DE102013100452A1 - Method for current sensor-less engine control of e.g. asynchronous machine for electrical power steering apparatus for motor car, involves considering temperature of corresponding output stage branches during calculation of signals - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer elektrischen Maschine in einer Hilfs- oder Fremdkraftlenkung. The invention relates to a method for the operation of an electric machine in an auxiliary or external power steering.
Erläuterungen zum technischen Hintergrund der Erfindung: Explanations on the technical background of the invention:
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Ansteuerung von Drehfeldmaschinen wie beispielsweise Asynchronmaschinen (ASM) oder Permanentmagnet erregten Synchronmaschinen (PMSM) bekannt. Hierbei erfolgt beispielsweise die Motoransteuerung im rotorfeldorientierten d/q-Koordinatensystem. Bei dieser Motoransteuerung kann es sich beispielsweise um eine feldorientierte Regelung (FOR) handeln. Als eine Ausführungsform können bei einer FOR zur Motorstromregelung gemessene Phasenströme die ins rotorfeldorientierte d/q-Koordinatensystem transformiert werden zurückgekoppelt werden. Als eine weitere Ausführungsform können bei einer stromsensorlosen Motoransteuerung mit einer FOR simulierte Ströme, die auf Basis der am Motor anliegenden Spannungen berechnet werden, zur Motorstromregelung zurückgekoppelt werden. Weiter ist das Prinzip der stromsensorlosen Motoransteuerung unter Verwendung eines inversen Motormodells bekannt.
Die Motorstromregelung bzw. Motorstromsteuerung im rotorfeldorientierten d/q-Koordinatensystem basiert dabei auf einem einsträngigen Ersatzschaltbild der elektrischen Maschine.
Um dieses Verfahren zu verwenden ist es wichtig das alle Phasen der Maschine bezüglich der Werte ihrer Parameter, wie zum Beispiel des Strangwiderstand, der Stranginduktivität und der Gegen-EMK im Falle der PMSM, möglichst gering von einander abweichen damit das einsträngige Ersatzschaltbild alle Phasen möglichst gut repräsentiert. Treten Unterschiede in den Phasen bezüglich der Werte ihrer Parameter auf repräsentiert das einsträngige Ersatzschaltbild nicht alle Phasen gleichermaßen und es kommt zu Drehmomentwelligkeiten bei der Ansteuerung der Maschine welche sich beispielsweise beim Einsatz der Maschine in einer elektrischen Servolenkung störend auswirken. In order to use this method, it is important that all phases of the machine with respect to the values of their parameters, such as the strand resistance, the strand inductance and the back EMF in the case of PMSM differ as little as possible so that the single-ended equivalent circuit all phases as well as possible represents. If differences occur in the phases with regard to the values of their parameters, the single-circuit equivalent circuit diagram does not represent all phases equally and there are torque ripples in the control of the machine which, for example, interfere with the use of the machine in an electric power steering system.
Die elektrische Maschine lässt sich üblicherweise so fertigen, dass die Unterschiede zwischen den Phasen ausreichend klein sind um das einsträngige Ersatzschaltbild repräsentativ für alle Phasen verwenden zu können ohne das störende Drehmomentwelligkeiten bei der Ansteuerung auftreten. Weiter ist bei der Maschine die thermische Kopplung zwischen den Phasen und die thermische Zeitkonstante des Motors groß genug, dass bei den meisten Anwendungen von einer gleichmäßigen Erwärmung der Wicklung ausgegangen werden kann. In diesem Fall ändern sich die Werte der temperaturabhängigen Parameter der einzelnen Phasen gleichmäßig wodurch dies auch mit einem einsträngigen Ersatzschaltbild durch eine Temperaturabhängigkeit der entsprechenden Parameterwerte berücksichtigt werden kann. The electrical machine can usually be made so that the differences between the phases are sufficiently small to be able to use the single-ended equivalent circuit representative of all phases without disturbing torque ripples occurring during the control. Next is the thermal coupling with the machine between the phases and the thermal time constant of the motor large enough that in most applications of a uniform heating of the winding can be assumed. In this case, the values of the temperature-dependent parameters of the individual phases change uniformly, whereby this can also be taken into account with a single-circuit equivalent circuit diagram by a temperature dependence of the corresponding parameter values.
In bevorzugter Weise wird die Maschine dreiphasig mit drei Wicklungssträngen ausgeführt.
In der Leistungselektronik treten Verluste wie beispielsweise die Durchlassverluste der Schalter, die Schaltverluste, die Leitendverluste der Dioden sowie die Verluste in den Verbindungsleitungen der Leistungselektronik auf. Diese Verluste lassen sich beispielsweise den jeweiligen Endstufenzweigen als äquivalente Verlustwiderstände zuordnen. Die äquivalenten Verlustwiderstände stellen den Innenwiderstand der jeweiligen Endstufenzweige der Leistungselektronik dar.
Nach dem Stand der Technik wird der Innenwiderstand der jeweiligen Endstufenzweige bei der Motoransteuerung beispielweise dadurch berücksichtigt indem der Innenwiderstand des jeweiligen Endstufenzweiges mit dem jeweiligen Strangwiderstand der Phasen der Maschine zu einem jeweiligen Gesamtstrangwiderstand der Phasen addiert wird. Dieser Gesamtstrangwiderstand wird entsprechend als Gesamtstrangwiderstand im einsträngigen Ersatzschaltbild bei der Motoransteuerung berücksichtigt.
Erwärmen sich die Endstufenzweige der Leistungselektronik nicht gleichmäßig treten aufgrund des thermischen Verhaltens unterschiedliche Innenwiderstände der Endstufenzweige auf. Die unterschiedliche Erwärmung der Endstufenzweige kann beispielsweise durch unterschiedliche Strombelastungen der einzelnen Endstufenzweige und kleinen thermischen Zeitkonstanten der elektronischen Leistungsschalter verursacht werden. Diese unterschiedlichen Strombelastungen der Endstufenzweige treten bei einer elektrischen Servolenkung auf wenn beispielweise unter hoher Belastung langsam gelenkt wird oder das Lenkrad gehalten wird wie es beim Lenken in Richtung Endanschlag oder beim Halten des Lenkrades im Endanschlag der Lenkung der Fall ist. Bei Verwendung von beispielsweise einer PMSM bei der Servolenkung dreht sich die Maschine dabei langsam oder bleibt stehen. Dabei fließen in den jeweiligen Phasen der Maschine über eine relativ lange Zeit, im Vergleich mit der thermischen Zeitkonstante der elektronischen Leistungsschalter, unterschiedlich hohe Ströme. Dies führt zu einer unterschiedlichen Strombelastung der einzelnen Endstufenzweige. Durch die unterschiedlichen Innenwiderstände der Endstufenzweige unterscheiden sind auch die Gesamtstrangwiderstände der jeweiligen Phasen. Die Gesamtstrangwiderstände weichen damit teilweise auch vom Gesamtstrangwiderstand des einsträngigen Ersatzschaltbildes für die Motoransteuerung ab. Dies ist auch der Fall wenn beispielsweise der Gesamtstangwiderstand des einsträngigen Ersatzschaltbildes mit einer Temperatur thermisch nachgeführt wird, da die Endstufenzweige unterschiedliche Temperaturen aufweisen. If the final stage branches of the power electronics do not heat up uniformly, different internal resistances of the final stage branches occur due to the thermal behavior. The different heating of the final stage branches can be caused, for example, by different current loads of the individual final stage branches and small thermal time constants of the electronic circuit breakers. These different current loads of Endstufenzweige occur in an electric power steering when, for example, slowly steered under high load or the steering wheel is held as it is when steering towards the end stop or when holding the steering wheel in the end stop of the steering. When using, for example, a PMSM in the power steering, the machine rotates slowly or stops. In the process, different currents flow in the respective phases of the machine over a relatively long time compared with the thermal time constant of the electronic circuit breakers. This leads to a different current load of the individual final stage branches. Due to the different internal resistances of the final stage branches, the total phase resistances of the respective phases are also different. The total string resistances thus deviate in part from the total string resistance of the single-string equivalent circuit diagram for the motor control. This is also the case if, for example, the total stator resistance of the single-circuit equivalent circuit diagram is thermally tracked with a temperature, since the final stage branches have different temperatures.
Diese unterschiedlichen Gesamtstrangwiderstände und deren Abweichung vom Gesamtstrangwiderstand des einsträngigen Ersatzschaltbildes führen zu Fehldrehmomenten bzw. Drehmomentschwankungen. Wird eine solche Motoransteuerung z.B. zur Ansteuerung des Motors einer elektrischen Servolenkung eingesetzt sind diese Fehldrehmomente bzw. Drehmomentschwankungen störend oder nicht akzeptabel. These different total string resistances and their deviation from the total string resistance of the single-string equivalent circuit lead to incorrect torques or torque fluctuations. If such a motor control used, for example, to control the motor of an electric power steering these misalignments or torque fluctuations are disturbing or unacceptable.
Aufgabe der Erfindung: Object of the invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Motoransteuerung vorzuschlagen. The object of the invention is to propose a method for motor control which is improved over the prior art.
Lösung der Aufgabe: Solution of the task:
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine vor, bei dem ein Temperaturverhalten einer Endstufe berücksichtigt wird, wobei bei der Berechnung von PWM-Signalen zur Ansteuerung der einzelnen Endstufenzweige eine Temperatur des entsprechenden Endstufezweiges berücksichtigt wird. The invention provides a method for controlling an electrical machine, in which a temperature behavior of an output stage is taken into account, wherein a temperature of the corresponding output stage branch is taken into account in the calculation of PWM signals for controlling the individual end stage branches.
Die PWM Signale entsprechend der Soll-Spannungen der einzelnen Endstufenzweige werden temperaturabhängig korrigiert. The PWM signals corresponding to the nominal voltages of the individual final stage branches are corrected as a function of the temperature.
Bei der Korrektur des PWM-Signals zur Ansteuerung des einzelnen Endstufenzweiges wird durch Verrechnung einer PWM-Korrektur entsprechend des Spannungsabfalls an dem Innenwiderstand des entsprechenden Endstufenzweiges auf Grundlage des momentanen Phasenstromes des entsprechenden Endstufenzweiges der Innenwiderstand des entsprechenden Endstufenzweiges mit der Temperatur des entsprechenden Endstufenzweiges thermisch nachgeführt Dabei handelt es sich bei dem Innenwiderstand des entsprechenden Endstufenzweiges um den äquivalenten Verlustwiderstand des Endstufenzweiges. In the correction of the PWM signal for driving the individual end stage branch, the internal resistance of the corresponding end stage branch is thermally tracked by offsetting a PWM correction corresponding to the voltage drop across the internal resistance of the corresponding final stage branch based on the instantaneous phase current of the corresponding final stage branch If the internal resistance of the corresponding end stage branch is the equivalent loss resistance of the final stage branch.
In vorteilhafter Weise wird das Verfahren bei einer Drehstrommaschine mit drei Phasen oder einer PMSM mit vorzugsweise drei Phasen angewendet. Advantageously, the method is applied to a three-phase machine or a PMSM preferably having three phases.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung handelt es sich bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine um eine stromsensorlose Motoransteuerung unter Verwendung eines inversen Motormodells. In a further advantageous embodiment according to the invention, the control of the electric machine is a current sensorless motor drive using an inverse motor model.
Von Weiteren Vorteil ist es, dass die momentanen Phasenströme aus intern, im inversen Motormodell vorhanden Ströme, die in rotorfeldorientierten Koordinaten vorliegen, berechnet werden. Another advantage is that the instantaneous phase currents are calculated from internally currents present in rotor-field-oriented coordinates in the inverse motor model.
Ein weitere davon unabhängige Lösungsvariante sieht ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine vor, bei dem ein Temperaturverhalten der Strangwiderstände der Maschine berücksichtigt wird und bei der Berechnung von PWM-Signalen zur Ansteuerung der einzelnen Endstufenzweige die Temperatur des entsprechenden dem jeweiligen Endstufenzweig zugeordneten Strangwiderstandes berücksichtigt wird. Another variant of this independent solution provides a method for controlling an electrical machine, in which a temperature behavior of the string resistances of the machine is taken into account and in the calculation of PWM signals for controlling the individual Endstufenzweige the temperature of the corresponding endstufenzweig associated strand resistance is taken into account.
In vorteilhafter Weise wird diese zweite Lösungsvariante in Verbindung mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 kombiniert angewendet, wobei das korrigierte PWM-Signal zusätzlich eine Korrekturanteil zur Korrektur des jeweiligen temperaturabhängigen Strangwiderstands aufweist. Advantageously, this second solution variant is used in combination with a method according to one of
Beide vorgestellten Lösungsvarianten werden insbesondere bei der Ansteuerung von Elektromotoren einer elektrischen Servolenkung angewendet. Both solution variants presented are used in particular in the control of electric motors of an electric power steering.
Der Lösung der Aufgabe der Erfindung liegt die Idee zugrunde die Innenwiderstände der Endstufenzweige nicht mit dem Strangwiderstand der Maschine zum Gesamtstrangwiderstand zu addieren. Die Berücksichtigung der Spannungsabfälle an den temperaturabhängigen Innenwiderständen der einzelnen Endstufenzweige erfolgt für jeden Endstufenzweig einzeln. Die Spannungsabfälle an den Innenwiderständen der jeweiligen Endstufenzweige werden durch eine Korrektur der PWM-Signale bei der PWM-Berechnung der einzelnen Phasen berücksichtigt. Hierbei können dann die unterschiedlichen Innenwiderstände der Endstufenzweige aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen der Endstufenzweige berücksichtigt werden. Die erforderlichen Temperaturen der jeweiligen Endstufenzweige können auf unterschiedlichste Weise ermittelt werden. Die Temperaturen können beispielsweise mit Temperatursensoren die direkt in der Nähe der Leistungsschalter der Endstufenzweige angebracht sind gemessen werden. Weiter besteht beispielsweise die Möglichkeit die inneren Temperaturen der Leistungsschalter über Modelle zu berechnen oder durch Beobachter zu ermitteln und die mittlere Temperatur der zwei Leistungsschalter der jeweiligen Endstufenzweige als Temperatur des jeweiligen Endstufenzweiges zu verwenden. The solution of the object of the invention is based on the idea not to add the internal resistance of the end stage branches with the strand resistance of the machine to the total string resistance. The consideration of the voltage drops in the temperature-dependent internal resistances of the individual final stage branches takes place individually for each final stage branch. The voltage drops at the internal resistances of the respective final stage branches are taken into account by a correction of the PWM signals during the PWM calculation of the individual phases. In this case, the different internal resistances of the final stage branches can be taken into account due to the different temperatures of the final stage branches. The required temperatures of the respective final stage branches can be determined in many different ways. The temperatures can be measured, for example, with temperature sensors mounted directly near the circuit breakers of the final stage legs. Furthermore, it is possible, for example, to calculate the internal temperatures of the circuit breakers via models or to determine them by observers and to use the average temperature of the two power switches of the respective final stage branches as the temperature of the respective final stage branch.
Die Berücksichtigung der temperaturabhängigen Innenwiderstände der Endstufenzweige erfolgt durch Ermittlung einer PWM-Korrektur für jede Phase in Abhängigkeit des Spannungsfalls an dem Innenwiderstand des Endstufenzweiges der jeweiligen Phase. In bevorzugter Weise erfolgt die Ermittlung der PWM-Korrektur der jeweiligen Phase durch Berechung entsprechend der Gleichung: Mit:
- x
- = Nummer der Phase (
1, 2 und 3 bei einer dreiphasigen Maschine)Beispielsweise - KPWMx
- = PWM-Korrektur der jeweiligen Phasen
- Ri,PCU,x
- = Innenwiderstand des Endstufenzweiges der jeweiligen Phase
- ix
- = Momentanwert des Phasenstromes der jeweiligen Phase
- UZK
- = aktuelle Zwischenkreisspannung der Endstufe
- x
- = Number of the phase (for example 1, 2 and 3 on a three-phase machine)
- KPWM x
- = PWM correction of the respective phases
- R i, PCU, x
- = Internal resistance of the final stage branch of the respective phase
- i x
- = Instantaneous value of the phase current of the respective phase
- U ZK
- = current DC link voltage of the output stage
Beim Phasenstrom der jeweiligen Phase handelt es sich um den Strom im Mittenabgriff der Halbbrücke der mit dem jeweiligen Phasenanschluss der elektrischen Maschine verbunden ist. Der Phasenstrom ist positiv wenn er aus dem Mittenabgriff der Halbbrücke zur elektrischen Maschine hin fließt. The phase current of the respective phase is the current in the center tap of the half-bridge which is connected to the respective phase connection of the electrical machine. The phase current is positive when it flows from the center tap of the half-bridge to the electric machine.
Der bei der Ermittlung der PWM-Korrektur verwendete Innenwiderstand des jeweiligen Endstufenzweiges wird dabei in Abhängigkeit der Temperatur des Endstufenzweiges nachgeführt. In bevorzugter Weise erfolgt die Ermittlung des temperaturabhängigen Innenwiderstandes des jeweiligen Endstufenzweiges durch Berechnung entsprechend der Formel:
- x
- = Nummer der Phase (
1, 2 und 3 bei einer dreiphasigen Maschine)Beispielsweise - Ri,PCU,x
- = Innenwiderstand des Endstufenzweiges der jeweiligen Phase bei der Temperatur Thetax
- Ri,PCU,Ref,x
- = Referenzinnenwiderstand des Endstufenzweiges der jeweiligen Phase für die Referenztemperatur ThetaRef,x
- αx
- = Temperaturbeiwert des Innenwiderstandes des jeweiligen Endstufenzweig
- Thetax
- = Aktuelle Temperatur des Endstufenzweiges
- ThetaRef,x
- = Temperatur für welche der Referenzinnenwiderstand Ri,PCU,Ref,x gilt
- x
- = Number of the phase (for example 1, 2 and 3 on a three-phase machine)
- R i, PCU, x
- = Internal resistance of the final stage branch of the respective phase at the temperature theta x
- R i, PCU, Ref, x
- = Reference internal resistance of the final stage branch of the respective phase for the reference temperature Theta Ref, x
- α x
- = Temperature coefficient of the internal resistance of the respective final stage branch
- Theta x
- = Current temperature of the final stage branch
- Theta Ref, x
- = Temperature for which the reference internal resistance R i, PCU, Ref, x applies
Alternativ können Kennlinien mit dem Innenwiderstand des jeweiligen Endstufenzweiges in Abhängigkeit der Temperatur des jeweiligen Endstufenzweiges verwendet werden. Alternatively, characteristic curves can be used with the internal resistance of the respective final stage branch as a function of the temperature of the respective final stage branch.
Mit der PWM-Korrektur der jeweiligen Phase wird dann die korrigierte PWM der jeweiligen Phasen ermittelt die dann von der Endstufe gestellt wird. In bevorzugter Weise erfolgt die Berechnung der korrigierten PWM der jeweiligen Phase entsprechend der Formel:
- x
- = Nummer der Phase (
1, 2 und 3 bei einer dreiphasigen Maschine)Beispielsweise - PWMx,K
- = Korrigiertes PWM-Signal der jeweiligen Phase
- PWMx
- = PWM-Signal entsprechend der am Motor anzulegenden Spannung
- KPWMx
- = PWM-Korrektur der jeweiligen Phasen
- x
- = Number of the phase (for example 1, 2 and 3 on a three-phase machine)
- PWM x, K
- = Corrected PWM signal of the respective phase
- PWM x
- = PWM signal according to the voltage to be applied to the motor
- KPWM x
- = PWM correction of the respective phases
Gegebenenfalls ist noch anschließend eine Begrenzung des jeweiligen korrigierten PWM Signals auf die maximal und minimal von der Endstufe erzeugbaren PWM erforderlich. If necessary, a limitation of the respective corrected PWM signal to the maximum and minimum PWM that can be generated by the output stage is required subsequently.
Der Momentanwert des Phasenstromes der jeweiligen Phase lässt sich je nach Motoransteuerverfahren auf unterschiedliche Weise ermitteln. Es können zum Beispiel dazu:
- – gemessener Phasenströme bei Ansteuerverfahren mit einer FOR mit Strommessung, oder
- – simulierter Phasenströme, die aus simulierten Motorströmen in feldorientierten Koordinaten berechnet werden beispielsweise bei stromsensorlosen Ansteuerverfahren mit einer FOR mit Stromsimulator, oder
- – berechnete Phasenströme, die aus intern in einem inversen Motormodell vorhandenen Motorströmen, die in feldorientierten Koordinaten vorliegen, berechnet werden beispielsweise bei stromsensorlosen Ansteuerverfahren mit einem inversen Motormodell verwendet werden.
- - Measured phase currents in driving method with a FOR with current measurement, or
- Simulated phase currents calculated from simulated motor currents in field-oriented coordinates, for example in current sensorless drive methods with a FOR with current simulator, or
- Calculated phase currents calculated from motor currents internally present in an inverse motor model, which are present in field-oriented coordinates, are used, for example, in current sensorless drive methods with an inverse motor model.
Die intern in einem inversen Motormodell vorhanden Motorströme in feldorientierten Koordinaten können zum Beispiel mit einer bestimmten Dynamik eingestellte Motorströme in feldorientierten d/q-Koordinaten sein. Diese Ströme werden mit den bekannten Transformationen in das statorfeste α/β-Koordinatensystem und von dort in die Phasenströme beispielsweise eines drei Phasensystems umgerechnet. Die Umrechnung der Motorströme aus dem feldorientierten d/q-Koordinatensystem kann auch direkt in die Phasenströme beispielsweise eines drei Phasensystems erfolgen. The motor currents in field-oriented coordinates which are present internally in an inverse motor model can be, for example, motor currents set in a field-oriented d / q coordinates with a certain dynamic range. These currents are transformed with the known transformations into the stator-fixed α / β-coordinate system and from there into the phase currents converted, for example, a three-phase system. The conversion of the motor currents from the field-oriented d / q coordinate system can also be done directly in the phase currents of, for example, a three-phase system.
Zusammenfassend sieht die erste Lösungsvariante der Erfindung vor, dass ein Temperaturverhalten der Endstufe berücksichtigt wird, wobei bei der Berechnung von PWM-Signalen zur Ansteuerung der einzelnen Endstufenzweige eine Temperatur des entsprechenden Endstufezweiges berücksichtigt wird, wobei die PWM Signale entsprechend der Soll-Spannungen der einzelnen Endstufenzweige temperaturabhängig korrigiert werden. Bei der Korrektur des PWM-Signals zur Ansteuerung des einzelnen Endstufenzweiges wird durch Verrechnung einer PWM-Korrektur entsprechend des Spannungsabfalls an dem Innenwiderstand des entsprechenden Endstufenzweiges auf Grundlage des momentanen Phasenstromes des entsprechenden Endstufenzweiges der Innenwiderstand des entsprechenden Endstufenzweiges mit der Temperatur des entsprechenden Endstufenzweiges thermisch nachgeführt In summary, the first variant of the invention provides that a temperature behavior of the output stage is taken into account, wherein a temperature of the corresponding output stage branch is taken into account in the calculation of PWM signals for controlling the individual end stage branches, the PWM signals corresponding to the setpoint voltages of the individual end stage branches temperature-dependent be corrected. In the correction of the PWM signal for driving the individual end stage branch, the internal resistance of the corresponding end stage branch is thermally tracked by offsetting a PWM correction corresponding to the voltage drop across the internal resistance of the corresponding final stage branch based on the instantaneous phase current of the corresponding final stage branch
Hierzu nachfolgendes Ausführungsbeispiel For this purpose, the following embodiment
Aufgrund dieser Korrektur der PWM-Signale der einzelnen Phasen in Abhängigkeit der Temperatur der Endstufenzweige der jeweiligen Phasen treten keine Drehmomentwelligkeiten aufgrund der Temperaturdifferenzen der Endstufenzweige mehr auf. Die Ansteuerung einer elektrischen Maschine nach diesem Verfahren ist beim Einsatz der elektrischen Maschine in einer elektrischen Servolenkung von Vorteil da sich störende Drehmomentwelligkeiten und Geräusche dadurch reduzieren lassen. Due to this correction of the PWM signals of the individual phases as a function of the temperature of the end stage branches of the respective phases, no torque ripples occur due to the temperature differences of the final stage branches. The control of an electric machine according to this method is advantageous when using the electric machine in an electric power steering system because it can reduce disturbing torque ripples and noise.
Ist bei besonderen Anwendungen die thermische Kopplung zwischen den Wicklungen der Phasen der elektrischen Maschine und die thermische Zeitkonstante der elektrischen Maschine nicht groß genug um von einer gleichmäßigen Erwärmung der elektrischen Maschine ausgehen zu können, kann das oben beschriebene Prinzip gemäß einer weiteren Lösungsvariante der Aufgabenstellung auch auf die Strangwiderstände der elektrischen Maschine angewendet werden. If, in special applications, the thermal coupling between the windings of the phases of the electric machine and the thermal time constant of the electric machine is not large enough to start from a uniform heating of the electric machine, the principle described above according to another solution variant of the task also on the strand resistances of the electric machine are used.
Demnach werden gemäß der zweiten Lösungsvariante die Strangwiderstände entsprechend analog zu den in der ersten Lösungsvariante beschriebenen Verfahren bezüglich der Innenwiderstände der Endstufe betrachtet. Accordingly, according to the second variant of the solution, the strand resistances are considered analogously to the methods described in the first variant of the solution with regard to the internal resistances of the final stage.
Die Spannungsabfälle an den Strangwiderständen der jeweiligen Phasen werden dann durch eine Korrektur der PWM-Signale bei der PWM-Berechnung der einzelnen Phasen berücksichtigt. Hierbei können dann die unterschiedlichen Strangwiderstände der jeweiligen Phasen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen der jeweiligen Phasen berücksichtigt werden. The voltage drops at the phase resistances of the respective phases are then taken into account by a correction of the PWM signals in the PWM calculation of the individual phases. In this case, the different strand resistances of the respective phases due to the different temperatures of the respective phases can then be taken into account.
Insbesondere ist dies bei Betriebsbedingungen der Fall, bei denen sich die elektrische Maschine unter hoher Last langsam dreht oder still steht. In particular, this is the case under operating conditions in which the electric machine rotates slowly under high load or stands still.
Hierbei können sich aufgrund unterschiedlicher Erwärmung durch unterschiedliche Phasenströme die Werte der temperaturabhängigen Maschinenparameter wie beispielsweise die Strangwiderstände der einzelnen Phasen stark unterscheiden. Due to different heating by different phase currents, the values of the temperature-dependent machine parameters, such as, for example, the phase resistances of the individual phases, can differ greatly here.
Auch hier wird der aktuelle Strangwiderstand aufgrund seiner Temperatur ermittelt, indem die Temperatur gemessen oder mittels eines Modells geschätzt oder berechnet wird. Again, the current strand resistance is determined by its temperature by measuring or estimating or calculating the temperature using a model.
Beide vorgestellten Lösungsvarianten können sowohl unabhängig als auch oder in Kombination durchgeführt werden. Both solution variants presented can be carried out both independently and in combination.
Demnach kann also eine Korrektur zur Kompensation von thermisch verursachten Widerstandsänderungen in den Endstufenzeigen und/oder in den Strangwicklungen erfolgen. Accordingly, therefore, a correction for the compensation of thermally induced changes in resistance in the final stage displays and / or in the strand windings can take place.
Die vorgestellten beiden Lösungsvarianten beziehen sich unmittelbar auf ein zu stellendes PWM-Signal. Es ist jedoch auch möglich eine Stellgröße, die sich direkt oder indirekt auf das PWM-Signal auswirkt, zu beeinflussen, ohne dass der Schutzbereich vorliegender Erfindung verlassen wird. The two solution variants presented relate directly to a PWM signal to be set. However, it is also possible to have a manipulated variable that is directly or indirectly related to the PWM signal affects, without leaving the scope of the present invention.
Hierbei kommen insbesondere die Sollvorgaben für die einzelnen Phasenspannungen in Betracht. In particular, the setpoint specifications for the individual phase voltages come into consideration.
Bei beiden vorgestellten Lösungsvarianten erfolgt eine Ansteuerung des Motors ohne den störenden Einfluss auf das Drehmoment aufgrund von Temperaturunterschieden in den Endstufenzweigen der Endstufe bzw in den Strangwiderständen der elektrischen Maschine. Erfindungsgemäß werden die vorgeschlagenen Verfahren bei der Ansteuerung von Elektromotoren einer elektrischen Hilfs- oder Fremdkraftlenkung für ein Kraftfahrzeug angewendet werden. In both variants of the proposed solution, the motor is controlled without the disturbing influence on the torque due to temperature differences in the final stage branches of the output stage or in the string resistances of the electrical machine. According to the invention, the proposed methods will be used in the control of electric motors of an electric auxiliary or external power steering for a motor vehicle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 101 101
- Sollmoment M(ref) Desired torque M (ref)
- 102 102
- Soll-Spannung in d-Richtung usd(ref) Target voltage in d-direction u sd (ref)
- 103 103
- Soll-Spannung in q-Richtung usq(ref) Target voltage in q-direction u sq (ref)
- 104 104
- Rotorlagewinkel θRotor position angle θ
- 105 105
- Permanentmagnet erregte Synchronmaschine Permanent magnet excited synchronous machine
- 106 106
- Winkelgeschwindigkeit ωAngular velocity ω
- 107 107
- PWM-Inverter PWM inverter
- 108 108
- Inverses Motormodell Inverse engine model
- 109 109
- Element zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit aus dem Rotorlagewinkel Element for calculating the angular velocity from the rotor position angle
- 201 201
- Soll-Spannung in d-Richtung usd(ref) Target voltage in d-direction u sd (ref)
- 202 202
- Soll-Spannung in q-Richtung usq(ref) Target voltage in q-direction u sq (ref)
- 203 203
- Berechnung der PWM-Signale der einzelnen Phasen entsprechend den SollspannungenCalculation of the PWM signals of the individual phases according to the setpoint voltages
- 204 204
- PWM-Signale der einzelnen Phasen entsprechend den Sollspannungen PWM signals of the individual phases according to the setpoint voltages
- 205 205
- Ermittlung der Endstufenansteuersignale, d.h. der Ansteuersignale der LeistungsschalterDetermining the Endstufeansteuersignale, i. the drive signals of the circuit breaker
- 206 206
- Ansteuersignale der jeweiligen Leistungsschalter Control signals of the respective circuit breaker
- 207 207
- Endstufe final stage
- 208 208
- Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine Phase connections of the electric machine
- 209 209
- Permanentmagnet erregte Synchronmaschine Permanent magnet excited synchronous machine
- 210 210
- Rotorlagewinkel θRotor position angle θ
- 211 211
- Zwischenkreisspannung UZK DC link voltage U ZK
- 301 301
- Strangwiderstand RS des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSM Line resistance R S of the single-circuit equivalent circuit diagram of a PMSM
- 302 302
- Phasenstrom iS Phase current i S
- 303 303
- Stranginduktivität LS des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSM Line inductance L S of the single-circuit equivalent circuit diagram of a PMSM
- 304 304
- Induzierte Spannung ui,S des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSM Induced voltage u i, S of the single-circuit equivalent circuit diagram of a PMSM
- 305 305
- Statorspannung uS Stator voltage u S
- 401 401
- 3-Phasen-Brückenschaltung 3-phase bridge circuit
- 402 402
- Unterer Schalter einer Halbbrücke der 3-Phasen-Brückenschaltung Lower switch of a half-bridge of the 3-phase bridge circuit
- 403 403
- Freilaufdioden Freewheeling diodes
- 404 404
- Zwischenkreisspannung UZK DC link voltage U ZK
- 405 405
- Bezugspotential 0V der Zwischenkreisspannung Reference potential 0V of the DC link voltage
- 406 406
- Zwischenkreiskondensator Link capacitor
- 407 407
- Elektrische Maschine, zum Beispiel PMSM oder ASM Electric machine, for example PMSM or ASM
- 408 408
- Anschluss der Endstufe an Phasen der elektrische Maschine Connection of the power amplifier to phases of the electrical machine
- 409 409
-
Phasenströme der jeweiligen Phase, i1 für Phase 1, i2 für Phase 2 und i3 für Phase 3Phase currents of the respective phase, i 1 for
phase 1, i 2 forphase 2 and i 3 forphase 3 - 410 410
- Oberer Schalter einer Halbbrücke der 3-Phasen-Brückenschaltung Upper switch of a half-bridge of the 3-phase bridge circuit
- 501 501
-
Spannungsquellen, u1 für den Endstufenzweig der Phase 1, u2 für den Endstufenzweig der Phase 2 und u3 für den Endstufenzweig der Phase 3Voltage sources, u 1 for the final phase branch of
phase 1, u 2 for the final stage branch ofphase 2 and u 3 for the final stage branch ofphase 3 - 502 502
-
Innenwiderstand des jeweiligen Endstufenzweiges, Ri1 für den Endstufenzweig der Phase 1, Ri2 für den Endstufenzweig der Phase 2 und Ri3 für den Endstufenzweig der Phase 3Internal resistance of the respective final stage branch, R i1 for the final stage branch of
phase 1, R i2 for the final stage branch ofphase 2 and R i3 for the final stage branch ofphase 3 - 503 503
- Ausgang der Endstufe zum Anschluss der Phasen der elektrischen Maschine Output of the output stage for connecting the phases of the electrical machine
- 601 601
- Gesamtstrangwiderstand RS,g des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSMTotal string resistance R S, g of the single-stranded equivalent circuit of a PMSM
- 602 602
- Phasenstrom iS Phase current i S
- 603 603
- Stranginduktivität LS des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSM Line inductance L S of the single-circuit equivalent circuit diagram of a PMSM
- 604 604
- Induzierte Spannung ui,S des einsträngigen Ersatzschaltbildes einer PMSM Induced voltage u i, S of the single-circuit equivalent circuit diagram of a PMSM
- 605 605
- Statorspannung uS Stator voltage u S
- 701 701
- Soll-Spannung in d-Richtung usd(ref) Target voltage in d-direction u sd (ref)
- 702 702
- Soll-Spannung in q-Richtung usq(ref) Target voltage in q-direction u sq (ref)
- 703 703
- Berechnung der PWM-Signale der einzelnen Phasen entsprechend den SollspannungenCalculation of the PWM signals of the individual phases according to the setpoint voltages
- 704 704
- PWM-Signale der einzelnen Phasen entsprechend den Sollspannungen PWM signals of the individual phases according to the setpoint voltages
- 705 705
- Ermittlung der Endstufenansteuersignale, d.h. der Ansteuersignale der LeistungsschalterDetermining the Endstufeansteuersignale, i. the drive signals of the circuit breaker
- 706 706
- Ansteuersignale der jeweiligen Leistungsschalter Control signals of the respective circuit breaker
- 707 707
- Endstufe final stage
- 708 708
- Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine Phase connections of the electric machine
- 709 709
- Permanentmagnet erregte Synchronmaschine Permanent magnet excited synchronous machine
- 710 710
- Rotorlagewinkel θRotor position angle θ
- 711 711
- Zwischenkreisspannung UZK DC link voltage U ZK
- 712 712
- PWM Berechnung PWM calculation
- 713 713
- PWM Korrektur PWM correction
- 714 714
-
Momentanwert des Phasenstromes der Phase 1 Instantaneous value of the phase current of
phase 1 - 715 715
-
Momentanwert des Phasenstromes der Phase 2 Instantaneous value of
phase 2 phase current - 716 716
-
Momentanwert des Phasenstromes der Phase 3 Instantaneous value of
phase 3 phase current - 717 717
-
Aktuelle Temperatur des Endstufenzweiges der Phase 1 Current temperature of the final stage branch of
phase 1 - 718 718
-
Aktuelle Temperatur des Endstufenzweiges der Phase 2 Current temperature of the final stage branch of
phase 2 - 719 719
-
Aktuelle Temperatur des Endstufenzweiges der Phase 3 Current temperature of the final stage branch of
phase 3 - 720 720
- Korrigierte PWM-Signale der einzelnen Phasen Corrected PWM signals of the individual phases
Claims (12)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310100452 DE102013100452A1 (en) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Method for current sensor-less engine control of e.g. asynchronous machine for electrical power steering apparatus for motor car, involves considering temperature of corresponding output stage branches during calculation of signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310100452 DE102013100452A1 (en) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Method for current sensor-less engine control of e.g. asynchronous machine for electrical power steering apparatus for motor car, involves considering temperature of corresponding output stage branches during calculation of signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013100452A1 true DE102013100452A1 (en) | 2014-07-31 |
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ID=51163352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201310100452 Pending DE102013100452A1 (en) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Method for current sensor-less engine control of e.g. asynchronous machine for electrical power steering apparatus for motor car, involves considering temperature of corresponding output stage branches during calculation of signals |
Country Status (1)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2013
- 2013-01-17 DE DE201310100452 patent/DE102013100452A1/en active Pending
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