d-Komponente des durch den Antrieb fließenden Stroms, insbesondere des Minimal-Stromwerte- paars aufweist. Die Minimal-Stromwerte-Paare können einen Strom l_q und einen Strom l_d aufweisen, wobei die jeweiligen Ströme die Komponenten in dem d-q-Ko- ordinatensystem sind. Der Arbeitspunkt kann bezüglich des Soll-Drehmoments bestimmt werden.
Das Flusskennfeld kann linear, affin oder nichtlinear sein. Insbesondere kann das Flusskennfeld linear, affin oder nichtlinear verkettet sein. Das Flusskennfeld kann einen magnetischen Fluss des Antriebs in dem Koordinatensystem charakterisieren. Das Flusskennfeld kann verkettete magnetische Flüsse
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und
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dem d-q-Koordinatensystem aufweisen. Das Flusskennfeld kann aus einem Flusskennfeld in der q- und ein Flusskennfeld in der d-Richtung des d-q-Koordinatensys- tems aufweisen. Weiter kann das Flusskennfeld durch eine Vermessung des elektrischen Antriebs, aus einer Finite-Elemente-Simulation und/oder einer Modellierung bestimmt werden. Die Modellierung kann eine phänomenologische Modellierung sein.
Die Drehmoment-Hyperbel kann basierend auf dem Flusskennfeld, insbesondere den verketteten magnetischen Flüssen bestimmt werden durch:
Figure imgf000007_0001
wobei die Konstante k auf einer Anzahl der Phasen, einer Anzahl der Pole, einer Verschaltung des elektrischen Antriebs und aus einem Typ der d-q-Transformation ergibt. Die Verschaltung der Maschine kann eine Stern-Verschaltung oder eine Dreieck-Verschaltung sein. Die d-q-Transformation kann eine Park-Transformation sein. Die Anzahl der Phasen kann drei sein.
Die maximalen Ströme können maximale Stromwertepaare sein. Der maximale Strom kann vorbestimmt sein. Die maximalen Ströme können zumindest auf einem von einer maximalen thermischen Belastbarkeit des Antriebs und einem den Antrieb speisenden Umrichter, insbesondere dessen maximal zur Verfügung stellbaren Strömen basieren.
Das d-q-Koordinatensystem dreht sich mit dem Stator des Antriebs. Das Koordinatensystem kann drehfest mit dem Stator sein.
Die Schnittmenge kann durch die Drehmoment-Hyperbel, die Spannungsellipse, den maximalen Strömen und die Schnittpunkte dieser begrenzt sein.
Das Verfahren kann weiter ein Ermitteln des Flusskennfelds des Antriebs und/oder ein Bereitstellen des Flusskennfelds des Antriebs umfassen.
Die Drehmomente und/oder die Drehzahlen können auf einem vorbestimmten Arbeitsbereich des Antriebs basieren.
Die Spannungsellipse kann für jedes Drehmoment der vorbestimmten Drehmomente basierend auf der Spannungsgleichung oder kann für eine oder mehrere der vorbestimmten Drehmomente basierend auf der Spannungsgleichung bestimmt werden. Die einen oder mehreren für die Spannungsellipse verwendeten Drehmomente können eine Untermenge der vorbestimmten Drehmomente bilden. Insbesondere kann nur jedes zweite, dritte, vierte oder fünfte Drehmoment der vorbestimmten Drehmomente verwendet werden, wobei sich die Nummerierung der Drehmomente auf eine Anordnung der Drehmomente mit aufsteigender oder reduzierender Drehzahl bezieht. Die Spannungsellipse kann durch ein Verbinden der Ergebnisse der Spannungsgleichung der einen oder die mehreren Drehmomente bestimmt werden. Zum Verbinden der Ergebnisse können die Ergebnisse interpoliert, linear und/oder nichtlinear verbunden werden.
Der Statorstromschwellenwert kann eine Untermenge der Schnittmenge charakterisiert, die beitragsmäßige Statorströme aufweist, die kleiner gleich oder kleiner als 30 %, 20%, 10% oder 5% eines beitragsmäßigen maximalen Statorstroms der Schnittmenge sind. Das Minimal-Stromwertepaar bzw. die Minimal-Stromwertepaare können aus dieser Untermenge bestimmt sein.
Der Steuerbefehl kann zumindest einen Strombefehl für das Solldrehmoment umfassen, der ein minimales Stromwertepaar zum Betreiben des Antriebs aufweist, derart, dass das zugehörige Drehmoment dem Solldrehmoment entspricht. Folglich kann mittels des Steuerbefehls ein aktuelles Drehmoment des Antriebs derart geregelt werden, dass dieser sich dem Solldrehmoment annähert und/oder diesem entspricht.
Das Verfahren kann weiter ein Empfangen einer Solldrehmomenteingabe, die den Solldrehmoment charakterisiert, ein Erfassen des aktuellen Drehmoments, und ein Bestimmen des Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs basierend auf dem aktuellen Drehmoment und dem Solldrehmoment umfassen, insbesondere derart, dass sich das aktuelle Drehmoment an das Solldrehmoment basierend auf dem Steuerbefehl annähert und/oder dem Solldrehmoment entspricht.
Die Aufgabe wird weiter gemäß einem zweiten Aspekt durch ein computer-implemen- tiertes Verfahren zum Erstellen einer Datenbank mit Minimal-Stromwertepaaren zum Betreiben eines elektrischen Antriebs gelöst. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente eines elektrischen Antriebs in einem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht und wobei die q-Achse des Koordinatensystems ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems eine magnetische Flussdichte angibt. Weiter umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung, wobei die Spannungsgleichung auf magnetischen Flüssen des Flusskennfelds, maximaler Ströme zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen basiert und wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren. Das Verfahren umfasst weiter ein Bestimmen einer Schnittmenge in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse und ein Bestimmen jeweils zumindest eines Minimal-Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen. Das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ist ein Stromwertepaar der Schnittmenge, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Alternativ ist das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwerte- paar ein Stromwertepaar der Schnittmenge, das einen beitragsmäßigen minimalen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Das Verfahren umfasst weiter ein Erstellen einer Datenbank und Speichern der Minimal-Stromwertepaare in der Datenbank.
Merkmale des ersten Aspekts können als Merkmale des zweiten Aspekts und umgekehrt ausgebildet sein und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt durch eine Datenbank gelöst, die durch ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt erstellt wurde.
Die Aufgabe wird gemäß einem vierten Aspekt durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder dem zweiten Aspekt auszuführen.
Die Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt durch eine Steuerungseinheit zum Steuern eines elektrischen Antriebs gelöst, umfassend einen Prozessor, ausgebildet zum Ausführen eines Computerprogrammprodukts gemäß dem vierten Aspekt. Die Steuereinheit kann einen Speicher umfassen, eingerichtet zum Speichern zumindest eines von zumindest einer der Drehmomenthyperbeln, zumindest eines der vorbestimmten Drehmomente, des Flusskennfelds, zumindest einer der Spannungsellipsen, der magnetischen Flüsse, der maximalen Ströme, den Drehzahlen, zumindest einer der Schnittmengen, zumindest eines der minimalen Stromwertepaare und zumindest eines der Steuerbefehle.
Der Prozessor kann weiter dazu ausgebildet sein, den Steuerbefehl an einen Regelungsalgorithmus des Antriebs auszugeben.
Der Prozessor kann dazu ausgebildet sein, die Schritte des Bestimmens der Drehmoment Hyperbel, des Bestimmens der Spannungsellipse, des Bestimmens der Schnittmenge und des Bestimmens des jeweils zumindest einen Minimal-Stromwer- tepaars auszuführen und anschließend den Steuerbefehl und/oder das oder die ermittelten Minimal-Stromwertepaare an den Regelungsalgorithmus auszugeben. Der Regelungsalgorithmus kann dazu ausgebildet sein, den elektrischen Antrieb zu steuern.
Die Aufgabe wird weiter gemäß einem sechsten Aspekt durch ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb gelöst, umfassend einen Prozessor zum Ausführen eines Computerprogrammprodukts gemäß dem vierten Aspekt und/oder eine Steuerungseinheit gemäß dem fünften Aspekt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines computer-implementierten Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines computer-implementierten Verfahrens zum Erstellen einer Datenbank gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuerungseinheit zum Steuern eines elektrischen Antriebs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines computer-implementierten Verfahrens zum Steuern eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs. Der elektrische Antrieb kann eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Weiter umfasst der Antrieb einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor Permanentmagneten aufweist. Durch eine Versorgung des Stators mit Strom wird der Rotor in Drehung versetzt und ein Antrieb erzeugt, wobei sich der Rotor um eine Drehachse dreht. Der Stator kann Spulen aufweisen, insbesondere drei Spulen, die gleichmäßig versetzt entlang eines Umfangs des Stators angeordnet sind. Es können drei Phasen U, V und W vorgesehen sein, wobei jede Phase U, V, W mit gleich vielen Spulen verbunden ist und die Spulen äquidistant auf dem Umfang verteilt sind. Werden die Phasen U, V, W mit phasenverschobenen Wechselströmen angesteuert, so wird ein Drehmoment generiert, das den Rotor um die Drehachse bezüglich des Stators dreht.
Da die Ströme der Phasen U, V, W in Summe Null ergeben, kann ein Stromzeiger bzw. Stromvektor aufweisen Stromwertepaare in einem statorfesten, zweidimensionalen a/ß-Koordinatensystem dargestellt werden. Nachfolgend wird ein statorfestes d/q-Koordinatensystem verwendet, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht. Die q-Achse des Koordinatensystems gibt ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems gibt eine magnetische Flussdichte an.
Die nachfolgend beschriebenen Schritte des Verfahrens 100 sind lediglich in beispielhafter Reihenfolge angegeben, wobei die Erfindung nicht auf diese eingeschränkt ist. Insbesondere können die Schritte 110, 120, 130 in beliebiger Reihenfolge und/oder gleichzeitig ausgeführt werden. In einem ersten Schritt 110 wird eine Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente des elektrischen Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs bestimmt. Das Flusskennfeld kann vorab bestimmt oder erhalten werden. Insbesondere kann das Flusskennfeld durch eine Vermessung des Antriebs bestimmt werden.
In einem weiteren Schritt 120 wird eine Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung bestimmt. Insbesondere werden für jeden der vorbestimmten Drehmomente die Spannungsellipse bestimmt. Die Spannungsgleichung basiert auf magnetischen Flüssen des Antriebs in dem Flusskennfeld, maximalen Strömen zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen, wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren.
Die dem Antrieb zuführbaren maximalen Ströme ergeben sich zumindest teilweise basierend auf einem von einer maximalen thermischen Belastbarkeit des Antriebs und einem den Antrieb speisenden Umrichter, insbesondere dessen maximal zur Verfügung stellbaren Ströme. In dem d-q-Koordinatensystem kann sich für die maximalen Ströme ein Kreis ergeben.
Weiter wird in Schritt 130 eine Schnittmenge in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse bestimmt. In einem weiteren Schritt 140 wird jeweils zumindest eines Minimal- Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen bestimmt. Die Schnittmenge umfasst eine Vielzahl an unterschiedlichen Stromwertepaaren für eine Drehzahl, die verwendet werden könnten, um den Antrieb anzutreiben, derart, dass die Drehzahl bzw. ein entsprechendes Drehmoment erreicht wird. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ist es möglich, auf einfache Art und Weise ein Stromwertepaar zu bestimmen, dass beitragsmäßig einen geringsten Statorstrom darstellt. Mittels dieses Minimal-Stromwertepaars kann der Antrieb derart betrieben werden, dass das Drehmoment von dem Antrieb effizient erreicht wird. Folglich kann mit einem minimalen Strom ein maximales Drehmoment erzeugt werden. Alternativ kann das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge sein, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert. Es können zwei, drei oder mehr Minimal-Stromwertepaare für die jeweilige Drehzahl bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Unterschnittmenge der Schnittmenge, bestimmt durch den Statorstromschwellenwert, bestimmt werden. Beispielsweise können die unteren 5% der Schnittmenge als Untermenge betrachtet werden. Aus dieser Untermenge können ein, zwei oder mehr Minimal-Stromwertepaare bestimmt werden.
In einem weiteren Schritt 150 wird ein Steuerbefehl zum Steuern des Antriebs zumindest teilweise basierend auf den bestimmten minimalen Stromwertepaaren und einem Solldrehmoment des Antriebs ausgegeben. Der Solldrehmoment kann durch eine Solldrehmomenteingabe empfangen werden, die den Solldrehmoment charakterisiert. Es kann weiter ein aktuelles Drehmoment erfasst werden, um zu überprüfen, ob das aktuelle Drehmoment mit dem Solldrehmoment übereinstimmt. Der Steuerbefehl kann derart bestimmt werden, dass sich das aktuelle Drehmoment an das Solldrehmoment basierend auf dem Steuerbefehl annähert und/oder dem Solldrehmoment entspricht.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Verfahren 200 zum Erstellen einer Datenbank mit Mi- nimal-Stromwertepaaren.
Die Schritte 210 bis 240 sind dabei den Schritten 110 bis 140 ähnlich, insbesondere identisch. Das Verfahren 200 unterscheidet sich von dem Verfahren 100 dadurch, dass in Schritt 250 eine Datenbank erstellt wird und die Minimal-Stromwertepaare in der Datenbank gespeichert werden. Insbesondere werden die Minimal-Stromwertepaare in Zusammenhang mit einem zugehörigen Drehmoment und/oder einer zugehörigen Drehzahl gespeichert. Folglich kann eine Datenbank bereitgestellt werden, welche beispielsweise in Form einer Tabelle die Drehmomente und die zugehörigen Minimal-Stromwertepaare angibt. Entsprechend kann ein Speicherbedarf reduziert werden. Ebenfalls kann die Datenbank einfach ausgelesen werden und Computer- Ressourcen werden gespart.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Steuerungseinheit 300 zum Steuern eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs 400 mit einem Prozessor 310 und einem Speicher 320, wobei der Speicher 320 optional ist. Die zuvor beschriebenen Verfahren 100, 200 können als Computerprogrammprodukt auf dem Speicher gespeichert, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch den Prozessor 310 diesen veranlassen, das Verfahren 100 und/oder 200 auszuführen. Die Steuerungseinheit 300 kann Teil des Fahrzeugs 400 sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf dem Speicher 320 gespeichert sein.
Nachfolgend werden zumindest teilweise die in dem Verfahren 100 und/oder 200 erläuterten Schritte anhand eines Ausführungsbeispiels eines Algorithmus beschrieben.
\begin{lstlisting}
// Initialisierung:
W // Drehzahlvektor
T // Drehmomentvektor l_max // Maximaler Statorstrom
U_max //Maximale Spannung
Psi_d, Psi_q // magnetisch verkettete Flusskennfelder
M // Drehmomentkennfeld
// Bestimmung zulässiger Ströme l_d und l_q für Werte in T: for k = 1 :length(T) // Für jedes T(k) l=0;
// Initialisierung Startwert H ;
// Initialisierung Stromschritte
Deltal;
// Initialisierung Winkelschritte
DeltaGamma;
// Durchlauf für jeden Statorstrombetrag Itotal von 11 bis l_max in Schritten Deltal for Itotal = 11 : Deltal: l_max
1=1+1 ;
Gamma = 0:DeltaGamma:pi/2 H Definition eines Winkelvektors Gamma l_d = -Itotal *sin(Gamma) H Berechung von Id für Itotal l_q = Itotal *cos(Gamma) // Berechung von Iq für Itotal
Ttotal = Interpolation von M mit l_d und l_q
H Bestimmung des Index bezüglich T, d.h. I_d und l_q, die T(k) erzeugen
[Wert, Index] = min((Ttotal-T(k))A2) id_FW(l,k) = l_d(lndex) iq_FW(l,k) = l_q(index) end end
// Bestimmung der optimalen Paare ld_OptFW, Iq DptFW bezüglich
H betragsmäßig minimalem Statorstrom ||(l_d, l_q)||
H in Abhängigkeit der Drehzahl: for k = 1 :length(T) // Für jedes T(k) for n = 1 :length(W) // Für jedes W(k) for I = 1 :length(id_FW) // Für alle id_FW und iq_FW
H Bestimmung des magnetischen Flusses psid
Psid(l) = Interpolation von Psi_d mit id_FW und iq_FW // Bestimmung des magnetischen Flusses psiq
Psiq(l) = Interpolation von Psi_q mit id_FW und iq_FW
H Falls id_FW und iq_FW innerhalb der Spannungsellipse if (W(n)A2*( Psid(l)A2+ Psiq(l)A2 )<=U_maxA2)
H Speicherung der zulässigen Werte l(l,k) = sqrt(id_FW(l,k)A2 + iq_FW(l,k)A2) eise l(l,k) = inf; // Berücksichtigung nicht zulässiger Werte end end end
// Ermittlung des Index des minimalen zulässigen Werts
[Wert, Index] = min(l(:,k))
H Speicherung des minimalen zulässigen Werts ld_OptFW(k, n) = id_FW(lndex,k);
H Speicherung des minimalen zulässigen Werts lq_OptFW(k, n) = iq_FW(lndex,k); end end
\end{lstlisting}
Fig. 4 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Steuerungseinheit 300 gemäß Fig. 3. Mittels der Steuerungseinheit 300 kann der elektrische Antrieb energieeffizient betrieben werden. Bezugszeichen
Computer-implementiertes Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebs
Bestimmen einer Drehmoment-Hyperbel
Bestimmen einer Spannungsellipse
Bestimmen einer Schnittmenge
Bestimmen von Minimal-Stromwertepaaren
Ausgeben eines Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs
Computer-implementiertes Verfahren zum Erstellen einer Datenbank
Bestimmen einer Drehmoment-Hyperbel
Bestimmen einer Spannungsellipse
Bestimmen einer Schnittmenge
Bestimmen von Minimal-Stromwertepaaren
Erstellen einer Datenbank und Speichern der Minimal-Stromwertepaare in der Datenbank
Steuerungseinheit
Prozessor
Speicher
Fahrzeug

Claims

Patentansprüche
1 . Computer-implementiertes Verfahren (100) zum Steuern eines elektrischen Antriebs, umfassend die Schritte:
Bestimmen (1 10) einer Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente eines elektrischen Antriebs in einem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht, wobei die q-Achse des Koordinatensystems ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems eine magnetische Flussdichte angeben;
Bestimmen (120) einer Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung, wobei die Spannungsgleichung auf magnetischen Flüssen des Flusskennfelds, maximaler Ströme zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen basiert, wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren;
Bestimmen (130) einer Schnittmenge in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse;
Bestimmen (140) jeweils zumindest eines Minimal-Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen, wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert, oder wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das einen beitragsmäßigen minimalen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert; und
Ausgeben (150) eines Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs zumindest teilweise basierend auf den bestimmten minimalen Stromwertepaaren und einem Solldrehmoment des Antriebs.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , weiter umfassend:
Ermitteln des Flusskennfelds des Antriebs; und/oder Bereitstellen des Flusskennfelds des Antriebs;
3. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehmomente und/oder Drehzahlen basierend auf einem vorbestimmten Arbeitsbereich des Antriebs vorbestimmt sind.
4. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannungsellipse für jedes Drehmoment der vorbestimmten Drehmomente basierend auf der Spannungsgleichung bestimmt wird.
5. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Statorstromschwellenwert eine Untermenge der Schnittmenge charakterisiert, die beitragsmäßige Statorströme aufweist, die kleiner gleich oder kleiner als 30 %, 20%, 10% oder 5% eines beitragsmäßigen maximalen Statorstroms der Schnittmenge sind.
6. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Steuerbefehl zumindest einen Strombefehl für das Solldrehmoment umfasst, der ein minimales Stromwertepaar zum Betreiben des Antriebs aufweist, derart, dass das zugehörige Drehmoment dem Solldrehmoment entspricht.
7. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend:
Empfangen einer Solldrehmomenteingabe, die den Solldrehmoment charakterisiert;
Erfassen eines aktuellen Drehmoments;
Bestimmen des Steuerbefehls zum Steuern des Antriebs basierend auf dem aktuellen Drehmoment und dem Solldrehmoment, insbesondere derart, dass sich das aktuelle Drehmoment an das Solldrehmoment basierend auf dem Steuerbefehl annähert und/oder dem Solldrehmoment entspricht.
8. Computer-implementiertes Verfahren (200) zum Erstellen einer Datenbank mit Minimal-Stromwertepaaren zum Betreiben eines elektrischen Antriebs, umfassend die Schritte: Bestimmen (210) einer Drehmoment-Hyperbel für vorbestimmte Drehmomente eines elektrischen Antriebs in einem d-q-Koordinatensystem basierend auf einem Flusskennfeld des Antriebs, wobei sich das d-q-Koordinatensystem mit einem Stator des Antriebs dreht, wobei die q-Achse des Koordinatensystems ein Drehmoment und die d-Achse des Koordinatensystems eine magnetische Flussdichte angeben;
Bestimmen (220) einer Spannungsellipse für ein oder mehrere Drehmomente der vorbestimmten Drehmomente basierend auf einer Spannungsgleichung, wo-bei die Spannungsgleichung auf magnetischen Flüssen des Flusskennfelds, maximaler Ströme zum Betreiben des Antriebs in dem d-q-Koordinatensystem und Drehzahlen basiert, wobei die Drehzahlen auf dem einen oder den mehreren Drehmomenten basieren;
Bestimmen (230) einer Schnittmenge in dem d-q-Koordinatensystem basierend auf den maximalen Strömen, der Drehmoment-Hyperbel und der Spannungsellipse;
Bestimmen (240) jeweils zumindest eines Minimal-Stromwertepaars in der Schnittmenge für die Drehzahlen, wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das unterhalb eines vorbestimmten beitragsmäßigen Statorstromschwellenwerts liegt und einen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert, oder wobei das jeweilige zumindest eine Minimal-Stromwertepaar ein Stromwertepaar der Schnittmenge ist, das einen beitragsmäßigen minimalen Statorstrom des Stators zum Betreiben des Antriebs für die jeweilige Drehzahl charakterisiert; und
Erstellen (250) einer Datenbank und Speichern der Minimal-Stromwertepaare in der Datenbank.
9. Datenbank, erhalten durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8.
10. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor (310) diesen veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder das Verfahren (200) nach Anspruch 8 auszuführen.
11 . Steuerungseinheit (3100) zum Steuern eines elektrischen Antriebs, umfassend: einen Prozessor (310), ausgebildet zum Ausführen eines Computerprogrammprodukts nach Anspruch 10.
12. Steuerungseinheit (300) nach Anspruch 11 , weiter umfassend: einen Speicher (320), eingerichtet zum Speichern zumindest eines von zumindest einer der Drehmomenthyperbeln, zumindest eines der vorbestimmten Drehmomente, des Flusskennfelds, zumindest einer der Spannungsellipsen, der magnetischen Flüsse, der maximalen Ströme, den Drehzahlen, zumindest einer der Schnittmengen, zumindest eines der minimalen Stromwertepaare und zumindest eines der Steuerbefehle.
13. Steuerungseinheit (300) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Prozessor (3100) weiter dazu ausgebildet ist, den Steuerbefehl an einen Regelungsalgorithmus des Antriebs auszugeben.
14. Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, umfassend einen Prozessor zum Ausführen eines Computerprogrammprodukts nach Anspruch 10 und/oder eine Steuerungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
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