DE102019127704A1 - Strommodus-steuerung unter verwendung einer anlageninversionsentkopplung in elektrischen servolenkungssystemen - Google Patents

Abstract

Ein System beinhaltet ein erstes Modul, das: den Ausgangsstrom von dem Elektromotor als Rückkopplung empfängt, wobei der Ausgangsstrom eine Gleichachsen-Komponente und eine Quadraturachsen-Komponente beinhaltet; und einen ersten Spannungsbefehl basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems erzeugt. Das System beinhaltet: ein zweites Modul, das: eine Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom empfängt; und einen zweiten Spannungsbefehl basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, erzeugt. Das System beinhaltet ein Additionsmodul, das durch Addieren des ersten und zweiten Spannungsbefehls einen Eingangsspannungsbefehl für den Elektromotor erzeugt.

Description

• HINTERGRUND
• Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein eine Strommodus-Steuerung unter Verwendung einer Anlageninversionsentkopplung in elektrischen Servolenkungssystemen (EPS).
• Das Ausgangsdrehmoment eines PMSM (ein Motor mit entweder oberflächenmontierten Permanentmagneten (SPM) oder mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM)) kann durch einen Spannungsbefehl und einen Phasenvorschubwinkel bestimmt werden. Ein spezielles Ausgangsdrehmoment des PMSM wird bestimmt, indem zuerst ein bestimmter Referenzstrom auf der Quadraturachse (auch q-Achse genannt) und ein Referenzstrom auf der Direktachse (auch d-Achse genannt) ausgewählt werden und dann der Spannungsbefehl und der Phasenvorschubwinkel basierend auf dem gewählten Quadraturachsen-Referenzstrom und dem Direktachsen-Referenzstrom bestimmt werden.
• EPS-Systeme verwenden einen Elektromotor (z.B. PMSM) zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung. Bei der Nutzung eines PMSM wird eine feldorientierte Regelung (Field Oriented Control, FOC) verwendet, die es ermöglicht, dass mehrphasige (z.B. dreiphasige) Wechselstrom-Motorspannungs- und Motorstromsignale in einen synchron rotierenden Bezugsrahmen umgewandelt werden, der allgemein als d-Achsen/q-Achsen-Bezugsrahmen bezeichnet wird, wobei die Motorspannungen und -ströme zu Gleichstrom-Größen (DC-Größen) werden. Die FOC-Drehmomentregelungstechnik wird entweder mit Vorsteuerungs-Steuerverfahren oder einer Stromrückkopplungsregelung im geschlossenen Regelkreis oder einer Kombination daraus realisiert.
• Die Anwendung der Stromregelung von PMSM im geschlossenen Regelkreis auf EPS-Systeme stellt einzigartige und anspruchsvolle Anforderungen, die außerhalb der Fähigkeit des Steuerungssystems liegen, den gewünschten Hilfsmomentbefehl (d.h. Motordrehmomentbefehl) nachzuführen. Viele dieser Anforderungen sind mit einem Gleichgewicht des Drehmomentansprechverhaltens, der Störeigenschaften des Motoreingangs, der Rauschübertragungseigenschaften von Strommessungen und der Robustheit gegenüber der Genauigkeit der Schätzungen der geschätzten Elektromotorparameter verbunden. Eine konsistente Leistung über den gesamten Betriebsbereich des Steuerungssystems ist erwünscht, der den Betrieb über den gesamten Drehzahlbereich des Motors und den Betrieb nahe der Versorgungsspannungsgrenze umfasst. Im Gegensatz zu Hochspannungs-Leistungsanwendungen, die PMSMs verwenden, ist die von einem Fahrzeug für das Steuerungssystem verfügbare Versorgungsspannung begrenzt, und der in diesen Anwendungen verwendete Motor wird typischerweise so effizient wie möglich dimensioniert, um den stationären Energiebedarf zu liefern. Dies erfordert, dass die Stromregelung stabil und vorhersehbar arbeitet, da die dem Steuerungssystem zur Verfügung stehende transiente Spannung in der Nähe des Spitzenleistungspunktes des PMSM-Betriebs kleiner wird. Daher sollte das Steuerungssystem so konfiguriert werden, dass es wie gewünscht funktioniert und gleichzeitig relativ kleine Motorspannungs-Befehlstransienten benötigt.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Motorsteuerungssystem, das einen Ausgangsstrom aus einer Eingangsspannung erzeugt, ein erstes Modul, ein zweites Modul und ein Additionsmodul. Das erste Modul ist konfiguriert, um: den Ausgangsstrom von dem Elektromotor als Rückkopplung zu empfangen, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet; und um einen ersten Spannungsbefehl basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems zu erzeugen. Das zweite Modul ist konfiguriert, um: eine Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom zu empfangen; und um einen zweiten Spannungsbefehl basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsenkomponente des Ausgangsstroms zu erzeugen, die von der Antwort der q-Achsenkomponente entkoppelt ist, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist. Das Additionsmodul ist konfiguriert, um einen Eingangsspannungsbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, indem es den ersten Spannungsbefehl und den zweiten Spannungsbefehl addiert.
• Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Lenksystem einen Elektromotor und ein Motorsteuerungssystem. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet ein erstes Modul, ein zweites Modul und ein Additionsmodul. Das erste Modul ist konfiguriert, um: den Ausgangsstrom von dem Elektromotor als Rückkopplung zu empfangen, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet; und um einen ersten Spannungsbefehl basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems zu erzeugen. Das zweite Modul ist konfiguriert, um: eine Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom zu empfangen; und einen zweiten Spannungsbefehl basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms zu erzeugen, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist. Das Additionsmodul ist konfiguriert, um einen Eingangsspannungsbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, indem es den ersten Spannungsbefehl und den zweiten Spannungsbefehl addiert.
• Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren, das einen Ausgangsstrom aus einer Eingangsspannung erzeugt, das Empfangen des Ausgangsstroms von dem Elektromotor als Rückkopplung durch ein erstes Modul, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erzeugen eines ersten Spannungsbefehls durch das erste Modul, basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems. Das Verfahren beinhaltet ferner das Empfangen einer Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom durch das zweite Modul. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erzeugen eines zweiten Spannungsbefehls durch das zweite Modul, basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erzeugen eines Eingangsspannungsbefehls für den Elektromotor durch ein Additionsmodul, indem der erste Spannungsbefehl und der zweite Spannungsbefehl addiert werden.
• Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich.
• Figurenliste
• Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird speziell offengelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Das Vorstehende und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen, in denen:
• 1A eine Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems ist, die zur Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist,
• 1B eine exemplarische schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems gemäß exemplarischen Ausführungsformen ist;
• 2A und 2B Topologien von Steuerungssystemen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen;
• 3 die Topologie des Steuerungssystems von 2B gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in größerem Detail darstellt;
• 4 ein Blockdiagramm eines Motors (Anlagenmodell) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 5 ein Blockdiagramm einer IIDC-Architektur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
• 6 ein Blockdiagramm einer IIDC-Architektur für die Antwort einer Übertragungsfunktion zweiter oder höherer Ordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt; und
• 7 ein Blockdiagramm einer IIDC-Architektur für die Antwort einer Übertragungsfunktion verschiedener Ordnungen sowohl in dem q-Achsenkreis als auch in dem d-Achsenkreis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Details zu bestimmten Komponenten anzuzeigen. Spezielle strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart werden, sind daher nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung unterschiedlich angewendet werden kann.
• Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe Modul und Teilmodul auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie zu erkennen ist, können die nachfolgend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
• Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1A eine Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das zur Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangensystem und beinhaltet eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (auch nicht dargestellt) unter einem Getriebegehäuse 52. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z.B. ein Handrad und dergleichen) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29, und die untere Lenkwelle 51, die über ein Kreuzgelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die die Spurstangen 38 (nur eine ist dargestellt) bewegt, die wiederum die Lenkungsachsschenkel 39 (nur einer ist dargestellt) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist dargestellt) drehen bzw. einschlagen.
• Die Unterstützung durch die elektrische Servolenkung wird durch die im Allgemeinen mit Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt und beinhaltet die Steuerung 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein könnte und im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Die Steuerung 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über eine Leitung 12 mit Strom versorgt. Die Steuerung 16 empfängt ein für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentatives Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14 von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Ein Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor mit optischer Codierung, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Typ von Positionssensor sein kann, und der Steuerung 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Drehzahlmesser oder einer anderen Vorrichtung gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an die Steuerung 16 übertragen werden. Eine Motordrehzahl mit der Bezeichnung ω_m, kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. So kann beispielsweise die Motordrehzahl ω_m berechnet werden als die Änderung der Motorposition θ, gemessen von einem Positionssensor 32 über ein vorgegebenes Zeitintervall. So kann beispielsweise die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als die Geschwindigkeit der Positionsänderung in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Methoden gibt, um die Funktion einer Ableitung auszuführen.
• Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht dargestellt) und einen variablen Widerstandssensor (auch nicht dargestellt) beinhalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an die Steuerung 16 in Abhängigkeit von der Verdrehung des Torsionsstabes ausgibt. Obwohl es sich hierbei um eine Art von Drehmomentsensor handelt, genügt jede andere geeignete Drehmomentsensorvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird. Als Antwort auf die verschiedenen Eingaben sendet die Steuerung einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 die Drehmomentunterstützung für das Lenksystem bereitstellt und die Fahrzeuglenkung unterstützt.
• Es ist zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen zwar mit Bezugnahme auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, es jedoch festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur veranschaulichend sind und die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Bezüge und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Es sei auch darauf hingewiesen, dass hierin auf elektrische Maschinen Bezug genommen wird, die ohne Einschränkung Motoren umfassen, wobei im Folgenden aus Gründen der Kürze und Einfachheit ohne Einschränkung nur auf Motoren Bezug genommen wird.
• In dem dargestellten Steuerungssystem 24 verwendet die Steuerung 16 das Drehmoment, die Position, die Drehzahl und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Die Steuerung 16 ist in Verbindung mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Die Steuerung 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt daraufhin ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale bereit, in diesem Fall beispielsweise an den Motor 19. Die Steuerung 16 ist konfiguriert, um die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Umrichter (nicht dargestellt) heraus zu entwickeln, der optional in die Steuerung 16 integriert sein kann und hierin als Steuerung 16 bezeichnet wird, so dass beim Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet die Steuerung 24 in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet die Steuerung 24 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da sich diese Spannungen auf die Position und Drehzahl des Motors 19 und das gewünschte Drehmoment beziehen, werden die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition basierend auf optischer Erkennung, Magnetfeldänderungen oder anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren umfassen Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorgenannten umfassen. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
• Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere exemplarische Ausführungsformen beinhalten einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, die auf eine nachgiebige Drehstab-, T-Stab-, Feder- oder ähnliche Vorrichtung (nicht dargestellt) reagieren können, die konfiguriert ist, um eine Antwort bereitzustellen, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
• In einem oder mehreren Beispielen sind ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19 angeordnet. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 konfiguriert, um die Temperatur des Sensorabschnitts des Motors 19 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 sendet ein Temperatursignal 25 an die Steuerung 16, um die hierin beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren beinhalten Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Platzierung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur liefern.
• Das Positionssignal 20, das Geschwindigkeitssignal 21 und unter anderem ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden an die Steuerung 16 angelegt. Die Steuerung 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was dazu führt, dass ein Rotorpositionswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hierin beschriebenen Algorithmen zur Verfügung steht. Messsignale, wie die oben genannten, werden ebenfalls im Allgemeinen linearisiert, kompensiert und nach Belieben gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu beseitigen. So können beispielsweise die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu erreichen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitabhängige Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
• Um die vorgeschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die Berechnungen dafür durchzuführen (z.B. die Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen), kann die Steuerung 16 ohne Einschränkung einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP(s), Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n), Ein-/Ausgabesignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einer der vorgenannten Komponenten beinhalten. So kann beispielsweise die Steuerung 16 eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuerung 16 und bestimmte Prozesse darin werden zu einem späteren Zeitpunkt hierin ausführlich erläutert.
• 1B veranschaulicht ein Motorsteuerungssystem 100 gemäß einem Aspekt der Erfindung. In den dargestellten exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet das Motorsteuerungssystem 100 einen Motor 19, einen Umrichter 122, eine Versorgungsspannung 124 und ein Steuermodul 130 (auch als Steuerung bezeichnet). Die Spannungsversorgung 124 liefert eine Versorgungsspannung V_B zum Motor 19. In einigen Ausführungsformen ist die Spannungsversorgung 124 eine Batterie. Es ist jedoch zu verstehen, dass auch andere Arten von Spannungsversorgungen verwendet werden können. Der Umrichter 122 ist über eine Vielzahl von Verbindungen 132 (z.B. drei Stecker) mit dem Motor 19 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der Motor 19 ein mehrphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM). In diesem Beispiel ist der Motor 19 ein dreiphasiger PMSM. Das Steuermodul 130 ist über den Umrichter 122 mit dem Motor 19 verbunden. Das Steuermodul 130 empfängt einen Motordrehmomentbefehl T*, der der Ausgang eines anderen Systems, wie beispielsweise des elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, sein kann. Das Steuermodul 130 beinhaltet eine Steuerlogik zum Senden einer Motorspannung V an den Motor 19 durch den Umrichter 122. Unter Bezugnahme nun auf 1B wird der Motor 19 so betrieben, dass eine Phase des Motorspannungsbefehls V in Bezug auf eine Phase einer entwickelten GEMK-Spannung (gegenelektromotorische Kraft) E des Motors 19 verschoben wird. In einigen Ausführungsformen wird ein Geber (nicht dargestellt) zum Messen einer Winkelposition 0 eines Rotors des Motors 19 verwendet (d.h. der mechanischen Position des Rotors). Die Winkelposition 0 des Motors 19 wird in die elektrische Position θ_e umgewandelt und wird dann zum Bestimmen der Eingangsphasenspannungen verwendet. Der Motor 19 dreht sich sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn und erzeugt während des Betriebs ein Drehmoment sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn.
• Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PMSMs), wie der Motor 19 von 1A und 1B, sind für elektrische Antriebsanwendungen aufgrund ihrer Vorteile wie hohe Leistungsdichte, einfache Steuerbarkeit und verbesserte Zuverlässigkeit allgegenwärtig. Eine gängige Regelungstechnik für PMSMs ist die Vektorregelung, bei der alle Wechselstromsignale über eine Bezugsrahmentransformation in Gleichstromsignale umgewandelt werden. Das Steuerungssystem wird dann im synchron rotierenden oder d/q-Bezugssystem implementiert.
• Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Technik bereitgestellt, die als Plant Inversion Decoupling Current Control (PIDCC) bezeichnet wird, um die Robustheit eines EPS-Systems gegenüber Störungen, Parameterungenauigkeiten und unvollkommener Entkopplung zu verbessern. PIDCC verwendet eine Vorwärtspfadsteuerung C(s), um die Entkopplung der Regelkreise der d- und q-Achse durchzuführen, während ein Rückkopplungskompensator H zur Verbesserung der Anlagendynamik implementiert ist. Die spezielle Nutzung von zwei Steuerungen (d.h. der Vorwärtspfadsteuerung und des Rückkopplungskompensators) führt zu einem Gesamtsystem, das die oben genannten gewünschten Eigenschaften aufweist.
• In einer Ausführungsform ist die Vorwärtspfadsteuerung C(s) in parallele Regler unterteilt, die einen Proportionalregler C_P und einen integrierenden Regler C_I beinhalten. Nach der Aufteilung von C(s) sind die Kompensatoren C_P und C_I keine Funktionen von „s“. Das integrierende Modul 1/s ist der einzige Block der aufgeteilten Steuerung C(s), der „s“ enthält. Bei dieser Ausführungsform wird die Entkopplung durch den integrierenden Regler C_I durchgeführt, und in beiden Regelkreisen wird eine Antwort eines Regelkreises erster Ordnung mit einer wählbaren Grenzfrequenz erreicht. Übertragungsfunktionen höherer Ordnung für beide Kreise können auch durch die Verwendung einer anderen Struktur für die Vorwärtspfadsteuerung C(s) erreicht werden. Die Elemente der Vorwärtspfadsteuerung C(s) für die PIDCC-Technik können Funktionen der Motordrehzahl, von Maschinenparametern und der gewünschten Grenzfrequenzen des geschlossenen Regelkreises sein, wodurch die Kalibrierung und Abstimmung des Steuerungssystems stark vereinfacht wird, während eine konsistente Antwort der Drehmomentregelung über den gesamten Betriebsbereich des Elektromotors gewährleistet ist. Darüber hinaus stellt dies eine Konfiguration des Steuerungssystems bereit, um mehrere anspruchsvolle Designziele auszugleichen.
• 2A und 2B stellen die Topologien 200, 201 des Steuerungssystems dar. 2A stellt die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 als Einzelregler dar, während 2B den Proportionalregler C_P 212 und den integrierenden Regler C_I 214 als Parallelregler anstelle der Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 darstellt.
• Ein Stromreferenzvektor I_R, der als 2x1-Vektor bestehend aus einer d-Achsen-Komponente und einer q-Achsen-Komponente definiert ist, wird mit einem Rückkopplungssignal 210 kombiniert, das einen gemessenen Motorstromvektor I_M darstellt. Das kombinierte Signal I_E wird in die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 (in 2A) oder in den Proportionalregler C_P(s) 212 und den integrierenden Regler C_I(s) 214 (in 2B) eingespeist, um einen Spannungsbefehl zu erzeugen. In 2A ist der Spannungsbefehl ein Spannungsbefehl V_C von der Vorwärtspfadsteuerung C(s), während in 2B der Spannungsbefehl V_C eine Kombination aus einem proportionalen Spannungsbefehl V_P und einem integralen Spannungsbefehl V_I ist, die von dem Proportionalregler C_P 212 bzw. dem integrierenden Regler C_I 214 erzeugt werden. Es ist zu beachten, dass ein integrierendes Modul 216 in Verbindung mit dem integrierenden Regler C_I 214 zur Integration des kombinierten Signals I_E verwendet werden kann. Es ist zu beachten, dass I_R, I_M, I_E, V_P, V_I und V_C jeweils eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente aufweisen. Außerdem stellen I_R, I_M, I_E, V_P, V_I und V_C Vektoren und keine Einzelwerte dar.
• Der Spannungsbefehl V_C wird mit einer Spannung V_F von einer Vorsteuerungs-Kompensationsmatrix 204 der elektromotorischen Kraft (GEMK) kombiniert. Die Vorsteuerungs-GEMK-Kompensationsmatrix 204 dient zur Kompensation der (im Vergleich zur Stromregelkreisdynamik) langsamen Dynamik der Spannung der gegenelektromotorischen Kraft des Motors. Der Spannungsbefehl V_C wird auch mit einem Spannungsbefehl V_H von einem Rückkopplungskompensator H(s) 206 kombiniert. Zusammen wird die Kombination aus dem Spannungsbefehl V_C, der Spannung V_F und dem Spannungsbefehl V_H als Spannungsbefehlsvektor V_R bezeichnet, der auch als 2x1-Vektor definiert ist, der aus einer d-Achsen-Komponente und einer q-Achsen-Komponente besteht. Der Spannungsbefehlsvektor V_R wird mit einer externen Störspannung V_dist kombiniert, die eine d-Achsen-Komponente und eine q-Achsen-Komponente aufweist, um eine Spannung V_M zu erzeugen, die in eine Anlagenübertragungsmatrix P(s) 208 eingespeist wird. Die „V“-Terme weisen eine „V_d“- und eine „V_q“-Komponente, nicht aber „I_d“ und „I_q“ auf. V_F wird in V_Fd und V_Fq aufgeteilt, während I_M in I_Md und I_Mq usw. aufgeteilt wird. Es ist zu beachten, dass die Anlagenübertragungsmatrix P(s) im Gegensatz zu C_P und C_I keine „s“-Terme enthält.
• Die Anlagenübertragungsmatrix P(s) 208 gibt einen entwickelten Motorstromvektor I_P aus, der mit einem externen Störstrom I_dist (mit einer d-Achsen-Komponente und einer q-Achsen-Komponente) kombiniert wird, um einen Strom I_A zu erzeugen. Der Strom I_A wird mit einem externen Störstrom I_noise (ebenfalls mit einer d-Achsen-Komponente und einer q-Achsen-Komponente) kombiniert, um den gemessenen Motorstromvektor I_M zu erzeugen. Der gemessene Motorstromvektor I_M kann in den Rückkopplungskompensator H 206 und als Rückkopplungssignal 210 eingespeist werden.
• 3 stellt die Topologie des Steuerungssystems 201 von 2B entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter dar. Es ist zu beachten, dass die Anlagenmatrix P(s) 208 als Inversion dargestellt wird, um darzustellen, wie sich die Elemente des Rückkopplungskompensators H 206 auf die Dynamik der „effektiven Anlage“ auswirken.
• Traditionelle Ansätze zur Strommodus-Steuerung haben eine Entkopplungssteuerung mit direkter Inversion oder eine Entkopplungssteuerung mit verbesserter Rückkopplung genutzt. Die Entkopplungssteuerung mit direkter Inversion verwendet C_I zur Entkopplung der Anlage und verwendet H nicht. Die Entkopplungssteuerung mit verbesserter Rückkopplung verwendet H zur Entkopplung der Anlage und zur Verbesserung der Anlagendynamik, während sie C(s) verwendet, um die Übertragungsfunktion mit geschlossenem Regelkreis mit gewünschter Ordnung für die beiden Regelkreise zu erhalten. Im Gegensatz zu diesen traditionellen Ansätzen verwenden die vorliegenden Techniken eine Anlageninversionsentkopplung für die Strommodus-Steuerung.
• Die folgenden Gleichungen, die im Koordinatenrahmen der d/q-Achse definiert sind, beschreiben die Anlagenübertragungsfunktion F (mit Hilfe von Leitung-zu-Neutral-Definitionen): $$V_d=L_d\frac{dI}{dt}+R{I}_d+\frac{N_p}{2}{\omega }_m{L}_q{I}_q$$

  

  $$V_q=L_q\frac{d{I}_q}{dt}+R{I}_q-\frac{N_p}{2}{\omega }_m{L}_d{I}_d+K_e{\omega }_m$$

  

  $$T_e=\frac{3}{2}{K}_e{I}_q+\frac{3}{4}{N}_p\left(L_q-L_d\right)I_d{I}_q$$

  

  wobei V_d, V_q die d/q-Motorspannungen (in Volt) sind; I_d, I_q die d/q-Motorströme (in Ampere) sind; L_d, L_q die d/q-Achsen-Motorinduktivitäten (in Henry) sind; R der Motorstromwiderstand (Motor plus Steuerung) (in Ohm) ist; K_e der Motor-GEMK-Koeffizient (in Volt/rad/s) ist; ω_m die mechanische Motordrehzahl (in rad/s) ist; und T_e das elektromagnetische Motordrehmoment (in Nm) ist. Es ist zu beachten, dass die Drehmomentgleichung nichtlinear ist und eine Summe des Drehmoments, das durch die Nutzung des Magnetfeldes der Permanentmagnete entwickelt wurde, und des Reluktanzmoments darstellt, das durch die Ausprägung des Rotors (Differenz zwischen L_q und L_d) und die richtige Wahl von I_q und I_d erzeugt wird.
• Die Motorparameter variieren während des Normalbetriebs erheblich, potenziell über 100% Variation bei R, 5-20% Variation bei den Induktivitäten L_d, L_q und 15-20% Variation bei K_e. R variiert mit Aufbau und Temperatur, L_d, L_q variieren aufgrund der Sättigung (d.h. als Funktion von I_d, I_q), und K_e variiert aufgrund der Sättigung (als Funktion von I_q) und der Temperatur. Dementsprechend können die obigen Gleichungen wie folgt umgeschrieben werden: $$V_d=L_d{I}_d^{.}+R{I}_d+{\omega }_e{L}_q{I}_q$$

  

  $$V_q^{\text{'}}=V_q-K_e{\omega }_m=L_q{I}_q^{.}+R{I}_q-{\omega }_e{L}_d{I}_d$$

  
• In diesen umgeschriebenen Gleichungen ist ${\mathrm{\omega }}_{\text{e}}=\frac{{\text{N}}_{\text{P}}}{2}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}$

  

  die elektrische Drehzahl der Maschine. Um die Standardtechniken der Konstruktion der Regelung mit linearen Rückkopplung anzuwenden, wird davon ausgegangen, dass die Maschinendrehzahl ein sich langsam verändernder Parameter ist. Darüber hinaus kann aufgrund der relativ langsamen Flussdynamik der quasistatische GEMK-Term K_e ω_m als im Wesentlichen konstant angesehen werden, was als Störung im Vorwärtspfad kompensiert wird. Diese beiden Annahmen ermöglichen die Linearisierung dieser beiden Gleichungen für eine feste Drehzahl. Es ist zu beachten, dass der Apostroph in dem Term ${\text{V}}_{\text{q}}^{\text{'}}$

  

  nachstehend entfällt.
• Die beiden vorherigen Gleichungen können mit Hilfe der s-Domänen-Darstellung wie folgt kompakt umgeschrieben werden: $$U=P_i\left(s\right)X$$

  

  $$\left[\begin{array}{c}{V}_d\\ V_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_{d}s+R& {\omega }_e{L}_q\\ -{\omega }_e{L}_d& L_{q}s+R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_d\\ I_q\end{array}\right]$$

  
• Es ist zu beachten, dass diese Beschreibung Anlagenausgänge in Eingänge über die komplexe Frequenzübertragungsmatrix P_i(s) übersetzt und somit die Inversion der echten Anlagenübertragungsmatrix (d.h. der Anlagenmatrix P(s) 208) ist, wie im Detail bei Block 208 von 3 dargestellt ist. Die eigentliche Anlagenübertragungsmatrix P(s), die Anlageneingänge in Ausgänge umwandelt und gleich der Umkehrung von P_i(s) ist, kann wie folgt beschrieben werden: $$X=P\left(s\right)U$$

  

  $$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{I}_d\\ I_q\end{array}\right]=\frac{1}{L_d{L}_q{s}^2+R\left(L_d+L_q\right)s+R^2+{\omega }_e^2{L}_d{L}_q}\left[\begin{array}{cc}{L}_{q}s+R& -{\omega }_e{L}_q\\ {\omega }_e{L}_d& L_{d}s+R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_d\\ V_q\end{array}\right]\\ =\frac{1}{\mathrm{\Delta }\left(s\right)}\left[\begin{array}{cc}{L}_{q}s+R& -{\omega }_e{L}_q\\ {\omega }_e{L}_d& L_{d}s+R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_d\\ V_q\end{array}\right]\end{array}$$

  
• Es ist zu beachten, dass V_q in der obigen Gleichung tatsächlich V_q = V_q - K_eω_m ist. Dementsprechend ist das Blockdiagramm der Anlage 400 in 4 dargestellt. Diese Ausführungsform verwendet die Übertragungsmatrixbeschreibung des Systems, da sie es zusätzlich zum Erreichen der Entkopplung ermöglicht, klassische Techniken zur individuellen Analyse beider Kreise einzusetzen. Obwohl es in keiner der Figuren dargestellt ist, kann das Steuerungssystem 200 eine Zeitverzögerungskomponente zwischen dem Spannungsausgang V_R der Steuerung und dem tatsächlichen Spannungseingang zum Motor V_M beinhalten.
• Die Systemausgangsantwort in Bezug auf die Referenzeingänge und Störungen, die die Übertragungsmatrix mit geschlossenem Regelkreis des Systems ist, kann wie folgt ermittelt werden: $$I_A=B{P}_{e}C{I}_R+B{P}_e{V}_{dist}+B{P}_e{P}^{-1}{I}_{dist}+B{P}_e\left(H-C\right)I_{noise}$$

  

  $$B={\left(I+P_{e}C\right)}^{-1}$$

  

  $$I_A=T{I}_R+T_{Di}{V}_{dist}+T_{Do}{I}_{dist}+T_{Dn}{I}_{noise}$$

  
• Wie dargestellt, sind diese Gleichungen mit Hilfe der effektiven Anlagenmatrix geschrieben, die definiert ist als P_e = (P^-1 - H)^-1. Es ist festzustellen, dass die effektive Anlage als die effektive Übertragungsmatrix von V_C nach I_M definiert werden kann, wenn keine Störungen vorliegen. Mit anderen Worten, die effektive Anlage P_e ist die resultierende Anlage, wie sie von der Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 beobachtet wird.
• Es ist festzustellen, dass die Übertragungsmatrizen, die Systemantworten auf verschiedene Störungen beinhalten, nicht direkt für die Auslegung des Steuerungssystems verwendet werden. Diese Übertragungsmatrizen sind jedoch hilfreich bei der Durchführung von Robustheits- und Empfindlichkeitsanalysen der verschiedenen Steuerungssystemkonfigurationen gegenüber Störungen. Somit werden die folgenden Ableitungen mit auf Null gesetzten Störungen durchgeführt, und die Systemausgabe kann wie folgt beschrieben werden: $$I_A+I_M={\left(I+P_{e}C\right)}^{-1}{P}_{e}C{I}_R$$

  
• Die Übertragungsmatrix L mit offenem Regelkreis, die den Schleppfehler I_E zu den Systemausgaben I_A = I_M in Beziehung setzt, kann wie folgt erhalten werden: $$I_A=P_{e}C{I}_e=L{I}_E$$

  
• Weiterhin ist der Spannungsbefehl bei Abwesenheit von Störungen V_r= V_m. Es ist festzustellen, dass die Übertragungsmatrizen mit geschlossenem und offenem Regelkreis wie folgt zusammenhängen: T = (I + L)^-1L. Die Übertragungsmatrix mit offenem Regelkreis kann daher wie folgt beschrieben werden: $$L=P_{e}C$$

  
• Unter Bezugnahme auf 2A, 2B und 3 wird bei der Auslegung des Stromreglers zur Anlageninversionsentkopplung der integrierende Regler C_I 214 im Ausgangs-Vorwärtspfad zum Entkoppeln der Anlage verwendet, und der Rückkopplungskompensator H 206 zur Verbesserung der Anlagendynamik. Es gibt zwei Aspekte der Anlageninversionsentkopplung. Erstens sind die außerhalb der Diagonale angeordneten Elemente des integrierenden Reglers C_I 214 konfiguriert, um die Kopplungsterme in den Anlagengleichungen aufzuheben. Dies ermöglicht Änderungen in V_q, um I₄ zu steuern, ohne I_d zu beeinflussen, und Änderungen in V_d, um I_d zu steuern, ohne I_q zu beeinflussen.
• Zweitens sind die in der Diagonale angeordneten Elemente des integrierenden Reglers C_I 214 konfiguriert, um den virtuellen Widerstand für die Anlage so zu modifizieren, dass der „Effektivwiderstand“ der Anlage zunimmt. Der virtuelle Widerstand hilft bei der Beseitigung der unerwünschten Eigenschaften der direkten inversen Entkopplung, die Resonanzen in der Nähe der Betriebsgeschwindigkeit der Anlage, Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des Motorschaltkreiswiderstands (d.h. Probleme mit der Parameterschätzgenauigkeit bei der Motorschaltkreiswiderstandsschätzung) sowie andere Parameterschätzungen umfassen, und verbessert die Robustheit gegenüber Störungen am Anlageneingang sowie unvollständiger Entkopplung. Die Konfiguration der Werte dieser Elemente wird sorgfältig durchgeführt, um einen ausgewogenen Kompromiss zwischen den gewünschten Eigenschaften der Anlagenübertragungsfunktion bei Eingangsstörungen und den Eigenschaften der Rauschdurchlässigkeit (Übertragungsmatrix von I_noise zu I_A) zu erreichen.
• Um die Plant Inversion Decoupling Current Control (PIDDC) bzw. Stromregelung mit Anlageninversionsentkopplung nutzen zu können, ist es wichtig, die Übertragungsmatrix mit offenem Regelkreis in Bezug auf die Verstärkungen der Steuerungsmatrix abzuleiten, was wie folgt erfolgen kann: $$\begin{array}{l}{P}_e={\left(\left[\begin{array}{cc}{L}_{d}s+R& {\omega }_e{L}_q\\ -{\omega }_e{L}_d& L_{q}s+R\end{array}\right]-\left[\begin{array}{cc}{K}_{Hdd}& K_{Hdq}\\ K_{Hqd}& K_{Hqq}\end{array}\right]\right)}^{-1}\\ =\frac{1}{{\mathrm{\Delta }}_e\left(s\right)}\left[\begin{array}{cc}{L}_{q}s+R-K_{Hqq}& -{\omega }_e{L}_q+K_{Hdq}\\ {\omega }_e{L}_d+K_{Hqd}& L_{d}s+R-K_{Hdd}\end{array}\right]\end{array}$$

  

  $$C=\left[\begin{array}{cc}{K}_{Pdd}+\frac{K_{Idd}}{s}& K_{Pdq}+\frac{K_{Idq}}{2}\\ K_{Pqd}+\frac{K_{Iqd}}{s}& K_{Pqq}+\frac{K_{Iqq}}{s}\end{array}\right]=\frac{1}{s}\left[\begin{array}{cc}{K}_{Pdd}s+K_{Idd}& K_{Pdq}s+K_{Idq}\\ K_{Pqd}s+K_{Iqd}& K_{Pqq}s+K_{Iqq}\end{array}\right]$$

  

  $$\begin{array}{c}L=PC\\ =\frac{1}{s{\mathrm{\Delta }}_e\left(s\right)}\left[\begin{array}{cc}{L}_{q}s+R-K_{Hqq}& -{\omega }_e{L}_q+K_{Hdq}\\ {\omega }_e{L}_d+K_{Hqd}& L_{d}s+R-K_{Hdd}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{K}_{Pdd}s+K_{Idd}& K_{pdq}s+K_{Idq}\\ K_{Pqd}s+K_{Iqd}& K_{Pqq}s+K_{Iqq}\end{array}\right]\end{array}$$

  
• Die hierin beschriebenen PIDDC-Techniken zielen darauf ab, die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 (siehe z.B. 2A) zur Durchführung der Entkopplung zu verwenden, während der Rückkopplungskompensator H 206 eingeschränkt wird, um die Eigenschaften des geschlossenen Regelkreises des Gesamtsystems zu verbessern. Dies bedeutet, dass die beiden auf der Querdiagonalen angeordneten Verstärkungen des Rückkopplungskompensators H 206 direkt auf K_Hdq = 0 und K_Hqd= 0 gesetzt werden. Die resultierende Übertragungsfunktion mit offenem Regelkreis wird wie folgt ausgedrückt: $$L=\frac{1}{s{\mathrm{\Delta }}_{eff}\left(s\right)}\left[\begin{array}{cc}{L}_{dd}\left(s\right)& L_{dq}\left(s\right)\\ L_{qd}\left(s\right)& L_{qq}\left(s\right)\end{array}\right]$$

  

  $${\mathrm{\Delta }}_e\left(s\right)=\left(L_{d}s+R-K_{Hdd}\right)\left(L_{q}s+R-K_{Hqq}\right)+{{\displaystyle \omega }}_e^2{L}_d{L}_q$$

  

  $$L_{dd}\left(s\right)=\left(L_{q}s+R-K_{Hqq}\right)\left(K_{Pdd}s+K_{Idd}\right)+\left(-{\omega }_e{L}_q\right)\left(K_{Pqd}s+K_{Iqd}\right)$$

  

  $$L_{dq}\left(s\right)=\left(L_{q}s+R-K_{Hqq}\right)\left(K_{Pdq}s+K_{Idq}\right)+\left(-{\omega }_e{L}_q\right)\left(K_{Pqq}s+K_{Iqq}\right)$$

  

  $$L_{qd}\left(s\right)=\left({\omega }_e{L}_d\right)\left(K_{Pdd}s+K_{Idd}\right)+\left(L_{d}s+R-K_{Hdd}\right)\left(K_{Pqd}s+K_{Iqd}\right)$$

  

  $$L_{\text{qq}}\left(\text{s}\right)=\left({\mathrm{\omega }}_{\text{e}}{\text{L}}_{\text{d}}\right)\left({\text{K}}_{\text{Pdq}}\text{s}+{\text{K}}_{\text{Idq}}\right)+\left({\text{L}}_{\text{d}}\text{s}+\text{R}-K_{\text{Hdd}}\right)\left({\text{K}}_{\text{Pqqq}}\text{s}+{\text{K}}_{\text{Iqqq}}\right)$$

  
• Wie hierin beschrieben, wird, um eine Antwort des geschlossenen Regelkreises erster Ordnung zu erhalten, Folgendes sichergestellt: $$L_{dd}\left(s\right)={\omega }_d{\mathrm{\Delta }}_{eff}\left(s\right)$$

  

  $$L_{qq}\left(s\right)={\omega }_q{\mathrm{\Delta }}_{eff}\left(s\right)$$

  

  $$L_{dq}\left(s\right)=L_{qd}\left(s\right)=0$$

  
• Durch den Vergleich der Begriffe auf beiden Seiten wird deutlich, dass zur Entkopplung der Flussterme die Proportionalverstärkungen K_Pdq, K_Pqd auf Null gesetzt werden. Damit erhält man die entsprechende Struktur der Vorwärtspfadsteuerung wie folgt: $$C=\left[\begin{array}{cc}{K}_{Pdd}+\frac{K_{Idd}}{s}& \frac{K_{Idq}}{s}\\ \frac{K_{Idq}}{s}& K_{Pqq}+\frac{K_{Iqq}}{s}\end{array}\right]$$

  
• Dementsprechend ist festzustellen, dass die Entkopplung allein mit der Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 ohne Verwendung des Rückkopplungskompensators H 206 erreicht werden kann. Letzterer kann jedoch verwendet werden, um die Eigenschaften des Systems im geschlossenen Regelkreis zu verbessern. Mit anderen Worten erfolgt die Entkopplung nach vorne gerichtet, ohne dass eine Zustandsrückkopplung erforderlich ist. In Situationen, in denen der Rückkopplungskompensator H 206 nicht verwendet wird, wird die resultierende Konfiguration zu einem Steuerungssystem mit einem Freiheitsgrad (1-DOF). Bei weiteren Vergleichen der Terme auf beiden Seiten der Matrix zeigt sich, dass die integrierenden Verstärkungen auf der Querdiagonale wie folgt gewählt werden müssen, um die Entkopplung durchzuführen: $$K_{Idq}={\omega }_q{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Iqd}=-{\omega }_d{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d$$

  
• Mit den wie dargestellt gewählten integrierenden Verstärkungen auf der Querdiagonalen stellt sich die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 wie folgt dar: $$C=\left[\begin{array}{cc}{K}_{Pdd}+\frac{K_{Idd}}{s}& {\omega }_q{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q\\ -{\omega }_d{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d& K_{Pqq}+\frac{K_{Iqq}}{s}\end{array}\right]$$

  
• Bei traditionellen Ansätzen mit einer direkten Inversionsentkopplungs-Steuerungstechnik wird die Rückkopplungsmatrix H überhaupt nicht verwendet, und die direkte Inversionsentkopplungs-Steuerungstechnik ist daher sehr empfindlich gegenüber Störfrequenzen in der Nähe der elektrischen Betriebsdrehzahl der Maschine und zeigt ein Schwingungsverhalten aufgrund unvollkommener Entkopplung. Dementsprechend ist die direkte Inversionsentkopplungs-Steuerungstechnik für viele praktische Anwendungen nicht geeignet. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sprechen diese Probleme an, indem sie den Rückkopplungskompensator H 206 zur Verbesserung der Anlagendynamik in Verbindung mit der Vorwärtspfadentkopplung C_I 214 verwenden, wobei die resultierende Konfiguration zu besseren Ergebnissen als die im Stand der Technik beschriebenen vorherigen Entkopplungssteuerungskonfigurationen führt.
• Eine verbesserte Technik zur Inversionsentkopplungssteuerung (IIDC-Technik) wird nun mit Bezug auf 5 beschrieben. Diese Architektur bietet ein entkoppeltes Motorstromregelsystem mit einer Antwort erster Ordnung in beiden Stromschleifen. Insbesondere stellt 5 ein Blockdiagramm einer verbesserten Inversionsentkopplungs-Steuerungsarchitektur 501 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Konfiguration wird die Rückkopplungskompensator H 206 verwendet, um virtuelle Widerstände in das System einzubringen. In diesen Fällen werden die diagonalen Elemente des Rückkopplungskompensators H 206 wie folgt eingestellt: $$K_{hdd}=-R_d$$

  

  $$K_{hqq}=-R_q$$

  

  wobei R_d und R_q die virtuellen Widerstände in der d- und q-Achse darstellen.
• Danach werden die Entkopplungs- und Ansprechcharakteristik erster Ordnung durch Einstellen der Steuerungsverstärkungen der Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 wie folgt erhalten: $$K_{Pdd}={\omega }_d{\tilde{L}}_d$$

  

  $$K_{Idd}={\omega }_d\left(\tilde{R}+R_d\right)$$

  

  $$K_{Pqq}={\omega }_q{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Iqq}={\omega }_q\left(\tilde{R}+R_q\right)$$

  
• Die IIDC-Architektur 501 ist viel robuster gegenüber Störungen und unvollkommener Entkopplung als der Ansatz mit direkter Inversionsentkopplungssteuerung. Tatsächlich ist die Leistung des IIDC-Ansatzes dem Steuerungsansatz mit verbesserter Rückkopplungsentkopplung überlegen, wenn virtuelle Widerstände sowohl hinsichtlich der Antwort auf Störungen am Anlageneingang als auch der unvollkommenen Entkopplung angemessen konfiguriert werden. Dies betrifft direkt die Bewegung von Polen und Nullstellen verschiedener Übertragungsmatrizen des Systems mit sich ändernder Motordrehzahl.
• Eine weitere verbesserte Steuerungstechnik zur Inversionsentkopplung wird für die Antwort auf Übertragungsfunktionen zweiter oder höherer Ordnung bereitgestellt. 6 stellt ein Blockdiagramm einer IIDC-Architektur 600 für eine Antwort von Übertragungsfunktionen zweiter oder höherer Ordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Um eine Übertragungsfunktion höherer Ordnung in beiden Kreisen zu erhalten, muss die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 eine andere Struktur aufweisen, während der Rückkopplungskompensator H gleich wie im Fall der Antwort erster Ordnung bleibt. Im Allgemeinen wird die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 wie folgt eingestellt, um eine Übertragungsfunktion n-ter Ordnung zu erhalten: $$C=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_{Pdd}s+K_{Idd}}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& \frac{K_{Idq}}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qn}\right)}\\ \frac{K_{Iqd}}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& \frac{K_{Pqq}s+K_{Iqq}}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qn}\right)}\end{array}\right]$$

  
• Dementsprechend werden die Verstärkungen für die Vorwärtspfadsteuerung C(s) 202 wie folgt ausgewählt: $$K_{Pdd}=K_d{\tilde{L}}_d$$

  

  $$K_{Pqq}=K_q{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Idd}=K_d\left(\tilde{R}+R_d\right)$$

  

  $$K_{Pqq}=K_q\left(R+R_q\right)$$

  

  $$K_{Idq}=K_q{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Iqd}=K_d{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d$$

  
• Es ist zu beachten, dass sich höhere Ordnung auf Ordnungen bezieht, die größer oder gleich der zweiten Ordnung sind.
• Wenn die Parameterschätzung ideal ist, wird die Übertragungsmatrix mit offenem Regelkreis für den Fall einer Antwort höherer Ordnung zu: $$L=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qn}\right)}\end{array}\right]$$

  

  und damit wird die Übertragungsmatrix des geschlossenen Regelkreises zu: $$T=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)+K_d}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qn}\right)+K_q}\end{array}\right]$$

  
• Es ist festzustellen, dass eine Übertragungsfunktion n-ter Ordnung im Allgemeinen n verschiedene Polstellen haben kann, was durch geeignete Auswahl von K_d, α_d2 ... α_dn, K_q, α_q2 ... α_qn erreicht werden kann. Eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung für beide Kreise kann durch Setzen von α_d3 ... α_dn und α_q3 ... α_qn auf Null erreicht werden. In einer exemplarischen Ausführungsform können Antworten n-ter Ordnung in der Übertragungsmatrix mit geschlossenem Regelkreis erreicht werden, wobei alle Pole des geschlossenen Regelkreises für jede Achse an der gleichen Stelle platziert sind. Wenn beide Kreise so konfiguriert sind, dass sie solche Antworten aufweisen, wird die Übertragungsmatrix mit geschlossenem Regelkreis wie folgt ausgedrückt: $$T=\left[\begin{array}{cc}\frac{{\omega }_d^n}{{\left(s+{\omega }_d\right)}^n}& 0\\ 0& \frac{{\omega }_q^n}{{\left(s+{\omega }_q\right)}^n}\end{array}\right]$$

  
• In diesem Fall können die charakteristischen Polynome in den beiden Ausdrücken für T in jedem der beiden Kreise mit idealen Polynomen zweiter Ordnung verglichen werden. Der Vergleich führt zu Gleichungen, die gelöst werden können, um gewünschte K_d, α_d2 ... α_dn, K_q, α_q2 ... α_qn in Bezug auf ω_d, ω_q zu erhalten.
• Eine weitere verbesserte Technik zur Inversionsentkopplungssteuerung wird für die Antwort der Übertragungsfunktionen verschiedener Ordnungen sowohl in dem q-Achsenkreis als auch in dem d-Achsenkreis bereitgestellt. 10 stellt ein Blockdiagramm einer IIDC-Architektur 1000 für eine Antwort von Übertragungsfunktionen verschiedener Ordnungen sowohl in dem q-Achsenkreis als auch in dem d-Achsenkreis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
• Die IIDC-Architektur 600 kann modifiziert werden, um unterschiedliche Ordnungen von Übertragungsfunktionen mit geschlossenem Regelkreis in den beiden Regelkreisen (d.h. dem q-Achsenkreis und dem d-Achsenkreis) zu erreichen. Im Allgemeinen kann die Struktur der Vorwärtspfadsteuerung wie folgt ausgedrückt werden, um die Übertragungsfunktion n-ter Ordnung in dem d-Achsenkreis und m-ter Ordnung in dem q-Achsenkreis zu erreichen: $$C=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_{Pdd}s+K_{Idd}}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& \frac{K_{Idq}}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qm}\right)}\\ \frac{K_{Iqd}}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& \frac{K_{Pqq}s+K_{Iqq}}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qm}\right)}\end{array}\right]$$

  
• Unter der Annahme einer idealen Parameterschätzung wird die Übertragungsmatrix mit offenem Regelkreis wie folgt ausgedrückt: $$L=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qm}\right)}\end{array}\right]$$

  

  und somit wird die Übertragungsmatrix mit geschlossenem Regelkreis wie folgt ausgedrückt: $$T=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s\left(s+a_{d2}\right)\dots \left(s+a_{dn}\right)+K_d}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s\left(s+a_{q2}\right)\dots \left(s+a_{qm}\right)+K_q}\end{array}\right]$$

  
• Die Parameter K_d, α_d2 ... α_dn, K_q, α_q2 ... α_qm können geeignet ausgewählt werden, um die gewünschten Ordnungen von Übertragungsfunktionen im geschlossenen Regelkreis mit gewünschten Polstellen in beiden Regelkreisen (d-Achse und q-Achse) unabhängig voneinander zu erhalten. Um beispielsweise Übertragungsfunktionen erster Ordnung und zweiter Ordnung jeweils in den d- und q-Stromregelkreisen zu erhalten, kann die Vorwärtspfadsteuerung wie folgt ausgedrückt werden: $$C=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_{Pdd}s+K_{Idd}}{s}& \frac{K_{Idq}}{s\left(s+a_{q2}\right)}\\ \frac{K_{Iqd}}{s}& \frac{K_{Pqq}s+K_{Iqq}}{s\left(s+a_{q2}\right)}\end{array}\right]$$

  
• Weiterhin können die Verstärkungen der Vorwärtspfadsteuerung wie folgt eingestellt werden: $$K_{Pdd}=K_d{\tilde{L}}_d$$

  

  $$K_{Pqq}=K_q{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Idd}=K_d\left(\tilde{R}+R_d\right)$$

  

  $$K_{Pqq}=K_d\left(R+R_q\right)$$

  

  $$K_{Idq}=K_q{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_q$$

  

  $$K_{Iqd}=-K_q{\tilde{\omega }}_e{\tilde{L}}_d$$

  
• Die oben beschriebenen Reglerstrukturen und Verstärkungen sind in 7 dargestellt. Unter der Annahme einer perfekten Parameterschätzung wird die Übertragungsmatrix mit offenem Regelkreis für diesen Fall wie folgt ausgedrückt: $$L=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s\left(s+a_{q2}\right)}\end{array}\right]$$

  

  und die Übertragungsmatrix mit geschlossenem Regelkreis ist daher wie folgt: $$T=\left[\begin{array}{cc}\frac{K_d}{s+K_d}& 0\\ 0& \frac{K_q}{s^2+a_{q2}s+K_q}\end{array}\right]$$

  
• Um eine Eigenfrequenz ω_q und ein Dämpfungsverhältnis von ζ_q im geschlossenen Regelkreis der q-Achse zu erhalten, wird das charakteristische Polynom mit einem idealen Polynom zweiter Ordnung $s^2+2{\mathrm{\zeta }}_{\text{q}}{\mathrm{\omega }}_{\text{q}}\text{s}+{\omega }_{\text{q}}^2$

  

  verglichen, was die gewünschten Werte für K_q und α_q2 wie folgt ergibt: $$K_q={\omega }_q^2$$

  

  $$a_{q2}=2{\mathrm{\zeta }}_q{\omega }_q$$

  
• Zusammengefasst unterscheiden sich die hier vorgestellten Techniken deutlich vom Stand der Technik und sie eignen sich gut für die Konfiguration eines Stromregelsystems, das zur Verwendung als Teil eines Drehmomentsteuerungssystems für PMSM für EPS-Anwendungen vorgesehen ist.
• Obwohl die vorliegende Offenbarung nur im Zusammenhang mit einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, sollte leicht verständlich sein, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung dahingehend geändert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen beinhaltet, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Umfang mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen. Auch wenn verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen beinhalten können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt anzusehen.

Claims (20)

1. Motorsteuerungssystem, das einen Ausgangsstrom aus einer Eingangsspannung erzeugt, umfassend: ein erstes Modul, das konfiguriert ist, um: den Ausgangsstrom von einem Elektromotor als Rückkopplung zu empfangen, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet; und einen ersten Spannungsbefehl basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems zu erzeugen; ein zweites Modul, das konfiguriert ist, um: eine Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom zu empfangen; und einen zweiten Spannungsbefehl basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, zu erzeugen, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist; und ein Additionsmodul, das konfiguriert ist, um einen Eingangsspannungsbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, indem der erste Spannungsbefehl und der zweite Spannungsbefehl addiert werden.
2. System nach Anspruch 1, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um den virtuellen Widerstandswert basierend auf Betriebsparametern des Elektromotors zu berechnen.
3. System nach Anspruch 1, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie des Systems eine Änderung des Ausgangsstroms aufgrund einer Änderung des befohlenen Stroms impliziert.
4. System nach Anspruch 1, wobei das System mit geschlossenem Regelkreis den Elektromotor, das erste Modul und das zweite Modul beinhaltet.
5. System nach Anspruch 1, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer abstimmbaren Grenzfrequenz ist.
6. System nach Anspruch 1, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einer abstimmbaren Eigenfrequenz und einem Dämpfungsverhältnis ist.
7. System nach Anspruch 1, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie eine Übertragungsfunktion mit p Nullstellen und q Polen ist, wobei p ≤ q.
8. Lenksystem, umfassend: einen Elektromotor, wobei der Elektromotor ein Permanentmagnet-Synchronmotor ist; und ein Motorsteuerungssystem, das einen Ausgangsstrom aus einer Eingangsspannung erzeugt, umfassend: ein erstes Modul, das konfiguriert ist, um: den Ausgangsstrom von dem Elektromotor als Rückkopplung zu empfangen, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet; einen ersten Spannungsbefehl basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie des Motorsteuerungssystems zu erzeugen; ein zweites Modul, das konfiguriert ist, um: eine Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom zu erhalten; einen zweiten Spannungsbefehl basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert des Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, zu erzeugen, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist; und ein Additionsmodul, das konfiguriert ist, um einen Eingangsspannungsbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, indem der erste Spannungsbefehl und der zweite Spannungsbefehl addiert werden.
9. System nach Anspruch 8, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um den virtuellen Widerstandswert basierend auf Betriebsparametern des Elektromotors zu berechnen.
10. System nach Anspruch 8, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie des Systems die Änderung des Ausgangsstroms aufgrund einer Änderung des befohlenen Stroms impliziert.
11. System nach Anspruch 8, wobei das System mit geschlossenem Regelkreis den Elektromotor, das erste Modul und das zweite Modul beinhaltet.
12. System nach Anspruch 8, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer abstimmbaren Grenzfrequenz ist.
13. System nach Anspruch 8, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einer abstimmbaren Eigenfrequenz und einem Dämpfungsverhältnis ist.
14. System nach Anspruch 8, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie eine Übertragungsfunktion ist mit p Nullstellen und q Polen ist, wobei p ≤ q.
15. Verfahren, das einen Ausgangsstrom aus einer Eingangsspannung erzeugt, umfassend: Empfangen des Ausgangsstroms von dem Elektromotor als Rückkopplung durch ein erstes Modul, wobei der Ausgangsstrom eine Direktachsen-Komponente (d-Achsen-Komponente) und eine Quadraturachsen-Komponente (q-Achsen-Komponente) beinhaltet; Erzeugen eines ersten Spannungsbefehls durch das erste Modul basierend auf einem virtuellen Widerstandswert, der Rückkopplung und einer angestrebten Frequenzkennlinie eines Motorsteuerungssystems; Empfangen einer Differenz zwischen der Rückkopplung und einem befohlenen Strom durch ein zweites Modul; Erzeugen eines zweiten Spannungsbefehls durch das zweite Modul basierend auf einem geschätzten Induktivitätswert, einem geschätzten Widerstandswert eines Elektromotors, dem virtuellen Widerstandswert, einer angestrebten Frequenzgangkennlinie des Motorsteuerungssystems und der Antwort der d-Achsen-Komponente des Ausgangsstroms, die von der Antwort der q-Achsen-Komponente entkoppelt ist, wobei das Motorsteuerungssystem ein System mit geschlossenem Regelkreis ist; und Erzeugen eines Eingangsspannungsbefehls für den Elektromotor durch ein Additionsmodul durch Addieren des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um den virtuellen Widerstandswert basierend auf Betriebsparametern des Elektromotors zu berechnen.
17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie des Systems die Änderung des Ausgangsstroms aufgrund einer Änderung des befohlenen Stroms impliziert.
18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das System mit geschlossenem Regelkreis den Elektromotor, das erste Modul und das zweite Modul beinhaltet.
19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer abstimmbaren Grenzfrequenz ist.
20. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die angestrebte Frequenzgangkennlinie ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einer abstimmbaren Eigenfrequenz und einem Dämpfungsverhältnis ist.

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