DE102013209562A1 - Verfahren, Systeme und Geräte für das Schätzen elektrischer Winkelposition und/oder Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um die Winkelposition und/oder Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Techniken für das Steuern des Betriebs von mehrphasigen elektrischen Maschinen und spezieller ausgedrückt bezieht sie sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um die Winkelposition und/oder Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Hybride und elektrische Fahrzeuge (HEVs) beinhalten typischerweise ein elektrisches Traktions-Antriebssystem, welches wenigstens einen elektrischen Wechselstrom-(AC-)Motor beinhaltet, welcher durch ein Leistungswandlermodul (PIM) mit der Leistung aus einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle angetrieben wird, wie z. B. einer Speicherbatterie bzw. einem Akku. Motorwicklungen des elektrischen AC-Motors können an Wechselrichter-Sub- bzw. Untermodule des PIM gekoppelt sein. Jedes Wechselrichter-Untermodul beinhaltet ein Paar von Schaltern, welche in einer komplementären Weise schalten, um eine schnelle Schaltfunktion auszuführen, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln. Ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Modul empfängt Spannungsbefehlssignale und legt PWM-Wellenformen an den Spannungsbefehlssignalen an, um die Pulsbreitemodulation der Spannungsbefehlssignale zu steuern und Schaltvektorsignale zu erzeugen, welche den Wechselrichter-Untermodulen des Wechselrichtermoduls bereitgestellt werden. Wenn die Schaltvektorsignale angelegt werden, schaltet jedes Paar der Schalter in jedem der Wechselrichter-Untermodule in einer komplementären Weise, um eine schnelle Schaltfunktion durchzuführen, um die DC-Leistung in AC-Leistung zu wandeln. Diese AC-Leistung treibt den elektrischen AC-Motor, welcher umgekehrt eine Welle des HEV-Antriebsstranges treibt.
  • Vektorsteuerung
  • Viele moderne Hochleistungs-AC-Motorantriebe nutzen das Prinzip der feldorientierten Steuerung (FOC) oder ”Vektor”-Steuerung, um den Betrieb des elektrischen AC-Motors zu steuern. Im Speziellen wird die Vektorsteuerung häufig bei variablen Geschwindigkeitsantrieben benutzt, um die Ströme zu steuern, welche zu einen elektrischen AC-Motor geführt sind, so dass die mechanische Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors gesteuert werden kann. Kurzum, es werden Statorphasenströme gemessen und in einen entsprechenden komplexen Raumvektor gewandelt. Dieser Stromvektor wird dann in ein Koordinatensystem transformiert, welches sich mit dem Rotor des elektrischen AC-Motors dreht.
  • Um eine richtige Steuerung der elektrischen Maschine sicherzustellen, erfordert die Vektorsteuerung Winkelpositionsinformation des Rotors (d. h. die mechanische Drehwinkelposition des Rotors relativ zu dem ”Stator” oder den Motorwicklungen).
  • Herkömmliche Motorsteuersysteme beinhalten normalerweise eine Rückmeldeeinrichtung (z. B. Winkelpositions- oder Geschwindigkeitssensor), um Winkelposition oder Frequenzinformation über den Motor zu liefern. Beispielsweise wird bei vielen vektorgesteuerten Motor-Antriebssysteme ein Rotorgeschwindigkeits- oder -positionssensor angewendet, um Information bezüglich der Winkelposition des Rotors zu liefern, welche benötigt wird, um den Motor zu steuern. Beispielsweise kann die Winkelposition des Rotors basierend auf den aktuell gemessenen Größen berechnet werden, wobei eine Art von Geschwindigkeits- oder Positionssensor für die Steuerung der Rückmeldemessung benutzt wird. Als ein Beispiel, um die Winkelposition des Rotors zu bestimmen, kann seine Winkelgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitssensor gemessen werden, und die Winkelposition kann dann durch Integrieren der Geschwindigkeitsmessungen erhalten werden. Andere feldorientierte oder vektorgesteuerte Systeme können einen Rotorwinkelpositionssensor oder einen drehbaren Transducer benutzen, welcher die absolute Positionsinformation direkt liefert, um die Motorsteuertechniken zu implementieren. Ein derartiges Beispiel würde eine Drehmelder- und Drehmelder-zu-Digital-Wandlerschaltung sein, welche direkt die Positionsinformation liefert, welcher der Winkelposition des Rotors entspricht.
  • Es ist wichtig, dass die Sensoren genügend Genauigkeit und Auflösung besitzen, und deshalb werden bei vielen Systemen Hochauflösungssensoren angewendet, um zu helfen, die Systemleistungsfähigkeit zu verbessern. Zur gleichen Zeit sind die Kosten für die Rückmeldeeinrichtungen und die dazugehörigen Schnittstellenschaltungen signifikant, und deshalb ist es wünschenswert, die Kosten dieser Einrichtungen zu reduzieren. Demnach kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, Sensoren mit niedriger Auflösung anzuwenden, da diese weniger teuer sind.
  • Jedoch, wenn die Auflösung des Sensors gering ist, kann die berechnete und/oder die geschätzte Winkelposition wesentlichen Ripple und Fehler aufweisen. Dies kann die Steuerleistungsfähigkeit vermindern (z. B. bezüglich der Drehmomentgenauigkeit/-linearität, welche erreicht werden kann).
  • Es wäre wünschenswert, verbesserte Verfahren, Systeme und Geräte für das Schätzen der Winkelposition und der Winkelgeschwindigkeit des Rotors einer elektrischen Maschine bereitzustellen, welche gestatten können, dass die Qualität der geschätzten Winkelposition und der Winkelgeschwindigkeit verbessert wird. Es wäre auch wünschenswert, dass derartig verbesserte Verfahren und Systeme für das Schätzen der Winkelposition und der Winkelgeschwindigkeit die Drehmomentgenauigkeit verbessern können, so dass das aktuell ausgegebene Drehmoment, welches in der Nähe erzeugt wird, das befohlene Drehmoment zieht. Es wäre auch wünschenswert, wenn derartige Verfahren, Systeme und Geräte gestatten können, niedrige Auflösungssensoren zu gebrauchen, und damit die Kosten der Systeme vermindern können, welche auf den Sensoren beruhen, um die Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelposition zu schätzen. Andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorausgegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um die Winkelposition und/oder Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen.
  • Entsprechend zu einer der veröffentlichten Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine Winkelposition und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen.
  • Basierend auf einem zweiten Zählglied-Ausgangssignal und einem ersten Zählglied-Ausgangssignal werden ein erstes Winkelpositionssignal und ein erstes Winkelgeschwindigkeitssignal berechnet. Das erste Winkelpositionssignal repräsentiert eine berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorhandenen Steuerperiode, und das erste Winkelgeschwindigkeitssignal repräsentiert eine berechnete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMT[n]) während der vorliegenden Steuerperiode. Basierend auf dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal wird bestimmt, ob eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während der zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert werden, gleich null ist. Die zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden werden nachfolgend als eine gegenwärtige Steuerperiode und eine vorherige Steuerperiode bezeichnet.
  • Wenn die Differenz (ΔNp[n]) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal gleich null bestimmt wird, wird eine Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorhandenen Steuerperiode gleich zu einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher kein Puls während der vorhergegangenen Steuerperiode empfangen wurde, (Nnp[n – 1]) gesetzt. Ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal kann dann erzeugt werden, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorhandenen Steuerperiode repräsentiert, indem das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals gesetzt wird, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein zweites Winkelpositionssignal auch erzeugt werden, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
  • Beispielsweise kann bei einigen Implementierungen auch bestimmt werden, ob die Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist.
  • Wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins ist, kann das zweite Winkelpositionssignal erzeugt werden, indem das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) gleich einer ersten Summe ist. Die erste Summe, welche die Summe aufweist: (1) ein erstes Produkt und (2) ein Wert (θMT[n – 1]) eines ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  • Im Gegensatz dazu, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen während der vorliegenden Steuerperiode kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) nicht gleich eins ist, kann das zweite Winkelpositionssignal erzeugt werden, indem das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) gleich einer zweiten Summe gesetzt wird. Die zweite Summe, welche die Summe des (1) des ersten Produktes und (2) einen Wert (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals aufweist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde. Das erste Produkt kann berechnet werden basierend auf der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und einem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]), welche gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichnete Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Motor-Antriebssystems entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen ist;
  • 2A ein Blockdiagramm ist, welches ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzglied darstellt, entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen;
  • 2B ein Blockdiagramm ist, welches ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied darstellt, entsprechend zu einer Implementierung zu einigen der offenbarten Ausführungsformen;
  • 3 ein Ablaufdiagramm ist, welches ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzverfahren entsprechend zu einigen der offenbaren Ausführungsformen darstellt;
  • 4 Graphen sind, welche Ausgangssignale, welche durch den Sensor erzeugt sind, und entsprechende Ausgangssignale, welche durch das Zählglied während drei Steuerperioden erzeugt sind, darstellen;
  • 5 ein Graph ist, welcher die aktuelle Rotorwinkelposition in Graden darstellt, als eine Funktion der Zeit in Sekunden;
  • 6 ein Graph ist, welcher den Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in Graden als eine Funktion der Zeit in Sekunden zeigt, wenn ein herkömmliches Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie dies in 5 gezeigt wird;
  • 7 ist ein Graph, welcher den Rotor-Winkelpositions-Schätzfehler in Graden als eine Funktion der Zeit in Sekunden zeigt, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie dies in 5 gezeigt wird;
  • 8 ist ein Graph, welcher die aktuelle Rotorwinkelposition in Graden als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt;
  • 9 ist ein Graph, welcher den Rotor-Winkelpositions-Schätzfehler in Graden als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein herkömmliches Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie dies in 8 gezeigt wird;
  • 10 ist ein Graph, welcher den Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in Graden als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie dies in 8 gezeigt wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie es hier benutzt wird, bedeutet das Wort „beispielhaft” „als ein Beispiel, ein Umstand oder eine Darstellung dienend”. Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur von ihrer Art her beispielhaft und ist nicht beabsichtigt, die Erfindung oder die Anwendung und das Gebrauchen der Erfindung zu begrenzen. Jede Ausführungsform, welche hier als „beispielhaft” beschrieben ist, ist nicht notwendiger Weise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen zu interpretieren. Alle der Ausführungsformen, welche in dieser Detaillierten Beschreibung beschrieben sind, sind beispielhafte Ausführungsformen, welche geliefert sind, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen oder zu gebrauchen und nicht, um den Umfang der Erfindung zu begrenzen, welcher durch die Ansprüche definiert ist. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgend eine ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorausgegangenen technischen Bereich, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
  • Bevor im Detail Ausführungsformen beschrieben werden, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung sind, sollte beobachtet werden, dass die Ausführungsformen in erster Linie hier in Kombinationen der Verfahrungsschritte und der Gerätekomponenten angesiedelt sind, welche sich auf das Schätzen der Winkelposition und der Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine bezieht. Es wird gewürdigt werden, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung implementiert werden können, indem Hardware, Software oder eine Kombination davon benutzt werden. Die Steuerschaltungen, welche hier beschrieben sind, weisen verschiedene Komponenten, Module, Schaltungen und andere Logik auf, welche unter Benutzung einer Kombination von analogen/oder digitalen Schaltungen, diskreten oder integrierten, analogen oder digitalen elektronischen Schaltungen oder Kombinationen davon implementiert werden können. Wie er hier benutzt wird, bezieht sich der Term „Modul” auf eine Einrichtung, eine Schaltung, eine elektrische Komponente und/oder auf eine auf Software basierende Komponente für das Durchführen einer Aufgabe. In einigen Implementierungen können die hier beschriebenen Steuerschaltungen implementiert werden indem eine oder mehrere Anwendungsspezifische Schaltungen (ASICs), einer oder mehrere Mikroprozessoren und/oder einer oder mehrere Digitalsignalprozessor-(DSP-)basierte Schaltungen benutzt werden, wenn ein Teil oder die gesamte Steuerlogik in derartigen Schaltungen implementiert wird. Es wird gewürdigt werden, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung einen oder mehrere herkömmliche Prozessoren und einzigartig gespeicherte Programminstruktionen aufweisen können, welche einen oder mehrere Prozessoren steuern, um, in Verbindung mit bestimmten Nichtprozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der Funktionen für das Schätzen der Winkelposition und der Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu implementieren, wie es hier beschrieben wird. Demnach können diese Funktionen als Schritte eines Verfahrens interpretiert werden, um die Winkelposition und die Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen. Alternativ können einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert werden, welche keine gespeicherten Programminstruktionen besitzt, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen Schaltungen (ASICs), in welchem bzw. welchen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten Funktionen als maßgeschneiderte Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der zwei Vorgehensweisen genutzt werden. Demnach werden hier Verfahren und Mittel für diese Funktionen beschrieben. Außerdem wird erwartet, dass ein Fachmann, welcher möglicherweise keine Anstrengung und viele Gestaltungsmöglichkeiten scheut, welche zum Beispiel durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und ökonomische Betrachtungen motiviert sind, schließlich in der Lage sein wird, wenn er durch die Konzepte und Prinzipien geführt wird, welche hier veröffentlicht sind, derartige Softwareinstruktionen und Programme und ICs mit minimalem Experimentieren zu erzeugen.
  • Überblick
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verfahren, Systeme und Geräte, um die Winkelposition und die Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine, welche in einem Mehrphasensystem benutzt wird, zu schätzen. In einer beispielhaften Implementierung kann die Mehrphasenmaschine in Betriebsumgebungen implementiert sein, z. B. einem Hybriden/Elektrischen Fahrzeug (HEV). In den beispielhaften Implementierungen, welche nun beschrieben werden, werden die Steuertechniken und -technologien beschrieben, wenn sie an einem Hybriden/Elektrischen Fahrzeug angewendet werden. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass die gleichen oder ähnlichen Techniken und Technologien im Kontext anderer Systeme angewendet werden können, in welchen es wünschenswert ist, um die Winkelposition und die Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine, welche in einem Mehrphasensystem benutzt wird, zu schätzen. Diesbezüglich können jegliche der hier veröffentlichten Konzepte im Allgemeinen an ”Fahrzeugen” angewendet werden, und, wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Fahrzeug” in breitem Maße auf einen nicht lebenden Transportmechanismus, welcher eine AC-Maschine besitzt. Zusätzlich ist der Term ”Fahrzeug” nicht auf eine spezielle Antriebstechnologie, wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff, begrenzt. Vielmehr beinhalten Fahrzeuge auch Hybridfahrzeuge, Elektrische Batterie- bzw. Akku-Fahrzeuge, Wasserstoff-Fahrzeuge und Fahrzeuge, welche arbeiten, indem sie verschiedene andere alternative Kraftstoffe benutzen.
  • Wie es hier benutzt wird, bezieht sich der Term ”Wechselstrom-(AC-)Maschine” im Allgemeinen auf ”eine Einrichtung oder ein Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie wandelt oder umgekehrt”. AC-Maschinen können im Allgemeinen in Synchron-AC-Maschinen und Asynchron-AC-Maschinen klassifiziert werden. Synchron-AC-Maschinen können Permanentmagnet-Maschinen und Reluktanz- bzw. Magnetischer-Widerstand-Maschinen beinhalten. Permanentmagnet-Maschinen beinhalten Oberflächenmontierte-Permanentmagnet-Maschinen (SMPMMs) und Innen-Permanentmagnet-Maschinen (IPMMs). In dieser Anmeldung werden Ausführungsformen beschrieben, in welchen die Maschine eine Permanentmagnet-Maschine ist. Im Gegensatz dazu beinhalten Asynchron-AC-Maschinen Induktionsmaschinen.
  • Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor sein kann (z. B. ein Gerät, welches benutzt wird, um AC-elektrische Energieleistung an seinem Eingang zu wandeln, um damit mechanische Energie oder Leistung herzustellen), ist eine AC-Maschine nicht darauf begrenzt, ein AC-Motor zu sein, sondern kann auch Generatoren umfassen, welche benutzt werden, um mechanische Energie oder Leistung an ihrem ersten Bewegungsglied in elektrische AC-Energie oder -Leistung an ihrem Ausgang zu wandeln. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder ein AC-Generator sein. Eine AC-Maschine ist eine elektrische Maschine, welcher durch einen Wechselstrom getrieben wird. Bei einigen Implementierungen beinhaltet eine AC-Maschine einen außenseitigen stationären Stator, welcher Spulen besitzt, welche mit Wechselstrom beliefert werden, um ein rotierendes magnetisches Feld zu erzeugen, und einen inneren Rotor, welcher an der Ausgangswelle befestigt ist, welchem durch das rotierende Feld ein Drehmoment gegeben wird. Abhängig von dem Typ des benutzen Rotors können AC-Maschinen als synchron oder asynchron klassifiziert werden.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines vektorgesteuerten Motorantriebssystems 100 entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen. Das System 100 steuert eine dreiphasige AC-Maschine 50 über ein dreiphasiges pulsbreitenmoduliertes(PWM-)Wechselrichtermodul 40, welches an die dreiphasige AC-Maschine 50 gekoppelt ist, so dass die dreiphasige AC-Maschine 50 effizient eine DC-Eingangsspannung (Vdc) 10 nutzen kann, welche an das dreiphasige PWM-Wechselmodul 40 geliefert wird, indem die Strombefehle eingestellt werden, welche die dreiphasige AC-Maschine 50 steuern. In einer speziellen Implementierung kann das Motor-Antriebssystem 100 benutzt werden, um das Drehmoment in einem HEV zu steuern.
  • In der folgenden Beschreibung einer speziellen, nicht eingrenzenden Implementierung ist die dreiphasige AC-Maschine 50 als eine AC-angetriebene Maschine 50 ausgeführt, und im Speziellen eine dreiphasige, mit Leistung versorgte AC-Maschine; jedoch sollte gewürdigt werden, dass die dargestellte Ausführungsform nur ein nicht eingrenzendes Beispiel der Arten von AC-Maschinen ist, an welchen die offenbarten Ausführungsformen angewendet werden können, und außerdem, dass die offenbarten Ausführungsformen an jedem Typ von mehrphasiger, mit Leistung versorgter AC-Maschine angewendet werden können, welche weniger oder mehr Phasen besitzen.
  • Der dreiphasige AC-Motor 50 ist an das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 40 über drei Wechselrichterpole gekoppelt und erzeugt mechanische Leistung (Drehmoment × Geschwindigkeit) basierend auf dreiphasigen sinusförmigen Stromsignalen 41...43, welche von dem PWM-Wechselrichtermodul 40 empfangen werden.
  • Ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzglied 51 wird bereitgestellt, welches ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 52 und ein Winkelpositions-Beobachtungsglied 54 beinhaltet. Das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 52 erzeugt ein Signal 53, welches eine beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs) repräsentiert, und das Winkelpositions-Beobachtungsgliedmodul 54 integriert das Signal 53, um ein Signal 56 zu erzeugen, welches eine beobachtete Rotorwinkelposition (θObs) repräsentiert.
  • Das Vektorsteuerungs-Motorantriebssystem 100 beinhaltet ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 15, ein Synchroner-(SYNC.-)Rahmen-Stromreguliermodul 20, ein Synchron-zu-stationär-(SYNC.-TO-STAT.-)Transformationsmodul 25, ein αβ-Referenz-Rahmen-zu-abc-Referenzrahmen (αβ-to-abc-)Transformationsmodul 30, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Modul 35, einen dreiphasigen PWM-Wechselrichter 40, ein abc-Referenz-Rahmen-zu-αβ-Referenzrahmen-(abc-to-αβ-)Transformationsmodul 60 und ein Stationär-zu-synchron-(STAT.-TO-SYNC.)Transformationsmdoul 65.
  • Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 15 empfängt ein Drehmomentbefehl-Eingangssignal (Te*) 8, die beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs) 53 und eine DC-Eingangsspannung (VCD) 10 als Eingangssignale, zusammen mit der Möglichkeit einer Vielzahl von anderen Systemparametern, abhängig von der Implementierung. Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 15 benutzt diese Eingangssignale, um ein d-Ache-Strombefehl (Id*) 18 und ein q-Achse-Strombefehl (Iq*) 19 zu erzeugen, welche die Maschine 50 veranlassen, das befohlene Drehmoment (Te*) bei der beobachteten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObS) 53 zu erzeugen. Im Speziellen benutzt das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 15 die Eingangssignale, um das Drehmoment-Befehls-Eingangssignal (Id*) 18 und ein q-Achse-Strombefehlssignal (Iq*) 19 abzubilden. Die Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse- und -q-Achse-Strombefehlssignale (Id*, Iq*) 18, 19 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der zeit bei einem stationären Zustand besitzen, wenn das befohlene Drehmoment (Te*), die beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs) 53 und die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 konstant sind.
  • Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 60 empfängt die gemessenen dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Ia...Ic) 41–43, welche von der Maschine 50 rückgekoppelt sind. Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 60 benutzt diese dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme 41–43, um eine abc-Referenzrahmen-zu-αβ-Referenzrahmen-Transformation durchzuführen, um die dreiphasigen Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme 41–43 in Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64 zu wandeln. Die abc-zu-αβ-Transformation ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Stationär-zu-synchron-Transformationsmodul 65 empfängt die Stationär-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64 und die beobachtete Rotor-Winkelposition (θObs) 56 und erzeugt (z. B. bearbeitet oder wandelt) diese Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64, um ein Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 66 und ein Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 67 zu erzeugen. Der Prozess der Stationär-zu-synchron-Wandlung ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Stationär-zu-synchron-Transformatiosmodul 65 empfängt die Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64 und die beobachtete Rotorwinkelposition (θObs) 56 und erzeugt (z. B. bearbeitet oder wandelt) diese Stationärer-Referenzrahmen-Rückkopplungs-Statorströme (Iα, Iβ) 63, 64, um ein Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 66 und ein Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Stromsignal (Iq) 67 zu erzeugen. Der Prozess der Stationär-zu-synchron-Wandlung ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das Synchroner-Rahmen-Stromregel-Modul 20 empfängt das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Stromsignal (Id) 66, das Synchroner-Referenzrahmen-a-Achse-Stromsignal (Iq) 67, den d-Achse-Strombefehl (Id*) 18 und den q-Achse-Strombefehl (Iq*) 19 und benutzt diese Signale, um ein Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd*) 23 und ein Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq*) 24 zu erzeugen. Die Synchroner-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vd*, Vq*) 23, 24 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit für den stationären Betrieb besitzen, wenn das befohlene Drehmoment (Te*), die beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs) 53 und die DC-Eingangsspannung (VDC) 10 konstant sind. Der Prozess der Strom-zu-Spannungswandlung kann als ein Proportional-Integral-(PI-)Steuerglied implementiert werden, welches in der Fachwelt bekannt ist und der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben wird. Da die Strombefehle DC-Signale (beim stationären Zustand) in dem synchronen Referenzrahmen sind, sind sie im Vergleich zu den AC-Stationärer-Referenzrahmen-Strombefehlen leichter zu regeln.
  • Das Synchron-zu-stationär-Transformationsmodul 25 empfängt das Synchroner-Referenzrahmen-d-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vd*) 23 und das Synchroner-Referenzrahmen-q-Achse-Spannungsbefehlssignal (Vq*) 24 als Eingangssignale zusammen mit der beobachteten Rotorwinkelposition (θObs) 56, und führt eine dq-zu-αβ-Transformation durch, um ein α-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vα*) 27 und ein β-Achse-Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignal (Vβ*) 28 zu erzeugen. Die Stationärer-Referenzrahmen-α-Achse- und β-Achse-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 27, 28 sind in dem stationären Referenzrahmen und besitzen deshalb Werte, welche als eine Sinuswelle als eine Funktion der Zeit variieren. Der Prozess der Synchron-zu-stationär-Wandlung ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das αβ-zu-abc-Transformationsmodul 30 empfängt die Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vα*, Vβ*) 27, 28 und erzeugt, basierend auf diesen Signalen, Stationärer-Referenzrahmen-Spannungsbefehlssignale (Vas* ... Vcs*) 31, 32, 33 (auch als ”Phasen-Spannungsbefehlssignale” bezeichnet), welche zu dem PWM-Modul 35 gesendet werden. Die αβ-zu-abc-Transformation ist in der Fachwelt gut bekannt und wird der Kürze wegen nicht im Detail beschrieben.
  • Das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 40 ist an das PWM-Modul 35 gekoppelt. Das PWM-Modul 35 wird für das Steuern der PWM der Phasen-Spannungsbefehlssignale (Vas* ... Vcs*) 31, 32, 33 benutzt. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 werden basierend auf den Tastverhältnis-Wellenformen erzeugt, welche nicht in 1 dargestellt sind, welche jedoch stattdessen intern an dem PWM-Modul 35 erzeugt werden, um ein spezielles Tastverhältnis während jeder PWM-Periode zu besitzen. Das PWM-Modul 35 modifiziert die Phasenspannungs-Befehlssignale (Vas* ... Vcs*) 31, 32, 33 basierend auf den Tastverhältnis-Wellenformen (nicht dargestellt in 1), um Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 zu erzeugen, welche es an das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 40 liefert. Der spezielle Modulationsalgorithmus, welcher in dem PWM-Modul 35 implementiert ist, kann irgendein bekannter Modulationsalgorithmus sein, wobei Raumvektor-Pulsbreitenmodulation-(SVPWM-)Techniken beinhaltet sind, um eine Pulsbreitenmodulation (PWM) zu steuern, um Wechselstrom-(AC-)Wellenformen zu schaffen, welche die dreiphasige, mit Leistung versorgte AC-Maschine 50 bei variierenden Geschwindigkeiten basierend auf dem DC-Eingangssignal 10 treiben.
  • Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 steuern die Schaltzustände der Schalter im PWM-Wechselrichter 40, um dreiphasige Spannungsbefehle bei jeder Phase A, B, C zu erzeugen. Die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 sind PWM-Wellenformen, welche einen speziellen Tastgrad während jeder PWM-Periode besitzen, welcher durch die Tastgrad-Wellenformen bestimmt ist, welche intern bei dem PWM-Modul 35 erzeugt sind.
  • Das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 40 empfängt die DC-Eingangsspannung (Vdc) und die Schaltvektorsignale (Sa...Sc) 36, 37, 38 und benutzt sie, um dreiphasige Wechselstrom-(AC-)Spannungssignal-Wellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die dreiphasige AC-Maschine 50 bei variierenden Rotorgeschwindigkeiten (ωr) treiben.
  • Die dreiphasige Maschine 50 empfängt die dreiphasigen Spannungssignale, welche durch den PWM-Wechselrichter 40 erzeugt sind und erzeugt ein Motor-Ausgangssignal an dem befohlenen Drehmoment Te* 8.
  • Obwohl nicht in 1 dargestellt, kann das System 100 auch ein Getriebe beinhalten, welches an die Welle der dreiphasigen AC-Maschine 50 gekoppelt ist und durch sie getrieben wird. Die gemessenen Rückkopplungs-Statorströme (Ia–Ic) 41–43 werden erfasst, abgetastet und an das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 60 geliefert, wie dies oben beschrieben ist.
  • 2A ist ein Blockdiagramm, welches ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzglied 51 entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen darstellt.
  • Das Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzglied 51 beinhaltet ein Geschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 52 und ein Winkelpositions-Beobachtungsgliedmodul 54.
  • Das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 52 beinhaltet einen Sensor 202, ein Zählglied 206, ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsberechnungsmodul 210, ein Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlmodul 217 und ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 222.
  • Der Sensor 202 ist mechanisch an die elektrische Maschine 50 gekoppelt, so dass diese konfiguriert ist, um Sensorausgangssignale 203, 204 zu erzeugen, welche Information bezüglich der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelposition des Rotors von der Maschine 50 beinhalten. In einer Implementierung, wobei ein Beispiel dieser mit Bezug auf 4 beschrieben werden wird, gibt der Sensor 202 ein erstes Sensorausgangssignal 203 (z. B. auf Kanal A), welches eine Folge von Pulsen (welche nachfolgend als ”erste” Pulse bezeichnet werden ) beinhaltet, und ein zweites Sensor-Ausgangssignal 204 (z. B. auf Kanal B), welches eine Folge von Pulsen (welche nachfolgend als ”zweite” Pulse bezeichnet werden) beinhaltet, aus, welche bezüglich der ersten Pulse phasenverschoben sind (z. B. sind in einer Implementierung die zweiten Pulse um 90 Grad gegenüber den ersten Pulsen phasenverschoben). Wie nachfolgend erklärt wird, kann entweder die Information aus einer (oder beiden) Folgen(n) der Pulse benutzt werden, um eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelposition des Rotors zu bestimmen. Ferner wird vermerkt, dass in einer Ausführungsform der Sensor 202 ein Sensor mit niedriger Auflösung sein kann. Diesbezüglich wird vermerkt, dass eine Umdrehung 360 Grad beträgt. Die Auflösung des Sensors bezieht sich auf den Minimalbetrag des Winkels, welchen der Sensor differenzieren kann. Beispielsweise wenn ein Sensor zwischen 10 Grad und 11 Grad differenzieren kann, jedoch nicht zwischen 10 Grad und 10,9 Grad differenzieren kann, ist die Auflösung des Sensors 1 Grad. Die Auflösung ist hoch, wenn der Minimalwert klein ist, und umgekehrt. Demnach bedeutet der Term niedrige Auflösung, dass der Sensor kleine Änderungen in der Position des Rotors nicht erkennen kann.
  • Im Allgemeinen zählt das Zählglied 206 die Anzahl der Pulse in einem oder mehreren Eingangssignalen und erzeugt eines oder mehrere Ausgangssignale, welche benutzt werden können, um die Winkelgeschwindigkeit und Winkelposition des Rotors zu bestimmen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Zählglied 206 konfiguriert, die Sensor-Ausgangssignale 203, 204 zu empfangen. Basierend auf wenigstens einem der Sensor-Ausgangssignale 203, 204 ist das Zählglied 206 konfiguriert, Zählglied-Ausgangssignale 207, 208 zu erzeugen, welche in einer Ausführungsform beinhalten: (1) ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207 und (2) ein zweites Zählglied-Ausgangsignal 208. Mit anderen Worten, die Informationen (ΔTp[n], ΔNp[n]), welche in den Zähl-Ausgangssignalen 207, 208 beinhaltet sind, können basierend entweder auf einem der Sensorausgangssignale 203, 204 oder auf beiden der Sensorausgangssignale 203, 204 erzeugt werden. Das erste Zählglied-Ausgangssignal 207, welches eine Zeitdauer (ΔTp[n]) zwischen abfallenden Flanken (oder alternativ ansteigenden Flanken) der letzten Pulse repräsentiert, welche während zwei konsekutiven Steuerperioden detektiert sind, und das zweite Zählglied-Ausgangssignal 208 repräsentiert eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während zwei konsekutiven Steuerperioden detektiert sind. Ein Beispiel der Signale 207, 208 wird nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben. Es wird vermerkt, dass durch die Anwendungen hinweg der Wert n ein Integer ist, welcher mit der Zeit zunimmt, und die Variable Ts[n] wird verwendet, um eine Steuerperiode zu bezeichnen, welche z. B. 100 Mikrosekunden sein kann.
  • Beispielsweise repräsentiert in einer Implementierung das zweite Zählglied-Ausgangssignal 208 die Differenz zwischen der Anzahl von ersten Pulsen, welche während einer speziellen ”vorliegenden” Steuerperiode gezählt sind, und einer Anzahl von ersten Pulsen, welche während einer vorherigen Steuerperiode gezählt sind (wobei die vorherige Steuerperiode und die spezielle vorliegende Steuerperiode konsekutive Steuerperioden sind). Alternativ repräsentiert in einer anderen Implementierung das zweite Zählglied-Ausgangssignal 208 die Differenz zwischen einer Anzahl von zweiten Pulsen, welche während einer speziellen ”vorliegenden” Steuerperiode gezählt sind, und einer Anzahl von zweiten Pulsen, welche während einer vorherigen Steuerperiode gezählt sind (wobei die vorherige Steuerperiode und die einzelne vorliegende Steuerperiode konsekutive Steuerperioden sind).
  • Ferner repräsentiert in einer Implementierung das erste Zählglied-Ausgangssignal 207 die Zeitdauer zwischen einer abfallenden Flanke eines Pulses (z. B. ein erster Puls oder ein zweiter Puls), welcher während einer speziellen Steuerperiode detektiert ist, und einer abfallenden Flanke eines anderen Pulses (z. B. eines ersten Pulses oder eines zweiten Pulses), welche während der nächsten konsekutiven Steuerperiode nach der speziellen Steuerperiode detektiert ist. Alternativ repräsentiert in einer anderen Implementierung das erste Zählglied-Ausgangssignal 207 die Zeitdauer zwischen einer ansteigenden Flanke eines Pulses (z. B. eines ersten Pulses oder eines zweiten Pulses), welcher während einer speziellen Steuerperiode detektiert ist, und einer ansteigenden Flanke eines anderen Pulses (z. B. eines ersten Pulses oder eines zweiten Pulses), welcher während der nächsten konsekutiven Steuerperiode nach der speziellen Steuerperiode detektiert ist.
  • Basierend auf dem ersten Zählglied-Ausgangssignal 207 und/oder dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 ist das Winkelberechnungsmodul 210 konfiguriert, ein erstes Winkelpositionssignal 212 des Winkelgeschwindigkeitssignals 214 zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt das Winkel-Berechnungsmodul 21, in einer Ausführungsform das Signal 212 durch Berechnen der nachfolgenden Gleichung (1) und erzeugt das Signal 214 durch Berechnen der nachfolgenden Gleichung (2). θMT[n] = θMT[n – 1] + KMT·ΔNp[n] (1) ωMT[n] = KMT·ΔNp[n]/ΔTp[n] (2)
  • In den Gleichungen (1) und (2) ist die Variable KMT eine Konstante, welche durch den Sensorparameter bestimmt ist, die Anzahl der Pulse pro Umdrehung (wie viele Pulse jener Sensor erzeugt, wenn sich der Rotor (oder äquivalent der Sensor) um eine Drehung (360 Grad) dreht). Das erste Winkelpositionssignal 212 repräsentiert eine berechneten Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorliegenden Steuerperiode, und das erste Winkelgeschwindigkeitssignal 214 repräsentiert eine berechnete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMT[n]) während der vorliegenden Steuerperiode.
  • Das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlmodul 216 empfängt das zweite Zählglied-Ausgangssignal 208 als ein Steuereingangssignal zusammen mit dem ersten Winkelpositionssignal 212 und dem ersten Winkelgeschwindigkeitssignal 214. Wie in größerem Detail nachfolgend erklärt wird, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlmodul 216 ein zweites Winkelpositionssignal 218, welches einen der drei unterschiedlichen Werte besitzen kann (welche nachfolgend mit Bezug auf die Schritte 330, 335, 350 der 3 beschrieben werden), und ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal 220, welches einen von zwei unterschiedlichen Werten besitzen kann (welche nachfolgend mit Bezug auf die Schritte 320, 345 der 3 beschrieben werden), erzeugen und ausgeben.
  • Um weiter zu erklären, basierend auf dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlmodul 216 bestimmen, ob die Differenz (ΔNp) zwischen der Anzahl von Pulsen, welche während der zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich null ist.
  • Wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 nicht gleich null ist, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das erste Winkelpositionssignal 212 und das erste Winkelgeschwindigkeitssignal 214 ausgeben, welche durch 210 als das zweite Winkelpositionssignal 218 bzw. das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal 220 ohne Modifikation jeweils berechnet sind. Um es weiter zu erklären, kann in einer Implementierung, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 nicht gleich null ist, das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 ein anderes Zeitglied (nicht dargestellt), welches die Anzahl der Zeitpunkte zählt, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode auf null (0) setzen. Das Winkelposition- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 kann dann eine erste Variable (θMT1[n]) auf einen Wert (θMT1[n]) des ersten Winkelpositionssignals 212 setzen, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet ist, und dann das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) 218 gleich auf die erste Variable (θMT1[n]) setzen. In ähnlicher Weise kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 eine zweite Variable (ωMT1[n]) gleich zu einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals 214 setzen, welcher während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet ist, und dann das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa[n]) 220 gleich auf die zweite Variable (ωMT1[n]) setzen.
  • Im Gegensatz dazu, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 gleich zu null ist, ist das Winkelpositionsgeschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 konfiguriert, das erste Winkelpositionssignal 212 zu bearbeiten, um ein zweites Winkelpositionssignal 218 zu erzeugen und auszugeben, und das erste Winkelgeschwindigkeitssignal 214 zu bearbeiten, um ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal 220 zu erzeugen und auszugeben. Das zweite Winkelpositionssignal 218, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, und das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal 220, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
  • Um es weiter zu erklären, in einer Implementierung, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 gleich null ist, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls während der vorherigen Steuerperiode empfangen wurde, (Nnp[n – 1]) setzen. Das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlglied-modul 216 kann dann eine erste Variable (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals 220 setzen, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet ist, und dann das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa) 220 gleich zu der ersten Variablen (ωMT1[n]) setzen. Demnach wird in diesem Fall das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal 220 auf einen Wert gleich zu der eingestellten Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n – 1]) während einer vorherigen Steuerperiode gesetzt.
  • Wie nachfolgend in größerem Detail mit Bezug auf 3 beschrieben wird, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 gleich null ist, ist das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 konfiguriert, das zweite Winkelpositionssignal 218 auszugeben, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert. In einer speziellen Implementierung besitzt das zweite Winkelpositionssignal 218, welches durch das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 berechnet ist, einen Wert, welcher als eine Summe von (1) einem Produkt (ωMT1[n]) × Ts[n]) berechnet ist und (2) einem Wert (z. B. entweder (θMT[n – 1]) oder (θMTa[n – 1]). Beispielsweise kann das Produkt in einer Ausführungsform ein Produkt einer (1a) ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals 220 sein, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet ist, und (1b) der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]), und der Wert ist entweder: (2a) die berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n – 1]) während der vorherigen Steuerperiode, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde (Nnp[n]), gleich zu eins ist, oder (2b) die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n – 1]) während der vorhergehenden Steuerperiode, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde (Nnp[n]), nicht gleich eins ist.
  • Beispielsweise kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 in einer Ausführungsform bestimmen, ob die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist.
  • Wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins ist, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 eine zweite Variable (θMT1[n]) gleich einer ”ersten” Summe setzen und dann das zweite Winkelpositionssignal (θMTa) 218 gleich zu der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen. In diesem Fall ist die erste Summe die Summe von (1) eines ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMT[n – 1]) des ersten Winkelpositionssignals 212, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet ist. Das erste Produkt ist das Produkt der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und der Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals 220, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet ist.
  • Im Gegensatz dazu, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperioden nicht gleich eins ist, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die zweite Variable (θMT1[n]) gleich einer zweiten Summe setzen, und dann das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) 218 gleich zu der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen. Die zweite Summe ist die Summe von (1) des ersten Produktes (wie oben beschrieben) und (2) eines Wert (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals 218, welches während der vorhergehenden Steuerperiode berechnet ist.
  • Das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 222 ist an das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 und das Winkelpositions-Beobachtungsgliedmodul 54 gekoppelt. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul 222 ein beobachtetes Winkelgeschwindigkeitssignal 53 erzeugen, basierend auf dem zweiten Winkelpositionssignal 218, dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssignal 220 und einem Signal 56. Das beobachtete Winkelgeschwindigkeitssignal 53 repräsentiert eine beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs[n]) der elektrischen Maschine während der vorliegenden Steuerperiode.
  • Basierend auf dem Signal 53 erzeugt das Winkelpositions-Beobachtungsgliedmodul 54 das beobachtete Winkelpositionssignal 56 und gibt es aus, indem das beobachtete Winkelgeschwindigkeitssignal 53 über die Zeit integriert wird. Das Signal 56 repräsentiert eine beobachtete Rotorwinkelposition (θObs[n]) der elektrischen Maschine während der vorliegenden Steuerperiode.
  • 2B ist ein Blockdiagramm, welches ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied 222 entsprechend einer Implementierung von einigen der veröffentlichten Ausführungsformen darstellt. In dieser Implementierung beinhaltet das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsmodul 222 ein Subtraktionsmodul 224, ein Proportional-Integral-Ableite-Steuerglied-(PID-)Steuergliedmodul 228 und ein Winkelpositions-Aktualisierungsmodul 236.
  • Das Winkelpositions-Aktualisierungsmodul 236 erzeugt das Winkelpositions-Aktualisierungssignal 238 basierend auf dem Signal 220 (welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert) und das Signal 56 (welches die beobachtete Rotorwinkelposition (θoBS[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert).
  • Das Subtraktionsmodul 224 erzeugt ein Differenzsignal 226 durch Subtrahieren des Winkelpositions-Aktualisierungssignals 238 aus dem Signal 218 (welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert). Das Differenzsignal 226 repräsentiert die Differenz zwischen dem Signal 218 und dem Winkelpositions-Aktualisierungssignal 238.
  • Das PID-Steuergliedmodul 228 ist ein Rückkopplungs-Steuerglied, welches versucht, das Differenzsignal 226 durch Einstellen der Prozesssteuer-Eingangssignale zu minimieren, wie dies in der Fachwelt bekannt ist. In dieser Implementierung empfängt das PID-Steuergliedmodul 228 das Differenzsignal 226 und gibt ein Signal 53 aus, welches basierend auf dem Differenzsignal 226 erzeugt ist. Das Signal 53 repräsentiert die beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs[n]) während der vorliegenden Steuerperiode.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Winkelpositions- und -geschwindigkeitsschätzverfahren 300 entsprechend einiger der veröffentlichten Ausführungsformen darstellt. Das Verfahren 300 beginnt bei 305, und bei 310 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 bestimmen, ob die Differenz (ΔNp) zwischen der Anzahl von Pulsen, welche während der zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich null ist (z. B. bestimmen, ob die Differenz (ΔNp) zwischen der Anzahl von Pulsen, welche während der vorliegenden Steuerperiode gezählt ist, und der vorherigen Steuerperiode gleich null ist.
  • Wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 gleich null ist, schreitet das Verfahren 300 zu 315, wo das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls während der vorhergehenden Steuerperiode (Nnp[n – 1]) empfangen wurde, setzt.
  • Bei 320 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 eine erste Variable (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals 220 setzen, welches während der vorhergehenden Steuerperiode berechnet wurde. Bei 325 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 bestimmen, ob die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich zu eins (1) ist.
  • Wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich zu eins ist, fährt das Verfahren 300 zu 330 fort, wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 eine zweite Variable (θMT1[n]) gleich zu einer ”ersten” Summe setzen kann. In einer ersten Ausführungsform ist das erste Produkt das Produkt der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und der Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals 220, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, und die erste Summe ist die Summe von (1) einem ”ersten” Produkt und (2) eines Wertes (θMT[n – 1]) des ersten Winkelpositionssignals 212, welches während der vorhergehenden Steuerperiode berechnet wurde. Im Gegensatz dazu, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eines ist, fährt das Verfahren 300 mit 335 fort, wobei das Winkelpositions- und Geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die zweite Variable (θMT1[n]) gleich einer ”zweiten” Summe setzen kann. In einer Ausführungsform ist die zweite Summe die Summe von (1) des ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals 218, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  • Wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal 208 nicht gleich null ist, fährt das Verfahren 300 mit 340 fort, wo das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich null (0) setzen kann. Bei 345 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 eine erste Variable (ωMT1[n]) gleich zu einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals 214 setzen, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und bei 350 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 die zweite Variable (θMT1[n]) gleich einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals 212 setzen, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde.
  • Bei 365 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa[n]) 220 gleich zu dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) setzen, welches entweder der Wert von 320 oder 345 sein kann. Mit anderen Worten, wenn das Verfahren 300 dem Pfad 315, 320, 325, 330/335 folgt, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa[n]) 220 gleich zu dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) setzen, welcher berechnet wird, wie oben mit Bezug auf 320 beschrieben wird. Im Gegensatz dazu kann, wenn das Verfahren 300 dem Pfad 340, 345, 350 folgt, das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa[n]) 220 gleich zu dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) setzen, welche berechnet wird, wie oben mit Bezug auf 345 beschrieben ist.
  • Bei 370 kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (θMTa[n]) 218 gleich zu der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen, welche entweder der Wert von 330, 335 oder 350 sein kann. Mit anderen Worten, wenn das Verfahren 300 dem Pfad 315, 320, 325, 330 folgt, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) 218 gleich zu der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen, welche gleich zu der ersten Summe ist (wie oben mit Bezug auf 330 beschrieben ist). Im Gegensatz dazu, wenn das Verfahren 300 dem Pfad 315, 320, 325, 335 folgt, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) 218 gleich der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen, welche gleich zu der zweiten Summe ist (wie oben mit Bezug auf 335 beschrieben ist). Wenn das Verfahren 300 dem Pfad 340, 345, 350 folgt, kann das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul 216 das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) 218 gleich der zweiten Variablen (θMT1[n]) setzen, welche gleich einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals 212 ist, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde (wie oben mit Bezug auf 350 beschrieben wurde).
  • Das Verfahren 300 endet dann bei 375.
  • 4 sind Graphen, welche Ausgangssignale 203, 204 darstellen, welche durch den Sensor 202 erzeugt sind und entsprechend zu Ausgangssignalen 207, 208, welche durch das Zählglied 206 während der drei Steuerperioden (Ts[k – 1], Ts[k], Ts[k + 1]) 201 erzeugt sind, wenn die Variable n von k – 1 auf k + 1 zunimmt. Im Speziellen zeigt 4 Graphen eines ersten Sensor-Ausgangssignals 203 und eines zweiten Sensor-Ausgangssignals 204 als eine Funktion der Zeit, zusammen mit entsprechender Information für ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208 und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207, welche durch das Zählglied 206, entsprechend zu einer Implementierung der offenbarten Ausführungsformen, erzeugt werden würden.
  • 4 stellt die drei Steuerperioden (Ts[k – 1], Ts[k], Ts[k + 1]) dar, wenn die Variable n von k – 1 auf k + 1 zunimmt. Dies wird nachfolgend als eine vorherige Steuerperiode (Ts[k – 1]), eine gegenwärtige Steuerperiode (Ts[k]) und eine nächste Steuerperiode (Ts[k + 1]) bezeichnet.
  • Wie in 4 dargestellt wird während der vorherigen Steuerperiode (Ts[k – 1]) das erste Sensor-Ausgangssignal 203 (ausgegeben auf Kanal A des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-i, in welchem die Differenz (ΔNp[k – 1]) zwischen der Anzahl der ”ersten” Pulse, welche während zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich zwei (2) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-i auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k – 1]) zwischen den abfallenden Flanken der ersten Pulse, welche während der zwei konsekutiven Steuerperioden (Ts[k – 2], Ts[k – 1]) besitzt.
  • In ähnlicher Weise wird während der vorherigen Steuerperiode (Ts[k – 1]) das zweite Sensor-Ausgangssignal 204 (ausgegeben auf Kanal B des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-4, in welchem die Differenz (ΔNp[k – 1]) zwischen der Anzahl von ”zweiten” Pulsen, welche während der zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich zwei (2) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-4 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k – 1]) zwischen den abfallenden Flanken der letzten zweiten Pulse besitzt, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k – 2], Ts[k – 1]) detektiert sind. Es wird bemerkt, dass, obwohl die Zeitdauern (ΔTp[k – 1]) zwischen den letzten beiden abfallenden Flanken der (ersten oder zweiten) Pulse während jeder Steuerperiode (Ts) bestimmt sind, in alternativen Ausführungsformen die Zeitdauern (ΔTp[k – 1] zwischen den letzten ansteigenden Flanken der (ersten oder zweiten) Pulse während jeder Steuerperiode (T) bestimmt werden könnten.
  • Während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[k]) wird das erste Sensor-Ausgangsignal 203 (ausgegeben auf Kanal A des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-2, in welchem die Differenz (ΔNp[k]) zwischen der Anzahl der ”ersten” Pulse, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert sind, gleich zu eins (1) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 208-2 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k]) zwischen abfallenden Flanken der letzten ersten Pulse besitzt, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k – 1], Ts[k]) detektiert sind.
  • In ähnlicher Weise wird während der vorherigen Steuerperiode (Ts[k – 1]) das zweite Sensor-Ausgangssignal 204 (ausgegeben auf Kanal B des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-4, in welchem die Differenz (ΔNp[k – 1] zwischen der Anzahl von ”zweiten” Pulsen, welche während zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich zu zwei (2) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-4 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k – 1]) zwischen abfallenden Flanken der letzten zweiten Pulse besitzt, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k – 2], Ts[k – 1]) detektiert sind. Es wird vermerkt, dass, obwohl die Zeitdauern (ΔTp[k – 1]) zwischen den letzten zwei abfallenden Flanken der (Ersten und zweiten) Pulse während jeder Steuerperiode (T) bestimmt sind, in alternativen Ausführungsformen, die Zeitdauern (ΔTp[k – 1]) zwischen den letzten Anstiegsflanken der (ersten und zweiten) Pulse während jeder Steuerperiode (T) bestimmt werden könnten.
  • Während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[k]) wird das erste Sensor-Ausgangssignal 203 (ausgegeben auf Kanal A des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-2, in welchem die Differenz (ΔNp[k]) zwischen der Anzahl der ”ersten” Pulse, welche während zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert sind, gleich zu eins (1) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 208-2 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k]) zwischen abfallenden Flanken der letzten ersten Pulse besitzt, welche während zweier aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k – 1], Ts[k]) detektiert sind.
  • In ähnlicher Weise wird während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[k]) das zweite Sensor-Ausgangssignal 204 (ausgegeben auf Kanal B des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-5 auszugeben, in welchem die Differenz (ΔNp[k] zwischen der Anzahl von ”zweiten” Pulsen, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert sind, gleich zu eins (1) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-5 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k]) zwischen abfallenden Flanken der letzten zweiten Pulse besitzt, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k – 1], Ts[k]) detektiert sind.
  • Während der nächsten Steuerperiode (Ts[k + 1]) wird das erste Sensor-Ausgangssignal 203 (ausgegeben auf Kanal A des Sensors 202) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-3, in welchem die Differenz (ΔNp[k + 1]) zwischen der Anzahl der ”ersten” Pulse, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert ist, gleich zu zwei (2) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-3 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k + 1]) zwischen abfallenden Flanken der letzten ersten Pulse besitzt, welche während zweier aufeinanderfolgender Steuerperioden (Ts[k], Ts[k + 1]) detektiert sind.
  • Im Gegensatz dazu wird während der nächsten Steuerperiode (Ts[k + 1]) das zweite Sensor-Ausgangssignal 20 (welches auf Kanal B des Sensors 202 ausgegeben ist) das Zählglied 206 veranlassen, ein zweites Zählglied-Ausgangssignal 208-6, in welchem die Differenz (ΔNp[k + 1]) zwischen der Anzahl der ”zweiten” Pulse, welche während zweier aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert werden, gleich eins (1) ist, und ein erstes Zählglied-Ausgangssignal 207-6 auszugeben, welches eine Zeitdauer (ΔTp[k + 1]) zwischen abfallenden Flanken der letzten zweiten Pulse, welche während der zwei konsekutiven Steuerperioden (Ts[k], Ts[k + 1]) detektiert sind, besitzt.
  • 5–10 sind Simulationen der aktuellen Rotorwinkelposition und des Rotorwinkelpositions-Schätzfehlers bei unterschiedlichen Zuständen.
  • 5 ist ein Graph 510, welcher die aktuelle Rotorwinkelposition in Grad als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt. 6 ist ein Graph 610, welches den Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in Grad als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein herkömmliches Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie in 5 gezeigt wird.
  • 7 ist ein Graph 710, welcher den Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in Grad als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie in 5 gezeigt wird.
  • 6 und 7 stellen dar, dass der Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in großem Maße reduziert wird, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen.
  • 8 ist ein Graph 810, welcher die aktuelle Rotorwinkelposition in Grad als Funktion der Zeit in Sekunden darstellt.
  • 9 ist ein Graph 910, welcher den Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in Grad als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein herkömmliches Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie in 8 gezeigt wird.
  • 10 ist ein Graph 1010, welcher den Rotorwinkelposition-Schätzfehler in Grad als eine Funktion der Zeit in Sekunden darstellt, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der veröffentlichten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen, wenn die aktuelle Rotorwinkelposition variiert, wie dies in 8 gezeigt wird.
  • 9 und 10 stellen dar, dass der Rotorwinkelpositions-Schätzfehler in großem Maße reduziert wird, wenn ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsglied entsprechend zu einigen der offenbarten Ausführungsformen benutzt wird, um die Rotorwinkelposition zu schätzen.
  • Ein Vergleich der 7 gegenüber 10 stellt auch dar, dass der Rotorwinkelpositions-Schätzfehler größer ist, wenn die Rate, bei welcher sich die Rotorwinkelposition ändert (d. h. die Rotorwinkelgeschwindigkeit), geringer ist.
  • Damit werden entsprechend zu den offenbarten Ausführungsformen verbesserte Verfahren und Systeme bereitgestellt, um die Winkelposition und Geschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen. Die offenbarten Verfahren und Systeme können die Qualität der geschätzten Winkelposition und der geschätzten Winkelgeschwindigkeit verbessern, da die Fehler in diesen Schätzungen reduziert werden. Dies hilft, die Steuerleistungsfähigkeit (z. B. die Drehmomentgenauigkeit) zu verbessern. Je größer die Winkelpositions- und/oder Geschwindigkeitsschätzfehler sind, umso höher wird die Diskrepanz zwischen dem Maschinen-Ausgangsdrehmoment und dem befohlenen Drehmoment sein. Alternativ kann die Auflösungsspezifikation der Sensoren reduziert werden, während die gleiche Leistungsfähigkeit erreicht wird wie mit einem höheren Auflösungssensor. Demnach können die Kosten des Systems reduziert werden, da weniger teure Sensoren mit niedriger Auflösung angewendet werden können.
  • Fachleute werden ferner würdigen, dass die verschiedenen dargestellten logischen Blöcke, Module, Schaltungen und Algorithmenschritte, welche hier in Verbindung mit den veröffentlichen Ausführungsformen beschrieben werden, als elektronische Hardware, Computersoftware oder eine Kombination von beiden implementiert werden können. Einige der Ausführungsformen und Implementierungen werden oben in Termen der funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten (oder Modulen) und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben. Es sollte jedoch gewürdigt werden, dass derartige Blockkomponenten (oder Module) durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten realisiert werden können, welche so konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen durchzuführen.
  • Um diese Auswechselbarkeit der Hardware und Software klar darzustellen, wurden verschiedene erläuternde Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte oben im Allgemeinen in Termen ihrer Funktionalität beschrieben. Ob eine derartige Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der speziellen Anwendung und den Gestaltungsgrenzen ab, welche im Gesamtsystem vorliegen. Fachleute können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weise für jede spezielle Anwendung implementieren, jedoch sollten derartige Implementier-Entscheidungen nicht interpretiert werden, um eine Abweichung vom Umfang der vorliegenden Erfindung auszulösen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform oder ein System oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten anwenden, z. B. Speicherelemente, Digitale-Signal-Verarbeitungselemente, logische Elemente, Look-Up- bzw. Verweis-Tabellen oder Ähnliches, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuereinrichtungen ausführen können. Zusätzlich werden Fachleute würdigen, dass hier beschriebene Ausführungsformen nur beispielhafte Implementierungen sind.
  • Die verschiedenen erläuternden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, welche in Verbindung mit den hier veröffentlichten Ausführungsformen beschrieben sind, können hier implementiert oder mit einem Prozessor für allgemeine Zwecke, einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate Array (FPGA) oder einer anderen programmierbaren logischen Einrichtung, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardware-Komponenten oder irgendeiner Kombination davon durchgeführt werden, welche gestaltet ist bzw. sind, um die Funktionen, welche hier beschrieben sind, durchzuführen. Ein Prozessor für einen allgemeinen Zweck kann ein Mikroprozessor sein, aber als Alternative kann der Prozessor irgendein herkömmlicher Prozessor, ein Steuerglied, ein Mikrosteuerglied oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechnereinheiten implementiert werden, z. B. eine Kombination von einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, einer oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder irgendeine andere derartige Konfiguration.
  • Die Schritte eines Verfahrens oder eines Algorithmus, welche in Verbindung mit den hier veröffentlichten Ausführungsformen beschrieben sind, können direkt in Hardware, in einem Software-Modul, welcher durch einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination von den beiden eingebettet sein. Ein Software-Modul kann in einem RAM-Speicher, einem Flash-Speicher, einem ROM-Speicher, einem EPROM-Speicher, einem EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer entfernbaren Platte, einer CD-ROM oder in irgendeiner anderen Form von Speichermedium, welches in der Fachwelt bekannt ist, angesiedelt sein. Ein beispielhaftes Speichermedium ist an den Prozessor gekoppelt, so dass der Prozessor die Information von dem Speichermedium lesen kann und die Information auf dieses schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium integral mit dem Prozessor sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einem ASIC angesiedelt sein. Der ASIC kann in einem Benutzerterminal angesiedelt sein. Alternativ können der Prozessor und das Speichermedium als diskrete Komponenten in einem Benutzerterminal angesiedelt sein.
  • In diesem Dokument können Vergleichsterme, wie z. B. erster und zweiter und Ähnliches, nur benutzt werden, um eine Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne dabei notwendigerweise irgendeine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen zu erfordern oder zu beinhalten. Numerische Ordnungszahlen, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc., bezeichnen einfach unterschiedliche Einzelelemente einer Vielfalt und beinhalten keinerlei Reihenfolge oder Folge, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache der Ansprüche definiert. Die Reihenfolge oder der Text in irgendeinem der Ansprüche beinhaltet nicht, dass Prozessschritte in einer zeitlichen oder logischen Reihenfolge entsprechend einer derartigen Folge durchgeführt werden müssen, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache des Anspruchs definiert. Die Prozessschritte können in irgendeiner Reihenfolge untereinander ausgetauscht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, solange wie ein derartiges Austauschen nicht im Gegensatz zu der Sprache des Anspruchs steht und nicht logischerweise keinen Sinn ergibt.
  • Außerdem beinhalten Wörter, abhängig vom Kontext, wie z. B. ”verbinden” oder ”gekoppelt an”, welche für das Beschreiben einer Beziehung zwischen unterschiedlichen Elementen benutzt werden, nicht, dass eine direkte physikalische Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt werden muss. Beispielsweise können zwei Elemente miteinander physikalisch, elektronisch, logisch oder in irgendeiner anderen Weise durch eines oder mehrere zusätzliche Elemente verbunden sein.
  • Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen, nur Beispiele sind und sie sollen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise eingrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt ist, abzuweichen.
  • WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
    • 1. Verfahren für das Schätzen einer Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit eines Rotors, welches aufweist: Berechnen, basierend auf einem zweiten Zählglied-Ausgangssignal und einem ersten Zählglied-Ausgangssignal, eines ersten Winkelpositionssignals, welches eine berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, und eines ersten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches eine berechnete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMT[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert; und Bestimmen, basierend auf dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ob eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert sind, gleich null ist, wobei die aufeinanderfolgenden Steuerperioden eine vorliegende Steuerperiode und eine vorherige Steuerperiode beinhalten; und wenn die Differenz (ΔNp[n]), welche von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal bestimmt ist, zu null bestimmt wird, welches ferner aufweist: Erzeugen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, indem das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals gesetzt wird, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
    • 2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal null ist, welches ferner aufweist: Setzen einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher während der vorherigen Steuerperiode kein Puls empfangen wurde, auf (Nnp[n]); Bestimmen, ob die Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist; und Erzeugen eines zweiten Winkelpositionssignals, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
    • 3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins ist, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Winkelpositionssignals, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, aufweist: Einstellen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer ersten Stumme, wobei die erste Summe die Summe aufweist von: (1) eines ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) eines ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
    • 4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eins ist, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Winkelpositionssignals, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, aufweist: Einstellen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer zweiten Stumme, wobei die zweite Summe die Summe aufweist von: (1) des ersten Produktes, und (2) einem Wert (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, welche die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorherigen Steuerperiode repräsentiert.
    • 5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei das erste Produkt basierend auf der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und einem Wert einer ersten Variablen (ωMT1[n]) berechnet ist, welche gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
    • 6. Verfahren nach Ausführungsform 1, wenn die Differenz (ΔNp[n]) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, welches ferner aufweist: Setzen der Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen während der vorliegenden Steuerperiode kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) auf null (0); Ausgeben des ersten Winkelpositionssignals als das zweite Winkelpositionssignal ohne Modifikation durch: Setzen der zweiten Variablen (θMT1[n]) gleich einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]); und Ausgeben des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals als das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation durch: Setzen der ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich zu einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]).
    • 7. Verfahren nach Ausführungsform 1, welches ferner aufweist: Erzeugen von Sensor-Ausgangssignalen, wobei jedes Pulse aufweist; und Erzeugen, basierend auf wenigstens einem der Sensor-Ausgangssignale eines zweiten Zählglied-Ausgangssignals, welches eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen repräsentiert, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden, und (2) eines ersten Zählglied-Ausgangssignals, welches eine Zeitdauer (ΔTp[n]) zwischen den entsprechenden Flanken der letzten Pulse repräsentiert, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden.
    • 8. System, welches konfiguriert ist, eine Winkelposition und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen, welches aufweist: einen Sensor, welcher mechanisch an die elektrische Maschine gekoppelt ist, wobei der Sensor konfiguriert ist, Sensor-Ausgangssignale zu erzeugen, welche jeweils Pulse aufweisen; ein Zählglied, welches konfiguriert ist, die Sensor-Ausgangssignale zu empfangen und basierend auf wenigstens einem der Sensor-Ausgangssignale zu erzeugen: (1) ein zweites Zählglied-Ausgangssignal, welches eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen repräsentiert, welche während zwei konsekutiver Steuerperioden detektiert wurden, und (2) ein erstes Zählglied-Ausgangssignal, welches eine Zeitdauer (ΔTp[n]) zwischen entsprechenden Flanken der letzten Pulse repräsentiert, welche während zwei konsekutiver Steuerperioden detektiert wurden; ein Winkelberechnungsmodul, welches konfiguriert ist, basierend auf dem ersten Zählglied-Ausgangssignal und dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ein erstes Winkelpositionssignal zu erzeugen, welches eine berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorliegenden Steuerperiode repräsentiert; und ein Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul, welches konfiguriert ist, wenn das zweite Zählglied-Ausgangssignal gleich null ist, ein zweites Winkelpositionssignal zu erzeugen, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
    • 9. System nach Ausführungsform 8, wobei das zweite Zählglied-Ausgangssignal gleich null ist, wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul konfiguriert ist, eine lineare Interpolation durchzuführen, basierend auf dem ersten Winkelpositionssignal, um das zweite Winkelpositionssignal zu erzeugen, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
    • 10. System nach Ausführungsform 8, wobei das zweite Winkelpositionssignal einen Wert besitzt, welcher als eine Summe berechnet ist von: einem Produkt einer (1) ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMTa[n]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, und (2) der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]), und entweder: der berechneten Rotorwinkelposition (θMT[n]) während der vorherigen Steuerperiode, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) gleich eins ist, oder die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n – 1]) während der vorherigen Steuerperiode, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) nicht gleich eins ist.
    • 11. System nach Ausführungsform 8, wobei das Winkelberechnungsmodul ferner konfiguriert ist, basierend auf dem ersten Zählglied-Ausgangssignal und dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, zu erzeugen: ein erstes Winkelgeschwindigkeitssignal, welches die berechnete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMT[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, und wenn das zweite Zählglied-Ausgangssignal gleich null ist, wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul konfiguriert ist, ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert und welches einen Wert gleich der eingestellten Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode besitzt und welches einen Wert gleich der eingestellten Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n – 1]) während einer vorherigen Steuerperiode besitzt.
    • 12. System nach Ausführungsform 10, wobei die Summe entweder eine erste Summe oder eine zweite Summe ist, wobei das Produkt entweder ein erstes Produkt oder ein zweites Produkt ist und wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul konfiguriert ist, um: zu bestimmen, ob die Differenz (ΔNp) zwischen der Anzahl von Pulsen, welche während der zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden detektiert ist, gleich null ist; und wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal gleich null ist: Setzen der Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich zu einer Summe von eins und einer Zahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, während der vorherigen Steuerperiode (Nnp[n – 1]) ist; Setzen einer ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich zu einem Wert (ωMTa[n]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich zu der ersten Variablen (ωMT1[n]); Bestimmen, ob die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist; und entweder: Setzen einer zweiten Variablen (θMT1[n]) gleich der ersten Summe, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode eins ist, und dann Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]), wobei die erste Summe die Summe aufweist von (1) des ersten Produktes und (2) eines Werte (θMT[n – 1]) des ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorhergehenden Steuerperiode berechnet wurde; oder Setzen der zweiten Variablen (θMT1[n]) gleich der zweiten Summe, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eins ist, und dann Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa) gleich zu dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]), wobei die zweite Summe die Summe aufweist von (1) des ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals, welches während der vorhergehenden Steuerperiode berechnet wurde, wobei das erste Produkt das Produkt der vorliegenden Steuerperiode (T [n]) und des Wertes der ersten Variablen (ωMT1[n]) ist, welches gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
    • 13. System nach Ausführungsform 12, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul konfiguriert ist, um das erste Winkelpositionssignal und das erste Winkelgeschwindigkeitssignal auszugeben, welches jeweils als das zweite Winkelpositionssignal und das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation berechnet ist.
    • 14. System nach Ausführungsform 13, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, wobei das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul konfiguriert ist, um: die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode auf null (0) zu setzen; die erste Variable (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals zu setzen, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (ωMTa[n]) gleich zu dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]) zu setzen; und die zweite Variable (θMT1[n]) gleich einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals zu setzen, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann das zweite Winkelpositionssignal (θMTa[n]) gleich dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]) zu setzen.
    • 15. System nach Ausführungsform 10, welches ferner aufweist: ein Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul, welches an das Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul gekoppelt ist, und welches konfiguriert ist, ein beobachtetes Winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen, basierend auf dem zweiten Winkelpositionssignal und dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssignal, wobei das beobachtete Winkelgeschwindigkeitssignal eine beobachtete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωObs[n]) der elektrischen Maschine während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
    • 16. System nach Ausführungsform 15, welches ferner aufweist: ein Winkelpositions-Beobachtungsmodul, welches an das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul gekoppelt ist und welches konfiguriert ist, ein beobachtetes Winkelpositionssignal zu erzeugen, indem das beobachtet Winkelgeschwindigkeitssignal integriert wird, wobei das beobachtete Winkelpositionssignal eine beobachtete Rotorwinkelposition (θObs[n]) der elektrischen Maschine während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
    • 17. System nach Ausführungsform 15, wobei das Winkelgeschwindigkeits-Beobachtungsgliedmodul aufweist: ein Winkelpositions-Aktualisierungsmodul, welches konfiguriert ist, ein Winkelpositions-Aktualisierungssignal zu erzeugen, basierend auf dem beobachteten Winkelpositionssignal; ein Subtrahiermodul, welches konfiguriert ist, ein Differenzsignal durch Subtrahieren des Winkelpositions-Aktualisierungssignals von der zweiten Winkelposition zu erzeugen; und ein Proportional-Integral-Ableitungs-(PID-)Steuergliedmodul, welches das Differenzsignal empfängt und das beobachtete Winkelgeschwindigkeitssignal erzeugt, basierend auf dem Differenzsignal.
    • 18. Verfahren, welches aufweist: Bestimmen, basierend auf einem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ob eine Differenz (ΔNp) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während zweier aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden, gleich null ist, wobei die zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden eine vorliegende Steuerperiode und eine vorherige Steuerperiode beinhalten; und wenn die Differenz (ΔNp) zu null bestimmt ist, welches ferner aufweist: Setzen einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Periode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher während der vorherigen Steuerperiode (Nnp[n – 1]) kein Puls empfangen wurde; Setzen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]), welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde; Bestimmen, ob die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist; und wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Periode gleich eins ist: Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer ersten Summe, welche die Summe aufweist von: (1) eines ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMT[n – 1]) eines ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde; oder wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eins ist: Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich einer zweiten Summe, welches die Summe von (1) des ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals aufweist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorherigen Steuerperiode repräsentiert, wobei das erste Produkt basierend auf der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und einem Wert einer ersten Variablen (ωMT1[n]) berechnet wurde, welche gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
    • 19. Verfahren nach Ausführungsform 18, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, welches ferner aufweist: Ausgeben des ersten Winkelpositionssignals als das zweite Winkelpositionssignal ohne Modifikation; und Ausgeben des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals als das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation.
    • 20. Verfahren nach Ausführungsform 19, welches ferner aufweist: Setzen der Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode auf null (0); wobei der Schritt des Ausgebens des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals als das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation aufweist: Setzen der ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]); und wobei der Schritt des Ausgebens des ersten Winkelpositionssignals als das zweite Winkelpositionssignal ohne Modifikation aufweist: Setzen der zweiten Variablen (θMT1[n]) gleich zu einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]).

Claims (10)

  1. Verfahren für das Schätzen einer Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit eines Rotors, welches aufweist: Berechnen, basierend auf einem zweiten Zählglied-Ausgangssignal und einem ersten Zählglied-Ausgangssignal, eines ersten Winkelpositionssignals, welches eine berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, und eines ersten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches eine berechnete Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMT[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert; und Bestimmen, basierend auf dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ob eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert sind, gleich null ist, wobei die aufeinanderfolgenden Steuerperioden eine vorliegende Steuerperiode und eine vorherige Steuerperiode beinhalten; und wenn die Differenz (ΔNp[n]), welche von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal bestimmt ist, zu null bestimmt wird, welches ferner aufweist: Erzeugen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelgeschwindigkeit (ωMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, indem das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals gesetzt wird, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal null ist, welches ferner aufweist: Setzen einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher während der vorherigen Steuerperiode kein Puls empfangen wurde, auf (Nnp[n]); Bestimmen, ob die Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist; und Erzeugen eines zweiten Winkelpositionssignals, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins ist, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Winkelpositionssignals, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, aufweist: Einstellen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer ersten Stumme, wobei die erste Summe die Summe aufweist von: (1) eines ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) eines ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eins ist, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Winkelpositionssignals, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert, aufweist: Einstellen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer zweiten Stumme, wobei die zweite Summe die Summe aufweist von: (1) des ersten Produktes, und (2) einem Wert (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, welche die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorherigen Steuerperiode repräsentiert.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Produkt basierend auf der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und einem Wert einer ersten Variablen (ωMT1[n]) berechnet ist, welche gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wenn die Differenz (ΔNp[n]) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, welches ferner aufweist: Setzen der Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen während der vorliegenden Steuerperiode kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) auf null (0); Ausgeben des ersten Winkelpositionssignals als das zweite Winkelpositionssignal ohne Modifikation durch: Setzen der zweiten Variablen (θMT1[n]) gleich einem Wert (θMT[n]) des ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu dem Wert der zweiten Variablen (θMT1[n]); und Ausgeben des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals als das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation durch: Setzen der ersten Variablen (ωMT1[n]) gleich zu einem Wert (ωMT[n]) des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals, welches während der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) berechnet wurde, und dann Setzen des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich dem Wert der ersten Variablen (ωMT1[n]).
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ferner aufweist: Erzeugen von Sensor-Ausgangssignalen, wobei jedes Pulse aufweist; und Erzeugen, basierend auf wenigstens einem der Sensor-Ausgangssignale eines zweiten Zählglied-Ausgangssignals, welches eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen repräsentiert, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden, und (2) eines ersten Zählglied-Ausgangssignals, welches eine Zeitdauer (ΔTp[n]) zwischen den entsprechenden Flanken der letzten Pulse repräsentiert, welche während zwei aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden.
  8. System, welches konfiguriert ist, eine Winkelposition und eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors einer elektrischen Maschine zu schätzen, speziell für das Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7, welches aufweist: einen Sensor, welcher mechanisch an die elektrische Maschine gekoppelt ist, wobei der Sensor konfiguriert ist, Sensor-Ausgangssignale zu erzeugen, welche jeweils Pulse aufweisen; ein Zählglied, welches konfiguriert ist, die Sensor-Ausgangssignale zu empfangen und basierend auf wenigstens einem der Sensor-Ausgangssignale zu erzeugen: (1) ein zweites Zählglied-Ausgangssignal, welches eine Differenz (ΔNp[n]) zwischen einer Anzahl von Pulsen repräsentiert, welche während zwei konsekutiver Steuerperioden detektiert wurden, und (2) ein erstes Zählglied-Ausgangssignal, welches eine Zeitdauer (ΔTp[n]) zwischen entsprechenden Flanken der letzten Pulse repräsentiert, welche während zwei konsekutiver Steuerperioden detektiert wurden; ein Winkelberechnungsmodul, welches konfiguriert ist, basierend auf dem ersten Zählglied-Ausgangssignal und dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ein erstes Winkelpositionssignal zu erzeugen, welches eine berechnete Rotorwinkelposition (θMT[n]) während einer vorliegenden Steuerperiode repräsentiert; und ein Winkelpositions- und -geschwindigkeits-Auswahlgliedmodul, welches konfiguriert ist, wenn das zweite Zählglied-Ausgangssignal gleich null ist, ein zweites Winkelpositionssignal zu erzeugen, welches eine eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorliegenden Steuerperiode repräsentiert.
  9. Verfahren, welches aufweist: Bestimmen, basierend auf einem zweiten Zählglied-Ausgangssignal, ob eine Differenz (ΔNp) zwischen einer Anzahl von Pulsen, welche während zweier aufeinanderfolgender Steuerperioden detektiert wurden, gleich null ist, wobei die zwei aufeinanderfolgenden Steuerperioden eine vorliegende Steuerperiode und eine vorherige Steuerperiode beinhalten; und wenn die Differenz (ΔNp) zu null bestimmt ist, welches ferner aufweist: Setzen einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Periode gleich einer Summe von eins und einer Anzahl von Zeitpunkten, bei welcher während der vorherigen Steuerperiode (Nnp[n – 1]) kein Puls empfangen wurde; Setzen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]) gleich zu einem Wert (ωMTa[n – 1]) eines zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals (ωMTa[n]), welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde; Bestimmen, ob die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode gleich eins (1) ist; und wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Periode gleich eins ist: Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich zu einer ersten Summe, welche die Summe aufweist von: (1) eines ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMT[n – 1]) eines ersten Winkelpositionssignals, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde; oder wenn die Anzahl der Zeitpunkte, bei welchen kein Puls empfangen wurde, (Nnp[n]) während der vorliegenden Steuerperiode nicht gleich eins ist: Setzen des zweiten Winkelpositionssignals (θMTa[n]) gleich einer zweiten Summe, welches die Summe von (1) des ersten Produktes und (2) eines Wertes (θMTa[n – 1]) des zweiten Winkelpositionssignals aufweist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde, welches die eingestellte Version der berechneten Rotorwinkelposition (θMTa[n]) während der vorherigen Steuerperiode repräsentiert, wobei das erste Produkt basierend auf der vorliegenden Steuerperiode (Ts[n]) und einem Wert einer ersten Variablen (ωMT1[n]) berechnet wurde, welche gleich einem Wert (ωMTa[n – 1]) des zweiten Winkelgeschwindigkeitssignals ist, welches während der vorherigen Steuerperiode berechnet wurde.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wenn die Differenz (ΔNp) von dem zweiten Zählglied-Ausgangssignal nicht gleich null ist, welches ferner aufweist: Ausgeben des ersten Winkelpositionssignals als das zweite Winkelpositionssignal ohne Modifikation; und Ausgeben des ersten Winkelgeschwindigkeitssignals als das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal ohne Modifikation.
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