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Die
Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für eine elektrische Maschine,
mit einer Steuereinheit und einer von dieser unabhängigen Überwachungseinheit
und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
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Aus
der
DE 102 51 095
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine
bekannt, mit einem Ansteuersystem, wobei eine Betriebsgröße der elektrischen
Maschine und/oder des Ansteuersystems überwacht wird, und wobei die
Zulässigkeit
eines Istmoments der elektrischen Maschine überprüft und bei Nicht-Zulässigkeit
des Istmoments eine Fehlerreaktion eingeleitet wird. Die Zulässigkeit des
Istmoments wird vorzugsweise derart überprüft, dass ein zulässiges Moment
aus einem Sollmoment und vordefinierten Grenzwerten für das Sollmoment gebildet
wird, wobei das Istmoment zulässig
ist, wenn seine Abweichung von dem zulässigen Moment einen bestimmten
Betrag nicht überschreitet.
Dieses Verfahren kann zur Überwachung
einer als Starter/Generator oder eines Hybridantriebes in einem Kraftfahrzeug
eingesetzten elektrischen Maschine angewendet werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ansteuersystem mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit
und guter Datenqualität
sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb darzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Die
Steuereinheit des Ansteuersystems weist eine Einrichtung zur Umwandlung
eines oder mehrerer eingehender Betriebsparameter der elektrischen
Maschine in einen Ausgabewert auf. Erfindungsgemäß weist die Überwachungseinheit
eine Einrichtung zur Umwandlung dieser Betriebsparameter in einen
Vergleichswert auf. Dabei erfolgt die Umwandlung in der Steuereinheit
schneller als in der Überwachungseinheit.
Zudem ist ein Vergleicher vorgesehen, der den Ausgabewert oder einen
Zwischenwert des Ausgabewertes mit dem Vergleichswert des Ausgabewertes
oder des Zwischenwertes vergleicht.
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Die
Steuereinheit bildet den Ausgabewert schnell und unabhängig von
der Überwachungseinheit.
Dies führt
zu einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit des Ansteuersystems. Die
schnelle Erzeugung des Ausgabewertes durch die Steuereinheit macht
es möglich,
den Ausgabewert als Regelgröße für einen
reaktionsschnellen Regelkreis zu verwenden.
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Durch
den Vergleich des Ausgabewertes mit dem in der Überwachungseinheit gebildeten
Vergleichswert lassen sich Fehler bei der Bildung des Ausgabewertes
erkennen. Die Qualität
der Ausgabewerte wird überwacht.
Durch die Überprüfung von Zwischenwerten
kann der Fehlerort eingegrenzt werden. Dabei wird als Fehlerort
die Einrichtung verstanden, die fehlerlose Daten empfangen und fehlerbehaftete
Daten ausgegeben hat.
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Der
Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt
darin, dass die Steuereinheit schnell arbeiten kann und die Fehlerüberwachung
langsam arbeiten kann, ohne dass die Fehlerüberwachung deswegen nennenswert
eingeschränkt
ist. Insbesondere können
auch Ungenauigkeiten des Ausgabewertes entdeckt werden, die durch
die schnelle Verarbeitung verursacht werden. Weil diese Ungenauigkeiten
bei dem langsam gebildeten Vergleichswert naturgemäß nicht
in dieser Form auftreten, führen
diese zu einer Abweichung zwischen Ausgabewert und Vergleichswert. Überschreitet
diese Abweichung zwischen Ausgabewert und Vergleichswert einen festgelegten
Toleranzbereich, so wird ein Fehler erkannt. Damit ist es möglich, die
Richtigkeit eines Ausgabewertes zu überprüfen.
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In
einer Ausführungsform
weist die Überwachungseinheit
einen Vergleicher auf, der einen aus einem Wert der Steuereinheit
in einer Einrichtung gebildeten Wert mit einem in einer Einrichtung
der Überwachungseinheit
gebildeten Vergleichswert vergleicht. Auf diese Weise können Fehler
in der Wertebildung der Steuereinheit erkannt werden.
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Beispielsweise
kann ein aus Stromkomponenten und aus den Informationen eines Temperatursensors
berechnetes Istmoment mit einem aus denselben Stromkomponenten und
in einem Rechner hinterlegten theoretischen Temperaturwerten berechneten
Istmoment verglichen werden. Dabei können Fehler in der Momentenberechnung
erkannt werden. Beispielsweise kann erkannt werden, wenn das Ergebnis
der Momentenberechnung der Steuereinheit fehlerhaft immer ein Nullmoment
ist. Ebenso kann erkannt werden, wenn die erfassten Temperaturwerte
von den theoretisch erwarteten Werten stark abweichen.
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Beispielsweise
kann ein aus Stromkomponenten und aus in einem Rechner hinterlegten
theoretischen Einflussgrößen berechnetes
Istmoment mit zulässigen
Grenzwerten des Istmoments verglichen werden. Dabei können Fehler
in der Momentenberechnung erkannt werden. So kann erkannt werden, wenn
das Ergebnis der Momentenberechnung außerhalb der zulässigen Grenzwerte
liegt.
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In
einer Ausführungsform
erkennt der Vergleicher einen Fehler, wenn der ihm zugeführte Ausgabewert,
Zwischenwert des Ausgabewertes oder in einer Einrichtung gebildete
Wert außerhalb
eines Toleranzbereiches des ihm zugeführten Vergleichswertes liegt.
Auf diese Weise können
kleinen Abweichungen, die durch die unterschiedliche Berechnung
der Vergleichswerte verursacht sind, zugelassen werden. Größere Unterschiede
die nur durch Fehler bei der Wertermittlung verursacht sein können, werden hingegen
als Fehler erkannt.
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In
einer Ausführungsform
wirkt der Vergleicher im Fehlerfall auf eine Endstufe der elektrischen Maschine.
Beispielsweise kann die Endstufe abgeschaltet oder kurzgeschlossen
werden. Durch diese Maßnahme
wird eine fehlerhafte Ansteuerung der Endstufe aufgrund falsch berechneter
Ausgabewerte der Steuereinheit verhindert. Damit wird eine mögliche Schädigung der
elektrischen Maschine vermieden. Ebenso wird eine unzulässige Momentenbildung
verhindert.
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In
einer Ausführungsform
blockiert der Vergleicher im Fehlerfall einen anderen Vergleicher
in seiner Fehlerreaktion. Damit wird verhindert, dass ein Fehler
in einem Vergleicher durch Folgefehler zu Fehlerreaktionen in nachfolgenden
Vergleichern führt.
Indem die Fehlerreaktionen von anderen Vergleichern blockiert werden,
wird sichergestellt, dass nur der Vergleicher eine Fehlerreaktion
erzeugt, bei dem zuerst ein Fehler erkannt wurde. Damit kann der Ursprung
eines Fehlers ermittelt werden. Dies ist eine wichtige Information
für eine
Ermittlung der Fehlerursache.
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In
einer Ausführungsform
ist der Ausgabewert eine Iststrom-Komponente zur Regelung einer elektrischen
Maschine. Damit ist ein Regelkreis zur Steuerung der elektrischen
Maschine darstellbar. Dabei werden Stromkomponenten der elektrischen Maschine
erfasst, umgewandelt und in Vergleichern auf Fehler überprüft. Anschließend wird
die derart berechnete Iststrom-Komponente
als Ausgabewert einer Regelung zur Verfügung gestellt. Damit kann der Regelung
eine schnell berechnete Iststrom-Komponente zur Verfügung gestellt
werden, die trotzdem durch ihre Überprüfung in
einem Vergleicher eine hohe Sicherheit aufweist.
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In
einer Ausführungsform
ist der Ausgabewert eine Sollstrom-Komponente zur Regelung einer elektrischen
Maschine. Damit kann eine Sollstrom-Komponente einer Regelung zur
Verfügung gestellt
werden die schnell berechnet und ausgegeben wird und die trotzdem
durch ihre Überprüfung in einem
Vergleicher eine hohe Sicherheit aufweist.
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Das
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Ansteuersystem
erfasst Betriebsparameter der elektrischen Maschine in der Steuereinheit
und in der Überwachungseinheit.
Die erfassten Betriebsparameter werden in der Steuereinheit in einen
Ausgabewert umgewandelt. Erfindungsgemäß werden die erfassten Betriebsparameter
in der Überwachungseinheit
in einen Vergleichswert umgewandelt. Dabei erfolgt die Umwandlung
in der Steuereinheit schneller als in der Überwachungseinheit. Es wird
ein Vergleich des Ausgabewertes oder eines Zwischenwert des Ausgabewertes
mit dem Vergleichswert durchgeführt.
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Damit
können
Fehler bei der Zwischenwertbildung und bei der Bildung des Ausgabewertes
erkannt werden. Sind mehrere Vergleicher vorgesehen, so kann der
Fehlerort, in dem ein Fehler zuerst aufgetreten ist, bestimmt werden.
Beispielsweise kann die Einrichtung bestimmt werden, in der der Fehler
zuerst aufgetreten ist. Ebenso ist es möglich die Fehlerart zu bestimmen.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird ein Fehler erkannt, wenn der Ausgabewert oder der
Zwischenwert des Ausgabewertes außerhalb eines Toleranzbereiches
des Vergleichswertes liegt. Durch diesen Toleranzbereich wird verhindert,
dass kleinere Abweichungen der zu vergleichenden Werte als Fehler
interpretiert werden und eine Fehlerreaktion auslösen. Die
Ursache solcher kleinerer Abweichungen kann in der unterschiedlichen
Rechengeschwindigkeit und Rechengenauigkeit der Einrichtungen von
Steuereinheit und Überwachungseinheit
begründet
und damit unvermeidbar sein. Durch den Toleranzbereich wird sichergestellt,
dass nur ausreichend große
Abweichungen vom Vergleichswert als Fehler erkannt werden. Dies
verbessert die Qualität der
Fehlererkennung.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird im Fehlerfall eine Endstufe der elektrischen
Maschine abgeschaltet oder kurzgeschlossen. Dies bewirkt eine Sicherheitsabschaltung
der elektrischen Maschine. Damit wird sichergestellt, dass die elektrische
Maschine im Fehlerfall keine unrichtigen oder unzulässigen Steuerbefehle
erhält.
Die elektrische Maschine wird vor einer Schädigung geschützt. Ebenso
wird eine unzulässige
Momentenbildung verhindert.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird im Fehlerfall ein Istmoment der elektrischen
Maschine auf einen unplausiblen Wert gesetzt. Bevorzugt ist dieser
unplausible Wert ein für
die elektrische Maschine unkritischer Wert. Beispielsweise wird
das Moment auf einen extremen Wert gesetzt, der als unzulässig definiert
wird und im Normalbetrieb nicht verwendet werden darf. Dies kann
im Weiteren dazu führen,
dass beim Vergleich des Istmoments mit den entsprechenden zulässigen Grenzwerten
des Istmoments ein Fehler erkannt wird oder dass eine Sicherheitsabschaltung
der elektrischen Maschine erfolgt.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird im Fehlerfall ein anderer Vergleicher (11, 14)
in seiner Fehlerreaktion blockiert wird. Damit ist es möglich den
Fehler einem fehlerreaktionsauslösenden
Vergleicher zuzuordnen. Dies erleichtert die Erkennung der Fehlerursache.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 Einen
schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems mit einem auch
für Asynchronmaschinen
geeigneten Istmomentenvergleicher,
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2 einen
schematischen Aufbau einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansteuersystems
mit Istmomentenvergleicher,
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3 einen
schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems mit einem
Sollstromvergleicher.
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In
den verschiedenen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile
mit identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Ansteuersystem einer elektrischen Maschine. Ein Ansteuersystem
einer elektrischen Maschine hat die Aufgabe, die elektrische Maschine
zu steuern und einen fehlerfreien Betrieb der elektrischen Maschine
sicherzustellen.
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Elektrische
Maschinen finden in den vielfältigsten
Gebieten ihre Anwendung. In einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist die
elektrische Maschine beispielsweise als Starter/Generator bzw. als
Motor/Generator betreibbar. Ebenso ist die elektrische Maschine
als Hauptantrieb eines Kraftfahrzeugs einsetzbar, als Zusatzantrieb
oder zur Antriebsunterstützung
einer im Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine und/oder
zur Energieversorgung eines im Kraftfahrzeug vorgesehenen Bordnetzes.
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Die
elektrische Maschine kann beispielsweise als permanenterregte Maschine
oder als Asynchronmaschine ausgeführt sein.
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Über eine
der elektrischen Maschine zugeordnete Endstufe werden Amplitude,
Frequenz und Phase der Strangströme
der elektrischen Maschine eingestellt.
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Das
in 1 dargestellte Ansteuersystem weist eine Steuereinheit 1 und
eine Überwachungseinheit 2 auf.
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Die
Steuereinheit 1 beinhaltet die Funktionen zur Ansteuerung
bzw. zum Betreiben der elektrischen Maschine. In ihr kann eine Überwachung
von zum Betreiben der elektrischen Maschine relevanten Komponenten,
der Diagnose von Ein- und Ausgangsgrößen, sowie einer Steuerung
von Fehlerreaktionen erfolgen. Die Steuereinheit 1 bildet
Ansteuersignale für
die Endstufe der elektrischen Maschine.
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Die Überwachungseinheit 2 dient
vorzugsweise der Überwachung
der Steuereinheit 1 bzw. der Funktionsabläufe in der
Steuereinheit 1. Dabei ist es die Aufgabe der Überwachungseinheit 1,
Fehler bei der Bildung der Ansteuersignale in der Steuereinheit 1 zu
erkennen.
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Weitere
Details und Ausführungsformen
der Steuereinheit
1 und der Überwachungseinheit
2 sowie
des Verfahrens zur Fehlererkennung sind aus der
DE 102 004 002 767 und der
DE 102 005 025 994 bekannt,
deren Inhalt hiermit voll inhaltlich mit zum Offenbarungsgehalt
dieser Anmeldung gemacht werden.
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Das
Ansteuersystem erhält
in 1 über nicht
dargestellte Sensoren Informationen über einen Ist-Phasenwinkel
Phi und die Ist-Ströme
Is1 und Is2 der elektrischen Maschine. Diese Daten werden sowohl
an die Steuereinheit 1 als auch an die Überwachungseinheit 2 weitergegeben.
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Die
Steuereinheit 1 wandelt den Ist-Phasenwinkel Phi, die Ist-Ströme Is1 und
Is2 der elektrischen Maschine in einem Koordinatentransformator 4 in eine
Ist-Stromkomponente Id und eine Ist-Stromkomponente Iq um.
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Die
Ist-Stromkomponente Iq wird in einem Filter 5 der Steuereinheit 1 von
möglichen,
das Signal überlagernden,
Störungen
befreit. Der Filter 5 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Iqf
als Regelungsparameter an eine Regelungseinrichtung zur Regelung des
Stroms der elektrischen Maschine weiter. Diese Regelungseinrichtung
steuert die Endstufe der elektrischen Maschine an.
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Die
Ist-Stromkomponente Id wird in einem Filter 22 der Steuereinheit 1 von
möglichen,
das Signal überlagernden,
Störungen
befreit. Der Filter 22 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Idf
als Regelungsparameter an eine Regelungseinrichtung zur Regelung
des Stroms der elektrischen Maschine weiter. Diese Regelungseinrichtung
steuert die Endstufe der elektrischen Maschine an.
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Die
in den Einrichtungen 4, 5 und 22 durchgeführten Operationen
werden schnell durchgeführt um
eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Systems darstellen zu können.
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Dabei
wird eine Operation dann als schnell bezeichnet, wenn deren Ausführung ca.
100 μs lang dauert
(z.B. 125 μs).
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Der
Filter 5 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Iqf an
eine Momentenberechnung 6 der Steuereinheit 1 weiter.
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Der
Filter 22 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Idf an
eine Momentenberechnung 6 der Steuereinheit 1 weiter.
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In
der Momentenberechnung 6 wird aus den gefilterten Ist-Stromkomponente Idf
und Iqf ein gefiltertes Ist-Moment Mif ermittelt. Dieses Mif wird
in 1 an eine übergeordnetes
Steuergerät
des Fahrzeugs weitergegeben. Bei der Bildung von Mif fließt die Temperatur
der elektrischen Maschine in die Berechnung ein. Dabei ist bei einer
Asynchronmaschine der Rotorwiderstand von der Temperatur abhängig. Bei
einer permanenterregten Maschine ist die Feldstärke temperaturabhängig.
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Die
in Einrichtung 6 durchgeführte Operation wird mit einer
Operationsgeschwindigkeit von ca. 10 ms, also im Vergleich zu den
in Einrichtung 4, 5 und 22 durchgeführten Operationen
mit langsamer Geschwindigkeit durchgeführt. Dies ist möglich, weil
das Ergebnis nicht zur Regelung der elektrischen Maschine benötigt wird.
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Die Überwachungseinheit 2 wandelt
den Ist-Phasenwinkel Phi, die Ist-Ströme Is1 und Is2 der elektrischen
Maschine in einem Koordinatentransformator 7 um. Der Koordinatentransformator 7 gibt
eine Ist-Stromkomponente Iqv an einen Vergleicher 10 aus
und gibt eine Ist-Stromkomponente Idv an einen Vergleicher 20 aus.
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Der
Vergleicher 10 ist mit dem Koordinatentransformator 7 der Überwachungseinheit 2 und
dem Koordinatentransformator 4 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den Wert der Ist-Stromkomponente
Iq des Koordinatentransformators 4 mit dem Wert der Ist-Stromkomponente
Iqv des Koordinatentransformators 7 und erkennt einen Fehler,
wenn die beiden Werte um mehr als eine festgelegte Toleranz voneinander
abweichen. Damit können
Fehler der Steuereinheit 1 bei der Koordinatentransformation von
Iq entdeckt werden.
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Der
Vergleicher 20 ist mit dem Koordinatentransformator 7 der Überwachungseinheit 2 und
dem Koordinatentransformator 4 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den Wert der Ist-Stromkomponente
Id des Koordinatentransformators 4 mit dem Wert der Ist-Stromkomponente
Idv des Koordinatentransformators 7 und erkennt einen Fehler,
wenn die beiden Werte um mehr als eine festgelegte Toleranz voneinander
abweichen. Damit können
Fehler der Steuereinheit 1 bei der Koordinatentransformation von
Id entdeckt werden.
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Wird
im Vergleicher 10 oder in Vergleicher 20 ein Fehler
erkannt, so wird ein Signal für
eine Fehlerreaktion an einen Datenbus weitergegeben. Beispielsweise
kann über
den Datenbus der Istwert für das
Moment der elektrischen Maschine auf einen unplausiblen Wert gesetzt
werden. Ebenso kann eine Endstufe abgeschaltet oder kurzgeschlossen
werden.
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Wird
ein Fehler erkannt, so wird die Fehlerauslösung eines nachgeordneten Vergleichers 11 oder 21 über eine
Steuerleitung blockiert. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform
wird dies bei allen nachgeordneten Vergleichern, auch den nachgeordneten
Vergleichern der anderen Stromkomponente, durchgeführt.
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In
einem Filter 8 wird die Ist-Stromkomponente Iqv der Überwachungseinheit 2 von
möglichen, das
Signal überlagernden,
Störungen
befreit. Der Filter 8 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente
Igfv als Vergleichswert an einen Vergleicher 11.
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Der
Vergleicher 11 ist außerdem
mit dem Filter 5 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den gefilterten Wert der Ist-Stromkomponente Iqf des
Filters 5 mit dem gefilterten Wert der Ist-Stromkomponente
Igfv des Filters 8 und erkennt einen Fehler, wenn die beiden
Werte um mehr als eine festgelegte Toleranz voneinander abweichen.
Damit können Fehler
der Steuereinheit 1 bei der Filterung von Iq erkannt werden.
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In
einem Filter 23 wird die Ist-Stromkomponente Idv der Überwachungseinheit 2 von
möglichen, das
Signal überlagernden,
Störungen
befreit. Der Filter 23 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente
Idfv als Vergleichswert an einen Vergleicher 21.
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Der
Vergleicher 21 ist außerdem
mit dem Filter 22 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den gefilterten wert der Ist-Stromkomponente Idf des Filters 22 mit
dem gefilterten Wert der Ist-Stromkomponente Idfv des Filters 23 und
erkennt einen Fehler, wenn die beiden Werte um mehr als eine festgelegte Toleranz
voneinander abweichen. Damit können Fehler
der Steuereinheit 1 bei der Filterung von Id erkannt werden.
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Wird
ein Fehler in Vergleicher 11 oder Vergleicher 21 erkannt,
so wird ein Signal für
eine Fehlerreaktion an einen Datenbus weitergegeben. Außerdem wird
die Fehlerauslösung
der nachgeordneten Vergleicher 12 und 14 über eine
Steuerleitung blockiert. Es kann auch vorgesehen sein, die Fehlerauslösung weiterer
Vergleicher zu blockieren.
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Der
Filter 5 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Iqf der
Steuereinheit 1 an eine Momentenberechnung 9 der Überwachungseinheit 2 weiter.
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Der
Filter 22 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Idf der
Steuereinheit 1 an die Momentenberechnung 9 der Überwachungseinheit 2 weiter.
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In
der Momentenberechnung 9 wird aus den gefilterten Ist-Stromkomponenten
Iqf und Idf ein gefiltertes Ist-Moment Mifv zugeordnet. Bei der
Bildung von Mifv fließen
berechnete oder hinterlegte theoretische Werte für die erwartete Temperatur
der elektrischen Maschine in die Berechnung ein.
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Die
in Einrichtung 9 durchgeführte Operation wird mit einer
Operationsgeschwindigkeit von ca. 10 ms, also im Vergleich zu den
in Einrichtung 4, 5 und 22 durchgeführten Operationen
mit langsamer Geschwindigkeit durchgeführt. Dies ist möglich, weil
das Ergebnis nicht zur Regelung der elektrischen Maschine benötigt wird.
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Die
Momentenberechnung 9 gibt das gefilterte Ist-Moment Mifv
als Vergleichswert an einen Vergleicher 12. Der Vergleicher 12 ist
außerdem
mit der Momentenberechnung 6 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den Wert des anhand der gemessenen Temperatur berechneten
Ist-Moments Mif der Momentenberechnung 6 mit dem Wert des
anhand einer theoretischen Temperaturabhängigkeit ermittelten Ist-Moments
Mifv der Momentenberechnung 9 und erkennt einen Fehler,
wenn die beiden Werte um mehr als eine festgelegte Toleranz voneinander
abweichen. Damit können
Fehler der Steuereinheit 1 bei der Bildung des Ist-Moments
Mif erkannt werden. Wird ein Fehler erkannt, so wird ein Signal für eine Fehlerreaktion
an einen Datenbus weitergegeben. Dabei kann auch die Endstufe der
elektrischen Maschine abgeschaltet oder kurzgeschlossen werden.
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Die Überwachungseinheit 2 erhält von dem Datenbus
auch Informationen über
ein minimales Sollmoment der elektrischen Maschine Mmin, ein maximales
Sollmoment der elektrischen Maschine Mmax und über die Betriebsart BA (Momentenmodus,
Drehzahlmodus etc.) in der die elektrische Maschine betrieben wird.
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In
einer Einrichtung 13 werden diese Informationen verarbeitet.
Die Einrichtung 13 bildet aus Mmin, Mmax und BA die in
der vorliegenden Betriebsart zugeordneten zulässigen Grenzwerte Mminb und
Mmaxb. Die Einrichtung 13 gibt diese Werte Mminb und Mmaxb
an den Vergleicher 14 weiter.
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Der
Vergleicher 14 ist außerdem
mit der Momentenberechnung 9 der Überwachungseinheit 2 verbunden.
Er vergleicht den Wert des anhand einer theoretischen Temperaturabhängigkeit
ermittelten Ist-Moments MifV der Momentenberechnung 9 mit den
der vorliegenden Betriebsart zugeordneten zulässigen Grenzwerten Mminb und
Mmaxb.
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Der
Vergleicher 14 erkennt einen Fehler, wenn das Ist-Moment
Mifv der Momentenberechnung 9 außerhalb der zulässigen Grenzwerte
Mminb und Mmaxb liegt. wird ein Fehler erkannt, so wird ein Signal
für eine
Fehlerreaktion an einen Datenbus weitergegeben. Dabei kann auch
die Endstufe der elektrischen Maschine abgeschaltet oder kurzgeschlossen
werden.
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Die
in der Überwachungseinheit 2 in
den Einrichtungen 7 bis 14 durchgeführten Operationen
werden im Vergleich zu den Operationen der Einrichtungen 4 und 5 langsam
(Z.B. 1–10
ms) durchgeführt. Dies
ist nötig,
um die Rechenzeitbelastung durch die Überwachung zu verringern. Damit
kann die schnell ermittelte Größe Iqf mit
sehr kleinen Toleranzen überwacht
werden. Wegen der abweichenden Verarbeitungsgeschwindigkeiten ist
allerdings nur eine Stichprobenüberprüfung möglich. Dies
verringert die Qualität
der Überwachung
aber nur minimal.
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Das
in 2 dargestellte Ansteuersystem stellt eine vereinfachte
Ausführungsform
der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Dabei
handelt es sich um eine Ausführungsform,
die nur für
permanenterregte Maschinen geeignet ist. Bei permanenterregten Maschinen
ist die Iststrom-Komponenete Iq proportional zum erzeugten Moment. Daher
braucht nur die Iq-Komponente betrachtet zu werden. Dies vereinfacht
die Vorrichtung und reduziert die Anzahl der benötigten Einrichtungen.
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Im
Folgenden werden nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform
erläutert.
Nicht beschriebene Einrichtungen und Eigenschaften sind der Beschreibung
der 1 zu entnehmen.
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Die
Steuereinheit 1 wandelt den Ist-Phasenwinkel Phi und die
Ist-Ströme
Is1 und Is2 der elektrischen Maschine in einem Koordinatentransformator 4 in
eine Ist-Stromkomponente Id und eine Ist-Stromkomponente Iq um.
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Die
Ist-Stromkomponente Id wird ausgegeben und zur Regelung der elektrischen
Maschine verwendet. Dabei wird auf eine weitere Verarbeitung der in
Einrichtung 4 gebildeten Stromkomponente Id in der Steuereinheit 1 verzichtet.
Dadurch entfällt
in 2 die in 1 vorgesehene
Einrichtung 22.
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Die
Ist-Stromkomponente Iq wird in einem Filter 5 der Steuereinheit 1 von
möglichen,
das Signal überlagernden,
Störungen
befreit. Der Filter 5 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Iqf
als Regelungsparameter an eine Regelungseinrichtung zur Regelung des
Stroms der elektrischen Maschine weiter. Diese Regelungseinrichtung
steuert die Endstufe der elektrischen Maschine an.
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In
der Momentenberechnung 6 wird der gefilterten Ist-Stromkomponente Iqf
ein gefiltertes Ist-Moment Mif zugeordnet. Bei der Bildung von Mif
fließt die
Temperatur der elektrischen Maschine in die Berechnung ein. Bei
den hier zu betrachtenden permanenterregten Maschine ist die Temperaturabhängigkeit
der Feldstärke
zu berücksichtigen.
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Die Überwachungseinheit 2 wandelt
den Ist-Phasenwinkel Phi, die Ist-Ströme Is1 und Is2 der elektrischen
Maschine in einem Koordinatentransformator 7 um und gibt
eine Ist-Stromkomponente
Iqv an einen Vergleicher 10 aus.
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Eine
Ist-Stromkomponente Idv gibt die Einrichtung 7 nicht aus.
Entsprechend kann auf die Vergleicher 20 und 21 und
die Einrichtung 23 verzichtet werden.
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Koordinatentransformator 7 gibt
die Ist-Stromkomponente Iqv an einen Filter 8 weiter, der die
Ist-Stromkomponente Iqv von möglichen,
das Signal überlagernden,
Störungen
befreit und so eine gefilterten Ist-Stromkomponente Igfv erzeugt.
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Die
in Filter 8 erzeugte gefilterte Ist-Stromkomponente Igfv
der der Überwachungseinheit 2 wird
in Vergleicher 11 mit der in Filter 5 erzeugten Ist-Stromkomponente
Iqf der Steuereinheit 1 verglichen.
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Der
Filter 5 gibt die gefilterte Ist-Stromkomponente Iqf der
Steuereinheit 1 auch an eine Momentenberechnung 9 der Überwachungseinheit 2 weiter. In
der Momentenberechnung 9 wird der gefilterten Ist-Stromkomponente
Iqf ein gefiltertes Ist-Moment Mif zugeordnet. Bei der Bildung von
Mif fließen
berechnete oder hinterlegte theoretische Werte für die erwartete Temperatur
der elektrischen Maschine in die Berechnung ein.
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Anders
als bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
erfolgt in der in 2 dargestellten Ausführungsform
die Bildung von Mif und Mifv in den Einrichtungen 6 und 9 ohne
Kenntnis der Ist-Stromkomponente Idf oder Idfv. Diese in 2 dargestellte Ausführungsform
ist allerdings nur für
permanenterregte Maschinen ohne so genannte vergrabene Magneten
geeignet, da nur hier das Istmoment proportional zu Iq ist.
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Für andere
elektrische Maschinen (Asynchronmaschinen und spezielle permanenterregte Maschinen
mit so genannten vergrabenen Magneten) ist die in 1 dargestellte
Ausführungsform einzusetzen,
da bei ihnen das Moment von Id und von Iq abhängt. Daher wird in 1 neben
Iq auch Id verarbeitet, verglichen und anschließend dem Istmomentenvergleicher
zugeführt.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt, bei der ein Sollstrom berechnet und die Richtigkeit
der Berechnung überwacht
wird.
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Das
in 3 dargestellte Ansteuersystem weist eine Steuereinheit 1 und
eine Überwachungseinheit 2 auf.
Das Ansteuersystem erhält über einen nicht
dargestellten Datenbus Informationen über ein minimales Sollmoment
der elektrischen Maschine Mmin, ein maximales Sollmoment der elektrischen Maschine
Mmax und über
die Betriebsart BA (Momentenmodus, Drehzahlmodus etc.) in der die
elektrische Maschine betrieben wird. Diese Daten werden sowohl an
die Steuereinheit 1 als auch an die Überwachungseinheit 2 weitergegeben.
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Die
Steuereinheit 1 wandelt die Betriebsparameter der elektrischen
Maschine Mmin, Mmax und BA in einer Einrichtung 15 in ein
Sollmoment Msoll um und gibt diesen wert an eine Einrichtung 16 weiter.
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In
der Einrichtung 16 der Steuereinheit 1 wird das
Sollmoment Msoll in eine Sollstrom-Komponente Iqs umgerechnet. Dabei
können
Begrenzungen wie maximal zulässiger
Strom der elektrischen Maschine, eine temperaturbedingte Abregelunmg
oder batterieabhängige
Größen wie
maximale Spannung und maximaler Strom in die Berechnung eingehen.
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Der
in der Einrichtung 16 der Steuereinheit 1 gebildete
Sollstrom-Komponente Iqs wird als Regelgröße ausgegeben.
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In
der Überwachungseinheit 2 werden
die Betriebsparameter der elektrischen Maschine Mmin, Mmax und BA
in einer Einrichtung 17 verarbeitet.
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Die
Einrichtung 17 der Überwachungseinheit 2 wandelt
die Eingangsgrößen Mmin,
Mmax und BA in einen zulässigen
unteren Grenzwert für
das Sollmoment Mminz und einen zulässigen oberen Grenzwert für das Sollmoment
Mmaxz um und gibt diese Werte an eine Einrichtung 18 weiter.
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In
der Einrichtung 18 der Überwachungseinheit 2 werden
Mminz und Mmaxz in minimale und maximale zulässige Grenzwerte für eine Sollstrom-Komponente
Iqs umgerechnet. Die sich daraus ergebenden Grenzwerte Iqmin und
Iqmax werden an einen Vergleicher 19 der Überwachungseinheit 2 weitergeleitet.
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Der
Vergleicher 19 ist außerdem
mit der Einrichtung 16 der Steuereinheit 1 verbunden.
Er vergleicht den von dort zugeführten
Wert für
die Sollstrom-Komponente Iqs mit den von der Einrichtung 18 ermittelten
zulässigen
Iqs-Grenzwerten Igmin und Igmax. Damit können Fehler in der Sollvorgabe
erkannt werden.
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Der
Vergleicher 19 erkennt einen Fehler, wenn die Sollstrom-Komponente Iqs der
Einrichtung 16 außerhalb
der minimal und maximal zulässigen Grenzwerte
für eine
Sollstrom-Komponente Igmin und Igmax liegt. Wird ein Fehler erkannt,
so wird ein Signal für
eine Fehlerreaktion an einen Datenbus weitergegeben. Dabei kann
auch die Endstufe der elektrischen Maschine abgeschaltet oder kurzgeschlossen
werden.
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Die
in Einrichtung 15 und 16 durchgeführten Operationen
werden schnell (Z.B. 125 μs)
durchgeführt,
um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Ansteuersystems darstellen
zu können.
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Die
in den Einrichtungen 17 bis 19 durchgeführten Operationen
werden hingegen langsam (Z.B. 1–10
ms) durchgeführt,
um die Rechenzeitbelastung durch die Überwachung möglichst
klein zu halten.