DE102014014933A1

DE102014014933A1 - Resolver calibration for permanent magnet synchronous motor

Info

Publication number: DE102014014933A1
Application number: DE201410014933
Authority: DE
Inventors: Wei Zhe Qian
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-04-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Resolverkalibrierung für einen Permanentmagnet-Synchronmotor. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor erzeugt und in einen Resolver injiziert, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) verknüpft ist. Aufgrund des Schenkeligkeitseffekts ist die Rotorposition des PMSM bekannt, wenn ein Referenzpunkt in einem Phasenstrom ermittelt wird. An diesem Punkt kann der Resolverversatz durch das Erfassen der Resolverposition für die Kalibrierung genau bestimmt werden. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Resolverversatz genau bestimmt und kalibriert werden, ohne dass die Geräte- bzw. Vorrichtungsabmessung und die Kosten erhöht werden. Jeweilige Verfahren, Vorrichtungen, Systeme und Computerprogrammprodukte sind offenbart.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf das Gebiet der Elektromotoren und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aufgrund von Vorteilen wie etwa leichtes Gewicht, kompaktes Volumen, hohe Leistungsdichte und hoher Gesamtwirkungsgrad werden Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs; Permanet Magnet Synchronous Motors), auch permanenterregte Synchronmotoren genannt, häufig in verschiedenen Fachgebieten wie etwa Hybrid-Elektrofahrzeugen, Elektrofahrzeugen und so weiter verwendet. Für die Nutzung der Leistungsfähigkeit vom PMSMs sind Steuerungstechniken von entscheidender Bedeutung. Wie bekannt ist, kann das Drehmoment, das von einem PMSM erzeugt wird, gesteuert bzw. geregelt werden, indem der Strom des PMSM gesteuert bzw. geregelt wird, da diese für Gewöhnlich proportional zueinander sind. Um den Strom des PMSM effektiv zu steuern bzw. zu regeln, ist es notwendig, kontinuierlich die Rotorposition bzw. Rotorlage des PMSM zu erfassen. Es sollte angemerkt werden, dass sich der Begriff „Rotorposition”, wie er hier verwendet wird, auf einen relativen Winkel bezieht und nicht auf die absolute Position des Motorrotors in dem PMSM. So wird die Rotorposition zum Beispiel für Gewöhnlich als der voreilende Phasenwinkel zwischen der Magnetflussverkettung des Motorrotors und der α-Achse in dem Statorgehäuse definiert.
Um die Rotorposition des PMSM zu erhalten, ist der PMSM für Gewöhnlich mit einem damit verknüpften Resolver ausgestattet. Ein Resolver ist ein drehbarer elektronischer Transformator, der als ein Positionssensor bzw. Lagegeber funktioniert, um kontinuierlich die Positionen des Motorrotors in dem PMSM abzufühlen. Der Ausgang des Resolvers ist im Allgemeinen eine Sinus- oder Kosinuswellenform, die von einem dedizierten Umwandler in Winkelwerte in digitaler Form umgewandelt werden kann. Aber da der Winkelwert, der von dem Resolver bereitgestellt wird, die absolute Position des Motorrotors angibt, kann dieser nicht direkt als die Rotorposition verwendet werden, die in der PMSM-Steuerung, wie sie oben beschrieben worden ist, benötigt wird. Es kann verstanden werden, dass nur dann, wenn eine Nullposition des Resolvers des PMSM mechanisch und strikt auf den Nullpunkt des Steuerwinkels des Motors ausgerichtet ist, der Winkel, der von dem Resolver bereitgestellt wird, direkt als die Rotorposition des PMSM verwendet werden könnte. Aber das ist in der Praxis nahezu unmöglich, da eine solche mechanische Ausrichtung die Komplexität des Designs und der Herstellung erhöhen würde und mehr Zeit und Arbeitskraft verbrauchen würde, wodurch die Kosten beträchtlich ansteigen würden.
Ein Versatz bzw. Offset zwischen der Nullposition des Resolvers und dem Steuerungsnullpunkt des PMSM wird als ein Resolverversatz bzw. Resolver-Offset bezeichnet. Um den Resolverversatz zu kalibrieren, ist ein Hauptproblem, wie man einen solchen Versatz genau bestimmen kann. Es sind bereits mehrere Lösungen für das Bestimmen des Resolverversatzes vorgeschlagen worden. Der Versatz kann zum Beispiel durch das Messen der Wellenform der gegenelektromotorischen Kraft des PMSM geschätzt werden. Der Resolverversatz kann auch durch das Messen des von dem PMSM erzeugten Drehmoments bestimmt und kalibriert werden. Aber diese Lösungen müssen auf zusätzliche Schaltungen und/oder Vorrichtungen bauen, was die Kosten und die Geräteabmessungen erhöht und die Anwendungsgebiete des PMSM einschränkt. Darüber hinaus kann der Resolverversatz, der durch einige bekannte Lösungen bestimmt worden ist, oftmals nicht die Anforderungen der Motorsteuerung in Bezug auf die Genauigkeit erfüllen.
Angesichts des Obigen besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf an einer einfachen, realisierbaren und kostengünstigen Lösung für das genaue Bestimmen des Versatzes eines Resolvers, der mit dem Permanentmagnet-Synchronmotor verbunden ist, um den Resolver kalibrieren zu können.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Um die oben genannten und andere potentielle Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine technische Lösung vor, die bei der Kalibrierung eines Resolvers verwendet wird, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist.
Allgemein gesprochen ist eine Grundidee der vorliegenden Erfindung, sich den Schenkeligkeitseffekt bzw. Salienz-Effekt in dem Permanentmagnet-Synchronmotor zunutze zu machen, um den Resolverversatz zu bestimmen. Aufgrund des Schenkeligkeitseffekts gibt es eine inhärente Entsprechung zwischen dem Phasenstrom, der von dem PMSM erzeugt wird, und der Rotorposition. Außerdem kann eine Entsprechung zwischen dem Phasenstrom und der Resolverposition hergestellt werden, indem die Resolverposition auf der Grundlage der Ermittlung des Phasenstroms in geeigneter Weise erhalten wird. Auf diese Weise können durch die Verwendung des Phasenstroms die Werte von sowohl der Resolverposition als auch der Rotorposition am gleichen bestimmten Zeitpunkt erfasst werden, um den Resolverversatz zu bestimmen. Zu diesem Zweck umfassen die technischen Probleme, die angegangen werden müssen, zumindest die Folgenden: (1) Steuern des PMSM derart, dass ein geeigneter Phasenstrom, der für die Ermittlung zur Verfügung steht, erzeugt wird, und (2) Bestimmen des Resolverversatzes durch das Ermitteln des Phasenstroms.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Lösung zur Steuerung eines PMSM, um einen ermittelbaren Phasenstrom zu erzeugen. Ausführungsformen in diesem Aspekt umfassen ein Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erzeugen eines rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors; Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in den Permanentmagnet-Synchronmotor, der gerade mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
Ausführungsformen in diesem Aspekt umfassen des Weiteren eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: eine Spannungserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor zu erzeugen; eine Vektorinjiziereinheit, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor zu injizieren, der gerade mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine effektive Steuerung des PMSM durch das Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors derart, dass der PMSM einen Phasenstrom erzeugt, der ermittelt werden kann, zu erzielen. Darüber hinaus ist eine solche Steuerung des PMSM einfach und realisierbar. Insbesondere kann, da der injizierte rotierende Spannungsvektor von einer hohen Frequenz ist, der Einfluss der reinen ohmschen Spannungsabfälle innerhalb des PMSM eliminiert werden, um infolgedessen das Verbessern der Genauigkeit der nachfolgenden Ermittlung und der Kalibrierung zu ermöglichen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Lösung zur Bestimmung eines Resolverversatzes durch eine Phasenstromermittlung. Ausführungsformen in diesem Aspekt umfassen ein Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, das Ermitteln eines Referenzpunkts, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird; Erfassen einer Position des Resolvers, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und Bestimmen eines Versatzes zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für das Kalibrieren des Resolvers.
Ausführungsformen in Übereinstimmung mit diesem Aspekt weisen ferner eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers auf, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: eine Stromermittlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, einen Referenzpunkt zu ermitteln, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird; eine Positionserfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Position des Resolvers zu erfassen, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und eine Versatzbestimmungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Versatz zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für das Kalibrieren des Resolvers zu bestimmen.
In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Phasenstrom aufgrund des Schenkeligkeitseffekts in dem PMSM dazu verwendet, eine quantitative Entsprechung zwischen der Rotorposition und der Resolverposition herzustellen. Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den Versatz des Resolvers, der mit dem PMSM verknüpft ist, kostengünstiger und mit einer höheren Genauigkeit bestimmen.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung umfassen Computerprogrammprodukte für die Implementierung der oben beschriebenen Verfahren und ein System zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers, der mit dem PMSM verknüpft ist, das die oben beschriebenen Vorrichtungen aufweist. Es wird durch die folgende Darstellung wohl klar werden, dass Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kosteneffektiv sind. Darüber hinaus haben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine gute Kompatibilität und können bei verschiedenen PMSMs mit dem Schenkeligkeitseffekt angewendet werden, einschließlich bei denjenigen PMSMs, die bereits entwickelt worden sind und bereits verwendet werden.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist ein Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
das Erzeugen eines rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors; und
das Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in den Permanentmagnet-Synchronmotor, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise wird der erzeugte rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor einer Pulsweitenmodulation bzw. Pulsbreitenmodulation unterzogen, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst:
das Verbessern einer Zerlegung bzw. Auflösung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der Pulsweitenmodulation.
Vorteilhafterweise umfasst das Verbessern der Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors wenigstens einen der folgenden Schritte;
das Erhöhen einer Schaltfrequenz einer Schaltvorrichtung für die Pulsweitenmodulation; und
das Erhöhen einer effektiven Modulationsfrequenz eines Trägers für die Pulsweitenmodulation.
Vorteilhafterweise umfasst das Erhöhen der effektiven Modulationsfrequenz des Trägers für die Pulsweitenmodulation den folgenden Schritt:
das Zusammenschieben von leitenden Zeiträumen in der Pulsweitenmodulation innerhalb benachbarter Trägerzyklen.
Vorteilhafterweise wird der Permanentmagnet-Synchronmotor durch einen Referenzspannungsvektor angetrieben, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst:
das Zusammenfassen (Merging) des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors und des Referenzspannungsvektors während der Pulsweitenmodulation für den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor und den Referenzspannungsvektor.
Vorteilhafterweise hat der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor eine feste Amplitude und eine feste Rotationsfrequenz, wobei das Zusammenfassen des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors und des Referenzspannungsvektors den folgenden Schritt umfasst:
das Zugreifen auf eine Nachschlagetabelle während des Zusammenfassens, um ein Tastverhältnis des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors zu bestimmen, wobei die Nachschlagetabelle vorab berechnete Tastverhältnisse des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors bei einer Vielzahl von Winkeln speichert.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist ein Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, das Ermitteln eines Referenzpunkts, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird;
Erfassen einer Position des Resolvers, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und
Bestimmen eines Versatzes zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für das Kalibrieren des Resolvers.
Vorteilhafterweise umfasst das Ermitteln des Referenzpunkts, der mit dem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird, die folgenden Schritte:
das Durchführen einer Hochpassfilterung bei dem Phasenstrom;
das Extrahieren einer Niederfrequenzkomponente des hochpassgefilterten Phasenstroms; und
das Ermitteln des Referenzpunkts auf der Grundlage der Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren wenigstens einen der folgenden Schritte:
das Durchführen einer Versatzkalibrierung bei dem Phasenstrom; und
das Durchführen einer Verzögerungskompensation bei dem Phasenstrom.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt:
vor dem Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors das Schätzen eines Bereichs des Versatzes durch das Durchführen einer Rotorpositionsbestimmung für den Permanentmagnet-Synchronmotor.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte:
das Erzeugen des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors; und
das Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in den Permanentmagnet-Synchronmotor, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor den Phasenstrom erzeugt.
Vorteilhafterweise ist der Referenzpunkt ein Nulldurchgangspunkt in einer Wellenform des Phasenstroms.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
eine Spannungserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor zu erzeugen; und
eine Spannungsinjiziereinheit, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor zu injizieren, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise wird der erzeugte rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor einer Pulsweitenmodulation unterzogen, wobei die Vorrichtung des Weiteren Folgendes aufweist:
eine Zerlegungsverbesserungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der Pulsweitenmodulation zu verbessern.
Vorteilhafterweise weist die Zerlegungsverbesserungseinheit wenigstens eine der Folgenden auf:
eine erste Verbesserungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Schaltfrequenz einer Schaltvorrichtung für die Pulsweitenmodulation zu erhöhen; und
eine zweite Verbesserungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine effektive Modulationsfrequenz eines Trägers für die Pulsweitenmodulation zu erhöhen.
Vorteilhafterweise wird der Permanentmagnet-Synchronmotor durch einen Referenzspannungsvektor angetrieben, wobei die Vorrichtung des Weiteren Folgendes aufweist:
eine Spannungszusammenfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor und den Referenzspannungsvektor während der Pulsweitenmodulation für den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor und den Referenzspannungsvektor zusammenzufassen.
Vorteilhafterweise hat der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor eine feste Amplitude und Rotationsfrequenz, und wobei die Spannungszusammenfassungseinheit dafür konfiguriert ist, während des Zusammenfassens auf eine Nachschlagetabelle zuzugreifen, um ein Tastverhältnis des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors zu bestimmen, wobei die Nachschlagetabelle vorab berechnete Tastverhältnisse des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors bei einer Vielzahl von Winkeln speichert.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, die Folgendes aufweist:
eine Stromermittlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, einen Referenzpunkt zu ermitteln, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird;
eine Positionserfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Position des Resolvers zu erfassen, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und
eine Versatzbestimmungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Versatz zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für die Kalibrierung des Resolvers zu bestimmen.
Vorteilhaftweise weist die Vorrichtung des Weiteren Folgendes auf:
eine Filterungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Hochpassfilterung bei dem Phasenstrom durchzuführen; und
eine Komponentenextrahiereinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Niederfrequenzkomponente des hochpassgefilterten Phasenstroms zu extrahieren,
wobei die Stromermittlungseinheit dafür konfiguriert ist, dass sie den Referenzpunkt auf der Grundlage der Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms ermittelt.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung des Weiteren mindestens eine der Folgenden auf:
eine Stromversatzkalibriereinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Versatzkalibrierung bei dem Phasenstrom durchzuführen; und
eine Stromverzögerungskompensationseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Verzögerungskompensation bei dem Phasenstrom durchzuführen.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung des Weiteren Folgendes auf:
eine Rotorpositionsbestimmungseinheit, die dafür konfiguriert ist, vor dem Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors einen Bereich des Versatzes zu schätzen, indem sie eine Rotorpositionsbestimmung für den Permanentmagnet-Synchronmotor durchführt.
Vorteilhafterweise ist der Referenzpunkt ein Nulldurchgangspunkt in einer Wellenform des Phasenstroms.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist ein System zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, wobei das System eine Vorrichtung aufweist, wie sie oben beschrieben worden ist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, bereitgestellt, wobei das Computerprogrammprodukt greifbar auf einem dauerhaften computerlesbaren Medium gespeichert wird und von einer Maschine ausführbare Anweisungen aufweist, die dann, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Maschine die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens durchführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine ausführlichere Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Kalibrierungssystems für einen Resolver, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt schematische Diagramme der Verbesserung der effektiven Modulationsfrequenz der PMW in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt schematische Diagramme der Spannungszusammenfassung bei der PMW-Stufe in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ermittlungsvorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Ermittlungsvorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Blockdiagramm einer spezifischen Implementierung eines Kalibrierungssystems für einen Resolver, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsverfahrens zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsverfahrens zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es werden durch die ganzen Zeichnungen hindurch die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder entsprechende Elemente zu repräsentieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, sollte es klar sein, dass die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Arten und Weisen implementiert werden kann und somit nicht so interpretiert werden soll, dass sie durch die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil, diese Ausführungsformen sind für das gründliche und vollständige Verständnis der vorliegenden Offenbarung und für die Fähigkeit bereitgestellt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung den Fachleuten auf dem Gebiet vollständig zu vermitteln.
Wie oben dargelegt worden ist, ist die Grundidee der vorliegenden Erfindung, einen Resolverversatz zu bestimmen, indem der Schenkeligkeitseffekt in dem Permanentmagnet-Synchronmotor ausgenutzt wird. Es ist bekannt, dass der magnetische Fluss von Permanentmagneten in verschiedenen Arten von PMSMs, wie etwa in Permanentmagnet-Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten (auf Englisch: interior PMSMs), keilförmigen Permanentmagnet-Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten, radial angeordneten Permanentmagnet-Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten und so weiter eine geringere Permeabilität als Eisen hat. Als Folge davon variiert der effektive Luftspalt in dem Pfad des magnetischen Flusses mit der Position des Motorrotors. Dieses Phänomen wird der Schenkeligkeitseffekt bzw. Salienz-Effekt (auf Englisch: saliency effect) genannt, welcher bewirkt, dass der Phasenstrom (vor allem die Niederfrequenzkomponente davon) des PMSM durch die Rotorposition des PMSM moduliert wird. Mit anderen Worten, es gibt eine inhärente Entsprechung zwischen der Amplitude des Phasenstroms und der Rotorposition. Außerdem kann eine Entsprechung zwischen dem Phasenstrom und der Resolverposition hergestellt werden, indem die Resolverposition auf der Grundlage des Ermittelns des Phasenstroms in geeigneter Weise erhalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine quantitative Entsprechung zwischen der Resolverposition und der Rotorposition mit Hilfe des Phasenstroms aufzubauen, wodurch der Resolverversatz bestimmt wird.
Zuerst wird Bezug auf 1 genommen, die ein Blockdiagramm eines Kalibrierungssystems 100 zum Kalibrieren eines Resolvers, der mit einem PMSM verknüpft ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie gezeigt ist, weist das Kalibrierungssystem 100 im Allgemeinen zwei Vorrichtungen auf: eine Steuervorrichtung 101 und eine Ermittlungsvorrichtung 102. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Steuervorrichtung 101 während des Betriebs so konfiguriert, dass sie einen rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor erzeugt und den erzeugten rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in einen PMSM injiziert, der gerade mit einer niedrigen Drehzahl läuft. So, wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „niedrige Drehzahl”, dass die Drehgeschwindigkeit des PMSM niedriger als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Das Antreiben des PMSM so, dass er mit der niedrigen Drehzahl läuft, ermöglicht die Verbesserung der Ermittlungsauflösung des Phasenstroms und die Verbesserung der Kalibrierungsgenauigkeit. Insbesondere ist es in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, die Differenz zwischen der Rotationsfrequenz des injizierten Spannungsvektors und der Drehgeschwindigkeit des PMSM groß genug auszulegen. Bei der Implementierung kann die Drehgeschwindigkeit des PMSM auf der Grundlage von verschiedenen Faktoren wie etwa Parametern des PMSM, Steuerungstechniken wie verwendet und so weiter bestimmt werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.
In Reaktion auf das Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors wird der PMSM Phasenströme erzeugen. Die Ermittlungsvorrichtung 102 ist so betreibbar, dass sie einen Phasenstrom abtastet, der von dem PMSM erzeugt wird, und einen Referenzpunkt ermittelt, der mit dem Phasenstrom verknüpft ist. Wenn ein solcher Referenzpunkt ermittelt wird, erhält die Ermittlungsvorrichtung 102 die Position des Resolvers in diesem Augenblick. Wie oben erwähnt worden ist, ist aufgrund des Schenkeligkeitseffekts an dem bestimmten Zeitpunkt, an dem der Referenzpunkt ermittelt wird, die Rotorposition des PMSM, die dem Referenzpunkt entspricht, bekannt. Dementsprechend kann der Versatz zwischen der Resolverposition und der Rotorposition auf der Grundlage der erhaltenen Resolverposition und der Rotorposition zur gleichen Zeit bestimmt werden.
Nun wird Bezug auf 2 genommen, die ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung 101 in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie gezeigt ist, weist die Steuervorrichtung 101 eine Spannungserzeugungseinheit 201 auf, die dafür konfiguriert ist, einen rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor zu erzeugen. So, wie dies hier verwendet wird, bezieht sich ein „rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor” auf einen Spannungsvektor, der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die höher als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Als ein Beispiel kann die Rotationsfrequenz des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 500 Hz bis 2500 Hz liegen. In anderen Ausführungsformen können in Abhängigkeit von Parametern des PMSM jegliche andere geeignete Werte verwendet werden. Es sollte klar sein, dass das Erzeugen und Nutzen der rotierenden Spannung mit einer hohen Frequenz das Schützen einer nachfolgenden Ermittlung vor dem möglichen Einfluss von reinen ohmschen Spannungsabfällen innerhalb des PMSM ermöglicht.
Insbesondere kann die Spannungserzeugungseinheit 201 in einigen Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor mit einer festen Amplitude und einer festen Rotationsfrequenz erzeugt. Alternativ dazu können die Amplitude und/oder die Rotationsfrequenz des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors zum Beispiel periodisch oder in Reaktion auf eine Benutzereingabe geändert werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Als ein Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor, wie er von der Spannungserzeugungseinheit 201 erzeugt wird, wie folgt ausgedrückt werden:
wobei v →_cαβ den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor für α- und β-Achsen des PMSM repräsentiert, V_c die Amplitude der Spannung repräsentiert, ω_c eine Winkelgeschwindigkeit repräsentiert und t die Zeit repräsentiert. Es soll angemerkt werden, dass der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor, wie er in Gleichung (1) ausgedrückt ist, nur beispielhaft ist. Der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor kann auf jede Weise erzeugt werden, egal ob diese nun im Augenblick bereits bekannt ist oder ob diese in der Zukunft entwickelt wird, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.
Nun wird weiter Bezug auf 2 genommen. Die Steuervorrichtung 101 weist des Weiteren eine Spannungsinjiziereinheit 202 auf, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor, der von der Spannungserzeugungseinheit 201 erzeugt worden ist, in den PMSM, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, zu injizieren, um zu bewirken, dass der PMSM einen Phasenstrom für die Kalibrierung des Resolvers erzeugt. Zum Beispiel kann die Spannungsinjiziereinheit 202 für einen dreiphasigen PMSM den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in Statorwicklungen des PMSM über Dreiphasenanschlüsse injizieren. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auf verschiedene Arten und Weisen zu veranlassen, dass sich der PMSM weiter mit einer niedrigen Drehzahl dreht. Zum Beispiel kann ein Referenzspannungsvektor verwendet werden, um den PMSM vor dem Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors anzutreiben. Dann kann die Zufuhr des Referenzspannungsvektors so abgeschaltet werden, dass sich der PMSM durch die Trägheitskraft über einen bestimmten Zeitraum weiterdreht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann dem PMSM ein geeigneter Referenzspannungsvektor zugeführt werden, während der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor injiziert wird, um den PMSM so anzutreiben, dass er mit einer niedrigen Drehzahl läuft. Insbesondere können der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor und der Referenzspannungsvektor in den Ausführungsformen, in denen der PMSM kontinuierlich durch den Referenzspannungsvektor angetrieben wird, zusammengefasst werden, so dass die Spannungsinjiziereinheit 202 den zusammengefassten Spannungsvektor in den PMSM injiziert. Die Ausführungsform in diesem Aspekt wird nachfolgend ausführlich beschrieben werden.
Es sollte durch die obigen Beschreibungen klar sein, dass die Steuervorrichtung 101 den PMSM effektiv steuern kann, indem sie den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor erzeugt und injiziert, so dass der PMSM einen Phasenstrom erzeugt, der für die Ermittlung verfügbar ist. Insbesondere kann, da der rotierende Spannungsvektor, der von der Steuervorrichtung 101 injiziert wird, von einer hohen Frequenz ist, der potentielle Einfluss von reinen ohmschen Spannungsabfällen innerhalb des PMSM effektiv beseitigt werden, was das Verbessern der Genauigkeit der nachfolgenden Ermittlung und der Kalibrierung ermöglicht. Außerdem ist die Steuerung des PMSM ziemlich einfach und praktisch bzw. bequem. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 101 in Verbindung mit jedem zur Zeit bekannten oder zukünftig entwickelten PMSM mit einem Schenkeligkeitseffekt verwendet werden und hat daher eine gute Kompatibilität.
3 zeigt ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung 101 in Übereinstimmung mit einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt ist, weist die Steuervorrichtung 101 eine Spannungserzeugungseinheit 201 sowie auch eine Spannungsinjiziereinheit 202 auf. Verschiedene Merkmale, wie sie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden sind, sind auch bei der Steuervorrichtung 101, wie sie in 3 gezeigt ist, zutreffend.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor, der von der Spannungserzeugungseinheit 201 erzeugt wird, der Pulsweitenmodulation (PWM) unterzogen werden. So kann zum Beispiel in einigen Ausführungsformen eine Raumzeigermodulation bzw. Raumzeiger-Pulsweitenmodulation (SVPWM; Space Vector Pulse Width Modulation) oder irgendeine Variation davon bei dem rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor durchgeführt werden. Es sollte angemerkt werden, dass andere Formen der PWM ebenfalls möglich sind und dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die PWM des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors von der Spannungserzeugungseinheit 201 oder durch jede andere geeignete Komponente durchgeführt werden.
In solchen Ausführungsformen kann eine Zerlegungsverbesserungseinheit 301 in der Steuervorrichtung 101 so konfiguriert sein, dass sie die Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der PWM verbessert. Es sollte klar sein, das die Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors die Genauigkeit der PMSM-Steuerung und der Ermittlung beeinflussen würde. In der Praxis ist eine Schaltvorrichtung für die Durchführung der PWM im Allgemeinen durch einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT; Insulated Gate Bi-Polar Transistor) und so weiter implementiert, wobei die Schaltfrequenz zum Beispiel zwischen 8 kHz und 12 kHz liegt. Die Modulationsfrequenz, die durch einen solchen PWM-Schalter bereitgestellt wird, ist zu niedrig für den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor (zum Beispiel eine Rotationsfrequenz von 800 HZ oder höher), wodurch die Zerlegung der modulierten Spannung schlecht wird.
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Zerlegungsverbesserungseinheit 301 die Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der PWM auf verschiedene Arten und Weisen verbessern. In einigen Ausführungsformen kann die Zerlegungsverbesserungseinheit 301 zum Beispiel eine erste Verbesserungseinheit (nicht gezeigt) haben, die dafür konfiguriert ist, die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung (zum Beispiel der IGBT-Vorrichtung) für die Durchführung der PWM zu erhöhen. Dies ist leicht zu implementieren, aber ein Hochfrequenzschalten erhöht den Schaltverlust für die IGBT-Vorrichtung, was die Leistungseffizienz verringert und die Vorrichtungs- bzw. Geräteproduktlebensdauer verkürzt. Um dieses Problem anzugehen, kann die Zerlegungsverbesserungseinheit 301 in einigen Ausführungsformen alternativ oder zusätzlich eine zweite Verbesserungseinheit (nicht gezeigt) aufweisen, die dafür konfiguriert ist, die effektive Modulationsfrequenz für einen Träger der PWM zu erhöhen. Insbesondere kann die zweite Verbesserungseinheit in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so konfiguriert sein, dass sie benachbarte PWM-Trägerzyklen logisch zusammenfasst, indem sie leitende Zeiträume der PWM innerhalb benachbarter Trägerzyklen zusammenschiebt, um infolgedessen die effektive Modulationsfrequenz der PWM zu verbessern, was unten unter Bezugnahme auf 4 noch ausführlicher beschrieben werden wird.
Außerdem kann in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Referenzspannungsvektor bereitgestellt sein, um den PMSM so anzutreiben, dass dieser mit einer niedrigen Drehzahl läuft, während der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor injiziert wird, wie dies oben erörtert worden ist. Außerdem kann der Referenzspannungsvektor auch einer PWM, wie etwa einer SVPWM, unterzogen werden. In solchen Ausführungsformen können der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor und der Referenzspannungsvektor zusammengefasst werden, bevor sie in den PMSM injiziert werden. Zu diesem Zweck weist die Steuervorrichtung 101 eine Spannungszusammenfassungseinheit 302 auf, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor und den Referenzspannungsvektor zusammenzufassen, wie dies in 3 gezeigt ist. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Zusammenfassen (Merging) des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors und des Referenzspannungsvektors bei der Stufe der αβ-Achsen-Spannungsberechnung erfolgen. Aber es könnte klar sein, dass ein solches Zusammenfassen zu einer hohen Berechnungskomplexität und zu hohen Kosten führen wird, da die SVPWM-Berechnung bei jedem halben PWM-Zyklus durchgeführt werden sollte und Multiplikations- und Divisionsoperationen benötigt werden.
Alternativ dazu kann die Spannungszusammenfassungseinheit 302 so konfiguriert sein, dass sie den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor und den Referenzspannungsvektor während der PWM-Berechnung dieser beiden Spannungsvektoren zusammenfasst. Eine exemplarische Ausführungsform in dieser Hinsicht wird unten unter Bezugnahme auf 5 noch genauer erläutert werden, in der der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor und der Referenzspannungsvektor in einen dreiphasigen PMSM injiziert werden, nachdem sie eine 5-Sektor-SVPWM durchlaufen haben.
4 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der Zerlegungsverbesserung durch die Zerlegungsverbesserungseinheit 301. Wie gezeigt ist, sind in jedem der Trägerzyklen 401 und 402 für die PWM die ursprünglichen PWM-Wellenformen für jeweilige Phasen (im vorliegenden Fall Phasen A, B und C) mittig ausgerichtet und symmetrisch. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine zeitliche Verschiebung durchgeführt werden, um leitenden Zeiträume der PWM innerhalb benachbarter Trägerzyklen zusammenzuschieben. Auf diese Weise werden die Zeiträume von hohen Pegeln in den Trägerzyklen 401 und 402 jeweils in das Ende und den Anfang der Trägerzyklen 401 und 402 umgewandelt. Somit sind die benachbarten Trägerzyklen 401 und 402 logisch in einen neuen Trägerzyklus 403 zusammengefasst, wobei die Frequenz im Vergleich zu dem ursprünglichen Trägerzyklus 401 oder 402 um die Hälfte reduziert ist. Es ist klar, dass sich das Tastverhältnis der PWM nach dem Zusammenfassen in einer solchen Ausführungsform nicht ändert. Auf diese Weise kann die effektive Modulationsfrequenz des PWM-Trägers verdoppelt werden, ohne dass die Schaltfrequenz der PWM-Schaltvorrichtung geändert werden muss, und kann die Zerlegung des modulierten rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors dementsprechend verbessert werden. Es sollte angemerkt werden, dass in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die erste Verbesserungseinheit und die zweite Verbesserungseinheit separat oder zusammen arbeiten können. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.
5 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der Spannungszusammenfassung bei der PWM-Stufe durch die Spannungszusammenfassungseinheit 302. Wie gezeigt ist, ist in Bezug auf den Referenzspannungsvektor V_ref der Zeitraum zwischen den Linien 501 und 502 als T₁/2 repräsentiert, ist der Zeitraum zwischen den Linien 502 und 503 als T₂/2 repräsentiert und ist der Zeitraum zwischen den Linien 503 und 504 als T₀/4 repräsentiert. Dementsprechend ist innerhalb einer Hälfte eines PWM-Zyklus die effektive leitende Zeit der Phasen A und B jeweils (T₁ + T₂)/2 und T₂/2, und die Phase C hat keine effektive leitende Zeit. In ähnlicher Weise ist für den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor V_c der Zeitraum zwischen den Linien 505 und 506 als T₃/2 repräsentiert, ist der Zeitraum zwischen den Linien 506 und 507 als T₄/2 repräsentiert und ist der Zeitraum zwischen den Linien 507 und 508 als T₀'/4 repräsentiert. Dementsprechend ist die effektive leitende Zeit der Phasen B und C jeweils (T₃ + T₄)/2 und T₄/2, und die Phase A hat keine effektive leitende Zeit.
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Zusammenfassen des Referenzspannungsvektors und des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in der folgenden Art und Weise bei der PWM-Phase implementiert werden. Zuerst werden die leitenden Zeiten für jede Phase der beiden Spannungsvektoren addiert. In dem Beispiel von 5 sind die Summen von leitenden Zeiten der Phasen A, B und C jeweils unten gezeigt:
Phase A: (T₁ + T₂)/2 + T₀/4 + T₀'/4 = (T₁ + T₂)/2 + (T₀ + T₀')/4
Phase B: T₂/2 + T₀/4 + (T₃ + T₄)/2 + T₀'/4 = (T₂ + T₃ + T₄)/2 + (T₀ + T₀')/4
Phase C: T₀/4 + T₄/2 + T₀'/4 = T₄/2 + (T₀ + T₀')/4
In dem zweiten Schritt wird die kürzeste leitende Zeit von den drei Phasen identifiziert. In diesem Beispiel ist die kürzeste leitende Zeit T₄/2 + (T₀ + T₀')/4 der Phase C. Dann wird im dritten Schritt die kürzeste leitende Zeit von den leitenden Zeiten der drei Phasen subtrahiert:
Phase A: (T₁ + T₂ – T₄)/2
Phase B: (T₂ + T₃)/2
Phase C: 0
Auf diese Weise werden neue dreiphasige leitende Zeiten der 5-Sektor-SVPWM erhalten.
Es soll angemerkt werden, dass die obigen Beschreibungen lediglich beispielhafter Natur sind, ohne dass sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Der vorliegende Lösungsansatz kann unterschiedliche Variationen für verschiedene Anwendungsszenarien haben. Zum Beispiel können für die 7-Sektor-SVVPWM neue leitende Zeiten berechnet werden, indem die längste leitende Zeit wie im dritten Schritt beschrieben von dem PWM-Zyklus subtrahiert wird, um T₀''/4 zu berechnen, und dann T₀''/4 zu den leitenden Zeiten für jeweilige Phasen addiert wird (Ergebnisse des dritten Schritts). Dementsprechend können leitende Zeiten für jede Phase der zusammengefassten Spannung V abgeleitet werden, um die PWM-Wellenform zu bestimmen: T_k/2 = (T₃ – T₁ + T₄)/2 T_k1/2 = (T₁ + T₂ – T₄)/2 T₀''/4 = (T_pwm – T₂ – T₃)/4 wobei T_k/2, T_k1/2 und T₀''/4 die Zeitdauern zwischen jeweils den vertikalen Linien 509 und 510, 510 und 511 sowie 511 und 512 repräsentieren und T_pwm die Zeitdauer von einem einzigen PWM-Zyklus oder Trägerzyklus repräsentiert.
Es sollte klar sein, dass es durch das Zusammenfassen des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors und des Referenzspannungsvektors in der PWM-Stufe nur notwendig ist, Additions- und Subtraktionsoperationen durchzuführen, um die Vektorsumme der zwei Spannungen zu berechnen. Deshalb werden die Berechnungskomplexität und die Kosten beträchtlich verringert. Darüber hinaus kann die Spannungszusammenfassungseinheit 302 in einigen Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie die Spannungszusammenfassung durch die Verwendung einer Nachschlagetabelle weiter vereinfacht. Insbesondere kann die Spannungserzeugungseinheit 201 in einigen Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor mit einer festen Amplitude und Rotationsfrequenz erzeugt. In solchen Ausführungsformen ist es möglich, die Vergleichswerte des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors, der in die PWM injiziert werden soll, im Voraus zu bestimmen. Dementsprechend können die Tastverhältnisse des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors an mehreren Winkeln für jede Phase vorher berechnet und in der Nachschlagetabelle gespeichert werden. Wenn die Spannungsvektoren während der PWM zusammengefasst werden, ist es nur notwendig, auf die Nachschlagetabelle zuzugreifen, um das Tastverhältnis des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors bei einem gegebenen Winkel zu bestimmen, ohne dass eine Berechnungsroutine pro PWM-Zyklus notwendig ist. Auf diese Weise können die Berechnungskosten weiter verringert werden und kann die Betriebseffizienz verbessert werden.
Die Strukturen und Funktionen der Steuervorrichtung 101 sind oben beschrieben worden. Nun wird Bezug auf 6 genommen, die ein Blockdiagramm einer Ermittlungsvorrichtung 102, wie diese in 1 dargestellt ist, in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 6 gezeigt ist, weist die Ermittlungsvorrichtung 102 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Stromermittlungseinheit 510 auf, die dafür konfiguriert ist, einen Referenzpunkt zu ermitteln, der mit dem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem PMSM in Reaktion darauf erzeugt wird, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den PMSM injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft. Insbesondere wird der PMSM entsprechende Phasenströme erzeugen, nachdem die Steuervorrichtung 101 den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in den PMSM injiziert hat. Zum Beispiel können in den Ausführungsformen, in denen der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor entsprechend der Gleichung (1), die oben beschrieben worden ist, erzeugt wird, die Phasenströme, die mit den α- und β-Achsen des PMSM verknüpft sind, folgendermaßen ausgedrückt werden.
wobei I_cα und I_cβ die Amplituden der Phasenströme repräsentieren, die jeweils mit den α- and β-Achsen verknüpft sind; L_c einen Durchschnittswert der Querachsen-(q-Achse-)-Induktivität bzw. Querinduktivität und der Längsachsen-(d-Achsen)-Induktivität bzw. Längsinduktivität repräsentiert; ΔL_c die Differenz zwischen der Querinduktivität und der Längsinduktivität repräsentiert; λ_dq' den synchronen Rotationswinkel des Motors (elektrischer Winkel) repräsentiert; V_c die Amplitude des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors repräsentiert; ω_c die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors repräsentiert; und t die Zeit repräsentiert.
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stromermittlungseinheit 601 nur einen der Phasenstrome abtasten und ermitteln, um die Kalibrierung des Resolvers zu verwirklichen. Außerdem kann in den Ausführungsformen, in denen die Stromermittlungseinheit 601 auf den Phasenstrom in einer digitalen Form einwirkt, der Phasenstrom von dem PMSM mit Hilfe eines Analog-Digital-Umwandlungsprozesses in digitale Signale umgewandelt werden. Alternativ dazu kann die Stromermittlungseinheit 601 in anderen Ausführungsformen direkt auf das analoge Signal des Phasenstroms einwirken. In diesem Fall kann der Analog-Digital-Umwandlungsprozess weggelassen werden.
Wie oben beschrieben worden ist, wird der Phasenstrom aufgrund des Schenkeligkeitseffekts in dem PMSM durch die Rotorposition des PMSM moduliert. Deshalb ist es durch ein geeignetes Auswählen eines Referenzpunkts, der mit dem Phasenstrom verknüpft ist, möglich, die entsprechende Rotorposition an dem Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Referenzpunkt auftritt. So kann der Referenzpunkt, der mit dem Phasenstrom verknüpft ist, zum Beispiel in einigen Ausführungsformen der Nulldurchgangspunkt in der Wellenform des Phasenstroms (oder einer bestimmten Komponente davon, z. B. seiner Niederfrequenzkomponente) sein. Im Hinblick auf den Schenkeligkeitseffekt ist es bekannt, dass die Rotorposition, die dem Nulldurchgangspunkt des gefilterten Phasenstroms der Phase A entspricht, zum Beispiel 90° oder 270° ist. Alternativ dazu kann der Referenzpunkt der Punkt sein, an dem der Phasenstrom den Maximum- oder Minimumwert erreicht. Es ist auch möglich, jeden anderen geeigneten Referenzpunkt auszuwählen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. In der Praxis kann die Stromermittlungseinheit 601 zum Beispiel die Ermittlung des Referenzpunkts in dem Phasenstrom mit Hilfe eines Komparators erzielen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 kann die Ermittlungsvorrichtung 102 des Weiteren eine Positionserfassungseinheit 602 aufweisen, die dafür konfiguriert ist, die Position des Resolvers zu erfassen, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird. Wie bekannt ist, kann der Resolver seine Position einer speziellen Schaltung oder einer speziellen Vorrichtung in Echtzeit oder periodisch zuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Positionserfassungseinheit 602 dann, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird, ein Signal oder einen Befehl verwenden, um die zugehörige Schaltung oder Vorrichtung zu instruieren, die Resolverposition in einem Latch zu speichern, damit diese für ein nachfolgendes Auslesen zur Verfügung steht. Alternativ dazu kann die Positionserfassungseinheit 602 die Position des Resolvers direkt aus der Schaltung auslesen. Wie oben beschrieben worden ist, kann die Position des Resolvers als ein Winkel bereitgestellt werden, der einer Versatzbestimmungseinheit 602 in der Ermittlungsvorrichtung 102 zusammen mit der Rotorposition, die dem Referenzpunkt entspricht, zugeführt werden wird.
In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Versatzbestimmungseinheit 603 so konfiguriert, dass sie den Versatz zwischen der von der Positionserfassungseinheit 602 erfassten Resolverposition und der dem Referenzpunkt entsprechenden Rotorposition bestimmt. So ist zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen der Referenzpunkt als der Nulldurchgangspunkt der Wellenform des Phasenstroms ausgewählt wird, die Rotorposition, die dem Referenzpunkt entspricht, zum Beispiel 90°. An diesem Punkt ist die Differenz zwischen dem Winkelwert der Resolverposition und den 90° der Versatz zwischen der Nullposition des Resolvers und dem Steuerungsnullpunkt des PMSM. Dieser Versatz kann dann verwendet werden, um den Resolver zu kalibrieren und die Rotorposition des PMSM genau zu bestimmen.
Durch die obige Erörterung sollte es klar sein, dass auf der Grundlage des Schenkeligkeitseffekts in dem PMSM die Ermittlungsvorrichtung 102 den Resolverversatz effizient und genau durch das Ermitteln des Phasenstroms bestimmen kann. Die Genauigkeit des Resolverversatzes, wie er auf diese Weise bestimmt wird, kann die Anforderungen einer exakten Motorsteuerung erfüllen. Darüber hinaus würden in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Abmessung und die Kosten des Geräts bzw. der Vorrichtung nicht erhöht. Außerdem hat die Ermittlungsvorrichtung 102 eine gute Kompatibilität und kann mit allen zurzeit bekannten oder in der Zukunft entwickelten PMSMs mit einem Schenkeligkeitseffekt verwendet werden.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Ermittlungsvorrichtung 102 in Übereinstimmung mit einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu der Ausführungsform von 6 weist die Ermittlungsvorrichtung 102 in der Ausführungsform von 7 des Weiteren eine Filterungseinheit 701 auf, die dafür konfiguriert ist, die Hochpassfilterung bei dem zu ermittelnden Phasenstrom durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Filterungseinheit 701 eine Bandpassfilterung oder jede andere geeignete Filterung bei dem Phasenstrom durchführen. Die Filterungseinheit 701 kann durch ein Hochpassfilter, ein Bandpassfilter oder durch jedes andere geeignete Filter implementiert werden, egal, ob dieses aktuell bekannt ist oder in der Zukunft entwickelt wird. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.
Der gefilterte Phasenstrom wird einer Komponentenextrahiereinheit 702 zugeführt, um die Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms zu extrahieren. In der in 7 gezeigten Ausführungsform kann die Ermittlung des Referenzpunkts in Bezug auf die Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms durchgeführt werden. Durch das Ausschließen der Interferenz von irrelevanten Komponenten können die Genauigkeit und die Ansprechempfindlichkeit der Ermittlung des Phasenstroms weiter verbessert werden. Als ein Beispiel kann die Komponentenextrahiereinheit 702 eine Filterung mit endlicher Impulsantwort (FIR-(Finite Impulse Response)-Filterung) bei dem eingegebenen Phasenstrom durchführen, um eine Niederfrequenzkomponente zu extrahieren. Dementsprechend ist die Stromermittlungseinheit 601 in dieser Ausführungsform dafür konfiguriert, den Referenzpunkt aus der Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms zu ermitteln.
In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann die Ermittlungsvorrichtung 102 des Weiteren wenigstens eine von einer Stromversatzkalibrierungseinheit 703 und einer Stromverzögerungskompensationseinheit 704 aufweisen, um die Ermittlungsgenauigkeit weiter zu verbessern. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stromversatzkalibrierungseinheit 703 eine Versatzkalibrierung bei dem Phasenstrom durchführen. Verschiedene Arten von Stromversatzkalibrierungstechniken, egal, ob diese nun aktuell bekannt sind oder in der Zukunft entwickelt werden, können in Verbindung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, was hier nicht weiter erläutert werden wird. Die Stromverzögerungskompensationseinheit 704 kann so konfiguriert sein, dass sie eine oder mehrere von der Stromsensorverzögerung, der Analog-Digital-Umwandlungsverzögerung, der Hochpassfilterungsverzögerung, der Niederfrequenzkomponentenextraktions-Verzögerung und so weiter kompensiert. Es sollte angemerkt werden, dass in einigen Ausführungsformen die Kompensation dann, wenn die Gesamtverzögerungszeit unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, weggelassen werden kann. Es sollte klar sein, dass die Versatzkalibrierung und/oder die Verzögerungskompensation für den Strom vorteilhaft in Bezug darauf ist bzw. sind, die Ermittlungsgenauigkeit der Stromermittlungseinheit 601 zu verbessern.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Ermittlungsvorrichtung 102 in einigen Ausführungsformen des Weiteren eine Rotorpositionsbestimmungseinheit 705 aufweisen, die dafür konfiguriert ist, die Rotorpositionsbestimmung für den PMSM durchzuführen, um einen ungefähren Bereich des Resolverversatzes zu schätzen. Es sollte klar sein, dass der Wellenformtyp des Phasenstroms, der von dem PMSM in Reaktion auf den injizierten rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor erzeugt wird, zum Beispiel eine modulierte Sinus- oder Kosinuswellenform ist. Deshalb kann die Entsprechung zwischen der Rotorposition und dem Referenzpunkt keine Eins-zu-Eins-Entsprechung sein. Wenn zum Beispiel der Nulldurchgangspunkt als der Referenzpunkt ausgewählt wird, dann kann die Rotorposition des PMSM 90° oder 270° sein, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird. Um die Rotorposition eindeutig zu bestimmen, kann die Rotorpositionsbestimmungseinheit 705 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Rotorpositionsbestimmung für den PMSM vor der Phasenstromermittlung durchführen. Die Rotorpositionsbestimmung kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen eine Spannung an eine oder mehrere Phasen des PMSM angelegt werden, um so den Rotor zu zwingen, sich darauf auszurichten. An diesem Punkt kann ein ungefährer Bereich des Resolverversatzes durch das Auslesen der Resolverposition geschätzt werden, ohne dass eine zusätzliche Hardwarevorrichtung hinzugefügt werden muss. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Rotorpositionsbestimmung durch das Messen der Wellenform der gegenelektromotorischen Kraft (EMF) des PMSM, durch das Messen des von dem PMSM erzeugten Drehmoments oder auf jede andere geeignete Art und Weise durchgeführt werden. Es können alle aktuell bekannten oder in der Zukunft entwickelten Rotorpositionsbestimmungs-Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Auf diese Weise kann, wenn der Referenzpunkt in dem Phasenstrom ermittelt wird, unter mehreren Kandidatenversätzen derjenige Veratz, der in den geschätzten Versatzbereich fällt, eindeutig als der Resolverversatz bestimmt werden.
8 zeigt ein Blockdiagramm einer spezifischen Implementierung des Kalibrierungssystems 100 in Übereinstimmung mit einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der in 8 gezeigten Ausführungsform wird der Referenzspannungsvektor dem dreiphasigen PMSM zugeführt, um den PMSM anzutreiben, während der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor injiziert wird. Wie gezeigt ist, führt das Tiefpass-/Bandpassfilter 801 die Tiefpass- oder Bandpassfilterung bei den zwei Phasenströmen I_a und I_b durch, die von dem PMSM erzeugt wurden, und die gefilterten Signale werden von dem Transformator 802 einer Koordinatentransformation unterzogen, um den d-q-Achsen-Strom I_dq zu erhalten. Der d-q-Achsen-Strom I_dq wird in Bezug auf den Referenzstrom I_{dq_ref} angepasst und dann einem Controller 803 zugeführt. Der Controller 803 regelt den Fehler des Eingangstroms und führt dann eine Rück-Koordinatentransformation durch, um den Referenzspannungsvektor zu erzeugen. Insbesondere können in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Transformator 802 und der Controller 803 auf die PMSM-Rotorposition oder ihren Schätzwert Bezug nehmen oder nicht, wodurch eine Motorsteuerung mit geschlossenem Regelkreis oder offenem Regelkreis erzielt wird.
Dann wird der Referenzspannungsvektor zusammen mit dem rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor, der von der Spannungserzeugungseinheit 201 erzeugt worden ist, einer Zerlegungsverbesserungseinheit 301 für eine Verbesserung der Zerlegung zugeführt. Der Ausgang der Zerlegungsverbesserungseinheit 301 wird der Spannungszusammenfassungseinheit 302 zugeführt, um den Referenzspannungsvektor und den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor zusammenzufassen. Insbesondere können, wie oben beschrieben worden ist, dann, wenn die Amplitude und die Rotationsfrequenz des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors festgesetzt sind, die Tastverhältnisse des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors bei verschiedenen Winkeln dadurch erhalten werden, dass auf die Nachschlagetabelle zugegriffen wird.
Als nächstes injiziert die Spannungsinjiziereinheit 202 den Referenzspannungsvektor und den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in den PMSM. In der in 8 gezeigten Ausführungsform weist die Spannungsinjiziereinheit 202 eine PWM-Erzeugungseinheit 804 und einen dreiphasigen Wechselrichter mit sechs Schaltern (B6-Wechselrichter) 805 für das Injizieren des Spannungsvektors in den dreiphasigen PMSM auf. Die PWM-Erzeugungseinheit 804 und der B6-Wechselrichter 805 können durch alle aktuell bekannten oder in der Zukunft entwickelten Vorrichtungen implementiert werden, was hier nicht ausführlich erörtert werden wird.
In Reaktion auf die Injizierung des Spannungsvektors können die Phasenströme I_a und I_b, die von dem PMSM erzeugt werden, von dem Stromsensor 806 abgefühlt und dann durch den Analog-Digital-Wandler (A/D) 807 in digitale Signale umgewandelt werden. In der in 8 gezeigten Ausführungsform können I_a und I_b durch das Tiefpass-/Bandpassfilter 801 gefiltert werden. Der gefilterte Phasenstrom wird dem Transformator 802 zugeführt, um dadurch einen Regelkreis für den PMSM zu bilden. Andererseits wird einer der Phasenströme (in diesem Fall I_a) der Filterungseinheit 701 in der Ermittlungsvorrichtung 102 zugeführt und dann von der Komponentenextrahiereinheit 702, der Stromversatzkalibrierungseinheit 703 und der Stromverzögerungskompensationseinheit 704 wie oben erörtert verarbeitet. Der verarbeitete Phasenstrom wird dann der Stromermittlungseinheit 601 für die Referenzpunktermittlung zugeführt. Wenn der Referenzpunkt ermittelt ist, verwendet die Positionserfassungseinheit 602 ein Signal oder einen Befehl, um den Resolverdigitaldecodierer 808 (der zum Beispiel als ein Chip zur digitalen Decodierung implementiert sein kann) zu instruieren, die Position des Resolvers in einem Latch zu speichern.
Die Positionserfassungseinheit 602 empfängt die Resolverposition von dem Resolverdigitaldecodierer 808 zum Beispiel über die Schnittstelle 809 (wie etwa einen parallelen Port oder eine serielle periphere Schnittstelle). Dann führt die Positionserfassungseinheit 602 die erfasste Resolverposition der Versatzbestimmungseinheit 603 zu, damit diese den Versatz zwischen der erfassten Resolverposition und der Rotorposition, die dem Referenzpunkt entspricht, bestimmen kann, der quantitativ gleich zu dem Resolverversatz ist (d. h. die Winkeldifferenz zwischen der Nullposition des Resolvers und dem Steuerungsnullpunkt des PMSM). Um den Versatz genau zu bestimmen und zu kalibrieren, wie dies oben beschrieben worden ist, kann die Rotorpositionsbestimmungseinheit 705 in der Ermittlungsvorrichtung 201 eine Rotorpositionsbestimmung für dem PMSM vorab durchführen, um so einen ungefähren Bereich des Resolverversatzes zu bestimmen.
Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl die Steuervorrichtung 101 und die Ermittlungsvorrichtung 102, wie sie oben erörtert worden sind, als zwei separate Vorrichtungen beschrieben sind, diese in der Praxis auch als eine einzige Vorrichtung implementiert werden können. Das Kalibrierungssystem 100 kann zum Beispiel in einem Chip mit einem einzigen Schaltkreis oder dergleichen implementiert sein. Darüber hinaus ist die Aufteilung von verschiedenen Einheiten in der Steuervorrichtung 101 und der Ermittlungsvorrichtung 102 nicht auf die oben erörterten Beispiele beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann bzw. können zum Beispiel eine Einheit oder mehrere Einheiten (zum Beispiel die Spannungserzeugungseinheit und/oder die Spannungsinjiziereinheit) in der Steuervorrichtung 101 von der Ermittlungsvorrichtung 102 implementiert sein und umgekehrt. Des Weiteren können in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene Einheiten, wie sie oben beschrieben sind, durch Hardware, Software, Firmware oder jegliche Kombination davon implementiert werden.
Es sollte klar sein, dass in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine genaue Kalibrierung des Resolvers ohne jegliche zusätzliche Hardwareschaltung oder dedizierte Vorrichtung oder jeglichen dedizierten Sensor erzielt werden kann. Zum Beispiel kann bzw. können die Steuervorrichtung 101 und/oder die Ermittlungsvorrichtung 102 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Mikrocontrollereinheit bzw. in einem Mikrocontroller (MCU; Micro Controller Unit) für dem PMSM implementiert werden, um eine kostengünstige, kleinformatige und exakte Resolverkalibrierung zu verwirklichen. Darüber hinaus können sogar für diejenigen Resolver, die bereits installiert worden sind und bereits verwendet werden, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenfalls leicht implementiert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers eines PMSM in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben werden. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900, das von der Steuervorrichtung 101, wie sie oben beschrieben ist, ausgeführt wird. Beim Schritt S901 wird ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor erzeugt. Insbesondere kann das Erzeugen des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors zum Beispiel das Berechnen der PWM, wie etwa der SVPWM, für den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor umfassen. In einer solchen Ausführungsform geht das Verfahren 900 weiter zu einem optionalen Schritt S902, in dem die Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der PWM verbessert wird. Zum Beispiel kann die Verbesserung der Vektorzerlegung bzw. Vektorauflösung durch wenigstens einen der folgenden Schritte bewirkt werden: Erhöhen der Schaltfrequenz der PWM-Schaltvorrichtung und Erhöhen der effektiven Modulationsfrequenz des PWM-Trägers. Insbesondere kann die effektive Modulationsfrequenz zum Beispiel durch das Zusammenfassen von benachbarten symmetrischen PWM-Zyklen durch eine zeitliche Verschiebung erhöht werden.
Als nächstes werden in einem optionalen Schritt S903 der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor und der Referenzspannungsvektor während der PWM-Berechnung zusammengefasst. Insbesondere dann, wenn der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor eine vorab definierte feste Amplitude und eine vorab definierte feste Rotationsfrequenz hat, kann das Tastverhältnis des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors durch das Zugreifen auf die Nachschlagetabelle während des Zusammenfassens bestimmt werden, wobei die Nachschlagetabelle vorab berechnete Tastverhältnisse des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors bei verschiedenen Winkeln speichert. Das Verfahren 900 geht dann weiter zu Schritt S904, in dem der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor in einen Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu veranlassen, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt. Wie oben beschrieben worden ist, wird der erzeugte Phasenstrom für die Kalibrierung des Resolvers verwendet.
10 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000, das von der Ermittlungsvorrichtung 102 implementiert wird, wie sie oben beschrieben ist. Bei dem optionalen Schritt S1001 wird die Rotorpositionsbestimmung für den Permanentmagnet-Synchronmotor vor dem Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors durchgeführt, um einen Bereich des Resolverversatzes ungefähr zu schätzen. Als nächstes wird beim Schritt S1002 in Reaktion darauf, dass der rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, ein Referenzpunkt ermittelt, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt worden ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ermittlung des Phasenstroms direkt durchgeführt werden. Alternativ dazu kann die Ermittlung des Phasenstroms das Durchführen einer Hochpassfilterung bei dem Phasenstrom, das Extrahieren einer Niederfrequenzkomponente eines hochpassgefilterten Phasenstroms und das Ermitteln des Referenzpunkts auf der Grundlage der Niederfrequenzkomponente des Phasenstroms umfassen. In einigen optionalen Ausführungsformen kann der Phasenstrom einer Versatzkalibrierung und/oder einer Verzögerungskompensation unterzogen werden. Das Verfahren 1000 geht dann weiter zum Schritt S1003, um die Resolverposition zu erfassen, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird. Wie oben erörtert worden ist, kann in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Referenzpunkt der Nulldurchgangspunkt in der Wellenform des Phasenstroms sein. Dann wird beim Schritt S1004 ein Versatz zwischen der erfassten Resolverposition und der Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für die Kalibrierung des Resolvers bestimmt.
Es sollte angemerkt werden, dass in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Verfahren 900 und das Verfahren 1000 einmal oder mehrere Male periodisch oder in Reaktion auf Benutzerhinweise durchgeführt werden können. Auf diese Weise ist es zusätzlich zu der Kalibrierung des Resolvers, bevor der PMSM arbeitet, möglich festzustellen, ob der Resolver während des Betriebs des PMSM normal funktioniert.
Die vorliegende Erfindung kann oben unter Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden sein. Wie oben erwähnt worden ist, kann bzw. können die Vorrichtung und/oder die Funktion, die durch jeden Block in den Blockdiagrammen und den Ablaufdiagrammen repräsentiert ist bzw. sind, durch Hardware, zum Beispiel eine integrierte Schaltung (IC; Integrated Circuit), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; Application Specific Integrated Circuit), eine allgemeine integrierte Schaltung und eine feldprogrammierbare Gatter-Anordnung (FPGA; Field Programmable Gate Array) und so weiter, implementiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können einige oder alle der Funktionen durch einen Computerprogrammcode implementiert werden. Zum Beispiel weisen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt auf, das greifbar auf einem dauerhaften computerlesbaren Medium gespeichert ist und eine maschinenlesbare Anweisung aufweist, die dann, wenn sie ausgeführt wird, die Maschine in die Lage versetzt, die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens 900 und/oder Verfahrens 1000 durchzuführen. In diesem Aspekt kann das Computerprogrammprodukt durch eine oder mehrere Programmentwurfssprachen oder eine Kombination davon erfüllt werden. Darüber hinaus können die Funktionen, die in den Blöcken repräsentiert sind, auch in einer Reihenfolge stattfinden, die sich von derjenigen, die in den Figuren gezeigt ist, unterscheidet. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in einer umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der Funktionalität, die damit verbunden ist.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Zwecke der Veranschaulichung präsentiert worden, aber es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend sind oder dass sie auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Viele Modifikationen und Variationen werden den Durchschnittsfachleuen auf dem Gebiet offensichtlich sein, ohne dass von dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken der beschriebenen Ausführungsformen abgewichen wird. Die hier verwendete Terminologie wurde ausgewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber Technologien, die auf dem Markt zu finden sind, am besten zu erläutern oder um es anderen von durchschnittlichen Fertigkeiten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die hier offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors; und Injizieren des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors in den Permanentmagnet-Synchronmotor, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erzeugte rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor einer Pulsweitenmodulation unterzogen wird, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: Verbessern einer Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der Pulsweitenmodulation.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verbessern der Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors wenigstens einen von den folgenden Schritten umfasst: Erhöhen einer Schaltfrequenz einer Schaltvorrichtung für die Pulsweitenmodulation; und Erhöhen einer effektiven Modulationsfrequenz eines Trägers für die Pulsweitenmodulation.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erhöhen der effektiven Modulationsfrequenz des Trägers für die Pulsweitenmodulation den folgenden Schritt umfasst: Zusammenschieben von leitenden Zeiträumen in der Pulsweitenmodulation innerhalb benachbarter Trägerzyklen.
Verfahren zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, das Ermitteln eines Referenzpunkts, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird; Erfassen einer Position des Resolvers, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und Bestimmen eines Versatzes zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für das Kalibrieren des Resolvers.
Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Spannungserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor zu erzeugen; und eine Spannungsinjiziereinheit, die dafür konfiguriert ist, den rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor zu injizieren, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, um zu bewirken, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor einen Phasenstrom erzeugt, wobei der Phasenstrom zur Verwendung bei der Kalibrierung des Resolvers vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erzeugte rotierende Hochfrequenz-Spannungsvektor einer Pulsweitenmodulation unterzogen wird, wobei die Vorrichtung des Weiteren Folgendes aufweist: eine Zerlegungsverbesserungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Zerlegung des rotierenden Hochfrequenz-Spannungsvektors während der Pulsweitenmodulation zu verbessern.
Vorrichtung zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, die Folgendes aufweist: eine Stromermittlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass ein rotierender Hochfrequenz-Spannungsvektor in den Permanentmagnet-Synchronmotor injiziert wird, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft, einen Referenzpunkt zu ermitteln, der mit einem Phasenstrom verknüpft ist, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor erzeugt wird; eine Positionserfassungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Position des Resolvers zu erfassen, wenn der Referenzpunkt ermittelt wird; und eine Versatzbestimmungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Versatz zwischen der erfassten Position des Resolvers und einer Rotorposition des Permanentmagnet-Synchronmotors, die dem Referenzpunkt entspricht, für die Kalibrierung des Resolvers zu bestimmen.
System zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, wobei das System Folgendes aufweist: die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7; und die Vorrichtung nach Anspruch 8.
Computerprogrammprodukt zur Verwendung bei der Kalibrierung eines Resolvers, der mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor verknüpft ist, wobei das Computerprogrammprodukt greifbar auf einem dauerhaften computerlesbaren Medium gespeichert ist und von einer Maschine ausführbare Anweisungen aufweist, die dann, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Maschine Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5 durchführt.