DE102021124021A1 - System and method for controlling an electric machine - Google Patents
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Abstract
Ein System (1) umfasst eine elektrische Maschine (10), einen Rotor (11), ein Getriebe (12), über welches der Rotor (11) mit der elektrischen Maschine (10) gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit (13) mit: einem Rechner (130), der dazu eingerichtet ist, a) Werte angeforderter Drehmomente und für Drehzahlen indikative Messwerte zu erfassen und daraus Leistungswerte als Ausgangswerte zu berechnen oder b) Werte angeforderter Leistungen und für Drehzahlen indikative Messwerte zu erfassen und daraus Drehmomentwerte als Ausgangswerte zu berechnen, und einem Änderungsratenbegrenzer (131), der dazu eingerichtet ist, die berechneten Ausgangswerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Ausgangswerte auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Ausgangswert zu erhalten, wobei die Steuerungseinheit (13) dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine (10) basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Ausgangswert zu steuern. A system (1) comprises an electrical machine (10), a rotor (11), a gear (12) via which the rotor (11) is coupled to the electrical machine (10), and a control unit (13) with: a computer (130), which is set up to a) record values of requested torques and measured values indicative of speeds and calculate output values from them as output values or b) record values of requested outputs and measured values indicative of speeds and calculate torque values therefrom as output values , and a rate-of-change limiter (131) that is set up to receive the calculated output values and to limit a change in the calculated output values over time to a maximum value in order to obtain a rate-of-change-limited output value, wherein the control unit (13) is set up to use the electrical control the machine (10) based on the slew rate limited output value.
Description
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine.More particularly, the present disclosure relates to a system and method for controlling an electric machine.
Bei Elektromotoren und anderen elektrischen Maschinen, die über ein Getriebe mit einem Rotor gekoppelt sind, kann es insbesondere bei Lastwechseln zu Vibrationen kommen. Derartige Vibrationen können zum einen störend sein, beispielsweise für Passagiere eines Fahrzeugs, insbesondere Luftfahrzeugs, mit der elektrischen Maschine. Ferner können solche Vibrationen auch zu erhöhtem Verschleiß und einer beschleunigten Alterung des Getriebes, der elektrischen Maschine oder weiterer Komponenten führen. Des Weiteren ist es generell oft wünschenswert, Lärmemissionen, die insbesondere eine Folge von Vibrationen sein können, so weit wie möglich zu reduzieren.In the case of electric motors and other electrical machines that are coupled to a rotor via a gear, vibrations can occur, particularly when the load changes. On the one hand, such vibrations can be annoying, for example for passengers of a vehicle, in particular an aircraft, with the electrical machine. Furthermore, such vibrations can also lead to increased wear and accelerated aging of the transmission, the electrical machine or other components. Furthermore, it is generally often desirable to reduce noise emissions, which can be a result of vibrations in particular, as much as possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vibrationen im Betrieb von über Getriebe mit Rotoren gekoppelten elektrischen Maschinen zu reduzieren.The object of the present invention is to reduce vibrations during operation of electrical machines coupled to rotors via gears.
Gemäß einem Aspekt wird ein System bereitgestellt, das eine elektrische Maschine, einen Rotor, ein Getriebe, über welches der Rotor und die elektrische Maschine miteinander gekoppelt sind, und eine Steuerungseinheit umfasst. Die Steuerungseinheit umfasst einen Rechner (z.B. in Form eines Leistungsrechners), der dazu eingerichtet ist, Werte angeforderter Drehmomente und für Drehzahlen indikative Messwerte des Systems zu erfassen und daraus Leistungswerte (als Ausgangs- oder Ausgabewerte) zu berechnen. Ferner umfasst die Steuerungseinheit einen Änderungsratenbegrenzer, der dazu eingerichtet ist, die berechneten Leistungswerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Leistungswerte auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu erhalten. Dabei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die elektrische Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu steuern.According to one aspect, a system is provided which includes an electric machine, a rotor, a transmission via which the rotor and the electric machine are coupled to one another, and a control unit. The control unit includes a computer (e.g. in the form of a power computer) which is set up to record values of requested torques and measured values of the system indicative of speeds and to calculate power values (as initial or output values) from them. Furthermore, the control unit comprises a rate-of-change limiter, which is set up to receive the calculated power values and to limit a change in the calculated power values over time to a maximum value in order to obtain a power value with a rate-of-change-limit. The control unit is set up to control the electric machine based on the rate-of-change-limited power value.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Steuerungseinheit einen Rechner (z.B. in Form eines Drehmomentrechners), der dazu eingerichtet ist, Werte angeforderter Leistungen und für Drehzahlen indikative Messwerte des Systems zu erfassen und daraus Drehmomentwerte (als Ausgangs- oder Ausgabewerte) zu berechnen. Ferner umfasst die Steuerungseinheit dann einen Änderungsratenbegrenzer, der dazu eingerichtet ist, die berechneten Drehmomentwerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Drehmomentwerte auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Drehmomentwert zu erhalten. Dabei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die elektrische Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Drehmomentwert zu steuern.Alternatively or additionally, the control unit includes a computer (e.g. in the form of a torque calculator) which is set up to record values of required power and measured values of the system indicative of speeds and to calculate torque values (as initial or output values) from them. Furthermore, the control unit then comprises a rate-of-change limiter which is set up to receive the calculated torque values and to limit a change in the calculated torque values over time to a maximum value in order to obtain a rate-of-change-limited torque value. In this case, the control unit is set up to control the electric machine based on the rate-of-change-limited torque value.
Das basiert auf der Erkenntnis, dass Vibrationen besonders effektiv entgegengewirkt werden kann, indem ein z.B. über eine Schubhebelstellung angefordertes Drehmoment zunächst anhand der Drehzahl in eine angeforderte Leistung, z.B. Motorleistung, umzurechnen. Der fortlaufend (z.B. mit einer vorgegebenen Frequenz oder kontinuierlich) gemessenen Drehzahl (oder allgemein einem dafür indikativen Wert, z.B. einer Winkelgeschwindigkeit oder dergleichen) sind Schwingungen, insbesondere Torsionsschwingungen, aufgeprägt. Indem also die Messwerte der Drehzahl als Feedbacksignal herangezogen werden, kann auf diese Weise die elektrische Maschine mit einem zu den Vibrationen durch die Messung phasenverschobenen Schwingungssignal beaufschlagt werden, wodurch eine wirksame Reduktion der Schwingungen ermöglicht wird. In der Folge können auch Lärmemissionen reduziert werden. Die Steuerungseinheit arbeitet insbesondere fortlaufend und ermittelt die berechneten Leistungswerte (bzw. Drehmomentwerte) z.B. mit einer festgelegten Frequenz von beispielsweise 1 Hz oder weniger, 10 Hz oder weniger, 100 Hz oder weniger, 1 kHz oder weniger oder mehr als 1 kHz. Übersteigt die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden berechneten Leistungswerten den Maximalwert, dann wird z.B. der änderungsratenbegrenzte Leistungswert der Summe aus dem vorherigen berechneten Leistungswert und dem Maximalwert gleichgesetzt. Liegt die Differenz darunter, dann wird der änderungsratenbegrenzte Leistungswert z. B. dem neuen berechneten Leistungswert gleichgesetzt. Das System kann eine geschlossene Regelschleife umfassen.This is based on the knowledge that vibrations can be counteracted particularly effectively by first converting a torque requested, for example via a throttle lever position, into a requested output, e.g. engine output, based on the speed. Vibrations, in particular torsional vibrations, are impressed on the rotational speed (or generally on a value indicative thereof, e.g. an angular velocity or the like) which is measured continuously (e.g. with a predetermined frequency or continuously). By using the measured values of the rotational speed as a feedback signal, the electrical machine can be subjected to an oscillation signal that is phase-shifted with respect to the vibrations caused by the measurement, thereby enabling an effective reduction in the oscillations. As a result, noise emissions can also be reduced. In particular, the control unit works continuously and determines the calculated power values (or torque values), e.g. with a fixed frequency of, for example, 1 Hz or less, 10 Hz or less, 100 Hz or less, 1 kHz or less or more than 1 kHz. If the difference between two consecutive calculated power values exceeds the maximum value, then, for example, the rate-of-change-limited power value is set equal to the sum of the previous calculated power value and the maximum value. If the difference is less than that, then the rate-of-change limited power value, e.g. B. equated to the new calculated power value. The system may include a closed loop control.
Das System kann einen Drehzahlmesser zum Erfassen der Messwerte der Drehzahl umfassen. Der Drehzahlmesser misst also Drehzahl und stellt entsprechende Messwerte bereit.The system may include a tachometer for taking readings of the speed. The tachometer therefore measures the speed and provides corresponding measured values.
Beispielsweise misst der Drehzahlmesser die Drehzahl der elektrischen Maschine oder des Rotors.For example, the tachometer measures the speed of the electric machine or the rotor.
Die elektrische Maschine ist beispielsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet, insbesondere in Form eines Antriebsmotors eines Fahrzeugs, etwa eines Luftfahrzeugs. Alternativ (oder zusätzlich) ist die elektrische Maschine in Form eines Generators ausgebildet und/oder im System eingerichtet, als ein solcher betrieben zu werden. Beispielsweise ist das System Teil einer Windkraftanlage.The electrical machine is designed, for example, in the form of an electric motor, in particular in the form of a drive motor of a vehicle, such as an aircraft. Alternatively (or additionally), the electrical machine is designed in the form of a generator and/or set up in the system to be operated as such. For example, the system is part of a wind turbine.
Der Rotor umfasst beispielsweise eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Propeller. Am Rotor sind z.B. Rotorblätter oder Schaufeln montiert.The rotor includes, for example, a turbomachine, in particular a propeller. Rotor blades or vanes, for example, are mounted on the rotor.
Optional umfasst die Strömungsmaschine Rotorblätter oder Schaufeln mit einstellbarem Anstellwinkel. Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Richtung des anströmenden Fluids und der Sehne eines Profils von jedem der Rotorblätter bzw. von jeder der Schaufeln. Beispielsweise ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, den Anstellwinkel vorzugeben. So kann die Drehzahl (im Mittel, also abgesehen von der aufgeprägten Variation infolge der Vibrationen) etwa konstant gehalten, während ein Schub und ein zugehöriges Drehmoment über den Anstellwinkel eingestellt wird.Optionally, the turbomachine includes rotor blades or vanes with an adjustable angle of attack. The angle of attack is the angle between the direction of the oncoming fluid and the chord of a profile of each of the rotor blades or vanes. For example, the control unit is set up to specify the angle of attack. In this way, the speed (on average, i.e. apart from the imposed variation as a result of the vibrations) can be kept approximately constant, while a thrust and an associated torque are adjusted via the angle of attack.
Beispielsweise ist das Getriebe ein Untersetzungsgetriebe. Das Getriebe kann eine höhere Drehzahl der elektrischen Maschine in eine im Vergleich dazu niedrigere Drehzahl des Rotors übersetzen.For example, the gear is a reduction gear. The transmission can translate a higher speed of the electric machine into a comparatively lower speed of the rotor.
Der Änderungsratenbegrenzer ist z.B. dazu eingerichtet, die zeitliche Veränderung eines berechneten Leistungswerts jeweils durch einen Vergleich mit zumindest einem zuvor berechneten Leistungswert zu ermitteln.The rate-of-change limiter is set up, for example, to determine the change over time in a calculated power value by comparing it with at least one previously calculated power value.
Die Steuerungseinheit kann ferner einen Divisor umfassen, der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert und den Messwerten der Drehzahl einen modifizierten Drehmomentwert zu berechnen. Dieser kann, z.B. durch die Steuerungseinheit, in eine elektrische Stromstärke umgerechnet werden, mit der die elektrische Maschine sodann betrieben wird.The controller may further include a divisor configured to calculate a modified torque value based on the rate-of-change limited power value and the speed measurements. This can be converted, e.g. by the control unit, into an electrical current with which the electrical machine is then operated.
Die Steuerungseinheit kann ferner einen Extremwertbegrenzer umfassen, der beispielsweise dazu eingerichtet ist, den jeweils berechneten Ausgangswert (z.B. Leistungswert) vom (Leistungs-)Rechner zu erhalten, jeweils durch einen maximalen Ausgangswert und/oder einen minimalen Ausgangswert zu beschränken und den jeweils beschränkten Ausgangswert an den Änderungsratenbegrenzer auszugeben. So kann verhindert werden, dass der Absolutwert der Leistung/des Drehmoments einen zu großen oder zu kleinen (insbesondere im Generatorbetrieb) Wert annimmt.The control unit can also include an extreme value limiter, which is set up, for example, to receive the respectively calculated output value (e.g. power value) from the (power) computer, to limit it by a maximum output value and/or a minimum output value and to send the respective limited output value output the rate of change limiter. It can thus be prevented that the absolute value of the power/torque assumes a value that is too large or too small (in particular in generator operation).
Der Maximalwert der zeitlichen Veränderung eines jeweiligen der berechneten Leistungswerte des Änderungsratenbegrenzers kann auf einem oder mehreren zuvor berechneten änderungsratenbegrenzten Leistungswert(en) basieren. Auf diese Weise kann z.B. ein maximaler relativer Anstieg oder Abfall der Leistung implementiert werden. Das erlaubt eine besonders gute Reduktion von Vibrationen bei gleichzeitig guter Systemperformance.The maximum value of change over time of each of the calculated rate-of-change limiter power values may be based on one or more previously calculated rate-of-change limited power values. In this way, for example, a maximum relative increase or decrease in power can be implemented. This allows a particularly good reduction of vibrations with good system performance at the same time.
Ferner kann die Steuerungseinheit einen Multiplikator umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen änderungsratenbegrenzten Leistungswert vom Änderungsratenbegrenzer zu erhalten und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor zu multiplizieren. Der so erhaltene Wert ist z.B. der der Maximalwert der zeitlichen Veränderung. Der Faktor kann für alle berechneten Leistungswerte gleich sein.Furthermore, the control unit can include a multiplier which is set up to receive a respective rate-of-change-limited power value from the rate-of-change limiter and to multiply it by a predetermined or predeterminable factor. The value obtained in this way is, for example, the maximum value of the change over time. The factor can be the same for all calculated power values.
Beispielsweise ist der vorgegebene Faktor kleiner als 1. Zum Beispiel beträgt der vorgegebene Faktor 10 % oder weniger.For example, the predetermined factor is less than 1. For example, the predetermined factor is 10% or less.
Gemäß einem Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug angegeben, umfassend das System nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung, insbesondere als Antriebssystem. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben zum System Bezug genommen. Bei dem Fahrzeug kann es sich auch um Landfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug handeln, beispielsweise um ein Unterseeboot. Ferner kann das System in einer Windkraftanlage eingesetzt werden. Dort können transiente Betriebsbedingungen sowohl durch Änderungen der Windbedingungen als auch durch Änderungen in der Lastaufnahme, die sich direkt auf das Generatordrehmoment auswirkt, hervorgerufen werden.According to one aspect, a vehicle, in particular an aircraft, is specified, comprising the system according to any configuration described herein, in particular as a drive system. With regard to the advantages, reference is made to the above information on the system. The vehicle can also be a land vehicle or a watercraft, for example a submarine. Furthermore, the system can be used in a wind turbine. There, transient operating conditions can be caused by changes in wind conditions as well as changes in load absorption, which directly affects the generator torque.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer über ein Getriebe mit einem Rotor gekoppelten elektrischen Maschine angegeben. Das Verfahren umfasst das Erfassen, mittels einer Steuerungseinheit, von Werten angeforderter Drehmomente (oder Leistungen) und von für Drehzahlen indikativen Messwerten, das Berechnen, mittels der Steuerungseinheit, von Leistungswerten (oder Drehmomentwerten) aus den Werten angeforderter Drehmomente (oder Leistungen) und den für die Drehzahlen indikativen Messwerten. Ferner umfasst das Verfahren das Begrenzen, mittels der Steuerungseinheit, einer zeitlichen Veränderung der berechneten Leistungswerte (oder Drehmomentwerte) auf einen Maximalwert, um einen änderungsratenbegrenzten Leistungswert (oder Drehmomentwert) zu erhalten, und das Steuern, mittels der Steuerungseinheit, der elektrischen Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert (oder Drehmomentwert). Hinsichtlich der Vorteile wird wiederum auf die obigen Angaben zum System Bezug genommen.According to one aspect, a method for controlling an electric machine coupled to a rotor via a transmission is specified. The method includes detecting, by means of a control unit, values of requested torques (or power) and of measured values indicative of speeds, calculating, by means of the control unit, power values (or torque values) from the values of requested torques (or power) and the values for the speeds are indicative measured values. The method also includes limiting, by means of the control unit, a change over time in the calculated power values (or torque values) to a maximum value in order to obtain a power value (or torque value) that is limited by the rate of change, and controlling, by means of the control unit, the electric machine based on the rate-of-change limited power (or torque) value. With regard to the advantages, reference is again made to the above information on the system.
Die bei dem Verfahren eingesetzte elektrische Maschine, der Rotor, das Getriebe und die Steuerungseinheit können Teil des Systems nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung sein.The electric machine used in the method, the rotor, the gearbox and the control unit can be part of the system according to any of the configurations described herein.
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
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1 ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs mit einem System zur Steuerung einer elektrischen Maschine des Luftfahrzeugs; -
2 ein Blockdiagramm einer Steuerungseinheit des Systems gemäß1 ; -
3 ein Diagramm von gegen eine Motordrehzahl aufgetragenen Drehmomenten bei einer Beschleunigung aus dem Stand mit und ohne Aktivierung einer Steuerung mittels der Steuerungseinheit gemäß2 ; und -
4 das Ergebnis einer Frequenzanalyse mit und ohne Aktivierung einer Steuerung mittels der Steuerungseinheit gemäß2 .
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1 an aircraft in the form of an airplane with a system for controlling an electrical machine of the aircraft; -
2 a block diagram of a control unit of the system according to FIG1 ; -
3 a diagram of torques plotted against an engine speed during acceleration from a standing start with and without activation of a control by means of the control unit according to FIG2 ; and -
4 the result of a frequency analysis with and without activation of a control by means of the control unit according to FIG2 .
Die elektrische Maschine 10 ist als Elektromotor betreibbar (alternativ oder zusätzlich als Generator) und über das Getriebe 12 mit dem Rotor 11 wirkverbunden. Vorliegend treibt die elektrische Maschine 10 den Rotor 11 über das Getriebe 12 an.The
Das Getriebe 12 weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle ist mit der elektrischen Maschine 10 gekoppelt. Die Ausgangswelle ist mit dem Rotor 11 gekoppelt. Das Getriebe 12 ist ein Untersetzungsgetriebe und übersetzt eine vorgegebene Drehzahl der Eingangswelle in eine niedrigere Drehzahl der Ausgangswelle um. Das Getriebe 12 umfasst mehrere Getriebeelemente, insbesondere Zahnräder. Beispielsweise ist das Getriebe 12 in Form eines Planetengetriebes ausgebildet. Beispielsweise treibt die elektrische Maschine ein Sonnendrad des Getriebes 12 an, welches über Planetenräder mit einem Hohlrad gekoppelt ist. Der Rotor 11 ist z.B. drehfest mit dem Hohlrad oder einem Planetenträger verbunden. Am Planetenträger sind die Planetenräder drehbar montiert.The
Der Rotor 11 umfasst einen Propeller 110 mit mehreren Rotorblättern. Die Rotorblätter weisen einen veränderbaren Anstellwinkel auf, wobei die Rotorblätter auch fest an einer Nabe montiert sein können.The
Das System 1 umfasst ferner eine Energiequelle, hier in Form einer elektrischen Batterie 14. Die elektrische Maschine 10 wird durch die Batterie 14 mit Energie versorgt. Optional umfasst das System 1 ferner einen Generator 16 und z.B. eine Gasturbine 15 zum Antrieb des Generators 16. Der Generator 16 speist die Batterie 14 mit elektrischer Energie. Alternativ oder zusätzlich stellt der Generator 16 elektrische Energie direkt an die elektrische Maschine 10 bereit.The system 1 also includes an energy source, here in the form of an
Ferner umfasst das System 1 eine Steuerungseinheit 13. Die Steuerungseinheit 13 kann aus einem Modul bestehen oder in mehrere Module aufgeteilt sein, die am selben Ort und/oder mit Abstand zueinander angeordnet sein und z.B. kommunikativ in Verbindung miteinander stehen können. Die Steuerungseinheit 13 ist mit der elektrischen Maschine 10 (z.B. einer Stromversorgungseinheit davon) kommunikativ verbunden. Im gezeigten Beispiel ist die Steuerungseinheit 13 auch mit dem Rotor 11 kommunikativ verbunden, und zwar zur Einstellung eines Anstellwinkels der Rotorblätter. Optional ist die Steuerungseinheit 13 auch mit der Batterie 14, der Gasturbine 15 und/oder dem Generator 16 kommunikativ verbunden. Die kommunikativen Verbindungen sind z.B. über entsprechende Kabelverbindungen und/oder drahtlos aufgebaut.Furthermore, the system 1 comprises a
Des Weiteren umfasst das System 1 einen (oder mehrere) Drehzahlmesser 17. Der Drehzahlmesser 17 ist so angeordnet, dass er Messwerte erfasst, die eine Drehzahl der elektrischen Maschine 10 angeben. Beispielsweise misst der Drehzahlmesser 17 die Drehzahl einer Welle, z.B. einer Ausgangswelle, der elektrischen Maschine 10 oder der Eingangswelle des Getriebes 12. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehzahlmesser 17 (oder ein weiterer Drehzahlmesser) an einem anderen Ort angeordnet sein, z.B. an einer Ausgangswelle des Getriebes 12 zur Messung der Drehzahl dieser Ausgangswelle oder am Rotor 11 zur Messung der Drehzahl des Rotors 11. Der (oder die) Drehzahlmesser 17 ist (sind) mit der Steuerungseinheit 13 kommunikativ verbunden.Furthermore, the system 1 includes one (or more)
Erfordert z.B. eine Motorsteuerung der elektrischen Maschine 10 die Bereitstellung eines Leistungssignals als Steuergröße, können in der anhand von
Dabei werden die Werte der angeforderten Drehmomente an einem Eingang E1 der Steuerungseinheit 13 eingegeben. Beispielsweise werden die Werte der angeforderten Drehmomente von einem Schubhebel am Eingang E1 bereitgestellt.The values of the requested torques are entered at an input E1 of the
Die für Drehzahlen indikative Messwerte werden an einem Eingang E2 der Steuerungseinheit 13 eingegeben und an den Leistungsrechner 130 bereitgestellt. Diese Messwerte werden durch den Drehzahlmesser 17 am Eingang E2 bereitgestellt. Vom Eingang E2 werden diese Messwerte (optional) an einen Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt. Der Multiplikator 134 multipliziert die Messwerte (optional) mit einer Konstanten, z.B. pi/30, zur nachfolgenden Bestimmung der angeforderten Wellenleistung in Watt. Das Multiplikationsergebnis des Multiplikators 134 wird an einen (optionalen) Maximalwertselektor 135 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt. Dieser erhält ferner eine Konstante, z.B. den Wert 1. Der Maximalwertselektor 135 wählt aus den beiden gleichzeitig bereitgestellten Werten den größeren aus. Hierdurch wird eine Division durch Null vermieden, z.B. wenn der Schubhebel in einer keinen Schub und damit kein Drehmoment anfordernden Stellung steht.The measured values, which are indicative of rotational speeds, are entered at an input E2 of the
Der durch den Maximalwertselektor 135 ausgewählte Wert wird an einen Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt, ebenso das am Eingang E1 bereitgestellte angeforderte Drehmoment. Dieser Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 multipliziert diese beiden Werte und errechnet so die dem angeforderten Drehmoment entsprechende Leistung, d.h. einen Leistungswert.The value selected by
Der durch den Leistungsrechner 130 berechnete Leistungswert wird an einen (optionalen) Extremwertbegrenzer 133 bereitgestellt. Dieser erhält ferner am Eingang E3 einen Wert für eine maximale abgegebene Leistung der elektrischen Maschine 10 im Motorbetrieb und am Eingang E4 einen Wert für eine maximale aufgenommene Leistung der elektrischen Maschine 10 im Generatorbetrieb. Überschreitet der berechnete Leistungswert die maximale abgegebene Leistung oder unterschreitet der berechnete Leistungswert die maximale aufgenommene Leistung (die Aufnahme der Leistung wird hier beispielhaft mit einem negativen Vorzeichen betrachtet), so gibt der Extremwertbegrenzer 133 den Wert der maximalen abgegebenen Leistung bzw. der maximalen aufgenommenen Leistung aus. Andernfalls gibt der Extremwertbegrenzer 133 den durch den Leistungsrechner 130 berechneten Leistungswert aus.The power value calculated by the
Der berechnete Leistungswert (optional durch den Extremwertbegrenzer 133 begrenzt) wird an den Änderungsratenbegrenzer 131 bereitgestellt. Der Änderungsratenbegrenzer 131 umfasst einen Pufferspeicher, in welchem mindestens ein vorheriger berechneter Leistungswert gespeichert ist. Überschreitet die Differenz zwischen dem aktuell berechneten und am Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 anliegenden Leistungswert und dem gespeicherten Leistungswert einen Maximalwert, dann gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 die Summe aus dem gespeicherten Leistungswert und dem Maximalwert aus. Unterschreitet die Differenz zwischen dem aktuell berechneten und am Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 anliegenden Leistungswert und dem gespeicherten Leistungswert den Maximalwert (mit umgekehrtem Vorzeichen), dann gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 die Summe aus dem gespeicherten Leistungswert und dem Maximalwert (wiederum mit umgekehrtem Vorzeichen) aus. Andernfalls gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 den anliegenden, aktuell berechneten Leistungswert aus.The calculated power value (optionally limited by peak limiter 133 ) is provided to rate of
Der Maximalwert wird dabei jeweils relativ berechnet. Der Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ist hierzu über einen (optionalen) Verzögerer 136 an einen Multiplikator 134 bereitgestellt. Dieser Multiplikator 134 erhält ferner einen vorbestimmten Wert einer maximalen relativen zeitlichen Veränderung, der an einem Eingang E5 anliegt. Dieser vorgegebene Faktor beträgt z.B. 1% (also 0,01) oder weniger, 5% (also 0,05) oder weniger, 10% (also 0,1) oder weniger oder 20% (0,2) oder weniger. Im gezeigten Beispiel beträgt der am Eingang E5 bereitgestellte Wert 10%. Der Eingang E5 kann auch einen internen Speicher der Steuerungseinheit 13 darstellen. Der Multiplikator 134 berechnet somit einen Anteil (z.B. 10%) des am Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ausgegebenen änderungsratenbegrenzten Leistungswerts und stellt diesen als Maximalwert an den Änderungsratenbegrenzers 131 für den darauffolgenden Rechenzyklus bereit. Ein optional dazwischengeschalteter Maximalwertselektor 135 wählt aus diesem Wert und einer Konstanten den größeren, z.B. um ein Anfahren aus dem Stillstand zu ermöglichen. Ein Vorzeichenwechsler 137 gibt den Maximalwert der zeitlichen Veränderung mit umgekehrtem Vorzeichen an einen weiteren Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 zum Vergleich bei abfallenden Leistungswerten.The maximum value is calculated relatively in each case. For this purpose, the output of the rate-of-
Der Änderungsratenbegrenzer 131 kann ferner über einen Eingang E6 mit einem Reset-Signal beaufschlagt werden, um den Pufferspeicher zu löschen und ein Anfahren aus dem Stillstand zu ermöglichen.The rate of
Der auch bereits an den Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellte, auf dem für die Drehzahl indikativen Messwert basierende Wert wird ebenfalls an einen Divisor 132 bereitgestellt. An den Divisor 132 wird ferner der am Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ausgegebene Wert bereitgestellt. Der Divisor 132 errechnet daraus durch Division einen modifizierten Wert des angeforderten Drehmoments. Dieser wird an einem Ausgang A bereitgestellt und z.B. an eine Motorsteuerung der elektrischen Maschine 10 ausgegeben (welche in die Steuerungseinheit 13 integriert oder separat dazu ausgebildet sein kann). Basierend auf diesem Wert wird die elektrische Maschine 10 betrieben. Beispielsweise wird die elektrische Maschine 10 mit einer diesem Wert entsprechenden Stromstärke beaufschlagt.The value based on the measured value indicative of the speed, which is also already provided to the
Da die Vibration in Form von Torsionsschwingungen an den für die Drehzahlen indikativen Messwerte enthalten ist, wird mit dieser Steuerung eine Korrektur vorgenommen, die der Vibration entgegenwirkt.Since the vibration in the form of torsional vibrations is included in the readings indicative of the speeds, this control applies a correction that counteracts the vibration.
Es sei angemerkt, dass eine Reduktion der Vibrationen insbesondere in einem transienten Betriebszustand (z.B. einer Beschleunigung oder Verzögerung) zu tragen kommt, aber z.B. auch in stationären Betriebszuständen, in denen die Schwingungen selbst Änderungen in der Drehgeschwindigkeit hervorrufen.It should be noted that a reduction in vibrations is particularly important in a transient operating state (e.g. acceleration or deceleration), but also, for example, in steady-state operating states in which the vibrations themselves cause changes in the rotational speed.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. Any of the features may be employed separately or in combination with any other feature, provided they are not mutually exclusive, and the disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein.
Es sei beispielsweise angemerkt, dass die in
Ferner ist es möglich, anstelle eines vollelektrischen Antriebs oder eines seriell hybrid-elektrischen Antriebs einen parallel-hybriden Antrieb einzusetzen, worin eine Gasturbine oder eine andere Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine beide mechanisch antreiben.It is also possible to use a parallel hybrid drive instead of an all-electric drive or a serial hybrid-electric drive, in which a gas turbine or another internal combustion engine and an electric machine both drive mechanically.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Systemsystem
- 1010
- elektrische Maschineelectric machine
- 1111
- Rotorrotor
- 110110
- Propellerpropeller
- 1212
- Getriebetransmission
- 1313
- Steuerungseinheitcontrol unit
- 130130
- Leistungsrechnerperformance calculator
- 131131
- Änderungsratenbegrenzerrate of change limiter
- 132132
- Divisordivisor
- 133133
- Extremwertbegrenzerpeak limiter
- 134134
- Multiplikatormultiplier
- 135135
- Maximalwertselektormaximum value selector
- 136136
- Verzögererretarder
- 137137
- Vorzeichenwechslersign changer
- 1414
- Batteriebattery
- 1515
- Gasturbinegas turbine
- 1616
- Generatorgenerator
- 1717
- Drehzahlmessertachometer
- 22
- Luftfahrzeugaircraft
- AA
- AusgangExit
- E1-E6E1-E6
- EingangEntry
- K1-K8K1-K8
- KurveCurve
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-
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-
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