WO2024088459A1 - Controlling an electric machine with two separate winding systems, and a corresponding control system and operation of an actuator of a steer-by-wire-system - Google Patents

Controlling an electric machine with two separate winding systems, and a corresponding control system and operation of an actuator of a steer-by-wire-system Download PDF

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WO2024088459A1
WO2024088459A1 PCT/DE2023/100630 DE2023100630W WO2024088459A1 WO 2024088459 A1 WO2024088459 A1 WO 2024088459A1 DE 2023100630 W DE2023100630 W DE 2023100630W WO 2024088459 A1 WO2024088459 A1 WO 2024088459A1
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rotor
electrical machine
torque
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control devices
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Tamam ABOU AL FADEL
Bernhard Meyer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems.
  • the invention also relates to a method for operating an actuator of a steer-by-wire system, in particular a feedback actuator or a steering actuator, which comprises an electrical machine with two separate winding systems.
  • a further subject of the invention is a device for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems.
  • steer-by-wire systems for motor vehicles.
  • steer-by-wire systems are steering systems with an electrical actuator to which steering commands are transmitted exclusively electronically.
  • each of the winding systems can be controlled by a cascade control assigned to the respective winding system.
  • the cascade controls comprise an inner current control loop that controls a current of the electrical machine, a middle speed control loop that is higher up the inner current control loop and controls a speed of the electrical machine, and an outer position control loop that is higher up the middle speed control loop and controls the position of the rotor of the electrical machine or the position of an actuator element coupled to the rotor.
  • a method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems in a steering system is known from DE 10 2020 207 196 A1.
  • DE 102020207 196 A1 proposes that manipulated variables of the control devices are averaged and a target manipulated variable is provided by each control device depending on the averaged manipulated variable.
  • this solution can lead to a reduction in "torque fighting", it is associated with a strong coupling of the control devices.
  • this data exchange contradicts the idea of providing separate winding systems in order to provide redundancy, for example in such a way that if one winding system fails, the other winding system can maintain the operation of the electrical machine, possibly with restrictions.
  • the data exchange leads to an increased utilization of the control hardware used. This is because the communication between the two control devices places high demands on the synchronization of the control algorithms.
  • the task is to enable greater availability of an electrical machine with separate winding systems while simultaneously reducing the utilization of the required control hardware.
  • the object is achieved by a method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems is controlled by an independent control device assigned to the respective winding system, wherein each of the control devices has at least one P controller, and wherein each of the control devices has a torque sensor with which a torque on the rotor of the electrical machine is determined and applied as a disturbance variable.
  • a P component of the controller is understood to be a proportional component, i.e. a component that corresponds to a proportional controller.
  • data exchange between the control devices can be dispensed with, since the P controller tolerates a certain control deviation between the setpoint and the actual value and is not accumulated over time. Small asymmetries in the control devices, for example differences between the speed feedback of the control devices, do not lead to unstable behavior.
  • the control devices are designed independently of one another. This makes it possible to continue operating the electrical machine with the remaining control devices if one of the control devices fails.
  • the independent design of the control devices eliminates the effort required for communication between the control devices, so that the load on the control hardware is reduced.
  • the position of the rotor is preferably understood to mean an angular position of the rotor.
  • the position or angular position of the rotor can be specified, for example, relative to a zero position of the rotor, for example by specifying an angle relative to the zero position.
  • the torque applied in the control device is multiplied by a weighting factor which corresponds to the reciprocal of the number of control devices. This makes it possible to achieve a balanced load distribution.
  • each of the control devices is free of controllers with an I component and in particular free of controllers with a D component.
  • the I component of the controller is understood to be an integral component, i.e. a component that corresponds to an integrating controller. It has been found that I components cause undesirable "torque fighting" because they do not tolerate stationary control deviations and always strive to regulate such control deviations to zero.
  • a D component of the controller is understood to be a differential component, i.e. a component that corresponds to a differentiating controller.
  • the control devices are designed identically.
  • the torque sensors are designed as combined torque and position sensors.
  • the torque sensors can thus also determine a position of the rotor, in particular an angular position of the rotor. It is therefore possible either to dispense with separate position or angle of rotation sensors or to provide an additional position or angle of rotation determination in addition to existing position or angle of rotation sensors in order to increase redundancy.
  • control devices each implement a cascade control, with
  • the position control loop comprises a position controller which is designed as a P controller.
  • the position of the rotor can depend on the position of an actuator element coupled to the rotor, for example via a gear.
  • the position control loop which is higher than the speed control loop can regulate the position of the actuator element coupled to the rotor of the electrical machine.
  • the method according to the invention directly regulates the position of the actuator element and indirectly the position of the rotor of the electrical machine. It is preferably provided that an identical position setpoint is supplied to the position control loops of the control devices.
  • the speed control circuit comprises a speed controller which is designed as a P controller.
  • the current control loop controls the current by means of a vector control.
  • a vector control can also be referred to as field-oriented control.
  • the vector control uses a rotor-related space vector representation with two components, the d-component and the q-component.
  • the measured phase currents are converted into the rotor-related space vector representation transformed and fed as feedback to a closed control loop for the d-component and the q-component.
  • Another subject of the invention is a method for operating an actuator of a steer-by-wire system, in particular a feedback actuator or a steering actuator, which comprises an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein a position of a rotor of the electrical machine is adjusted according to a method explained above.
  • the electrical machine is a permanent magnet synchronous machine or a reluctance machine.
  • a further subject matter of the invention is a device for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems can be controlled by an independent control device assigned to the respective winding system, wherein each of the control devices has at least one P controller, and wherein each of the control devices has a torque sensor which is designed to determine a torque on the rotor of the electrical machine, wherein the control device is configured to apply the torque as a disturbance variable.
  • the device for controlling the position can achieve the same advantages that have already been explained in connection with the method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems.
  • the advantageous embodiments and features described in this context can also be used in the method for operating an actuator and the control device.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a steer-by-wire system with an actuator comprising two separate winding systems
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a steer-by-wire system with an actuator comprising two separate winding systems
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a device according to the invention for controlling the position of a rotor.
  • Fig. 1 shows a steer-by-wire system 1 in which the invention can be used.
  • the steer-by-wire system 1 is designed as a supplementary system for a steering system 2, here a steering system 2 with a power steering system 3.
  • the steer-by-wire system 1 comprises an actuator 5 with an electric machine 6 arranged on a steering column 4 of the steering system 2.
  • the actuator 5 can be designed as a steering actuator or as a feedback actuator.
  • the electric machine 6 comprises several, here exactly two, separate winding systems that can be controlled independently of one another.
  • the steer-by-wire system 1 further comprises a device 7 according to the invention for controlling the position of a rotor of the electrical machine 6.
  • the device 7 is designed to control the separate winding systems of the electrical machine 6.
  • the device 10 comprises a plurality of control devices 11, with one of these control devices 11 being assigned to each winding system.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a steer-by-wire system 1 in which the invention can be used.
  • the steer-by-wire system 1 according to the second embodiment is designed as a steering system for an axle of a vehicle, for example as a front axle steering system or rear axle steering system.
  • the steer-by-wire system 1 comprises a steering actuator 5 coupled to a rod 7 with an electric machine 6.
  • the electric machine 6 comprises several, here exactly two, separate winding systems that can be controlled independently of one another.
  • a device 10 according to the invention can also be used to control the position of a rotor of the electric machine 6.
  • the device 10 is designed to control the separate winding systems of the electric machine 6.
  • the Device 10 has a plurality of control devices 11, wherein each winding system is assigned one of these control devices 11.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a device 10 for controlling the position of a rotor of the electrical machine 6.
  • the electrical machine comprises two winding systems that are designed separately from one another, which is why the electrical machine 6 is shown in Fig. 3 as two separate sub-machines 6'.
  • Each of these sub-machines 6' comprises exactly one winding system, here a three-phase winding system.
  • the sub-machines 2 act on a common shaft or a common rotor 6", the position or angular setting of which is controlled.
  • the device 10 is given a position setpoint 12, which is fed to two control devices 11 designed as cascade controls.
  • the control devices 11 are designed identically.
  • Each of the control devices 11 is assigned to one of the two winding systems of the electrical machine 6, i.e. to a sub-machine 6'.
  • the control devices 11 comprise a three-stage structure with an inner current control circuit 15, a middle speed control circuit 14 and an outer position control circuit 13.
  • the inner current control circuit 15 controls the phase currents supplied to the electrical sub-machine 6’ and thereby the torque of the sub-machine 6’.
  • a torque on the rotor 6" of the electric machine 6 is determined via separate torque sensors 20.
  • the torque sensors are designed as combined torque and position sensors (TAS or torque and angle sensors). These combined torque and position sensors provide not only the position and the torque but also a speed of the rotor.
  • TAS torque and position sensors
  • separate angle of rotation sensors are also provided for each winding system or sub-machine 6'. These additional angle of rotation sensors can provide additional measured values of the position and speed and thus enable redundancy in the measured value acquisition.
  • the torque determined by the respective torque sensor 20 is applied as a disturbance variable to the current control circuit 15 of each of the control devices 11.
  • the applied torque is multiplied by a weighting factor which corresponds to the reciprocal of the number of control devices. Since in this case there are exactly two If control devices 11 are present, the value of the determined torque is halved.
  • the middle speed control circuit 14 is superordinate to the inner current control circuit 15 and controls the speed of the sub-machine 6'.
  • the speed control circuit 6' comprises a speed controller designed as a P controller, i.e. a controller with only a proportional component (P component).
  • P component a proportional component
  • the speed controller 14 is fed with an actual angular speed SpeedA, SpeedB, which is determined by a respective sensor 20.
  • the outer position control circuit 13 is superior to the middle speed control circuit 14 and controls the position of the rotor 6" of the electric machine 6.
  • the position control circuit 13 comprises a position controller which is designed as a P controller and to which the position of the rotor PositionA, Positions determined by the sensor 20 is fed back.
  • the control devices 11 therefore comprise exclusively P controllers.
  • the control devices 11 are free of controllers with an I component and in particular free of controllers with a D component.
  • the rotor 6" of the electric machine can be coupled to an actuator element, for example via a gear.
  • the outer position control circuit 13, which is higher than the middle speed control circuit 14, can regulate the position of the actuator element coupled to the rotor 6" of the electric machine 6.
  • the method according to the invention directly regulates the position of the actuator element and indirectly the position of the rotor 6" of the electric machine 6.
  • the device 10 explained above and the method implemented with it for controlling the position of the rotor 6" of the electric machine 6 with two separate winding systems can be used to operate an actuator of a steer-by-wire system.
  • a feedback actuator or a steering actuator of such a steer-by-wire system can be controlled.
  • the invention enables greater availability of the electric machine 6 with a simultaneous reduction in the utilization of the required control hardware.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling the position of a rotor (6") of an electric machine (6) with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems is controlled by an independent control unit (11) associated with the respective winding system, wherein each of the control units (11) has at least one P controller, and wherein each of the control units (11) has a torque sensor (20) with which a torque on the rotor (6") of the electric machine (6) is determined and entered as a disturbance variable, as well as a corresponding device. The invention also relates to a method for operating the actuator (5) of a steer-by-wire system (1), in particular a feedback actuator or a steering actuator, comprising an electric machine (6) with two separate winding systems, wherein a position of a rotor (6") of the electric machine (6) is adjusted according to the above-mentioned method.

Description

Regelung einer elektrischen Maschine mit zwei getrennten Wicklungssystemen sowie entsprechendes Regelungssystem und Control of an electrical machine with two separate winding systems and corresponding control system and
Betrieb eines Aktuators eines Steer-By-Wi re-Systems Operation of an actuator of a steer-by-wire system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit zwei getrennten Wicklungssystemen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Aktuators eines Steer-By-Wire-Systems, insbesondere eines Feedback-Aktuators oder eines Lenk-Aktuators, der eine elektrische Maschine mit zwei getrennten Wicklungssystemen umfasst. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit zwei getrennten Wicklungssystemen. The invention relates to a method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems. The invention also relates to a method for operating an actuator of a steer-by-wire system, in particular a feedback actuator or a steering actuator, which comprises an electrical machine with two separate winding systems. A further subject of the invention is a device for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems.
Elektrische Maschinen mit getrennten Wicklungssystemen werden typischerweise in solchen Anwendungen eingesetzt, die besonders hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit haben, wie beispielsweise Steer-by-Wire-Systeme für Kraftfahrzeuge. Bei derartigen Steer-by-Wire-Systemen handelt es sich um Lenksystemen mit einem elektrischen Aktuator, dem Lenkbefehle ausschließlich auf elektronischem Weg übermittelt werden. Electrical machines with separate winding systems are typically used in applications that have particularly high requirements for operational safety and availability, such as steer-by-wire systems for motor vehicles. Such steer-by-wire systems are steering systems with an electrical actuator to which steering commands are transmitted exclusively electronically.
Zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen mit getrennten Wicklungssystemen ist es aus der Dissertation „J.W. Bennett. Fault Tolerant Electromechanical Actuators for Aircraft. PhD Thesis. Newcastle University, 2010“ bekannt, jedes der Wicklungssysteme durch eine dem jeweiligen Wicklungssystem zugeordnete Kaskadenregelung zu regeln. Die Kaskadenregelungen umfassen dabei einen inneren Strom-Regelkreis, der einen Strom der elektrischen Maschine regelt, einen dem inneren Strom-Regelkreis übergeordneten mittleren Drehzahl-Regelkreis, der eine Drehzahl der elektrischen Maschine regelt, und einen dem mittleren Drehzahl-Regelkreis übergeordneten äußeren Lage-Regelkreis, der die Lage des Rotors der elektrischen Maschine bzw. die Lage eines mit dem Rotor gekoppelten Aktorelements regelt. To control electrical machines with separate winding systems, it is known from the dissertation "J.W. Bennett. Fault Tolerant Electromechanical Actuators for Aircraft. PhD Thesis. Newcastle University, 2010" that each of the winding systems can be controlled by a cascade control assigned to the respective winding system. The cascade controls comprise an inner current control loop that controls a current of the electrical machine, a middle speed control loop that is higher up the inner current control loop and controls a speed of the electrical machine, and an outer position control loop that is higher up the middle speed control loop and controls the position of the rotor of the electrical machine or the position of an actuator element coupled to the rotor.
Bei einer derartigen elektrischen Maschine, bei der die beiden Wicklungssysteme dieselbe mechanische Achse antreiben, ergeben sich typischerweise schon bei einer geringen Abweichung des Regelverhaltens der beiden Kaskadenregelungen größere Unterschiede bei den eingestellten Strömen und Drehmomenten, die an der gemeinsamen Achse angreifen. Hierbei können gegeneinander wirkende Drehmomente (so genanntes „torque fighting“) entstehen, welches die Stabilität der Regelung der elektrischen Maschine negativ beeinflusst, so dass das Gesamtsystem nicht mehr funktionsfähig ist. Die oben genannte Dissertation schlägt zur Abhilfe einen kontinuierlichen Abgleich der beiden Kaskadenreglungen vor, bei welchem die Ausgänge der Regler der jeweiligen Drehzahl- Reglungskreise addiert werden. Diese Summe wird halbiert und den Strom-Regelkreisen beider Kaskadenregelungen zugeführt. In such an electrical machine, in which the two winding systems drive the same mechanical axis, even a small deviation in the control behavior of the two cascade controls typically results in larger differences in the set currents and torques that act on the common axis. This can result in opposing torques (so-called "torque fighting"), which negatively affects the stability of the control of the electrical machine. affected so that the entire system is no longer functional. The above-mentioned dissertation proposes a remedy by continuously adjusting the two cascade controls, in which the outputs of the controllers of the respective speed control circuits are added together. This sum is halved and fed to the current control circuits of both cascade controls.
Ein Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen in einem Lenksystem ist aus DE 10 2020 207 196 A1 bekannt. Die DE 102020207 196 A1 schlägt zum Vermeiden gegeneinander wirkender Steuerungspfade vor, dass Stellgrößen der Regelungseinrichtungen gemittelt werden und eine Soll-Stellgröße durch jede Regelungseinrichtung abhängig von der gemittelten Stellgröße bereitgestellt wird. Diese Lösung kann zwar zu einer Reduktion des „torque fighting“ führen, geht aber mit einer starken Kopplung der Regelungseinrichtungen einher. Dieser Datenaustausch widerspricht aber dem Gedanken, getrennte Wicklungssysteme vorzusehen, um Redundanz bereitzustellen, beispielsweise derart, dass bei Ausfall eines Wicklungssystems das andere Wicklungssystem den Betrieb der elektrischen Maschine, ggf. mit Einschränkungen, aufrechterhalten kann. Zudem führt der Datenaustausch zu einer erhöhten Auslastung der verwendeten Regelungshardware. Denn die Kommunikation zwischen den beiden Regelungseinrichtungen stellt hohe Ansprüche an die Synchronisierung der Regelungsalgorithmen. A method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems in a steering system is known from DE 10 2020 207 196 A1. In order to avoid opposing control paths, DE 102020207 196 A1 proposes that manipulated variables of the control devices are averaged and a target manipulated variable is provided by each control device depending on the averaged manipulated variable. Although this solution can lead to a reduction in "torque fighting", it is associated with a strong coupling of the control devices. However, this data exchange contradicts the idea of providing separate winding systems in order to provide redundancy, for example in such a way that if one winding system fails, the other winding system can maintain the operation of the electrical machine, possibly with restrictions. In addition, the data exchange leads to an increased utilization of the control hardware used. This is because the communication between the two control devices places high demands on the synchronization of the control algorithms.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine größere Verfügbarkeit einer elektrischen Maschine mit getrennten Wicklungssystemen mit gleichzeitig reduzierter Auslastung der erforderlichen Regelungshardware zu ermöglichen. Against this background, the task is to enable greater availability of an electrical machine with separate winding systems while simultaneously reducing the utilization of the required control hardware.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen, wobei jedes der Wicklungssysteme durch eine dem jeweiligen Wicklungssystem zugeordnete unabhängige Regelungseinrichtung geregelt wird, wobei jede der Regelungseinrichtungen mindestens einen P-Regler aufweist, und wobei jede der Regelungseinrichtungen einen Drehmomentsensor aufweist, mit dem ein Drehmoment am Rotor der elektrischen Maschine ermittelt und als Störgröße aufgeschaltet wird. The object is achieved by a method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems is controlled by an independent control device assigned to the respective winding system, wherein each of the control devices has at least one P controller, and wherein each of the control devices has a torque sensor with which a torque on the rotor of the electrical machine is determined and applied as a disturbance variable.
Durch das Aufschalten des ermittelten Drehmoments können externe Lasten kompensiert werden. So kann eine im Vergleich zu einem P-Regler verbesserte Performance und Regelgenauigkeit ermöglicht werden. Unter einem P-Anteil des Reglers wird ein Proportional-Anteil verstanden, also ein Anteil, der einem proportionalen Regler entspricht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einen Datenaustausch zwischen den Regelungseinrichtungen verzichtet werden, da der P-Regler eine gewisse Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert toleriert und im zeitlichen Verlauf nicht akkumuliert wird. Kleinere Unsymmetrien der Regelungseinrichtungen, also beispielsweise Differenzen zwischen den Drehzahl-Rückführungen der Regelungseinrichtungen, führen dann nicht zu einem instabilen Verhalten. Anders als im Stand der Technik bekannt, sind die Regelungseinrichtungen unabhängig voneinander ausgebildet. Hierdurch wird es möglich, die elektrische Maschine bei einem Ausfall einer der Regelungseinrichtungen mit der verbleibenden Regelungseinrichtungen weiter zu betreiben. Zudem entfällt durch die unabhängige Ausbildung der Regelungseinrichtungen der Aufwand für die Kommunikation zwischen den Regelungseinrichtungen, so dass die Regelungshardware entlastet wird. By applying the determined torque, external loads can be compensated. This enables improved performance and control accuracy compared to a P controller. A P component of the controller is understood to be a proportional component, i.e. a component that corresponds to a proportional controller. In the method according to the invention, data exchange between the control devices can be dispensed with, since the P controller tolerates a certain control deviation between the setpoint and the actual value and is not accumulated over time. Small asymmetries in the control devices, for example differences between the speed feedback of the control devices, do not lead to unstable behavior. In contrast to what is known in the prior art, the control devices are designed independently of one another. This makes it possible to continue operating the electrical machine with the remaining control devices if one of the control devices fails. In addition, the independent design of the control devices eliminates the effort required for communication between the control devices, so that the load on the control hardware is reduced.
Unter der Lage des Rotors wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine Winkelstellung des Rotors verstanden. Die Lage bzw. Winkelstellung des Rotors kann beispielsweise relativ zu einer Nulllage des Rotors angegeben werden, beispielsweise durch Angabe eines Winkels relativ zu der Nulllage. In the context of the present invention, the position of the rotor is preferably understood to mean an angular position of the rotor. The position or angular position of the rotor can be specified, for example, relative to a zero position of the rotor, for example by specifying an angle relative to the zero position.
Bevorzugt sind genau zwei getrennte Wicklungssysteme und genau zwei Regelungseinrichtungen vorgesehen. Preferably, exactly two separate winding systems and exactly two control devices are provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das in der Regelungseinrichtung aufgeschaltete Drehmoment mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert wird, welcher dem Kehrwert der Anzahl an Regelungseinrichtungen entspricht. Hierdurch kann eine ausgewogene Lastverteilung erreicht werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the torque applied in the control device is multiplied by a weighting factor which corresponds to the reciprocal of the number of control devices. This makes it possible to achieve a balanced load distribution.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Regelungseinrichtungen frei von Reglern mit einem I-Anteil und insbesondere frei von Reglern mit einem D-Anteil ist. Unter dem I-Anteil des Reglers wird ein Integral-Anteil verstanden, also ein Anteil, der einem integrierenden Regler entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass I-Anteile unerwünschtes „torque fighting“ verursachen, da sie keine stationären Regelabweichungen tolerieren und immer bestrebt sind, solche Regelabweichungen auf null auszuregeln. Unter einem D-Anteil des Reglers wird ein Differential-Anteil verstanden, also ein Anteil, der einem differenzierenden Regler entspricht. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that each of the control devices is free of controllers with an I component and in particular free of controllers with a D component. The I component of the controller is understood to be an integral component, i.e. a component that corresponds to an integrating controller. It has been found that I components cause undesirable "torque fighting" because they do not tolerate stationary control deviations and always strive to regulate such control deviations to zero. A D component of the controller is understood to be a differential component, i.e. a component that corresponds to a differentiating controller.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelungseinrichtungen identisch ausgebildet sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehmomentsensoren als kombinierte Drehmoment- und Lagesensoren ausgebildet sind. Die Drehmomentsensoren können somit zusätzlich eine Lage des Rotors, insbesondere eine Winkelstellung des Rotors, ermitteln. Es ist daher möglich, entweder auf separate Lage- bzw. Drehwinkelsensoren zu verzichten oder zusätzlich zu vorhandenen Lage- bzw. Drehwinkelsensoren eine weitere Lage- bzw. Drehwinkelermittlung bereitzustellen, um die Redundanz zu erhöhen. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control devices are designed identically. According to an advantageous embodiment of the invention, the torque sensors are designed as combined torque and position sensors. The torque sensors can thus also determine a position of the rotor, in particular an angular position of the rotor. It is therefore possible either to dispense with separate position or angle of rotation sensors or to provide an additional position or angle of rotation determination in addition to existing position or angle of rotation sensors in order to increase redundancy.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelungseinrichtungen jeweils eine Kaskadenregelung implementieren, mit According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control devices each implement a cascade control, with
- einem inneren Strom-Regelkreis, der einen Strom der elektrischen Maschine regelt,- an internal current control circuit that controls a current of the electrical machine,
- einem dem inneren Strom-Regelkreis übergeordneten mittleren Drehzahl-Regelkreis, der eine Drehzahl der elektrischen Maschine regelt, und - a middle speed control circuit which is superior to the inner current control circuit and which controls a speed of the electric machine, and
- einem dem mittleren Drehzahl-Regelkreis übergeordneten äußeren Lage-Regelkreis, der die Lage des Rotors der elektrischen Maschine regelt. - an external position control loop which is superior to the middle speed control loop and which controls the position of the rotor of the electric machine.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lage- Regelkreis einen Lage-Regler umfasst, der als P-Regler ausgestaltet ist. Die Lage des Rotors kann abhängig sein von der Lage eines mit dem Rotor, beispielsweise über ein Getriebe, gekoppelten Aktorelements. Bei einer derartigen Ausgestaltung mit einem Aktorelement kann der dem Drehzahl-Regelkreis übergeordnete Lage-Regelkreis die Lage des mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelten Aktorelements regeln. In diesem Fall regelt das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar die Lage des Aktorelements und mittelbar die Lage des Rotors der elektrischen Maschine. Bevorzugt ist vorgesehen, dass den Lage-Regelkreisen der Regelungseinrichtungen ein identischer Lage-Sollwert zugeführt wird. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the position control loop comprises a position controller which is designed as a P controller. The position of the rotor can depend on the position of an actuator element coupled to the rotor, for example via a gear. In such an embodiment with an actuator element, the position control loop which is higher than the speed control loop can regulate the position of the actuator element coupled to the rotor of the electrical machine. In this case, the method according to the invention directly regulates the position of the actuator element and indirectly the position of the rotor of the electrical machine. It is preferably provided that an identical position setpoint is supplied to the position control loops of the control devices.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehzahl- Regelkreis einen Drehzahl-Regler umfasst, der als P-Regler ausgestaltet ist. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the speed control circuit comprises a speed controller which is designed as a P controller.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strom- Regelkreis den Strom durch eine Vektorregelung regelt. Eine solche Regelung kann auch als feldorientierte Regelung bezeichnet werden. Die Vektorregelung nutzt eine rotorbezogene Raumzeigerdarstellung mit zwei Komponenten, der d-Komponente und der q-Komponente. Hierbei werden die gemessenen Phasenströme in die rotorbezogene Raumzeigerdarstellung transformiert und als Rückführung einem geschlossenen Regelkreis für die d-Komponente und die q-Komponente zugeführt. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the current control loop controls the current by means of a vector control. Such a control can also be referred to as field-oriented control. The vector control uses a rotor-related space vector representation with two components, the d-component and the q-component. The measured phase currents are converted into the rotor-related space vector representation transformed and fed as feedback to a closed control loop for the d-component and the q-component.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Aktuators eines Steer-By-Wire-Systems, insbesondere eines Feedback-Aktuators oder eines Lenk-Aktuators, der eine elektrischen Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen umfasst, wobei eine Lage eines Rotors der elektrischen Maschine nach einem vorstehend erläuterten Verfahren eingestellt wird. Another subject of the invention is a method for operating an actuator of a steer-by-wire system, in particular a feedback actuator or a steering actuator, which comprises an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein a position of a rotor of the electrical machine is adjusted according to a method explained above.
Bei dem Verfahren zum Betrieb des Aktuators können dieselben Vorteile erreicht werden wie sie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen beschrieben worden sind. In the method for operating the actuator, the same advantages can be achieved as have been described in connection with the method according to the invention for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine eine permanenterregte Synchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the electrical machine is a permanent magnet synchronous machine or a reluctance machine.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen, wobei jedes der Wicklungssysteme durch einen dem jeweiligen Wicklungssystem zugeordneten unabhängige Regelungseinrichtungen regelbar ist, wobei jede der Regelungseinrichtungen mindestens einen P-Regler aufweist, und wobei jede der Regelungseinrichtungen einen Drehmomentsensor aufweist, der dazu eingerichtet ist ein Drehmoment am Rotor der elektrischen Maschine zu ermitteln, wobei die Regelungseinrichtung dazu konfiguriert ist, das Drehmoment als Störgröße aufzuschalten. A further subject matter of the invention is a device for controlling the position of a rotor of an electrical machine with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems can be controlled by an independent control device assigned to the respective winding system, wherein each of the control devices has at least one P controller, and wherein each of the control devices has a torque sensor which is designed to determine a torque on the rotor of the electrical machine, wherein the control device is configured to apply the torque as a disturbance variable.
Bei der Vorrichtung zur Regelung der Lage können dieselben Vorteile erreicht werden, die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors einer elektrischen Maschine mit zwei getrennten Wicklungssystemen erläutert worden sind. Es können auch die in diesem Zusammenhang beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale bei dem Verfahren zum Betrieb eines Aktuators und der Regelungseinrichtung zur Anwendung kommen. The device for controlling the position can achieve the same advantages that have already been explained in connection with the method for controlling the position of a rotor of an electrical machine with two separate winding systems. The advantageous embodiments and features described in this context can also be used in the method for operating an actuator and the control device.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Steer-By-Wire-Systems mit einem Aktuator, der zwei getrennte Wicklungssysteme umfasst; Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the drawings. Fig. 1 shows a first embodiment of a steer-by-wire system with an actuator comprising two separate winding systems;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steer-By-Wire-Systems mit einem Aktuator, der zwei getrennte Wicklungssysteme umfasst; und Fig. 2 shows a second embodiment of a steer-by-wire system with an actuator comprising two separate winding systems; and
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Rotors. Fig. 3 shows a first embodiment of a device according to the invention for controlling the position of a rotor.
In der Fig. 1 ist ein Steer-By-Wire-System 1 dargestellt, bei welchem die Erfindung Anwendung finden kann. Das Steer-By-Wire System 1 ist als Ergänzungssystem für ein Lenksystem 2, hier ein Lenksystem 2 mit einer Servolenkung 3, ausgestaltet. Das Steer-By- Wire-System 1 umfasst einen an einer Lenksäule 4 des Lenksystems 2 angeordneten Aktuator 5 mit einer elektrischen Maschine 6. Der Aktuator 5 kann als Lenk-Aktuator oder als Feedback-Aktuator ausgestaltet sein. Die elektrische Maschine 6 umfasst dabei mehrere, hier genau zwei, getrennte Wicklungssysteme, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Fig. 1 shows a steer-by-wire system 1 in which the invention can be used. The steer-by-wire system 1 is designed as a supplementary system for a steering system 2, here a steering system 2 with a power steering system 3. The steer-by-wire system 1 comprises an actuator 5 with an electric machine 6 arranged on a steering column 4 of the steering system 2. The actuator 5 can be designed as a steering actuator or as a feedback actuator. The electric machine 6 comprises several, here exactly two, separate winding systems that can be controlled independently of one another.
Das Steer-By-Wire System 1 umfasst ferner eine erfindungsgemäße Vorrichtung 7 zur Regelung der Lage eines Rotors der elektrischen Maschine 6. Die Vorrichtung 7 ist dazu eingerichtet, die getrennten Wicklungssysteme der elektrischen Maschine 6 anzusteuern. Hierzu umfasst die Vorrichtung 10 mehrere Regelungseinrichtungen 11, wobei jedem Wicklungssystem jeweils eine dieser Regelungseinrichtungen 11 zugeordnet ist. The steer-by-wire system 1 further comprises a device 7 according to the invention for controlling the position of a rotor of the electrical machine 6. The device 7 is designed to control the separate winding systems of the electrical machine 6. For this purpose, the device 10 comprises a plurality of control devices 11, with one of these control devices 11 being assigned to each winding system.
Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steer-By-Wire-Systems 1 , bei welchem die Erfindung Anwendung finden kann. Das Steer-By-Wire System 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist als Lenksystem für eine Achse eines Fahrzeugs ausgebildet, beispielsweise als Vorderachslenksystem oder Hinterachslenksystem. Das Steer-By-Wire- System 1 umfasst einen mit einer Stange 7 gekoppelten Lenk-Aktuator 5 mit einer elektrischen Maschine 6. Die elektrische Maschine 6 umfasst dabei mehrere, hier genau zwei, getrennte Wicklungssysteme, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Fig. 2 shows a further embodiment of a steer-by-wire system 1 in which the invention can be used. The steer-by-wire system 1 according to the second embodiment is designed as a steering system for an axle of a vehicle, for example as a front axle steering system or rear axle steering system. The steer-by-wire system 1 comprises a steering actuator 5 coupled to a rod 7 with an electric machine 6. The electric machine 6 comprises several, here exactly two, separate winding systems that can be controlled independently of one another.
Bei dem Steer-By-Wire System 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ebenfalls eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Regelung der Lage eines Rotors der elektrischen Maschine 6 Anwendung finden. Die Vorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, die getrennten Wicklungssysteme der elektrischen Maschine 6 anzusteuern. Hierzu umfasst die Vorrichtung 10 mehrere Regelungseinrichtungen 11, wobei jedem Wicklungssystem jeweils eine dieser Regelungseinrichtungen 11 zugeordnet ist. In the steer-by-wire system 1 according to the second embodiment, a device 10 according to the invention can also be used to control the position of a rotor of the electric machine 6. The device 10 is designed to control the separate winding systems of the electric machine 6. For this purpose, the Device 10 has a plurality of control devices 11, wherein each winding system is assigned one of these control devices 11.
Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Regelung der Lage eines Rotors der elektrischen Maschine 6. Die elektrische Maschine umfasst zwei voneinander getrennt ausgebildete Wicklungssysteme, weshalb die elektrische Maschine 6 in Fig. 3 als zwei getrennte Teilmaschinen 6‘ dargestellt ist. Jede dieser Teilmaschinen 6‘ umfasst genau ein Wicklungssystem, hier ein dreiphasiges Wicklungssystem. Die Teilmaschinen 2 wirken auf eine gemeinsame Welle bzw. einen gemeinsamen Rotor 6“ ein, dessen Lage bzw. Winkelstellung geregelt wird. Fig. 3 shows a first embodiment of a device 10 for controlling the position of a rotor of the electrical machine 6. The electrical machine comprises two winding systems that are designed separately from one another, which is why the electrical machine 6 is shown in Fig. 3 as two separate sub-machines 6'. Each of these sub-machines 6' comprises exactly one winding system, here a three-phase winding system. The sub-machines 2 act on a common shaft or a common rotor 6", the position or angular setting of which is controlled.
Hierzu wird der Vorrichtung 10 jeweils ein Lage-Sollwert 12 vorgegeben, welcher zwei als Kaskadenregelungen ausgebildeten Regelungseinrichtungen 11 zugeführt wird. Die Regelungseinrichtungen 11 sind identisch ausgebildet. Jede der Regelungseinrichtungen 11 ist jeweils einem der beiden Wicklungssysteme der elektrischen Maschine 6 zugeordnet, also jeweils einer Teilmaschine 6‘. Die Regelungseinrichtungen 11 umfassen einen dreistufigen Aufbau mit einem inneren Strom-Regelkreis 15, einem mittleren Drehzahl- Regelkreis 14 und einem äußeren Lage-Regelkreis 13. For this purpose, the device 10 is given a position setpoint 12, which is fed to two control devices 11 designed as cascade controls. The control devices 11 are designed identically. Each of the control devices 11 is assigned to one of the two winding systems of the electrical machine 6, i.e. to a sub-machine 6'. The control devices 11 comprise a three-stage structure with an inner current control circuit 15, a middle speed control circuit 14 and an outer position control circuit 13.
Der innere Strom-Regelkreis 15 regelt die der elektrischen Teilmaschine 6‘ zugeführten Phasenströme und darüber das Drehmoment der Teilmaschine 6‘. The inner current control circuit 15 controls the phase currents supplied to the electrical sub-machine 6’ and thereby the torque of the sub-machine 6’.
Über separate Drehmomentsensoren 20 wird ein Drehmoment am Rotor 6“ der elektrischen Maschine 6 ermittelt. Die Drehmomentsensoren sind als kombinierte Drehmoment- und Lagesensoren (TAS oder Torque and Angle Sensor) ausgebildet. Diese kombinierten Drehmoment- und Lagesensoren stellen neben der Lage und dem Drehmoment auch eine Drehzahl des Rotors bereit. Bevorzugt sind zusätzlich in Fig. 3 nicht dargestellte separate Drehwinkelsensoren pro Wicklungssystem bzw. Teilmaschine 6‘ vorgesehen. Diese zusätzlichen Drehwinkelsensoren können weitere Messwerte der Lage und der Drehzahl bereitstellen und damit eine Redundanz in der Messwerterfassung ermöglichen. A torque on the rotor 6" of the electric machine 6 is determined via separate torque sensors 20. The torque sensors are designed as combined torque and position sensors (TAS or torque and angle sensors). These combined torque and position sensors provide not only the position and the torque but also a speed of the rotor. Preferably, separate angle of rotation sensors (not shown in Fig. 3) are also provided for each winding system or sub-machine 6'. These additional angle of rotation sensors can provide additional measured values of the position and speed and thus enable redundancy in the measured value acquisition.
Dem Strom-Regelkreis 15 jeder der Regelungseinrichtungen 11 wird das von dem jeweiligen Drehmomentsensor 20 ermittelte Drehmoment als Störgröße aufgeschaltet. Um eine ausgewogene Lastverteilung zu erreichen, wird das aufgeschaltete Drehmoment mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert wird, welcher dem Kehrwert der Anzahl an Regelungseinrichtungen entspricht. Da im vorliegenden Fall genau zwei Regelungseinrichtungen 11 vorhanden sind, wird der Wert des ermittelten Drehmoments halbiert. The torque determined by the respective torque sensor 20 is applied as a disturbance variable to the current control circuit 15 of each of the control devices 11. In order to achieve a balanced load distribution, the applied torque is multiplied by a weighting factor which corresponds to the reciprocal of the number of control devices. Since in this case there are exactly two If control devices 11 are present, the value of the determined torque is halved.
Der mittlere Drehzahl-Regelkreis 14 ist dem inneren Strom-Regelkreis 15 übergeordnet und regelt die Drehzahl der Teilmaschine 6‘. Der Drehzahl-Regelkreis 6‘ umfasst einen als P- Regler ausgestalteten Drehzahl-Regler, also einen Regler ausschließlich mit einem proportionalen Anteil (P-Anteil). Als Rückführung wird dem Drehzahl-Regler 14 jeweils eine Ist-Winkelgeschwindigkeit SpeedA, SpeedB zugeführt, die durch einen jeweiligen Sensor 20 bestimmt wird. The middle speed control circuit 14 is superordinate to the inner current control circuit 15 and controls the speed of the sub-machine 6'. The speed control circuit 6' comprises a speed controller designed as a P controller, i.e. a controller with only a proportional component (P component). As feedback, the speed controller 14 is fed with an actual angular speed SpeedA, SpeedB, which is determined by a respective sensor 20.
Der äußere Lage-Regelkreis 13 ist dem mittleren Drehzahl-Regelkreis 14 übergeordnet und regelt die Lage des Rotors 6“ der elektrischen Maschine 6. Hierzu umfasst der Lage- Regelkreis 13 einen Lage-Regler, der als P-Regler ausgestaltet ist und welchem die durch den Sensor 20 ermittelte Lage des Rotors PositionA, Positions rückgeführt wird. The outer position control circuit 13 is superior to the middle speed control circuit 14 and controls the position of the rotor 6" of the electric machine 6. For this purpose, the position control circuit 13 comprises a position controller which is designed as a P controller and to which the position of the rotor PositionA, Positions determined by the sensor 20 is fed back.
Die Regelungseinrichtungen 11 umfassen also ausschließlich P-Regler. Insofern sind die Regelungseinrichtungen 11 frei von Reglern mit einem I-Anteil und insbesondere frei von Reglern mit einem D-Anteil. The control devices 11 therefore comprise exclusively P controllers. In this respect, the control devices 11 are free of controllers with an I component and in particular free of controllers with a D component.
Abweichend von den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Rotor 6“ der elektrischen Maschine mit einem Aktorelement gekoppelt sein, beispielsweise über ein Getriebe. Bei einer solchen Ausgestaltung mit einem Aktorelement kann der dem mittleren Drehzahl-Regelkreis 14 übergeordnete äußeren Lage-Regelkreis 13 die Lage des mit dem Rotor 6“ der elektrischen Maschine 6 gekoppelten Aktorelements regeln. In diesem Fall regelt das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar die Lage des Aktorelements und mittelbar die Lage des Rotors 6“ der elektrischen Maschine 6. Deviating from the embodiment explained above, the rotor 6" of the electric machine can be coupled to an actuator element, for example via a gear. In such a configuration with an actuator element, the outer position control circuit 13, which is higher than the middle speed control circuit 14, can regulate the position of the actuator element coupled to the rotor 6" of the electric machine 6. In this case, the method according to the invention directly regulates the position of the actuator element and indirectly the position of the rotor 6" of the electric machine 6.
Die vorstehend erläuterte Vorrichtung 10 und das mit dieser implementierte Verfahren zur Regelung der Lage des Rotors 6“ der elektrischen Maschine 6 mit zwei getrennten Wicklungssystemen kann zum Betrieb eines Aktuators eines Steer-By-Wire-Systems Anwendung finden. Insbesondere kann ein Feedback-Aktuator oder eine Lenk-Aktuator eines solchen Steer-by-Wire-Systems geregelt werden. Die Erfindung ermöglicht eine größere Verfügbarkeit der elektrischen Maschine 6 mit gleichzeitig reduzierter Auslastung der erforderlichen Regelungshardware. The device 10 explained above and the method implemented with it for controlling the position of the rotor 6" of the electric machine 6 with two separate winding systems can be used to operate an actuator of a steer-by-wire system. In particular, a feedback actuator or a steering actuator of such a steer-by-wire system can be controlled. The invention enables greater availability of the electric machine 6 with a simultaneous reduction in the utilization of the required control hardware.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Regelung der Lage eines Rotors (6“) einer elektrischen Maschine (6) mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen, wobei jedes der Wicklungssysteme durch eine dem jeweiligen Wicklungssystem zugeordnete unabhängige Regelungseinrichtung (11) geregelt wird, wobei jede der Regelungseinrichtungen (11) mindestens einen P-Regler aufweist, und wobei jede der Regelungseinrichtungen (11) einen Drehmomentsensor (20) aufweist, mit dem ein Drehmoment am Rotor (6“) der elektrischen Maschine (6) ermittelt und als Störgröße aufgeschaltet wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das in der Regelungseinrichtung (11) aufgeschaltete Drehmoment mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert wird, welcher dem Kehrwert der Anzahl an Regelungseinrichtungen (11) entspricht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Regelungseinrichtungen (11) frei von Reglern mit einem I-Anteil und insbesondere frei von Reglern mit einem D-Anteil ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtungen (11) identisch ausgebildet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensoren (20) als kombinierte Drehmoment- und Winkelsensoren ausgebildet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtungen (11) jeweils eine Kaskadenregelung implementieren, mit Patent claims Method for controlling the position of a rotor (6") of an electrical machine (6) with at least two separate winding systems, each of the winding systems being controlled by an independent control device (11) assigned to the respective winding system, each of the control devices (11) having at least one P controller, and each of the control devices (11) having a torque sensor (20) with which a torque on the rotor (6") of the electrical machine (6) is determined and applied as a disturbance variable. Method according to claim 1, characterized in that the torque applied in the control device (11) is multiplied by a weighting factor which corresponds to the reciprocal of the number of control devices (11). Method according to one of the preceding claims, characterized in that each of the control devices (11) is free of controllers with an I component and in particular free of controllers with a D component. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control devices (11) are designed identically. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the torque sensors (20) are designed as combined torque and angle sensors. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control devices (11) each implement a cascade control, with
- einem inneren Strom-Regelkreis (15), der einen Strom der elektrischen Maschine (6) regelt, - an internal current control circuit (15) which controls a current of the electrical machine (6),
- einem dem inneren Strom-Regelkreis (15) übergeordneten mittleren Drehzahl- Regelkreis (14), der eine Drehzahl der elektrischen Maschine (6) regelt, und- a middle speed control circuit (14) which is superordinate to the inner current control circuit (15) and which controls a speed of the electric machine (6), and
- einem dem mittleren Drehzahl-Regelkreis (14) übergeordneten äußeren Lage- Regelkreis (13), der die Lage des Rotors (6“) der elektrischen Maschine (6) regelt. Verfahren zum Betrieb eines Aktuators (5) eines Steer-By-Wire-Systems (1), insbesondere eines Feedback-Aktuators oder eines Lenk-Aktuators, der eine elektrischen Maschine (6) mit zwei getrennten Wicklungssystemen umfasst, wobei eine Lage eines Rotors (6“) der elektrischen Maschine (6) nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die elektrische Maschine (6) eine permanenterregte Synchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine ist. Vorrichtung zur Regelung der Lage eines Rotors (6“) einer elektrischen Maschine (6) mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen, wobei jedes der Wicklungssysteme durch einen dem jeweiligen Wicklungssystem zugeordneten unabhängige Regelungseinrichtungen (11) regelbar ist, wobei jede der Regelungseinrichtungen (11) mindestens einen P-Regler aufweist, und wobei jede der Regelungseinrichtungen (11) einen Drehmomentsensor (20) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment am Rotor (6“) der elektrischen Maschine (6) zu ermitteln, wobei die Regelungseinrichtung (11) dazu konfiguriert ist, das Drehmoment als Störgröße aufzuschalten. - an outer position control circuit (13) which is superior to the middle speed control circuit (14) and which controls the position of the rotor (6”) of the electrical machine (6). Method for operating an actuator (5) of a steer-by-wire system (1), in particular a feedback actuator or a steering actuator, which comprises an electrical machine (6) with two separate winding systems, wherein a position of a rotor (6") of the electrical machine (6) is adjusted according to a method according to one of the preceding claims. Method according to claim 7, wherein the electrical machine (6) is a permanent magnet synchronous machine or a reluctance machine. Device for controlling the position of a rotor (6") of an electrical machine (6) with at least two separate winding systems, wherein each of the winding systems can be controlled by an independent control device (11) assigned to the respective winding system, wherein each of the control devices (11) has at least one P-controller, and wherein each of the control devices (11) has a torque sensor (20) which is designed to determine a torque on the rotor (6") of the electrical machine (6), wherein the control device (11) is configured to apply the torque as a disturbance variable.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9557234B2 (en) * 2014-01-09 2017-01-31 Nsk Ltd. Torque sensor and electric power steering device
US9660565B2 (en) * 2015-02-17 2017-05-23 Denso Corporation Controller for controlling a motor
US20210009202A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Denso Corporation Steering control device
CN108574442B (en) * 2018-05-08 2021-03-30 长安大学 Six-phase motor direct torque control system and control method thereof
DE102020207196A1 (en) 2020-06-09 2021-12-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for operating a steering system of a motor vehicle
US20220187148A1 (en) * 2019-03-27 2022-06-16 BorgWarner Luxembourg Automotive Systems S.A. 6 phase motor torque measurement and control system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5543696A (en) 1992-12-10 1996-08-06 Alliedsignal Inc. Position control for hybrid servomechanisms
EP1496412B1 (en) 2000-05-15 2008-08-27 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Positioning servocontroller
ES2269659T3 (en) 2001-02-06 2007-04-01 Robert Bosch Gmbh PROCEDURE FOR THE REGULATION OF THE POSITION OF AN ELECTRIC DRIVING AND FOR THE ADDRESS OF A CAR WITH STEER-BY-WIRE CABLE ADDRESS.
DE112015005022T5 (en) 2014-11-05 2017-07-27 Nidec Corporation ENGINE DRIVE DEVICE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE
US10848093B2 (en) 2018-08-30 2020-11-24 Steering Solutions Ip Holding Corporation Electrical power steering with two controllers using uniform steering angle control

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9557234B2 (en) * 2014-01-09 2017-01-31 Nsk Ltd. Torque sensor and electric power steering device
US9660565B2 (en) * 2015-02-17 2017-05-23 Denso Corporation Controller for controlling a motor
CN108574442B (en) * 2018-05-08 2021-03-30 长安大学 Six-phase motor direct torque control system and control method thereof
US20220187148A1 (en) * 2019-03-27 2022-06-16 BorgWarner Luxembourg Automotive Systems S.A. 6 phase motor torque measurement and control system
US20210009202A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Denso Corporation Steering control device
DE102020207196A1 (en) 2020-06-09 2021-12-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for operating a steering system of a motor vehicle

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARRIOLA DAVID ET AL: "Design of fault-tolerant control functions for a primary flight control system with electromechanical actuators", 2015 IEEE AUTOTESTCON, IEEE, 2 November 2015 (2015-11-02), pages 393 - 402, XP032832873, DOI: 10.1109/AUTEST.2015.7356523 *
J.W. BENNETT: "Fault Tolerant Electromechanical Actuators for Aircraft. PhD Thesis", 2010, NEWCASTLE UNIVERSITY

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Publication number Publication date
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