EP1121740A1 - Vorrichtung zur überwachung eines messsystems eines elektrischen antriebs - Google Patents

Vorrichtung zur überwachung eines messsystems eines elektrischen antriebs

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EP1121740A1
EP1121740A1 EP00958193A EP00958193A EP1121740A1 EP 1121740 A1 EP1121740 A1 EP 1121740A1 EP 00958193 A EP00958193 A EP 00958193A EP 00958193 A EP00958193 A EP 00958193A EP 1121740 A1 EP1121740 A1 EP 1121740A1
Authority
EP
European Patent Office
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measuring system
error
controller
variable
signal processing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00958193A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Kunz
Alfred Punzet
Gerhard Froehlich
Siegfried Melzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10035783A external-priority patent/DE10035783A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1121740A1 publication Critical patent/EP1121740A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H02H7/0844—Fail safe control, e.g. by comparing control signal and controlled current, isolating motor on commutation error
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/093—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against increase beyond, or decrease below, a predetermined level of rotational speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring a measuring system of an electric drive according to the preamble of the independent claim.
  • a drive device with a safety device for special operation is known from DE 43 30 823 C2.
  • a redundant safety device is provided for monitoring the motor, which monitors the speed of the motor for compliance with a predetermined maximum value in a special operating mode and interrupts the energy supply to the motor if the speed is greater than the predetermined maximum value.
  • the speed two different signals are detected in such a way that the first signal is obtained from a speed sensor, and the second signal is derived from the time profile of the current detected for this purpose by means of a further sensor in at least one of the phase leads to the motor , If the detected speed exceeds a predetermined maximum value, the energy supply to the motor is interrupted by switching a circuit breaker connected upstream of a line rectifier and by additionally switching off the inverter. Monitoring the speed sensor based on the current profile is load-dependent and therefore relatively imprecise.
  • the invention has for its object to provide an improved monitoring system over the entire speed range, which does not require another speed sensor.
  • the device according to the invention for monitoring a measuring system of an electric drive comprises at least one measuring system for detecting a measured variable of an electric drive and at least one controller to which at least the measured variable detected by the measuring system is fed and which generates at least one manipulated variable for controlling the drive. At least signal processing for error detection of the measuring system is provided. This will make an early
  • the signal processing for error detection of the measuring system is supplied with at least one variable generated by the controller.
  • the controller size to be evaluated By skillfully selecting the controller size to be evaluated, additional signal detection for error detection can be dispensed with. Since the controller is already available in the drive system, the interference immunity of the system can be improved with simple means.
  • the signal processing for error detection of the measuring system is supplied with at least one variable generated and / or derived from the measuring system.
  • the inclusion of a further variable to be evaluated increases the reliability of the error detection. If, in particular, several error detection options are provided, the evaluation of the measurement system size used for the plausibility of error detection.
  • a measuring system model is provided for error detection of the measuring system, which generates at least one estimated value to be expected for the measuring system. Taking the estimate of the measurement system model into account further increases the reliability of the error detection and can also be used for a plausibility check.
  • a device for monitoring a measuring system of an electric drive is characterized in that signal processing generates an error signal indicating an error in the measuring system as a function of the pole wheel voltage.
  • the magnet wheel voltage changes when the measuring system of the electric drive, for example a speed or position sensor, grinds and a sensor offset occurs as a result.
  • the flux-forming component of the magnet wheel voltage is particularly suitable as a variable to be evaluated.
  • the sensor offset to the magnet wheel which occurs compared to the normal case, changes the voltage induced in the field direction and is also available during the ongoing operation of the electric drive. Countermeasures can be initiated in good time if a faulty encoder arrangement is detected.
  • an output variable of a series current regulator is used to generate an error signal.
  • a longitudinal current regulator for regulating the flux-forming current component is usually provided for regulating a synchronous or asynchronous machine. Due to the additional (longitudinal) voltage component induced by the sensor offset, a control deviation also forms in the longitudinal current regulator. Therefore, the in- Grail proportion of the longitudinal current controller can be evaluated as a variable indicating a sensor offset of the measuring system, since the integral component is a measure of the additional longitudinal voltage induced by the sensor offset. This size is available on the controller anyway and does not have to be generated specifically.
  • An advantageous embodiment provides for a comparison of the quantity indicating the sensor offset with a limit value which depends on the controller parameters and / or the route parameters.
  • the dead time voltage as a result of the switch dead time of the control stage, the induced magnet wheel voltage as a result of the dead time of the cross-current regulator or the parameter deviations of inductors and resistors can lead to control deviations which additionally affect the integral part of the series current regulator. Since the controller and system parameters are roughly known, they can be taken into account when choosing the limit value with which the integral component of the series current controller is compared. This increases the accuracy of the error detection of the measuring system.
  • An alternative embodiment is characterized in that the acceleration of the drive derived from the output signal of the measuring system is evaluated. In the subsequent comparison with certain limit values, a missing mechanical connection between the electrical drive and the encoder is recognized. In an expedient development, this monitoring is only active when the current setpoint specified by the controller of the drive reaches the maximum permissible current setpoint. In this case, a critical operating situation can be assumed, which could possibly have been triggered by a faulty measuring system.
  • This embodiment can preferably be as Plausibility test with other encoder monitors can be carried out in parallel.
  • a speed monitoring model for monitoring a measuring system of an electric drive, which model generates an estimate of the output signal of the measuring system depending on certain input variables. If there are significant deviations from the actual output signal of the measuring system, a faulty measuring system is concluded.
  • a selection circuit which provides for a selection of the monitoring function as a function of the estimated speed. At high speeds, the speed monitoring model comes into play
  • FIG. 1 shows a controller structure with monitoring device of a synchronous machine
  • FIG. 2 shows a controller structure with monitoring device of an asynchronous machine
  • FIG. 3 shows a block diagram of a longitudinal voltage monitoring
  • FIG. 4 shows an equivalent control circuit diagram of the synchronous machine in the normal case
  • FIG. 5 shows an equivalent control circuit diagram of the synchronous machine in the event of an error
  • Figure 6 a block diagram of the monitoring device for the asynchronous machine
  • Figure 7 is a speed monitoring model.
  • a speed-position sensor 12 as a measuring system detects the magnet wheel angle of an electric drive 10, in the first exemplary embodiment according to FIG. 1 a synchronous motor.
  • current sensors 20 are provided, the output signals II, 13 of which are fed to an input transformation 22.
  • the input transformation 22 generates a cross-current actual value IQ_IST and a longitudinal current actual value ID_IST.
  • a sine-cosine generator 28 provides the corresponding sin (.) And cos ( ⁇ ) values of the input transformation 22 and the output transformation 18.
  • a sensor speed actual value n_sensor is formed via a converter 31, which is fed to both a second differentiator 32 and a second summation point 42 (with a negative sign).
  • the output signal of the second differentiator 32 serves as an input variable for a circuit part called a plausibility test 34.
  • the plausibility test 34 generates a plausibility error signal 35.
  • a speed controller 44 forms a cross-flow setpoint IQ_S0LL, which is a third summation point 46, from the speed deviation available at the second summation point 42 from the speed setpoint n_set and sensor speed actual value n_sensor. the plausibility test 34 and a decoupling 50 is supplied.
  • the cross-current actual value IQ_IST formed by the input transformation 22 serves as an input variable for the plausibility test 34 and - with a negative sign - for the third summation point 46.
  • Cross-current actual value IQ_IST is fed to a cross-current controller 48, which is designed as a PI controller.
  • a cross-current controller 48 which is designed as a PI controller.
  • the control deviation of the nominal longitudinal current value ID_SOLL and the nominal longitudinal current value ID_IST, generated by the input transformation 22, is available as an input variable for a linear current controller 54 - likewise designed as a PI controller.
  • the longitudinal current setpoint ID_SOLL takes the value zero for the synchronous machine. It is also fed to the decoupling 50.
  • an output variable of the decoupling 50 is subtracted from the output signal of the cross-current regulator 48, as a result of which a cross-voltage setpoint UQ_S0LL is obtained.
  • a longitudinal voltage setpoint UD_S0LL is generated at a sixth summation point 58.
  • Cross-voltage and longitudinal voltage setpoints UQ_S0LL, UD_SOLL form the input variables for the output transformation 18.
  • the output transformation 18 converts these values together with sin ( ⁇ p) and cos ( ⁇ ) into two further voltage setpoints US1_Soll, US2_Soll, which are fed to the pulse width modulator 16 are.
  • the block diagram according to FIG. 2 shows the controller structure of an asynchronous machine. It is essentially identical to the controller structure of the synchronous machine shown in FIG. 1, however, the longitudinal current setpoint ID_S0LL is no longer set to the value zero, but an output variable of a voltage regulator 85.
  • the voltage regulator 85 receives the cross current setpoint IQ_S0LL as input variables, the Cross voltage setpoint UQ_S0LL and the longitudinal voltage setpoint UD_S0LL.
  • the integral component I_ANTEIL_D of the series current regulator 54 is supplied to a series voltage regulator 87, the output of which In addition to the slip ⁇ * s and the output variable of the flow model 24, the input variable serves the summation point 25 as an input variable.
  • the cross-flow controller 48 can be represented by connecting a proportional component 60 and an integral component 61 of the cross-flow controller 48 in parallel.
  • the series current controller 54 also consists of a proportional component 63 and a parallel circuit Integral component 64.
  • the output of the integrator 64 of the series current regulator 54 is fed to a comparator 73, which receives a limit value G and generates a series voltage error signal 75.
  • the pole wheel voltage Up which is fed to the fifth summation point 56, results from the multiplication of the angular velocity ⁇ (angular velocity of the dq coordinate system) by the chained flux ⁇ p.
  • the decoupling 50 is implemented by a first proportional element 69 (stator resistance R s ), a second proportional element 70 (stator inductance L s ) and a third proportional element 71 (stator resistance R s ) and two multipliers 66, 67.
  • a drive longitudinal voltage Ud is fed to a tenth summation point 110.
  • a longitudinal PTI component 115 forms a longitudinal drive current Isd which, in addition to the angular velocity ⁇ (angular velocity of the dq coordinate system), serves as input variable for a third multiplier 113.
  • the output variable of the third multiplier 113 weighted with the stator inductance Ls serves an eleventh summation point 111 in addition to a drive transverse voltage Uq and the negative pole wheel voltage Up (formed from the product of angular velocity ⁇ and a magnetic flux ⁇ p ) with a negative sign as an input variable.
  • a PT1 cross component 116 is determined from the output variable of the eleventh Summation point 111 a drive cross current Isg. From this, a proportionality factor 118 (3/2 * p * ⁇ p ) taking into account the number of pole pairs p and the magnetic flux ⁇ p forms an electrical moment Mel, from which a load moment Mi is subtracted in a twelfth summation point 112.
  • the resulting variable is processed by an integrator 119, weighted with a reciprocal mass moment of inertia J, to an angular velocity ⁇ m of the rotor. If the angular velocity com of the rotor is multiplied by the number of pole pairs p (reference numeral 120), the angular velocity ⁇ (angular velocity of the dq coordinate system) is obtained. This is fed to the two multipliers 113, 114 as a second input variable. The tenth summation point 110 uses the output variable of the fourth multiplier 114 weighted with the stator inductance Ls as the input variable.
  • the control technology equivalent circuit diagram of the synchronous machine in the event of an error according to FIG. 5 differs from the normal case shown in FIG. 4 in the following way.
  • ⁇ is the offset angle of the speed position sensor 12, based on its original arrangement in
  • the encoder offset ⁇ also reaches a pole wheel voltage Up weighted by the factor sin ( ⁇ ) 121 "at the tenth summation point 110.
  • the effects of the encoder offset ⁇ are also reflected in the proportionality factor 118 "with the factor cos ( ⁇ ).
  • the monitoring concept of the asynchronous machine is shown in FIG.
  • the longitudinal voltage monitoring 79 shown in FIG. 3 is integrated in the control 78 according to FIG.
  • a speed monitoring model 89 is provided as a measuring system model, to which the cross-voltage and cross-current setpoints UQ_SOLL, IQ_SOLL, the longitudinal voltage actual value ID_IST and the actual flow value are supplied.
  • the speed monitoring model 89 makes the estimated speed n_modell available to a comparator 91 and a changeover switch 93.
  • the changeover switch 93 receives a model error signal 92 as the output signal of the comparator 91 and the longitudinal voltage error signal 75 as the output variable of the comparator 73 of the longitudinal voltage monitor 79 according to FIG. 3.
  • the speed monitoring model 89 is shown in more detail in FIG.
  • the cross-current setpoint IQ_SOLL weighted with a proportional element "rotor resistance” 96, reaches a first divider 99 and, via a proportional element "stator resistance” 95, has a negative sign to a seventh summation point 102.
  • the seventh summation point 102 also receives the transverse voltage setpoint UQ_SOLL as Input variable and supplies the resulting output variable to an eighth summation point 103.
  • the actual flow value is fed to the first divider 99 and a second divider 100.
  • the output of the first divider 99 becomes a ninth
  • Summation point 104 is inverted.
  • the second divider 100 receives the output variable of the eighth summation point 103 as a further input variable and supplies its output variable both to the ninth summation point 104 (with a negative sign) and - weighted with a proportional element “control inductance” 97 - to a multiplier 105.
  • the multiplier 105 receives as a further input variable, the actual cross-current value IQ_IST and outputs the resulting output variable with a negative sign to the eighth summation point 103.
  • An integrator 107 processes the output variable of the ninth summation point 104 to an estimated speed n_modell.
  • the current sensors 20 detected stator current II, 13 after conversion into a rotor-related orthogonal two-phase system (dq coordinate system) into two components, namely the cross-current actual value IQ_IST and the longitudinal current actual value ID_IST.
  • the longitudinal current component ID builds up the magnetic field of the machine and is oriented in the same direction as the field.
  • the cross current IQ is at right angles to the longitudinal current ID and forms the total current with it, which circulates at the field frequency ⁇ .
  • the cross current IQ_IST forms the torque of the electric drive 10, while the longitudinal current ID_IST represents the flux-forming current component.
  • the plausibility test 34 described below monitors the speed control loop for plausible acceleration data when the cross-current setpoint IQ_SOLL reaches the maximum current I max that the speed controller 44 may just output. A maximum torque is applied to the drive system.
  • the actual acceleration a_act is determined by differentiating the output signal of the speed position sensor 12 twice. If the actual acceleration a_act is less than a predefinable minimum acceleration, an error signal is generated. The electric drive 10 could be in the locked state. A corresponding display with the error message “blocked” can be provided. If the actual acceleration a_act has a non-corresponding sign in comparison to the cross-flow setpoint IQ_SOLL, an error message is also generated.
  • the speed position sensor 12 could be rotated or An interruption in the energy supply to the drive 10 can be determined on the basis of the actual current value IQ_IST if the actual current value IQ_S0LL is not able to be determined despite the maximum permissible current value IQ_S0LL.
  • the plausibility test 34 is used in particular for the quick reaction to an incorrectly adjusted speed position sensor 12 or to a missing mechanical coupling between speed position sensor 12 and drive 10.
  • the subsequent longitudinal voltage monitoring 79 according to FIG. 3 is used in particular to determine a sliding speed position sensor 12.
  • a sliding speed position sensor 12 indicates a speed that differs from the actual speed of the drive 10.
  • the speed position transmitter 12 is normally set to the drive 10 in such a way that the pole wheel and the stator resistance axis of phase U face each other at a measured pole wheel angle of 0 °.
  • a loose screwing of the speed-position sensor 12 now leads to the pole wheel position no longer corresponding to the imaginary longitudinal axis of the current control.
  • the coordinate system of the current control relating to the magnet wheel is rotated by the encoder offset a toward the magnet wheel.
  • the parameters mentioned can be calculated in advance and taken into account in the form of the limit value G. If the limit value G is exceeded by a certain value, the error results from the sensor offset a. In this case, an error signal 75 is generated, for example in connection with the message "Grinding encoder".
  • the I component of the cross-current controller 48 could also be used for evaluating the encoder offset. Under certain circumstances, however, a preliminary calculation is made more difficult by a fluctuating cross current setpoint IQ_SOLL.
  • Figure 2 shows the controller structure of an asynchronous machine.
  • the main difference from the synchronous machine is that the longitudinal current setpoint ID_SOLL is not fixed at zero, but is generated in the manner shown.
  • the type of generation is not essential for the invention, but should only be mentioned in the course of completeness, since they serve as input variables for the longitudinal voltage monitoring 79 according to FIG. 2.
  • the longitudinal voltage monitor 79 according to FIG. 3 and the plausibility test 34 can thus also be used for the asynchronous machine.
  • a dual measuring system monitoring concept is implemented for the asynchronous machine.
  • the longitudinal voltage monitor 79 is identical to that of FIG. 3 at low frequencies.
  • the changeover switch 93 forwards the error signal 75 of the longitudinal voltage monitor 79 to the output as the resulting error signal 94. Otherwise, the changeover switch 93 passes on the model error signal 92 generated by the comparator 91.
  • the comparator 91 determines a significant deviation of the signal emitted by the speed position sensor 12 with the output signal of the speed monitoring model 89, the estimated variable n_modell of the actual speed.
  • the changeover switch 93 is controlled as a function of the estimated variable n_modell.
  • the speed monitoring model 89 can be seen in FIG. 7. It essentially forms the controlled system of the pursued 10. Variables formed by the controller 78 are used as input variables, such as the cross-current setpoint IQ_SOLL, the cross-voltage setpoint UQ_SOLL, the longitudinal current actual value ID_IST and the actual flux value FLUSS_IST. In addition, parameters of the drive 10 such as stator resistance 95, rotor resistance 96 or stator inductance 97 are incorporated.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Messsystems eines elektrischen Antriebs vorgeschlagen, umfassend ein Messsystem (12) zur Erfassung zumindest einer Messgrösse eines elektrischen Antriebs (10), zumindest einen Regler (78), dem zumindest die von dem Messsystem (12) erfasste Messgrösse zugeführt ist, und der zumindest eine Stellgrösse zur Ansteuerung des Antriebs (10) erzeugt, wobei zumindest eine Signalerfassung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zur Fehlererkennung des Messsystems (12) vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antriebs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antriebs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 43 30 823 C2 ist eine Antriebsvorrichtung mit einer Sicherheitseinrichtung für den Sonderbetrieb bekannt. Hierbei ist zur Überwa- chung des Motors eine redundante Sicherheitseinrichtung vorgesehen, welche in einer Sonderbetriebsart die Drehzahl des Motors auf Einhaltung eines vorgegebenen Höchstwertes überwacht und die Energiezufuhr zum Motor unterbricht, wenn die Drehzahl größer ist als der vorgegebene Höchstwert. Zur Be- Stimmung der Drehzahl werden zwei verschiedene Signale in der Weise erfaßt, daß das erste Signal von einem Drehzahlsensor gewonnen wird, und das zweite Signal aus dem zeitlichen Verlauf des hierfür mittels eines weiteren Sensor erfaßten Stromes in wenigstens einer der Phasenzuleitungen zum Motor abgeleitet wird. Überschreitet die erfaßte Drehzahl einen vorgegebenen Höchstwert, wird die Energiezufuhr zum Motor durch Schalten eines einem Netzgleichrichter da- vorgeschalteten Leistungsschalters sowie durch zusätzliches Abschalten des Wechselrichters unterbrochen. Eine Überwa- chung des Drehzahlsensors anhand des Stromverlaufs ist lastabhängig und daher relativ ungenau. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Überwachungssystem über den gesamten Drehzahlbereich hinweg anzugeben, das ohne einen weiteren Drehzahlsensor auskommt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antrieb umfaßt zumindest ein Meß- System zur Erfassung einer Meßgröße eines elektrischen Antriebs sowie zumindest einen Regler, dem zumindest die von dem Meßsystem erfaßte Meßgröße zugeführt ist, und der zumindest eine Stellgröße zur Ansteuerung des Antriebs erzeugt. Es ist zumindest eine Signalverarbeitung zur Fehlererkennung des Meßsystems vorgesehen. Dadurch wird eine frühzeitige
Fehlererkennung des Antriebsystems erreicht, wenn ein Fehler des Meßsystems vorliegt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Signalverarbeitung zur Fehlererkennung des Meßsystems zumindest eine von dem Regler erzeugte Größe zugeführt ist. Durch eine geschickte Auswahl der aus uwertenden Reglergröße kann auf eine zusätzliche Signalerfassung zur Fehlererkennung verzichtet werden. Da der Regler ohnehin bei dem Antriebssy- stem zur Verfügung steht, kann mit einfachen Mitteln die Störsicherheit des Systems verbessert werden.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Signalverarbeitung zur Fehlererkennung des Meßsystems zumindest eine von dem Meßsystem erzeugte und/oder daraus abgeleitete Größe zugeführt. Die Einbeziehung einer weiteren auszuwertenden Größe erhöht die Zuverlässigkeit der Fehlererkennung. Werden insbesondere mehrere Fehlererkennungsmöglichkeiten vorgesehen, so kann die Auswertung der von dem Meßsystem bereitge- stellten Größe zur Plausibilität der Fehlererkennung herangezogen werden.
Einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist zur Fehlerer- kennung des Meßsystems ein Meßsystemmodell vorgesehen, das zumindest einen für das Meßsystem zu erwartenden Schätzwert erzeugt. Die Berücksichtigung der Schätzgröße des Meßsystemmodells erhöht weiterhin die Zuverlässigkeit der Fehlererkennung und kann ebenfalls zu einer Plausibilitätsüberprü- fung herangezogen werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antriebs zeichnet sich dadurch aus, daß eine Signalverarbeitung ein einen Fehler des Meßsystems anzeigendes Fehlersignal erzeugt in Abhängigkeit von der Polradspannung. Die Polradspannung verändert sich, wenn das Meßsystem des elektrischen Antriebs, beispielsweise ein Drehzahl- oder Positionsgeber, schleift und dadurch ein Geberversatz auftritt. Insbesondere die flußbildende Kompo- nente der Polradspannung eignet sich als auszuwertende Größe. Der gegenüber dem Normalfall auftretende Geberversatz zum Polrad verändert die in Feldrichtung induzierte Spannung und steht auch während des laufenden Betriebs des elektrischen Antriebs zur Verfügung. Es können rechtzeitig Gegen- maßnahmen eingeleitet werden, wenn eine fehlerhafte Geberanordnung erkannt wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, eine Ausgangsgröße eines Längsstromreglers zur Erzeugung eines Fehlersignals heranzuziehen. Üblicherweise ist zur Regelung einer Synchron- bzw. Asynchronmaschine ein Längsstromregler zur Regelung der flußbildenden Stromkomponente vorgesehen. Aufgrund der zusätzlichen durch den Geberversatz induzierten (Längs) Spannungskomponente bildet sich auch bei dem Längs- stromregier eine Regelabweichung. Deshalb kann der Inte- gralanteil des LängsStromreglers als eine einen Geberversatz des Meßsystems anzeigende Größe ausgewertet werden, da der Integralanteil ein Maß ist für die zusätzlich durch den Geberversatz induzierte LängsSpannung. Diese Größe steht am Regler ohnehin zur Verfügung und muß nicht eigens erzeugt werden .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Vergleich der den Geberversatz anzeigenenden Größe mit einem Grenzwert vor, der von den Reglerparametern und/oder den Streckenparametern abhängt. Insbesondere die Totzeitspannung in Folge der Schaltertotzeit der Ansteuerstufe, die induzierte Polradspannung in Folge der Totzeit des Querstromreglers oder die Parameterabweichungen von Induktivitäten und Widerstän- den können zu Regelabweichungen führen, die den Integralanteil des Längsstromreglers zusätzlich beaufschlagen. Da die Regler- und Streckenparameter in etwa bekannt sind, können sie bei der Wahl des Grenzwerts, mit dem der Integralanteil des Längsstromreglers verglichen wird, berücksichtigt wer- den. Die Genauigkeit der Fehlererkennung des Meßsystems erhöht sich dadurch.
Eine alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die aus dem Ausgangssignal des Meßsystems abgeleitete Beschleunigung des Antriebs ausgewertet wird. In dem sich anschließenden Vergleich mit bestimmten Grenzwerten wird eine fehlende mechanische Verbindung zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Geber erkannt. In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird diese Überwachung nur aktiv, wenn der von dem Regler des Antriebs vorgegebene Stromsollwert den maximal zulässigen Stromsollwert erreicht. In diesem Fall kann von einer kritischen Betriebssituation ausgegangen werden, die eventuell durch ein fehlerhaftes Meßssystem ausgelöst worden sein könnte. Diese Ausführungsform kann vorzugsweise als Plausibilitätstest zu anderen Geberüberwachungen parallel ausgeführt werden.
In einer alternativen Ausführung ist zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antriebs ein Drehzahlüberwachungsmodell vorgesehen, das in Abhängigkeit von bestimmten Eingangsgrößen einen Schätzwert des Ausgangssignals des Meßsystems erzeugt. Treten signifikante Abweichungen mit dem tatsächlichen Ausgangssignal des Meßsystems auf, wird auf ein fehlerhaftes Meßsystem geschlossen.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist eine Auswahlschaltung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der geschätzten Drehzahl eine Auswahl der Überwachungsfunktion vorsieht. Bei hohen Drehzahlen kommt das Drehzahlüberwachungsmodell zum
Einsatz. Da es bei niedrigen Drehzahlen unwirksam ist, wird für diesen Fall auf die LängsSpannungsüberwachung zurückgegriffen. Dadurch wird sichergestellt, daß in jedem Drehzahlbereich ein Fehler des Meßsystems sicher erkannt wird.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen Figur 1 eine Reglerstruktur mit Überwachungsein- richtung einer Synchronmaschine, Figur 2 eine Reglerstruktur mit Überwachungseinrichtung einer Asynchronmaschine, Figur 3 ein Blockschaltbild einer LängsSpannungsüberwachung, Figur 4 ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild der Synchronmaschine im Normalfall, Figur 5 ein regelungstechnisches Er- satzschaltbild der Synchronmaschine im Fehlerfall, Figur 6 ein Blockschaltbild der Überwachungseinrichtung für die Asynchronmaschine sowie Figur 7 ein Drehzahlüberwachungsmodell.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Drehzahl -Lage-Geber 12 als Meßsystem erfaßt den Polradwinkel eines elektrischen Antriebs 10, in dem ersten Aus- führungsbeispiel gemäß Figur 1 ein Synchronmotor. Ein Umrichter 14, der von einem Pulsweitenmodulator 16 angesteuert wird, bestromt die drei Phasen des elektrischen Antriebs 10. Bei zwei der drei Phasen sind jeweils Stromsensoren 20 vorgesehen, deren Ausgangssignale II, 13 einer Eingangstrans- formation 22 zugeführt sind. Die Eingangstransformation 22 erzeugt einen Querstrom-Istwert IQ_IST und einen Längsstrom- Istwert ID_IST. Über den ersten Differenzierer 30, dem der Polradwinkel zugeführt wird, entsteht die Größe ω, aus der durch einen Integrator 26 ein Richtungswinkel φ gebil- det wird. Aus dem Richtungswinkel φ stellt ein Sinus- Cosinus -Generator 28 die entsprechenden sin( .)- und cos ( φ ) -Werte der Eingangstransformation 22 und der Ausgangstransformation 18 zur Verfügung. Aus der Ausgangsgröße des ersten Diffenzieres 30 wird über einen Umsetzer 31 ein Sen- sor-Drehzahlistwert n_sensor gebildet, der sowohl einem zweiten Differenzierer 32 als auch einem zweiten Summations- punkt 42 (mit negativem Vorzeichen) zugeführt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Differenzierers 32 dient einem als Plausibilitätstest 34 bezeichneten Schaltungsteil als Ein- gangsgröße. Der Plausiblitätstest 34 erzeugt ein Plausibili- täts-Fehlersignal 35. Aus der am zweiten Summationspunkt 42 zur Verfügung stehenden Drehzahlabweichung aus Drehzahsoll- wert n_soll und Sensor-Drehzahlistwert n_sensor bildet ein Drehzahlregler 44 einen Querstrom-Sollwert IQ_S0LL, der ei- nem dritten Summationspunkt 46, dem Plausibilitätstest 34 sowie einer Entkopplung 50 zugeführt wird. Der von der Eingangstransformation 22 gebildete Querstrom-Istwert IQ_IST dient als Eingangsgröße für den Plausibilitätstest 34 sowie - mit negativem Vorzeichen - für den dritten Summationspunkt 46. Die Regelabweichung von Querstrom-Sollwert IQ_SOLL und
Querstrom-Istwert IQ_IST wird einem Querstromregler 48 zugeführt, der als PI -Regler ausgeführt ist. An einem vierten Summationspunkt 52 steht die Regelabweichung von Längsstrom- sollwert ID_SOLL und Längsstrom-Istwert ID_IST, von der Ein- gangstransformation 22 erzeugt, als Eingangsgröße für einen Längsstromregler 54 - ebenfalls als PI -Regler ausgeführt - zur Verfügung. Der Längsstrom-Sollwert ID_SOLL nimmt für die Synchronmaschine den Wert Null an. Er ist ebenfalls der Entkopplung 50 zugeführt. In einem fünften Summationspunkt 56 wird eine Ausgangsgröße der Entkopplung 50 von dem Ausgangs- signal des Querstromreglers 48 abgezogen, wodurch man einen Querspannungs-Sollwert UQ_S0LL erhält. Analog wird an einem sechsten Summationspunkt 58 ein Längsspannungs-Sollwert UD_S0LL erzeugt. Querspannungs- und Längsspannungs-Sollwerte UQ_S0LL, UD_SOLL bilden die Eingangsgrößen für die Ausgangstransformation 18. Die Ausgangstransformation 18 setzt diese Werte zusammen mit sin(ζp) und cos(^) in zwei weitere Spannungs -Sollwerte USl_Soll, US2_Soll um, die dem Pulsweitenmodulator 16 zugeführt sind.
Das Blockschaltbild gemäß Figur 2 zeigt die Reglerstruktur einer Asynchronmaschine. Sie ist im wesentlichen identisch mit der in Figur 1 gezeigten Reglerstruktur der Synchron- Maschine, allerdings ist der Längsstrom-Sollwert ID_S0LL nicht mehr auf den Wert Null festgelegt, sondern eine Ausgangsgröße eines Spannungsreglers 85. Der Spannungsregler 85 erhält als Eingangsgrößen den Querstromsollwert IQ_S0LL, den Querspannungssollwert UQ_S0LL und den Längsspannungssollwert UD_S0LL. Der Integralanteil I_ANTEIL_D des Längsstromreglers 54 wird einem Längsspannungsregler 87 zugeführt, dessen Aus- gangsgröße neben dem Schlupf ω*s und der Ausgangsgröße des Flußmodells 24 dem Summationspunkt 25 als Eingangsgröße dient.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 wird nun präzisiert und erweitert in Figur 3. Der Querstromregler 48 läßt sich darstellen durch eine Parallelschaltung eines Proportionalanteils 60 und eines Integralanteils 61 des Querstromreglers 48. Auch der Längsstromregler 54 besteht aus einem parallel geschalteten Proportionalanteil 63 und einem Integralanteil 64. Der Ausgang des Integrators 64 des Längsstromreglers 54 wird einem Komparator 73 zugeführt, der einen Grenzwert G erhält und ein Längsspannungs-Fehlersignal 75 erzeugt. Aus der Multiplikation der Winkelgeschwindigkeit ω (Winkelgeschwindigkeit des d-q-Koordinatensystems) mit dem verketteten Fluß ψp ergibt sich die Polradspannung Up, die dem fünften Summationspunkt 56 zugeführt wird. Die Entkopplung 50 wird realisiert durch ein erstes Proportionalglied 69 (Ständerwiderstand Rs) , ein zweites Proportionalglied 70 (Ständerinduktivität Ls) und ein drittes Proportionalglied 71 (Ständerwiderstand Rs) sowie zwei Multiplizierer 66, 67.
Bei dem regelungstechnischen Ersatzschaltbild der Synchronmaschine im Normalfall gemäß Figur 4 wird einem zehnten Summationspunkt 110 eine Antriebs-Längsspannung Ud zugeführt. Aus der Ausgangsgröße des zehnten Summationspunktes 110 bildet ein PTl-Längsanteil 115 einen Antriebs-Längsstrom Isd, der neben der Winkelgeschwindigkeit ω (Winkelgeschwindigkeit des d-q-Koordinatensystems) einem dritten Multiplizierer 113 als Eingangsgröße dient. Die mit der Ständerinduktivität Ls gewichtete Ausgangsgröße des dritten Multiplizierers 113 dient einem elften Summationspunkt 111 neben einer Antriebs- Querspannung Uq und der negativen Polradspannung Up (gebildet aus dem Produkt von Winkelgeschwindigkeit ω und einem magnetischen Fluß ψp ) mit negativem Vorzeichen als Eingangsgröße. Ein PT1-Queranteil 116 ermittelt aus der Ausgangsgröße des elften Summationspunktes 111 einen Antriebs-Querstrom Isg. Daraus bildet ein die Polpaarzahl p und den magnetischen Fluß ψp berücksichtigender Proportionalitätsfaktor 118 (3/2*p*ψp) eine elektrisches Moment Mel, von dem in einem zwölften Summationspunkt 112 ein Lastmoment Mi abgezogen wird. Die resultierende Größe verarbeitet ein Integrator 119, gewichtet mit einem reziproken Massenträgheitsmoment J, zu einer Winkelgeschwindigkeit ωm des Läufers. Wird die Winkelgeschwindigkeit com des Läufers mit der Polpaarzahl p (Bezugszeichen 120) multipliziert, er- gibt sich die Winkelgeschwindigkeit ω (Winkelgeschwindigkeit des d-q-Koordinatensystems) . Diese wird den beiden Multiplizierern 113, 114 jeweils als zweite Eingangsgröße zugeführt. Die mit der Ständerinduktivität Ls gewichtete Ausgangsgröße des vierten Multiplizierers 114 verwendet der zehnte Summa- tionspunkt 110 als Eingangsgröße.
Das regelungstechnische Ersatzschaltbild der Synchronmaschine im Fehlerfall gemäß Figur 5 unterscheidet sich von dem in Figur 4 dargestellten Normalfall in folgender Weise. An den elften Summationspunkt 111 wird nunmehr lediglich die mit einem Faktor cos (α) 117" gewichtete Polradspannung Up (Up = ω * ψp) negativ zurückgeführt, α ist der Versatzwinkel des Drehzahl-Lage-Gebers 12, bezogen auf seine ursprüngliche Anordnung im fehlerfreien Betrieb. Durch den Geberversatz α gelangt auch an den zehnten Summationspunkt 110 eine mit dem Faktor sin(α) 121" gewichtete Polradspannung Up . Die Auswirkungen des Geberversatztes α schlagen sich auch in dem Proportionalitätsfaktor 118" mit dem Faktor cos(α) nieder.
In Figur 6 ist das Überwachungskonzept der Asynchronmaschine gezeigt. In der Regelung 78 gemäß Figur 2 ist die in Figur 3 dargestellte LängsSpannungsüberwachung 79 integriert. Zusätzlich ist ein Drehzahlüberwachungsmodell 89 als Meßsystemmodell vorgesehen, dem die Querspannungs- und Querstrom- Sollwerte UQ_SOLL, IQ_SOLL, der Längsspannungs- Istwert ID_IST sowie der Fluß-Istwert zugeführt sind. Als Ausgangsgröße stellt das Drehzahlüberwachungsmodell 89 die Schätzdrehzahl n_modell einem Vergleicher 91 sowie einem Umschalter 93 zur Verfügung. Der Umschalter 93 erhält ein Modell- Fehlersignal 92 als Ausgangssignal des Vergleichers 91 und das Längsspannungs-Fehlersignal 75 als Ausgangsgröße des Komparators 73 der LängsSpannungsüberwachung 79 gemäß Figur 3.
In Figur 7 ist das Drehzahlüberwachungsmodell 89 näher gezeigt. Der Querstrom-Sollwert IQ_SOLL gelangt, mit einem Proportionalglied „Rotorwiderstand" 96 gewichtet, an einen ersten Dividierer 99 und über ein Proportionalglied „Statorwiderstand" 95 mit negativem Vorzeichen an einen siebten Summationspunkt 102. Der siebte Summationspunkt 102 erhält außerdem den Querspannungs-Sollwert UQ_SOLL als Eingangsgröße und liefert die resultierende Ausgangsgröße einem achten Summationspunkt 103. Dem ersten Dividierer 99 und einem zweiten Dividierer 100 wird der Fluß-Istwert zugeführt. Die Ausgangsgröße des ersten Dividierers 99 wird einem neunten
Summationspunkt 104 invertiert aufgeschaltet . Der zweite Dividierer 100 erhält als weitere Eingangsgröße die Ausgangsgröße des achten Summationspunktes 103 und liefert seine Ausgangsgröße sowohl an den neunten Summationspunkt 104 (mit negativem Vorzeichen) als auch - gewichtet mit einem Proportionalglied „Steuinduktivität" 97 - an einen Multiplizierer 105. Der Multiplizierer 105 erhält als weitere Eingangsgröße den Querstrom- Istwert IQ_IST und gibt die resultierende Ausgangsgröße mit negativem Vorzeichen an den achten Summati - onspunkt 103 ab. Ein Integrierer 107 verarbeitet die Ausgangsgröße des neunten Summationspunktes 104 zu einer Schätzdrehzahl n_modell.
Gemäß der Theorie der feldorientierten Regelung einer Syn- chron- bzw. Asynchronmaschine kann der von den Stromsensoren 20 erfaßte Ständerstrom II, 13 nach Überführung in ein rotorbezogenes orthogonales Zweiphasensystem (d-q- Koordinatensystem) in zwei Komponenten, nämlich dem Querstrom-Istwert IQ_IST, und dem Längsstrom-Istwert ID_IST auf- geteilt werden. Die LängsStromkomponente ID baut das magnetische Feld der Maschine auf und ist in der gleichen Richtung wie das Feld orientiert. Der Querstrom IQ steht rechtwinklig auf dem Längsstrom ID und bildet mit diesem den Summenstrom, der mit der Umlauffrequenz ω des Felds umläuft. Der Querstrom IQ_IST bildet das Drehmoment des elektrischen Antriebs 10, während der Längsstrom ID_IST die flußbildende Stromkomponente darstellt.
Der nachfolgend beschriebene Plausibilitätstest 34 überwacht den Drehzahlregelkreis auf plausible Beschleunigungsdaten dann, wenn der Querstrom-Sollwert IQ_SOLL den Maximalstrom Imax erreicht, den der Drehzahlregler 44 gerade noch ausgeben darf. Das Antriebssystem wird mit einem maximalen Moment beaufschlagt. Durch zweimaliges Differenzieren des Ausgangs- signals des Drehzahl -Lage-Gebers 12 wird die Ist- Beschleunigung a_ist ermittelt. Ist die Ist-Beschleunigung a_ist kleiner als eine vorgebbare Minimalbeschleunigung, wird ein Fehlersignal generiert. Der elektrische Antrieb 10 könnte sich im Blockierzustand befinden. Eine entsprechende Anzeige mit der Fehlermeldung „blockiert" kann vorgesehen werden. Besitzt die Istbeschleunigung a_ist im Vergleich zu dem Querstrom-Sollwert IQ_SOLL ein nicht korrespondierendes Vorzeichen, wird ebenfalls eine Fehlermeldung erzeugt. In diesem Fall könnte der Drehzahl-Lage-Geber 12 verdreht, oder die Motorzuleitungen falsch angeschlossen sein. Anhand des Querstrom-Istwerts IQ_IST kann eine Unterbrechung der Energieversorgung des Antriebs 10 festgestellt werden, wenn trotz maximal zulässigem Querstrom-Sollwert IQ_S0LL kein Querstrom-Istwert IQ__IST ermittelt werden kann. Der Plausi- bilitätstest 34 dient insbesondere der schnellen Reaktion auf einen nicht korrekt justierten Drehzahl -Lage-Geber 12 oder auf eine fehlende mechanische Kopplung zwischen Drehzahl-Lage-Geber 12 und Antrieb 10.
Die nachfolgende LängsSpannungsüberwachung 79 nach Figur 3 dient insbesondere der Ermittlung eines schleifenden Drehzahl-Lage-Gebers 12. Ein schleifender Drehzahl-Lage-Geber 12 zeigt eine von der tatsächlichen Drehzahl des Antriebs 10 abweichende Drehzahl an. Für die Synchronmachine wird im Normalfall der Drehzahl-Lage-Geber 12 so auf den Antrieb 10 eingestellt, daß sich bei einem gemessenen Polradwinkel von 0° das Polrad und die Ständerwiderstandsachse der Phase U gegenüberstehen. Eine lockere Verschraubung des Drehzahl - Lage-Gebers 12 führt nun dazu, daß die Polradlage nicht mehr mit der gedachten Längsachse der Stromregelung übereinstimmt. In diesem Fall ist das auf auf das Polrad bezogene Koordinatensystem der Stromregelung um den Geberversatz a zum Polrad hin verdreht. Für die weitere Berechnung wird zur Vereinfachung angenommen, daß sich der Geberversatz a bezogen auf den Polradwinkel ε kaum ändert ( = konst) .
Ständerbezogenes Koordinatensystem
Normal fall Fehler fall
α α kontant ≠ 0
( 1 . 1 ) ( 1 . 2 . )
Polradbezogenes Koordinatensystem
Normalfall Fehlerfall
U' JΨP
U'p = jUp U'p = jUp [cos(α) + sin(α)]
Regelungstechnisches Modell in polradfesten Komponenten
Unter Bezugnahme auf die Figuren 4 (regelungstechnisches Ersatz- Schaltbild der Synchronmaschine im Normalfall) und Figur 5 (regelungstechnisches Ersatzschaltbild der Synchronmaschine im Fehlerfall) ergeben sich für die beiden Fälle folgende Gleichungen:
Normalfall
dlsd ω * Ls Isq dt
(1.5.)
Ug = Rs * Isq + Ls ω*Ls*Isd + Up dt
Fehler fall
dhά Ud = Rs * lsd + Ls ω * Ls Isg - UP sin(α) dt
(1.6.) Uuq = RKS * T ±B + L,s dlsq , ω*Ls*Isd + Up cos ( a ) dt
mit I_g Uq Antriebs-Querstrom- bzw. -spannungskomponente,
Isd, Ud Antriebs-Längsstrom- bzw. -spannungskomponente ω : Winkelgeschwindigkeit des d-q-Koordinatensystems ψp : Magnetische Fluß, erzeugt durch das permanent erregte Polrad
Ls : Ständerinduktivität
Rs : Statorwiderstand
Im Normalfall (α = 0, kein Versatz des Drehzahl-Lage-Gebers 12) sind die d-q-Koordinatensysteme von Regler 78 und Antrieb 10 identisch. Bei Vernachlässigung des Übertragungs- verhaltens des Umrichters 14 stimmen die von der Regelung 78 vorgegebenen Komponeneten UD_SOLL bzw. UQ_SOLL mit den Spannungs-Komponenten im Antrieb 10 Ud bzw. Uq überein.
Im Fehlerfall (α ≠ 0) sind die d-q-Koordinatensysteme von Regler 78 und Antrieb 10 nicht mehr identisch. Die Quer- und Längskomponenten im Antrieb (Ud, Isd, Uq, Isq) weichen aufgrund des Geberversatztes (α ≠ 0) von denen im Regler 78 (UD_SOLL, ID_SOLL, UQJ30LL, IQ_SOLL) ab. Die Winkelgeschwindigkeit ωm des Läufers wird von dem schleifenden Drehzahl-Lage- Geber 12 erfaßt und nach Multiplikation mit der Polpaarzahl p der Längsspannungsüberwachung 79 gemäß Figur 3 als Winkelgeschwindigkeit ω zugeführt. Die induzierte Spannung Ψp * ω (Polradspannung Up) tritt nicht mehr allein in der q-Achse im Regler 78 auf. Dadurch ergibt sich eine signifikante Änderung der Spannung ud in der d-Achse (um - Up*sin(c.)) . Da der Längsstromregler 54 weiterhin den Längsstrom ID auf Null regelt, ist die Änderung der Spannung Ud in der d-Achse im Spannungssollwert erkennbar. Aufgrund der Beschaffenheit des Längsstromreglers 54 spiegelt sich diese vom Geberversatz (α ≠ 0) herrührende Spannungsänderung im Integrator 64 wieder. Daher eignet sich die Ausgangsgröße des Integrators 64 zur Ermittlung, ob ein Geberversatz aufgetreten ist. Hierzu wird der Ausgangswert des Integrators 64 in dem Komparator 73 mit dem Grenzwert G verglichen. Im Idealfall (Geberver- satz a = 0, keine Systemtotzeiten, gleichbleibend genaue
Angaben der Modellparameter Ls und Rs) nimmt der Integrator 64 den Wert Null an. Im Normalfall jedoch gibt der Integrator 64 auch ohne Geberversatz ( ö. = 0) ein konstantes Signal ab, das durch die Totzeitspannung (Schaltertotzeit der PWM- Stufe) , die induzierte Polradspannung (in Folge der Totzeit des Längsstromreglers 54) und durch schwankende Modellparameter bedingt ist. Die genannten Parameter können jedoch vorab berechnet werden und in Form des Grenzwerts G berücksichtigt werden. Wird der Grenzwert G um einen bestimmten Wert überschritten, so resultiert der Fehler aus dem Geberversatz a . In diesem Fall wird ein Fehlersignal 75 erzeugt, beispielsweise verbunden mit der Meldung „Schleifender Geber".
Prinzipiell könnte zwar auch der I-Anteil des Querstromreglers 48 zur Geberversatzauswertung herangezogen werden. Unter Umständen wird jedoch eine Vorrausberechnung durch einen schwankenden Querstromsollwert IQ_SOLL erschwert.
Figur 2 zeigt die Reglerstruktur einer Asynchronmaschine. Der wesentliche Unterschied zur Synchronmaschine besteht darin, daß der Längsstrom-Sollwert ID_SOLL nicht fest auf dem Wert Null liegt, sondern in der gezeigten Weise erzeugt wird. Für die Erfindung ist die Art der Erzeugung jedoch nicht wesentlich, sondern soll nur im Zuge der Vollständigkeit erwähnt werden, da sie als Eingangsgrößen der Längsspannungsüberwachung 79 nach Figur 2 dienen. Damit können die LängsSpannungsüberwachung 79 gemäß Figur 3 und der Plau- sibiltitästest 34 auch für die Asynchronmaschine zum Einsatz kommen . Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist für die Asynchronmaschine ein duales Meßsystemüberwachungskonzept realisiert. Die Längsspannungsüberwachung 79 ist bei niedri- gen Frequenzen identisch mit der der Figur 3.
Aufgrund von Parametertoleranzen (Temperaturabhängigkeit des Läuferwiderstandes, Sättigungserscheinungen) kann dieses Verfahren bei höheren Frequenzen nur fehlerbehaftet angewen- det werden. Kompensiert werden diese Parameterabweichungen über eine zusätliche Regelung, die den Transformationswinke1 φ so verstellt, daß die induzierte Spannung in der d-Achse Null ist. Dies führt einerseits dazu, daß das Verfahren der LängsSpannungsüberwachung 79 bei hohen Drehzahlen nicht an- gewendet werden kann, anderseits daß auch bei schleifendem Geber 12 die d-q-Koordinatensysteme in der Regelung 78 und im Antrieb 10 ausreichend gut übereinstimmen. Dadurch ist es möglich, aus den internen Größen des Reglers 79 über ein Drehzahlüberwachungsmodell 89 eine ausreichend genaue Dreh- Zahlinformation n_modell zu gewinnen. Das Ausgangssignal des Komparators 73 gelangt als Längsspannungs-Fehlersignal 75 an den Umschalter 93. Bei niedrigen Werten des Schätzwertes n_modell leitet der Umschalter 93 das Fehlersignal 75 der Längsspannungsüberwachung 79 an den Ausgang als resultieren- des Fehlersignal 94 weiter. Andernfalls leitet der Umschalter 93 das von dem Vergleicher 91 generierte Modell- Fehlersignal 92 weiter. Der Vergleicher 91 ermittelt eine signifikante Abweichung des von dem Drehzahl-Lage-Gebers 12 abgegebenen Signals mit dem Ausgangssignal des Drehzahlüber- wachungsmodells 89, der Schätzgröße n_modell der Ist- Drehzahl. Der Umschalter 93 wird in Abhängigkeit von der Schätzgröße n_modell angesteuert.
Das Drehzahlüberwachungsmodell 89 läßt sich der Figur 7 ent- nehmen. Es bildet im wesentlichen die Regelstrecke des An- triebs 10 nach. Als Eingangsgrößen werden von dem Regler 78 gebildete Größen verwendet wie der Querstrom-Sollwert IQ_SOLL, der Querspannungs-Sollwert UQ_SOLL, der Längsstrom- Istwert ID_IST und der Fluss-Istwert FLUSS_IST. Außerdem fließen Parameter des Antriebs 10 wie Ständerwiderstand 95, Rotorwiderstand 96 oder Ständerindukktivität 97 ein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Überwachung eines Meßsystems eines elektrischen Antriebs, umfassend zumindest ein Meßsystem (12) zur Erfassung zumindest einer Meßgröße eines elektrischen An- triebs (10) , zumindest einen Regler (78) , dem zumindest die von dem Meßsystem (12) erfaßte Meßgröße zugeführt ist, und der zumindest eine Stellgröße zur Ansteuerung des Antriebs (10) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zur Fehlererkennung des Meßsystems (12) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zur Fehlererkennung des Meßsystems (12) zumindest eine von dem Regler (78) erzeugte Größe (IQ_SOLL, IQ_IST, UQ_SOLL, FLUSS_IST, 65) zugeführt ist .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zur Fehlererkennung des Meßsystems (12) zumindest eine von dem Meßsystem (12) erzeugte und/oder daraus abgeleitete Größe (a_ist) zugeführt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zur Fehlererkennung des Meßsystems (12) eine für einen Fehlerfall des Meßsystems (12) charakteristische Größe mit einem Grenzwert (G, n_modell, n_sensor) vergleicht und in Abhängigkeit von dem Vergleich ein einen Fehler des Meßsy- stems (12) anzeigendes Fehlersignal (35, 75, 92, 94) erzeugt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) als die für einen Fehlerfall des Meßsystems (12) charakteristische Größe ein Maß für eine Änderung der Polradspannung (Up) des Antriebs (10) zugeführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als eine vom Regler (78) erzeugte Größe ein in einem Längsstromregler (54) und/oder Querstromregler (48) gebildetes Signal (65) und/oder ein Integralanteil (65) der Signalverarbeitung (34, 73, 79, 89, 91, 93) zugeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (G) von zumindest einem Streckenparameter abhängt, der eine Regelabweichung in dem Regler (78) bewirkt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fehlererkennung des Meßsystems ein Meßsystemmodell (89) vorgesehen ist, das zumindest einen für das Meßsystem (12) zu erwartenden Schätzwert (n_modell) erzeugt .
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (93) das Fehlersignal (75) der Signalverarbeitung (79) in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Schätzwert (n modell) weiterleitet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung (34) aktiviert wird in Abhängigkeit von einer von dem Regler (78) er- zeugten Größe (IQ_SOLL) und/oder dann, wenn eine vom Regler (78) erzeugte Größe (LQ_SOLL) einen bestimmten Wert (IQ_MAX) annimmt, vorzugsweise einen maximal zulässigen Sollwert.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung (34, 73,
79, 89, 91, 93) ein Vergleicher (91) umfaßt, der ein Fehlersignal (92, 94) erzeugt abhängig von einem Ausgangssignal des Meßsystems (12) und dem zu erwartenden Schätzwert (n_modell) .
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine AuswahlVorrichtung (93) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einer Auswahlgröße eine Auswahl trifft zwischen einer ersten Fehlerüberwachung (79) und einer zweiten Fehlerüberwachung (89, 91) .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlvorrichtung (93) in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Schätzwert (n_modell) eine Auswahl trifft zwi- sehen einer ersten Fehlerüberwachung (79) und einer zweiten Fehlerüberwachung (89, 91).
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystemmodell (89) den Schätzwert (n_modell) in Abhängigkeit von zumindest einer von dem Regler (78) erzeugten oder davon abhängenden Reglergröße (IQ_SOLL, UQ_SOLL, ID_IST, FLUSS_IST) bildet.
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