WO2024199567A1 - Verfahren zur drehparameterermittlung eines drehwinkels, sowie elektromotor - Google Patents
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- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
Definitions
- the invention relates to a method for determining the rotational parameters according to claim 1.
- the invention also relates to an electric motor.
- the rotor of an electric motor rotates and thus enough counter-induced voltage is available, it is known for permanently excited synchronous motors to use a method based on a voltage model based on voltage equations of the electrical phase voltages to determine the rotational parameters.
- the phase voltages are measured on the one hand and calculated as modeled phase voltages using the voltage model on the other.
- the electrical phase currents and electrical motor parameters are also included in this voltage model. Voltage errors in the dq coordinate system are calculated from the difference between the respective measured and modeled phase voltage.
- the angle of rotation and the rotational speed are calculated by reducing the voltage errors.
- M. Brodatzki, J. Richter, J. Kolb and M. Braun "Position and Speed Estimation Algorithm for Permanent Magnet Synchronous Machines Considering Nonlinear Magnetic Effects," 10th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia (ICPE 2019 - ECCE Asia), 2019, pp.1-8, an iterative calculation is described which, in one calculation step, calculates four voltage errors in the d-direction and q-direction by changing the angle of rotation and the speed of rotation based on a solution for the angle of rotation and the speed of rotation from the previous calculation step.
- the calculated angle of rotation and the calculated speed of rotation are calculated as a solution to the nonlinear system of equations of the voltage model. If the motor parameters used in the voltage model are assumed incorrectly, for example due to temperature influences, an incorrect and/or delayed calculation of the calculated angle of rotation and the calculated speed of rotation can occur.
- Shinji [ua] Sensorless controls of salient-pole permanent magnet synchronous motors using extended electromotive force models. In: Electrical Engineering in Japan, Vol.146, 2004, H.3, pp.55-64. - ISSN 0424-7760 (P); 1520-6416 (E). DOI: 10.1002/eej. 10257.
- the object of the present invention is to determine the rotation parameters of the electric motor more precisely, more easily and more quickly. At least one of these objects is achieved by a method for determining rotation parameters with the features of claim 1. This allows the angle of rotation to be determined more precisely and more quickly. Model inaccuracies in the voltage model can be better compensated. The calculation of the angle of rotation and/or the rotation speed can be more independent of temperature influences.
- the electric motor can be arranged in a vehicle.
- the vehicle can be a motor vehicle.
- the electric motor can provide a drive power for moving the vehicle and/or a drive power for operating a vehicle component.
- the vehicle component can be an auxiliary unit, in particular a fluid pump.
- the fluid pump can be a hydraulic pump.
- the electric motor can be operated in a sensorless mode.
- the method can be carried out during a sensorless mode of operation of the electric motor.
- the electric motor can only be operated in a sensorless mode. Sensorless operation is understood to mean operation without taking into account a rotation angle measured with a sensor, for example a position sensor.
- the electric motor can be controlled via at least three motor phases.
- the electric motor can be a brushless DC motor.
- the electric motor can be an AC synchronous motor with permanent magnets.
- the output calculated rotational speed can be calculated as a time-dependent change in the output calculated rotation angle.
- the modeled first phase voltage and the modeled second phase voltage can be calculated using a voltage model.
- the modeled first phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ can be calculated depending on the first phase current ⁇ ⁇ and the second phase current ⁇ ⁇ as follows: with the direction-related inductances ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ and the electrical resistance ⁇ ⁇ of the stator each as electrical motor parameters ⁇ .
- the modelled second phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ can be calculated using the voltage model as follows: with the river interlinking of the rotor as a further motor parameter ⁇ ′ .
- the first and second phase voltages in the dq coordinate system can be calculated from the phase voltages in the stator-fixed coordinate system.
- the electric motor can have three motor phases.
- the phase voltages in the stator-fixed coordinate system can therefore form three phase voltages.
- the output as the output calculated angle of rotation can be the output from the calculation algorithm.
- the output calculated rotational speed can be calculated directly as a change over time in the output calculated angle of rotation.
- the output calculated angle of rotation and/or the output calculated rotational speed can be used to control a rotational operation of the electric motor, in particular in the case of current control. In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if an output of the calculated rotational speed for calculating the output calculated rotational speed is omitted.
- the calculated rotational speed can only be used for internal calculation in the calculation algorithm.
- the output of the calculated rotational speed can refer to an output from the calculation algorithm, in particular after completion of the iterative calculation.
- the determination of the first and/or second phase voltage is carried out by estimation from a current control of the first and second phase current. This allows the method to be carried out more cost-effectively.
- the determination of the first and/or second phase voltage can alternatively or additionally be carried out by measuring the corresponding phase voltage.
- the first and/or second phase voltage can be measured directly or indirectly.
- the calculation algorithm applies a first relationship which indicates a first voltage difference between the determined first phase voltage and the modeled first phase voltage.
- the iterative calculation of the rotation angle to reduce the first voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ can be implemented by iteratively adjusting the rotation angle with the following dependency:
- An iterative adjustment of the rotational speed, in particular by introducing a rotational speed difference, can be omitted.
- the calculation algorithm applies a second relationship that indicates a second voltage difference between the determined second phase voltage and the modeled second phase voltage.
- the iterative calculation of the rotational speed can be implemented by iteratively adjusting the rotational speed with the following dependency: If the additional motor parameter ⁇ ′ used in the modeled second phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ is temperature-dependent and is not precisely known or unknown during the rotation of the rotor, the iterative calculation with the second relationship can bring about a reduction in the second voltage difference by iteratively adjusting the calculated rotational speed ⁇ ⁇ and the rotational speed ⁇ ⁇ calculated in this way can be used in the first relationship to calculate the calculated angle of rotation.
- the calculated rotational speed can thus be used as an internally calculated rotational speed to compensate for uncertainties in the additional motor parameter ⁇ ′ .
- the calculation algorithm can compensate for possible model uncertainties due to unknown changes in motor parameters, such as the additional motor parameter ⁇ ′ . If the additional motor parameter ⁇ ′ is, for example, inaccurate, the iterative calculation can still find a balance with the second relationship if the rotational speed is adjusted in the opposite direction to the change in the additional motor parameter by the iterative calculation. If the additional motor parameter ⁇ ′ becomes smaller, for example, the iterative calculation will calculate a higher rotational speed. This property of finding a balance with the second relationship can be used when feeding back the rotational speed for the next calculation step of the iterative calculation. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the reduction in the second voltage difference is achieved exclusively by iteratively adjusting the rotational speed.
- the electric motor 10 comprises a stator 12 and a rotor 14 that can be rotated relative to the stator by changing an angle of rotation ⁇ .
- the rotor 14 has a rotational speed ⁇ that changes the angle of rotation ⁇ .
- the electrical variables such as a phase voltage or a phase current, can be specified in the rotor-fixed dq coordinate system.
- Figure 2 shows a method for determining rotational parameters in a special embodiment of the invention.
- the method 16 for determining rotational parameters is used during rotational operation of the electric motor, for example as shown in Figure 1, in which the rotor rotates relative to the stator by changing the angle of rotation ⁇ depending on the rotational speed ⁇ of the rotor.
- the method 16 comprises the steps: determining 20 a first phase voltage ⁇ ⁇ and a first phase current ⁇ ⁇ each in relation to a d-direction and a second phase voltage ⁇ ⁇ and a second phase current ⁇ ⁇ each in relation to a q-direction of the rotor-fixed dq coordinate system, applying 22 a calculation algorithm 24 with a calculation 26 of the first phase voltage ⁇ ⁇ as a modeled first phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ and the second phase voltage ⁇ ⁇ as a modeled second phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ at least depending on the first and second phase current ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ , at least one electrical motor parameter ⁇ , the rotational speed ⁇ and the rotational angle ⁇ , iterative calculation 27 of the rotational speed ⁇ as the calculated rotational speed ⁇ ⁇ and the rotational angle ⁇ as the calculated rotational angle ⁇ depending on the modelled first and second phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ ⁇ , ⁇ ,
- the first and second phase voltage ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ can be estimated from a current control of the first and second phase current ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ .
- a first relationship 32 which indicates a first voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ between the determined first phase voltage ⁇ ⁇ and the modeled first phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ and a second relationship 34 which indicates a second voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ between the determined second phase voltage ⁇ ⁇ and the modeled second phase voltage ⁇ ⁇ , ⁇ are applied.
- the iterative calculation 27 of the angle of rotation ⁇ with the first relationship 32 is carried out by using the angle of rotation previously calculated in a previous calculation step and changing it in the current calculation step by a difference in angle of rotation ⁇ ⁇ such that the first voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ is reduced.
- the reduction in the first voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ is achieved in particular exclusively by the iterative adjustment of the angle of rotation achieved.
- An iterative adjustment of the rotational speed ⁇ is omitted.
- the iterative calculation 27 of the rotational speed ⁇ with the second relationship 34 is carried out by using the rotational speed ⁇ ⁇ 1 previously calculated in a previous calculation step and changing it in the current calculation step by a rotational speed difference ⁇ ⁇ such that the second voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ is reduced.
- the reduction of the second voltage difference ⁇ ⁇ ⁇ is achieved in particular exclusively by the iterative adjustment of the rotational speed ⁇ is achieved.
- An iterative adjustment of the angle of rotation ⁇ ⁇ is omitted.
- the output calculated rotation speed ⁇ ⁇ and the output calculated angle of rotation ⁇ ⁇ can each be calculated from the calculated angle of rotation be calculated by a filter 32.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (16) zur Drehparameterermittlung wenigstens eines abhängig von einer Drehgeschwindigkeit (ω) veränderlichen Drehwinkels (γ) eines gegenüber einem Stator (12) drehbaren Rotors (14) eines Elektromotors (10), mit den folgenden Schritten: Ermitteln (20) einer ersten Phasenspannung (υ d ) und eines ersten Phasenstroms (i
d ) jeweils in Bezug auf eine d-Richtung und einer zweiten Phasenspannung (u
q ) und eines zweiten Phasenstroms (i
q ) jeweils in Bezug auf eine q-Richtung des rotorfesten dq-Koordinatensystems, Anwendung (22) eines Berechnungsalgorithmus (24) mit einer iterativen Berechnung (27) der Drehgeschwindigkeit (ω) als berechnete Drehgeschwindigkeit (ω
i ) und des Drehwinkels (y) als berechneter Drehwinkel (y
i
) Ausgabe (28) des berechneten Drehwinkels (y
i ) als ausgegebener berechneter Drehwinkel (y
r ) und Berechnung (30) der Drehgeschwindigkeit (ω) als ausgegebene berechnete Drehgeschwindigkeit (ω
r ) aus dem ausgegebenen berechneten Drehwinkel (y
r ) unter Auslassung einer unmittelbaren Berechnung aus der berechneten Drehgeschwindigkeit (ω
i ) Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor (10).
Description
Verfahren zur Drehparameterermittlung eines Drehwinkels, sowie Elektromotor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehparameterermittlung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor. Wenn sich der Rotor eines Elektromotors dreht und damit genug gegeninduzierte Spannung zur Verfügung steht, ist bei permanenterregten Synchronmotoren bekannt, zur Drehparame- terermittlung ein Verfahren auf Basis eines Spannungsmodells auf Grundlage von Span- nungsgleichungen der elektrischen Phasenspannungen anzuwenden. Die Phasenspannun- gen werden einerseits gemessen und andererseits als modellierte Phasenspannungen über das Spannungsmodell berechnet. In dieses Spannungsmodell gehen weiterhin die elektri- schen Phasenströme und elektrischen Motorparameter ein. Aus der Differenz der jeweiligen gemessenen und der modellierten Phasenspannung werden Spannungsfehler in dem dq-Ko- ordinatensystem berechnet. Der Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit werden berechnet, indem die Spannungsfehler verringert werden. In M. Brodatzki, J. Richter, J. Kolb and M. Braun, "Position and Speed Estimation Algorithm for Permanent Magnet Synchronous Machines Considering Nonlinear Magnetic Effects," 10th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia (ICPE 2019 - ECCE Asia), 2019, pp.1-8 wird eine iterative Berechnung beschrieben, die bei einem Berechnungs- schritt ausgehend von einer Lösung für den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit aus dem vorangehenden Berechnungsschritt durch Veränderung des Drehwinkels und der Dreh- geschwindigkeit vier Spannungsfehler in d-Richtung und q-Richtung berechnet. Durch An- wendung des zweidimensionalen Sekantenverfahrens werden der berechnete Drehwinkel und die berechnete Drehgeschwindigkeit als Lösung des nichtlinearen Gleichungssystems des Spannungsmodells berechnet. Werden die bei dem Spannungsmodell verwendeten Motorparameter falsch angenommen, beispielsweise wegen Temperatureinflüssen, kann eine fehlerhafte und/oder verzögerte Be- rechnung des berechneten Drehwinkels und der berechneten Drehgeschwindigkeit auftreten. In ICHIKAWA, Shinji [u.a.]: Sensorless controls of salient-pole permanent magnet synchro- nous motors using extended electromotive force models. In: Electrical Engineering in Japan, Bd.146, 2004, H.3, S.55-64. - ISSN 0424-7760 (P); 1520-6416 (E). DOI: 10.1002/eej. 10257. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/eej.10257 [abgerufen am 2024-
02-07]. wird ein mathematisches Modell für Synchronmotoren und ein darauf basierendes sensorloses Regelverfahren beschrieben, das eine Rotorpositionsbestimmung ohne Nähe- rung ermöglicht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Drehparameter des Elektromotors genauer, einfacher und schneller zu ermitteln. Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Drehparameterermittlung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann der Drehwinkel genauer und schnel- ler ermittelt werden. Modellungenauigkeiten bei dem Spannungsmodell können besser aus- geglichen werden. Die Berechnung des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit kann unabhängiger von Temperatureinflüssen sein. Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Das Fahrzeug kann ein Kraft- fahrzeug sein. Der Elektromotor kann eine Antriebsleistung zur Fortbewegung des Fahr- zeugs und/oder eine Antriebsleistung zum Betrieb einer Fahrzeugkomponente bereitstellen. Die Fahrzeugkomponente kann ein Nebenaggregat, insbesondere eine Fluidpumpe sein. Die Fluidpumpe kann eine hydraulische Pumpe sein. Der Elektromotor kann in einem geberlosen Betrieb betrieben werden. Das Verfahren kann während eines geberlosen Betriebs des Elektromotors ausgeführt werden. Der Elektromotor kann ausschließlich in einem geberlosen Betrieb betrieben werden. Als geberloser Betrieb wird ein Betrieb ohne Einbezug eines mit einem Sensor, beispielsweise einem Positions- sensor, gemessenen Drehwinkels verstanden. Der Elektromotor kann über wenigstens drei Motorphasen angesteuert werden. Der Elektro- motor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor kann ein Wechsel- strom-Synchronmotor mit Permanentmagneten sein. Die ausgegebene berechnete Drehgeschwindigkeit kann als zeitabhängige Veränderung des ausgegebenen berechneten Drehwinkels berechnet werden. Die modellierte erste Phasenspannung und die modellierte zweite Phasenspannung können durch ein Spannungsmodell berechnet werden. Die modellierte erste Phasenspannung ^^ ^^, ^^ kann abhängig von dem ersten Phasenstrom ^^ ^^ und dem zweiten Phasenstrom ^^ ^^ wie folgt berechnet werden:
mit den richtungsbezogenen Induktivitäten ^^ ^^, ^^ ^^ und dem elektrischen Widerstand ^^ ^^ des Stators jeweils als elektrische Motorparameter ^^. Die modellierte zweite Phasenspannung ^^ ^^, ^^ kann mit dem Spannungsmodell wie folgt be- rechnet werden:
mit der Flussverkettung
des Rotors als weiterer Motorparameter ^^′. Die erste und zweite Phasenspannung in dem dq-Koordinatensystem kann aus den Phasen- spannungen in dem statorfesten Koordinatensystem berechnet werden. Der Elektromotor kann drei Motorphasen aufweisen. Die Phasenspannungen in dem statorfesten Koordinaten- system können demnach drei Phasenspannungen bilden. Die Ausgabe als ausgegebener berechneter Drehwinkel kann die Ausgabe aus dem Berech- nungsalgorithmus sein. Die ausgegebene berechnete Drehgeschwindigkeit kann unmittelbar als zeitliche Änderung des ausgegebenen berechneten Drehwinkels berechnet werden. Der ausgegebene berechnete Drehwinkel und/oder die ausgegebene berechnete Drehge- schwindigkeit kann zur Steuerung eines Drehbetriebs des Elektromotors, insbesondere bei einer Stromregelung, verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgabe der berechneten Drehgeschwindigkeit zur Berechnung der ausgegebenen berechneten Drehge- schwindigkeit unterbleibt. Die berechnete Drehgeschwindigkeit kann ausschließlich zur inter- nen Berechnung in dem Berechnungsalgorithmus verwendet werden. Die Ausgabe der be- rechneten Drehgeschwindigkeit kann sich auf eine Ausgabe aus dem Berechnungsalgorith- mus, insbesondere nach Abschluss der iterativen Berechnung, beziehen. Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ermitteln der ersten und/oder zweiten Phasenspannung durch Schätzung aus einer Stromregelung des ersten und zweiten Phasenstroms erfolgt. Dadurch kann das Verfahren kostengünstiger aus- geführt werden. Die Ermittlung der ersten und/oder zweiten Phasenspannung kann alternativ oder zusätzlich durch Messung der entsprechenden Phasenspannung erfolgen. Die erste und/oder zweite Phasenspannung kann unmittelbar oder mittelbar gemessen wer- den.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Berechnungsalgorithmus einen ersten Zusam- menhang anwendet, der eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ermittelten ersten Pha- senspannung und der modellierten ersten Phasenspannung angibt. Der erste Zusammen- hang kann die erste Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ abhängig von der ermittelten ersten Phasen- spannung ^^ ^^ und der modellierten ersten Phasenspannung ^^ ^^, ^^ wie folgt angeben: ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ − ^^ ^^, ^^ Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die iterative Berechnung des Drehwinkels mit dem ersten Zusammenhang erfolgt, indem der bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vor- hergehend berechnete Drehwinkel
verwendet und bei einem Berechnungsschritt um eine Drehwinkeldifferenz ^^ ^^ derart verändert wird, dass die erste Spannungsdifferenz verrin- gert wird. Die iterative Berechnung des Drehwinkels zur Verringerung der ersten Spannungs- differenz ^^ ^^ ^^ kann durch iterative Anpassung des Drehwinkels mit folgender Abhängigkeit umgesetzt werden:
Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Verringerung der ersten Spannungsdifferenz ausschließlich durch iterative Anpassung des Drehwinkels er- reicht wird. Eine iterative Anpassung der Drehgeschwindigkeit, insbesondere durch Einbrin- gen einer Drehgeschwindigkeitsdifferenz, kann dabei unterlassen werden. Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Berechnungsal- gorithmus einen zweiten Zusammenhang anwendet, der eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der ermittelten zweiten Phasenspannung und der modellierten zweiten Phasen- spannung angibt. Der zweite Zusammenhang kann die zweite Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ ab- hängig von der ermittelten zweiten Phasenspannung ^^ ^^ und der modellierten zweiten Pha- senspannung ^^ ^^, ^^ wie folgt angeben: ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ − ^^ ^^, ^^ Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die iterative Berech- nung der Drehgeschwindigkeit mit dem zweiten Zusammenhang erfolgt, indem die bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vorhergehend berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^−1 verwendet und bei einem Berechnungsschritt um eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz ^^ ^^ derart verändert wird, dass die zweite Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ verringert wird. Die iterative Berechnung der Drehgeschwindigkeit kann durch iterative Anpassung der Drehgeschwindig- keit mit folgender Abhängigkeit umgesetzt werden:
Ist der bei der modellierten zweiten Phasenspannung ^^ ^^, ^^ verwendete weitere Motorpara- meter ^^′ temperaturabhängig und während des Drehbetriebs des Rotors nicht genau be- kannt oder unbekannt, kann die iterative Berechnung mit dem zweiten Zusammenhang durch iterative Anpassung der berechneten Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ eine Verringerung der zweiten Spannungsdifferenz herbeiführen und die dadurch berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ in dem ersten Zusammenhang zur Berechnung des berechneten Drehwinkels verwendet werden. Die berechnete Drehgeschwindigkeit kann somit als intern berechnete Drehgeschwindigkeit zum Ausgleich von Unsicherheiten bei dem weiteren Motorparameter ^^′ verwendet werden. Der Berechnungsalgorithmus kann mögliche Modellunsicherheiten durch unbekannt verän- derte Motorparameter, wie den weiteren Motorparameter ^^′, ausgleichen. Ist der weitere Motorparameter ^^′ beispielsweise ungenau, so kann die iterative Berechnung mit dem zweiten Zusammenhang trotzdem ein Gleichgewicht finden, wenn die Drehge- schwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung wie die Veränderung des weiteren Motorpa- rameters durch die iterative Berechnung angepasst wird. Wird der weitere Motorparameter ^^′ beispielsweise kleiner, so wird die iterative Berechnung eine größere Drehgeschwindigkeit berechnen. Diese Eigenschaft, ein Gleichgewicht mit dem zweiten Zusammenhang zu fin- den, kann bei der Rückführung der Drehgeschwindigkeit für den nächsten Berechnungs- schritt der iterativen Berechnung ausgenutzt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verringerung der zweiten Spannungsdifferenz ausschließlich durch iterative Anpassung der Drehgeschwindig- keit erreicht wird. Eine iterative Anpassung des Drehwinkels, insbesondere durch Einbringen einer Drehwinkeldifferenz, kann dabei unterlassen werden. Weiterhin wird im Rahmen der Erfindung zur Lösung wenigstens einer der zuvor angegebe- nen Aufgaben ein Elektromotor mit den Merkmalen nach Anspruch 10 vorgeschlagen. Dadurch kann der Elektromotor komfortabler und effizienter betrieben werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figu- renbeschreibung und den Abbildungen. Figurenbeschreibung
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich be- schrieben. Es zeigen im Einzelnen: Figur 1: Einen Elektromotor in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Figur 2: Ein Verfahren zu Drehparameterermittlung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt einen Elektromotor in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor 10 umfasst einen Stator 12 und einen gegenüber diesem unter Veränderung eines Drehwinkels ^^ drehbaren Rotor 14. Der Rotor 14 weist bei einem Drehbetrieb eine den Drehwinkel ^^ ändernde Drehgeschwindigkeit ^^ auf. Die elektrischen Größen, wie eine Pha- senspannung oder ein Phasenstrom können in dem rotorfesten dq-Koordinatensystem ange- geben werden. Figur 2 zeigt ein Verfahren zu Drehparameterermittlung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 16 zur Drehparameterermittlung wird bei einem Drehbetrieb des Elektromotors, beispielsweise wie in Figur 1 gezeigt, angewendet, bei dem sich der Ro- tor gegenüber dem Stator durch Veränderung des Drehwinkels ^^ abhängig von der Drehge- schwindigkeit ^^ des Rotors dreht. Das Verfahren 16 umfasst die Schritte: Ermitteln 20 einer ersten Phasenspannung ^^ ^^ und eines ersten Phasenstroms ^^ ^^ jeweils in Bezug auf eine d-Richtung und einer zweiten Phasenspannung ^^ ^^ und eines zweiten Pha- senstroms ^^ ^^ jeweils in Bezug auf eine q-Richtung des rotorfesten dq-Koordinatensystems, Anwendung 22 eines Berechnungsalgorithmus 24 mit einer Berechnung 26 der ersten Pha- senspannung ^^ ^^ als modellierte erste Phasenspannung ^^ ^^, ^^ und der zweiten Phasenspan- nung ^^ ^^ als modellierte zweite Phasenspannung ^^ ^^, ^^ zumindest abhängig von dem ersten und zweiten Phasenstrom ^^ ^^ , ^^ ^^, wenigstens einem elektrischen Motorparameter ^^, der Dreh- geschwindigkeit ^^ und dem Drehwinkel ^^, iterative Berechnung 27 der Drehgeschwindigkeit ^^ als berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ und des Drehwinkels ^^ als berechneter Drehwinkel
^^ abhängig von der modellierten ersten und zweiten Phasenspannung ^^ ^^, ^^, ^^ ^^, ^^, Ausgabe 28 des berechneten Drehwinkels ^^ ^^ als ausgegebener berechneter Drehwinkel ^^ ^^ und
Berechnung 30 der Drehgeschwindigkeit ^^ als ausgegebene berechnete Drehgeschwindig- keit ^^ ^^ aus dem ausgegebenen berechneten Drehwinkel ^^ ^^ unter Auslassung einer unmittel- baren Berechnung aus der berechneten Drehgeschwindigkeit
Die berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ wird somit ausschließlich intern zu der Berechnung des berechneten Drehwinkels
verwendet. Eine Ausgabe der berechneten Drehgeschwin- digkeit ^^ ^^ zur Berechnung 30 der ausgegebenen berechneten Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ unter- bleibt somit. Die erste und zweite Phasenspannung ^^ ^^ ^^ ^^ kann aus einer Stromregelung des ersten und zweiten Phasenstroms ^^ ^^ , ^^ ^^ geschätzt werden. Bei dem Berechnungsalgorithmus 24 wird ein erster Zusammenhang 32, der eine erste Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ zwischen der ermittelten ersten Phasenspannung ^^ ^^ und der mo- dellierten ersten Phasenspannung ^^ ^^, ^^ angibt und ein zweiter Zusammenhang 34, der eine zweite Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ zwischen der ermittelten zweiten Phasenspannung ^^ ^^ und der modellierten zweiten Phasenspannung ^^ ^^, ^^ angibt, angewendet. Die iterative Berechnung 27 des Drehwinkels ^^ mit dem ersten Zusammenhang 32 erfolgt, indem der bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vorhergehend berechnete Drehwin- kel verwendet und bei dem laufenden Berechnungsschritt um eine Drehwinkeldifferenz ^^ ^^ derart verändert wird, dass die erste Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ verringert wird. Die Verrin- gerung der ersten Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ wird insbesondere ausschließlich durch die itera- tive Anpassung des Drehwinkels
erreicht. Eine iterative Anpassung der Drehgeschwindig- keit ^^ wird dabei unterlassen. Die iterative Berechnung 27 der Drehgeschwindigkeit ^^ mit dem zweiten Zusammenhang 34 erfolgt, indem die bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vorhergehend berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^−1 verwendet und bei dem laufenden Berechnungsschritt um eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz ^^ ^^ derart verändert wird, dass die zweite Spannungsdiffe- renz ^^ ^^ ^^ verringert wird. Die Verringerung der zweiten Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ wird insbe- sondere ausschließlich durch die iterative Anpassung der Drehgeschwindigkeit
^^ erreicht. Eine iterative Anpassung des Drehwinkels ^^ ^^ wird dabei unterlassen. Die ausgegebene berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ und der ausgegebene berechnete Drehwinkel ^^ ^^ können jeweils aus dem berechneten Drehwinkel
durch einen Filter 32 be- rechnet werden.
Bezugszeichenliste 10 Elektromotor 12 Stator 14 Rotor 16 Verfahren 20 Ermitteln 22 Anwendung 24 Berechnungsalgorithmus 26 Berechnung 27 iterative Berechnung 28 Ausgabe 30 Berechnung 32 erster Zusammenhang 34 zweiter Zusammenhang ^^ elektrischer Motorparameter ^^ ^^ ^^ erste Spannungsdifferenz ^^ ^^ ^^ zweite Spannungsdifferenz ^^ ^^ Drehwinkeldifferenz ^^ ^^ Drehgeschwindigkeitsdifferenz ^^ Drehwinkel ^^ ^^ berechneter Drehwinkel ^^ ^^ ausgegebener berechneter Drehwinkel ^^ ^^−1 vorhergehend berechneter Drehwinkel ^^ Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ ausgegebene berechnete Drehgeschwindigkeit vorhergehend berechnete Drehgeschwindigkeit ^^ ^^ erster Phasenstroms ^^ ^^ zweiter Phasenstrom ^^ ^^ erste Phasenspannung
^^ ^^ zweite Phasenspannung ^^ ^^, ^^ modellierte erste Phasenspannung ^^ ^^, ^^ modellierte zweite Phasenspannung
Claims
Patentansprüche 1. Verfahren (16) zur Drehparameterermittlung wenigstens eines abhängig von einer Drehgeschwindigkeit ( ^^) veränderlichen Drehwinkels ( ^^) eines gegenüber einem Stator (12) drehbaren Rotors (14) eines Elektromotors (10), mit den folgenden Schritten: Ermitteln (20) einer ersten Phasenspannung ( ^^ ^^) und eines ersten Phasenstroms ( ^^ ^^) jeweils in Bezug auf eine d-Richtung und einer zweiten Phasenspannung ( ^^ ^^) und eines zweiten Phasenstroms ( ^^ ^^) jeweils in Bezug auf eine q-Richtung des rotorfesten dq-Koordinatensys- tems, Anwendung (22) eines Berechnungsalgorithmus (24) mit einer Berechnung (26) der ersten Phasenspannung ( ^^ ^^) als modellierte erste Phasenspannung ( ^^ ^^, ^^) und der zweiten Pha- senspannung
als modellierte zweite Phasenspannung ( ^^ ^^, ^^) zumindest abhängig von dem ersten und zweiten Phasenstrom ( ^^ ^^ , ^^ ^^), wenigstens einem elektrischen Motorparame- ter ( ^^), der Drehgeschwindigkeit ( ^^) und dem Drehwinkel ( ^^) und mit einer iterativen Berech- nung (27) der Drehgeschwindigkeit ( ^^) als berechnete Drehgeschwindigkeit ( ^^ ^^) und des Drehwinkels ( ^^) als berechneter Drehwinkel ( ^^ ^^) abhängig von der ermittelten ersten und zweiten Phasenspannung ( ^^ ^^ , ^^ ^^) und der modellierten ersten und zweiten Phasenspannung ( ^^ ^^, ^^, ^^ ^^, ^^), Ausgabe (28) des berechneten Drehwinkels ( ^^ ^^) als ausgegebener berechneter Drehwinkel ( ^^ ^^) und Berechnung (30) der Drehgeschwindigkeit ( ^^) als ausgegebene berechnete Drehgeschwin- digkeit ( ^^ ^^) aus dem ausgegebenen berechneten Drehwinkel ( ^^ ^^) unter Auslassung einer un- mittelbaren Berechnung aus der berechneten Drehgeschwindigkeit ( ^^ ^^), dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnungsalgorithmus (24) einen ersten Zusammenhang (32) anwendet, der eine erste Spannungsdifferenz ( ^^ ^^ ^^) zwischen der ermittelten ersten Phasenspannung ( ^^ ^^) und der modellierten ersten Phasenspannung ( ^^ ^^, ^^) angibt, und die iterative Berechnung (27) des Drehwinkels ( ^^) mit dem ersten Zusammenhang (32) er- folgt, indem der bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vorhergehend berechnete Drehwinkel ( ^^ ^^−1) verwendet und bei einem Berechnungschritt um eine Drehwinkeldifferenz ( ^^ ^^) derart verändert wird, dass die erste Spannungsdifferenz ( ^^ ^^ ^^) verringert wird.
2. Verfahren (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabe der berechneten Drehgeschwindigkeit ( ^^ ^^) zur Berechnung der ausgegebenen berechneten Drehgeschwindigkeit ( ^^ ^^) unterbleibt.
3. Verfahren (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (20) der ersten und/oder zweiten Phasenspannung ( ^^ ^^ , ^^ ^^) durch Schätzung aus einer Stromregelung des ersten und zweiten Phasenstroms ( ^^ ^^ , ^^ ^^) erfolgt.
4. Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der ersten Spannungsdifferenz ( ^^ ^^ ^^) ausschließlich durch iterative Anpassung des Drehwinkels ( ^^ ^^) erreicht wird.
5. Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnungsalgorithmus (24) einen zweiten Zusammenhang (34) anwendet, der eine zweite Spannungsdifferenz
zwischen der ermittelten zweiten Phasenspannung
und der modellierten zweiten Phasenspannung ( ^^ ^^, ^^) angibt.
6. Verfahren (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die iterative Berech- nung (27) der Drehgeschwindigkeit ( ^^) mit dem zweiten Zusammenhang (34) erfolgt, indem die bei einem vorangehenden Berechnungsschritt vorhergehend berechnete Drehgeschwin- digkeit ( ^^ ^^−1) verwendet und bei einem Berechnungsschritt um eine Drehgeschwindigkeits- differenz derart verändert wird, dass die zweite Spannungsdifferenz ( ^^ ^^ ^^) verringert wird.
7. Verfahren (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der zweiten Spannungsdifferenz
ausschließlich durch iterative Anpassung der Drehge- schwindigkeit ( ^^ ^^) erreicht wird.
8. Elektromotor (10) mit einem Stator (12) und einem gegenüber diesem unter Verände- rung eines Drehwinkels ( ^^) drehbaren Rotor (14), dessen Drehwinkel ( ^^) mit der Drehpara- meterermittlung nach einem Verfahren (16) der vorangehenden Ansprüche ermittelbar ist.
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