DE102011112647A1

DE102011112647A1 - Method for controlling stator of induction machine e.g. permanent-magnet synchronous machine in motor vehicle, involves multiplying input values for stator current with inductance of induction machine

Info

Publication number: DE102011112647A1
Application number: DE102011112647A
Authority: DE
Inventors: Uwe Nuß
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-04-19

Abstract

The method involves receiving value for stator current as an input value to determine inductance of the induction machine. The input values are multiplied with inductance of induction machine, so that the current input value to an input of current control unit (36) is obtained as product value. An independent claim is included for control device for controlling stator of induction machine.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Regeln eines Startenorstroms einer stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine mittels eines Stromreglers. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Regeln des Statorstroms. Unter einer Drehfeldmaschine werden hier insbesondere eine permanentmagneterregte Synchronmaschine (PMSM) und eine Asynchronmaschine (ASM) verstanden.The invention relates to methods for controlling a starter current of a converter-fed induction machine by means of a current regulator. The invention also relates to a device for controlling the stator current. Under a rotating field machine are understood in particular a permanent magnet synchronous machine (PMSM) and an asynchronous machine (ASM).

Um mithilfe von elektrischen Maschinen zum Beispiel bei Elektrofahrzeugen hohe Beschleunigungswerte zu erhalten, wird bei manchen Applikationen mit konventionellen Motorentwicklungen – wenn auch nur kurzzeitig – ein mehrfaches des Motornennstroms eingeprägt. Unabhängig davon werden seit einigen Jahren unter anderem zur Reduzierung von Fertigungskosten neue Wickeltechniken für Drehstrommotoren entwickelt. Den beiden genannten Fällen ist gemein, dass die Motorinduktivitäten aufgrund von Sättigungserscheinungen mit zunehmendem Strom abnehmen. D. h. die Motorparameter sind dann nicht mehr konstant. Bisher wurden für solche Fälle Identifikations- und Adaptionsverfahren eingesetzt, die mithilfe von Mess- und rechnerinternen Größen betriebspunktabhängige Schätzwerte unter anderem für die gegebenenfalls sättigungsabhängigen Motorinduktivitäten liefern und die Stromreglerparameter betriebsabhängig an die identifizierten Werte anpassen. Eine derartige Adaption besitzt eine verhältnismäßig geringe Dynamik.In order to obtain high acceleration values with the aid of electrical machines, for example in electric vehicles, some applications with conventional motor developments imprint a multiple of the rated motor current - even if only for a short time. Independently of this, new winding techniques for three-phase motors have been developed for several years, among other things to reduce manufacturing costs. The two cases mentioned have in common that the motor inductances decrease due to saturation phenomena with increasing current. Ie. the motor parameters are then no longer constant. So far, identification and adaptation methods have been used for such cases, which provide operating point-dependent estimates for the possibly saturation-dependent engine inductances with the aid of measurement and computer-internal variables and adjust the current controller parameters to the identified values depending on the operation. Such an adaptation has a relatively low dynamics.

Nehmen die dynamischen Anforderungen weiter zu, d. h. soll zum Beispiel innerhalb einer Millisekunde oder darunter eine Stromänderung von einem kleinen auf einen großen Wert oder umgekehrt erfolgen, dann reicht es nicht mehr aus, eine der eher langsamen Motorparameteradaptionen durchzuführen, die in ihrem Kern von einem linearen Maschinenmodell ausgehen und deshalb nur in einer engen Umgebung des jeweiligen Betriebspunkts gültig sind. Vielmehr muss eine nichtlineare Stromregelung durchgeführt werden, die in der Lage ist, das nichtlineare Antriebsverhalten in der gewünschten Weise zu beeinflussen.The dynamic requirements continue to increase, d. H. For example, if a current change from a small to a large value or vice versa takes place within a millisecond or less, then it is no longer sufficient to perform one of the rather slow motor parameter adaptations that emanate from a linear machine model at its core and therefore only in a narrow Environment of the respective operating point are valid. Rather, a non-linear current control must be performed, which is able to influence the non-linear drive behavior in the desired manner.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Stromregler, die den Sättigungsgrad der Komponenten des magnetischen Kreises einer Drehfeldmaschine nicht berücksichtigen, bei Arbeitspunktwechseln, die den Sättigungsgrad der Maschine beeinflusse, ein ungünstiges Einschwingverhalten bis hin zur Instabilität aufweisen. Aus diesem Grund werden üblicherweise die Stromreglerparameter an den momentanes Sättigungsgrad der Maschine angepasst. Bei sehr schnellen Stromsollwertänderungen, wie z. B. bei Stromsollwertsprüngen, die zugleich eine schnelle und starke Änderung des Sättigungszustands der Drehfeldmaschine zur Folge haben, führt eine gewöhnliche Stromregleradaption zu Stromüberschwingern, die den Betrieb des Drehstromantriebs beeinträchtigen oder gar zur Fehlerabschaltung führen können und somit die Verfügbarkeit des Antriebs herabsetzen.In summary, current regulators that do not take into account the degree of saturation of the components of the magnetic circuit of a rotating field machine have an unfavorable transient response or instability at operating point changes which influence the degree of saturation of the machine. For this reason, the current controller parameters are usually adjusted to the current saturation level of the machine. For very fast current setpoint changes, such. B. at current setpoint jumps, which at the same time have a rapid and strong change in the saturation state of the induction machine result in ordinary Stromregleradaption to Stromüberschwingern that affect the operation of the AC drive or even lead to error shutdown and thus reduce the availability of the drive.

Aus der US 7,187,155 B2 ist eine feldorientierte Stromregelung bekannt, bei welcher zu einem in einer Drehfeldmaschinen fließenden Strom eine ein Drehmoment erzeugende q-Komponente und eine einen magnetischen Fluss erzeugende d-Komponente ermittelt wird. Ein Regelkreis für die Drehzahl der Drehfeldmaschine umfasst einen Regeler, welcher einen Steuerwert für einen Schlupf in Abhängigkeit von einer momentanen Induktivität der Drehfeldmaschine erzeugt.From the US 7,187,155 B2 a field-oriented current control is known, in which a torque-generating q-component and a magnetic flux-generating d-component is determined for a current flowing in a rotating field machine current. A control circuit for the rotational speed of the induction machine comprises a controller which generates a control value for a slip as a function of a current inductance of the induction machine.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stabilen Betrieb einer Drehfeldmaschine auch bei schnellen Änderungen des Sättigungszustands der Motorinduktivitäten zu ermöglichen.It is an object of the present invention to enable a stable operation of a rotating field machine even with rapid changes in the saturation state of the motor inductances.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Unteransprüche gegeben.The object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 9. The object is also achieved by a motor vehicle according to claim 10. Advantageous developments of the method according to the invention are given by the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Statorstrom einer Drehfeldmaschine mittels einer Stromregeleinrichtung geregelt. Dabei werden Eingangsgrößen der Stromregeleinrichtung in vorteilhafter Weise derart skaliert, dass sich ein linearisiertes Übertragungsverhalten der Stromregeleinrichtung ergibt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dazu wenigstens ein Wert für den Statorstrom als Eingangswert empfangen und in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Eingangswert wenigstens ein Induktivitätswert für eine Induktivität der Drehfeldmaschine ermittelt. Wer wenigstens eine Eingangswert wird dann mit einem des wenigstens einen ermittelten Induktivitätswerts multipliziert und das so jeweils erhaltene Produkt als Stromeingangswert an einen Eingang der Stromregeleinrichtung übertragen wird. Aus dem Eingangswert für den Statorstrom wird also bei dem Verfahren auf einen Induktivitätswert rückgeschlossen. Dies kann ein tatsächlich vorhandener oder ein zu erwartender Sättigungsgrad einer magnetischen Komponente der Drehfeldmaschine sein. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch Multiplizieren des Eingangswerts mit dem zugehörigen Induktivitätswert der Einfluss der Sättigungserscheinungen auf das Reglerverhalten kompensiert wird. Somit können Übertragungsfunktionen für das Reglernverhalten vorgegeben werden und dadurch das Einschwingverhalten gezielt beeinflusst werden.In the method according to the invention, a stator current of a rotary field machine is regulated by means of a current regulating device. In this case, input variables of the current regulating device are advantageously scaled such that a linearized transmission behavior of the current regulating device results. According to the method of the invention, at least one value for the stator current is received as an input value for this purpose, and at least one inductance value for an inductance of the induction machine of the induction machine is determined as a function of the at least one input value. Who at least one input value is then multiplied by one of the at least one detected inductance value and the product thus obtained in each case is transmitted as a current input value to an input of the current regulating device. From the input value for the stator current, an inductance value is thus deduced in the method. This can be an actual or expected saturation level of a magnetic component of the induction machine. The invention is based on the knowledge that the influence of the saturation phenomena on the controller behavior is compensated by multiplying the input value by the associated inductance value. Thus, transfer functions for the controller behavior can be specified and thus the transient response can be specifically influenced.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als ein Eingangswert ein Istwert einer Längskomponente des Statorstroms (q-Komponente) und als ein weiterer Eingangswert ein Istwert einer Querkomponente des Statorstroms (d-Komponente) empfangen und zumindest ein Induktivitätswert in Abhängigkeit von zumindest einem dieser empfangenen Istwerte ermittelt. Ein so gebildeter Induktivitätswert spiegelt dann den tatsächlichen, derzeitigen Sättigungsgrad wider. Die Multiplikation der Stromistwerte mit stromistwertabhängigen Induktivitäten bzw. dazu proportionalen Größen bewirkt eine Linearisierung des Stromregelkreisverhaltens, da in der Regelstrecke die Kehrwerte der stromistwertabhängigen Induktivitäten auftreten. According to an advantageous development of the method according to the invention, an actual value of a longitudinal component of the stator current (q-component) is received as an input value and an actual value of a transverse component of the stator current (d-component) as another input value and at least one inductance value as a function of at least one of these received Actual values determined. An inductance value thus formed then reflects the actual, current saturation level. The multiplication of the current actual values with current-value-dependent inductances or quantities proportional thereto causes a linearization of the current-regulating circuit behavior, since the reciprocal values of the current-actual-value-dependent inductances occur in the controlled system.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als ein Eingangswert ein Sollwert für die Längskomponente und als ein weiterer Eingangswert ein Sollwert für die Querkomponente empfangen und zumindest ein Induktivitätswert in Abhängigkeit von zumindest einem der empfangenen Sollwerte ermittelt wird. Die Multiplikation der Stromsollwerte mit stromsollwertabhängigen Induktivitäten bzw. dazu proportionalen Größen führt dazu, dass sich auch ein lineares Führungsverhalten des Stromregelkreises einstellt.In another advantageous development of the method according to the invention, a setpoint value for the longitudinal component is received as an input value, and a setpoint value for the transverse component is received as another input value, and at least one inductance value is determined as a function of at least one of the received setpoint values. The multiplication of the current setpoints with current setpoint-dependent inductances and / or proportional quantities leads to the fact that also a linear guidance behavior of the current control loop is established.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dazu ausgelegt, mittels der Stromregeleinrichtung einen Statorstrom einer Asynchronmaschine zu regeln. Bei dieser Ausführungsform wird zumindest ein Induktivitätswert ermittelt, welcher einer totalen Streuinduktivität oder einer dazu proportionalen Größe entspricht.A further embodiment of the method according to the invention is designed to regulate a stator current of an asynchronous machine by means of the current control device. In this embodiment, at least one inductance value is determined which corresponds to a total leakage inductance or a variable proportional thereto.

Mittels einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Stromregeleinrichtung ein Statorstrom einer permanentmagneterregten Synchronmaschine gesteuert. Hierbei werden wenigstens ein Induktivitätswert, welcher einer Statorlängsinduktivität oder einer dazu proportionalen Größe entspricht, und wenigstens ein weiterer Induktivitätswert, welcher einer Statorquerinduktivität oder einer dazu proportionalen Größe entspricht, ermittelt.By means of another embodiment of the method according to the invention, a stator current of a permanent-magnet-excited synchronous machine is controlled by means of the current control device. In this case, at least one inductance value, which corresponds to a stator longitudinal inductance or a variable proportional thereto, and at least one further inductance value, which corresponds to a stator transverse inductance or a variable proportional thereto, are determined.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn wenigstens ein Induktivitätswert mittels eines Kennliniespeichers ermittelt wird, in welchem wenigstens eine Kennlinie für eine Abhängigkeit der Induktivität von zumindest einem der Eingangswerte gespeichert ist.It has proved to be particularly favorable if at least one inductance value is determined by means of a characteristic memory in which at least one characteristic curve for a dependency of the inductance of at least one of the input values is stored.

Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer herkömmlichen Reglerstruktur wird besonders einfach, wenn der wenigstens eine Eingangswert zusätzlich zur Multiplikation mit dem zu diesem ermittelten Induktivitätswert noch auf einen Wert einer Bezugsgröße bezogen wird. Die aus der jeweiligen Multiplikation (Eingangswert mal Induktivitätswert) sich ergebenden Produkte können durch eine geeignete Wahl der Bezugsgröße wiederum als Stromkomponenten interpretiert werden und eignen sich daher als Stromeingangswerte für eine herkömmliche Stromregeleinrichtung. So ist es beispielsweise möglich, dass durch die Stromregeleinrichtung auf der Grundlage der bezogenen Eingangsgrößen in an sich bekannter Weise eine feldorientierte Stromregelung durchgeführt wird.The implementation of the method according to the invention by means of a conventional controller structure becomes particularly simple if the at least one input value is additionally related to a value of a reference value in addition to the multiplication with the inductance value determined for this purpose. The products resulting from the respective multiplication (input value times inductance value) can in turn be interpreted as current components by a suitable choice of the reference value and are therefore suitable as current input values for a conventional current regulating device. It is thus possible, for example, for field-oriented current regulation to be carried out in a manner known per se by the current regulating device on the basis of the related input variables.

Zu der Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Regeln eines Statorstroms einer Drehfeldmaschine. Sie umfasst eine Statorstrom-Messeinrichtung zum Ermitteln wenigstens eines Istwerts eines Statorstroms als einen Ist-Eingangswert, eine Sollwert-Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Sollwerts für den Statorstrom als einen Soll-Eingangswert und wenigstens eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Induktivitätswerts für eine Induktivität der Drehfeldmaschine in Abhängigkeit von zumindest einem der Eingangswerte. Eine Bestimmungseinrichtung kann z. B. einen Kennlinienspeicher umfassen. Des Weiteren ist wenigstens eine Multipliziereinrichtung bereitgestellt. Die Multipliziereinrichtung ist mit einer der wenigstens einen Bestimmungseinrichtungen gekoppelt und dazu ausgelegt, durch Multiplizieren eines der Eingangswerte mit einem Induktivitätswert der Bestimmungseinrichtung, mit welcher sie gekoppelt ist, einen skalierten Eingangswerts zu bilden. Die eigentliche Stromregelung wird durch eine Stromregelreinrichtung bewirkt, welche dazu ausgelegt ist, die skalierten Eingangswerte aller Multipliziereinrichtungen an einem Eingang zu empfangen und in Abhängigkeit von den empfangenen skalierten Eingangswerten eine Steuerspannung an einem Ausgang zu erzeugen. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen und somit auch die damit erzielbaren Vorteile erlangen. Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Merkmale Merkmalen der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.The invention also includes an apparatus for controlling a stator current of a rotating field machine. It comprises a stator current measuring device for determining at least one actual value of a stator current as an actual input value, a setpoint receiving device for receiving a setpoint value for the stator current as a setpoint input value and at least one determining device for determining an inductance value for an inductance of the induction machine in dependence of at least one of the input values. A determination device can, for. B. include a characteristic memory. Furthermore, at least one multiplier is provided. The multiplier is coupled to one of the at least one determiner and configured to form a scaled input by multiplying one of the input values by an inductance value of the determiner with which it is coupled. The actual current regulation is effected by a current regulation device which is designed to receive the scaled input values of all multipliers at one input and to generate a control voltage at an output in dependence on the received scaled input values. By means of the device according to the invention, the method according to the invention can be carried out and thus also obtain the advantages that can be achieved therewith. The invention also includes developments of the device according to the invention, whose features correspond to features of the developments of the method according to the invention.

Die Erfindung umfasst auch einen Kraftwagen, der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweist.The invention also includes a motor vehicle having an embodiment of the device according to the invention.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention,

2 ein Grobblockschaltbild eines Steuergeräts der Vorrichtung von 1 und 2 a rough block diagram of a controller of the device of 1 and

3 ein Strukturbild eines Stromzustandsreglers für eine PMSM mit integrierter Kompensation von Sättigungseffekten in komplexer Darstellungsform, wobei der Stromzustandsregler ein Bestandteil der Vorrichtung von 1 ist. 3 a structural diagram of a current state controller for a PMSM with integrated compensation of saturation effects in complex display form, wherein the current state controller is a part of the device of 1 is.

Das Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.The embodiment represents a preferred embodiment of the invention.

In 1 ist eine permanentmagneterregte Synchronmaschine 10 gezeigt, die von einem Stromrichter 12 mit Drehstrom gespeist wird. Der Stromrichter 12 wird von einem Steuergerät 14 gesteuert. Dazu empfängt der Stromrichter 12 von dem Steuergerät 14 ein zeitdiskretes Steuersignal mit einer Steuerspannungslängskomponente u_St,beg,d,k und einer Steuerspannungsquerkomponente u_St,beg,q,k. Das Steuergerät 14 erzeugt das Steuersignal in Abhängigkeit von Sollwertkomponenten für den Drehstrom und entsprechenden Istwertkomponenten. Die Sollwertkomponenten empfängt das Steuergerät 14 von einer (nicht dargestellt) Steuercomputer. Die Istwertkomponenten werden von einer Stromermittlungseinrichtung 16 aus Messwerten für den Drehstrom erzeugt. Dazu ist die Stromermittlungseinrichtung 16 mit Phasenleitern gekoppelt, über welche der Drehstrom von dem Stromrichter 12 zu der Synchronmaschine 10 geleitet wird. Das Steuergerät 14 und die Stromermittlungseinrichtung 16 bilden zusammen eine Ausführungsform der Erfindungsgemäßenvorrichtung. Als Sollwertkomponenten empfängt das Steuergerät 14 eine Statorstromsollwertlängskomponente i_S,d,w,k und eine Statorstromsollwertquerkomponente i_S,q,w,k. Als Istwertkomponenten empfängt das Steuergerät 14 eine Statorstromistwertlängskomponente i_S,d,k und eine Statorstromistwertquerkomponente i_S,q,w. Anstelle der Synchronmaschine 10 kann bei der gezeigten Anordnung auch eine Asynchronmaschine bereitgestellt sein.In 1 is a permanent magnet synchronous machine 10 shown by a power converter 12 is fed with three-phase current. The power converter 12 is from a control unit 14 controlled. The converter receives this 12 from the controller 14 a discrete-time control signal having a control voltage longitudinal component u _{St, beg, d, k} and a control voltage cross component u _{St, beg, q, k} . The control unit 14 generates the control signal as a function of setpoint components for the three-phase current and corresponding actual value components. The setpoint components are received by the controller 14 from a control computer (not shown). The actual value components are provided by a current determination device 16 generated from measured values for the three-phase current. This is the Stromermittlungseinrichtung 16 coupled with phase conductors, via which the three-phase current from the power converter 12 to the synchronous machine 10 is directed. The control unit 14 and the current detection device 16 together form an embodiment of the device according to the invention. The control unit receives as setpoint components 14 a stator current setpoint length component i _{S, d, w, k} and a stator current setpoint cross component i _{S, q, w, k} . The control unit receives as actual value components 14 a stator current actual value longitudinal component i _{S, d, k} and a stator current actual cross-component i _{S, q, w} . Instead of the synchronous machine 10 In the arrangement shown, an asynchronous machine can also be provided.

Im Zusammenhang mit 2 und 3 ist im folgenden erläutert, wie durch das Steuergerät 14 das Steuersignal für den Stromrichter 12 aus den empfangenen Istwertkomponenten und Sollwertkomponenten gebildet wird.In connection with 2 and 3 is explained below, as by the control unit 14 the control signal for the power converter 12 is formed from the received actual value components and setpoint components.

2 zeigt eine multiplikative Verknüpfung 18 der Statorstromsollwertlängskomponente i_S,d,w,k mit einer aus einem Kennlinienfeld 20 hervorgehenden, auf eine konstante Größe bezogenen Induktivität sowie eine multiplikative Verknüpfung 22 der Stromsollwertquerkomponente i_S,q,w,k mit einer aus einem Kennlinienfeld 24 hervorgehenden, auf eine konstante Größe bezogene Induktivität. Des Weiteren sind eine multiplikative Verknüpfung 26 der Statorstromistwertlängskomponente i_S,d,k mit einer aus einem Kennlinienfeld 28 hervorgehenden, ebenfalls auf eine konstante Größe bezogenen Induktivität sowie eine multiplikative Verknüpfung 30 der Statorstromistwertquerkomponente i_S,q,k mit einer aus einem Kennlinienfeld 32 hervorgehenden, ebenfalls auf eine konstante Größe bezogenen Induktivitäten gezeigt. Bei den Kennlinienfeldern 20, 24 handelt es sich um stromsollwertabhängige Induktivitätkennlinienfelder, bei den Kennlinienfeldern 28, 32 um stromistwertabhängige Induktivitätskennlinienfelder. Als Bezugsgröße ist beispielhaft ein Mittelwert L _S,max aus maximaler Statorlängst- und Querinduktivität gewählt. Die aus den jeweiligen Multiplikationen sich ergebenden Produkte können aufgrund der gewählten Bezugsgröße wiederum als Stromkomponenten interpretiert werden. Sie sind gemäß 2 mit i # / S,d,w,k und i # / S,q,w,k für die Sollwerte sowie mit i # / S,d,k und i # / S,q,k für die Istwerte bezeichnet und werden nachfolgend als induktivitätsangepasste Stromkomponenten i # / S,d,w,k , i # / S,q,w,k , i # / S,d,k , i # / S,q,k bezeichnet. Diese werden an Eingänge 34 für Stromeingangswerte eines Stromreglerskerns 36 übertragen. Die induktivitätsangepassten Stromkomponenten i # / S,d,w,k , i # / S,q,w,k , i # / S,d,k , i # / S,q,k bilden die Eingangsgrößen des Stromreglerkerns 36. Als Stromreglerausgangs- oder Stellgrößen werden die (gegebenenfalls auf vorbestimmte Werte begrenzte) Steuerspannungslängskomponente u_St,beg,d,k und Steuerspannungsquerkomponente u_St,beg,q,k an Ausgängen 38 des Stromreglerskerns 36 erzeugt. Sämtliche Größen sind in 2 mit einem Zeitindex k versehen, da es sich um einen zeitdiskret arbeitenden Regler handelt. 2 shows a multiplicative link 18 the Statorstromsollwertlängskomponente i _{S, d, w, k} with one of a family of characteristics 20 resulting in a constant magnitude related inductance and a multiplicative linkage 22 the current setpoint cross-component i _{S, q, w, k} with one of a characteristic field 24 resulting, to a constant size related inductance. Furthermore, they are a multiplicative link 26 the Statorstromistwertlängskomponente i _{S, d, k} with one of a family of characteristics 28 resulting, also on a constant size related inductance and a multiplicative link 30 the Statorstromistwertquerkomponente i _{S, q, k} with one of a family of characteristics 32 shown, also related to a constant size inductors. In the characteristic fields 20 . 24 These are inductance characteristic curves dependent on current setpoint, in the characteristic fields 28 . 32 Current-value-dependent inductance characteristic fields. The reference value is an average value by way of example L _{S, max selected} from maximum stator longitudinal and lateral inductance. The products resulting from the respective multiplications can again be interpreted as current components on the basis of the chosen reference value. They are according to 2 with i # / S, d, w, k and i # / S, q, w, k for the nominal values as well as with i # / S, d, k and i # / S, q, k for the actual values and are referred to below as inductance-matched current components i # / S, d, w, k , i # / S, q, w, k , i # / S, d, k , i # / S, q, k designated. These will be at inputs 34 for current input values of a current controller core 36 transfer. The inductance adjusted current components i # / S, d, w, k , i # / S, q, w, k , i # / S, d, k , i # / S, q, k form the input variables of the current controller core 36 , As Stromreglerausgangs- or manipulated variables are (possibly limited to predetermined values) control voltage longitudinal component u _{St, beg, d, k} and control voltage cross component u _{St, beg, q, k} at outputs 38 of the current regulator core 36 generated. All sizes are in 2 provided with a time index k, since it is a time-discrete working regulator.

In 3 ist die Einbettung der Grobstruktur aus 2 in das Beispiel eines Stromzustandsreglers für die Synchronmaschine 10 veranschaulicht. Die Statorstromsoll- und -istwertkomponenten sowie die Steuerspannungskomponenten sind darin als Raumzeiger zusammengefasst. Hierbei bezeichnet i r / S,w den rotorfest beschriebenen Raumzeiger der Statorstromsollwerte und i r / S den ebenfalls rotorfest beschriebenen Raumzeiger der Statorstromistwerte. Die Induktivitätanpassung wird wiederum durch den hochgestellten Index „#” symbolisiert. u r / St,begg ist der gegebenenfalls begrenzte Steuerspannungsraumzeiger. Die Indizes „k” und „k + 1” deuteh wieder auf die zeitdiskrete Arbeitsweise des Stromreglers sind. Ein komplexwertiges Übertragungsglied 40 repräsentiert die Zusammenfassung der Übertragungsglieder 18 bis 24, ein komplexwertiges Übertragungsglied 42 die Zusammenfassung der Übertragungsglieder 26 bis 32. Die stromsollwertabhängigen Längs- und Querinduktivitäten sind in 3 mit L_S,d,w und L_S,q,w die stromistwertabhängigen Längs- und Querinduktivitäten mit L_S,d und L_S,q bezeichnet. Die komplexwertigen Übertragungsglieder 48 bis 54 sind drehfrequenzunabhängige, die komplexwertigen Übertragungsglieder 56 bis 62 sind drehfrequenzabhängige Reglerelemente eines an sich bekannten Stromzustandsreglers ( Nuß, Ulrich: „Hochdynamische Regelung elektrischer Antriebe”, Seite 222, Berlin, Offenbach, VDE Verlag, 2010 ). Das Übertragungsglied 64 bildet zusammen mit der sich anschließenden Rückführung das komplexe Integrierglied des Reglers. Seine Ausgangsgröße ist mit v r / i bezeichnet. Mithilfe eines Totzeitglieds 66 wird unter der Annahme, dass die Stellgrößen des Reglers aufgrund einer Rechentotzeit verzögert werden, diese Rechentotzeit im Regler nachgebildet, so dass dem Zustandregler alle Zustandsgrößen für Regelzwecke zur Verfügung stehen.In 3 is the embedding of the coarse structure 2 in the example of a current state controller for the synchronous machine 10 illustrated. The stator current setpoint and actual value components as well as the control voltage components are summarized therein as a space vector. In this case, i r / s, w the rotor-fixed space vector of the stator current setpoints and i r / s the space rotor of the stator actual values likewise described rotorfest. The inductance adjustment is again symbolized by the superscript "#". u r / St, begg is the possibly limited control voltage space pointer. The indices "k" and "k + 1" again refer to the discrete-time operation of the current controller. A complex-valued transfer element 40 represents the summary of the transfer elements 18 to 24 , a complex-valued transfer element 42 the summary of the transfer links 26 to 32 , The current setpoint dependent longitudinal and transverse inductances are in 3 with L _{S, d, w} and L _{S, q, w} the current actual value dependent longitudinal and transverse inductances with L _{S, d} and L _{S, q} denoted. The complex valued transfer elements 48 to 54 are rotation frequency independent, the complex valued transfer elements 56 to 62 are rotational frequency-dependent control elements of a per se known current state controller ( Nuß, Ulrich: "Highly dynamic control of electrical drives", page 222, Berlin, Offenbach, VDE Verlag, 2010 ). The transmission link 64 forms together with the subsequent return the complex Integrator of the controller. Its output is v r / i designated. Using a deadtime member 66 If the control variables of the controller are delayed on the basis of a calculation dead time, this calculation dead time is simulated in the controller so that all state variables for control purposes are available to the state controller.

Die Ausgangsgrößen des im Stromreglers implementierten Totzeitglieds 66 ist v r / T . Die Übertragungsglieder 68 und 70 bilden schließlich die Stellgrößenbegrenzung und die Anti-Wind-up-Maßnahme. Der Strom Zustandsregler besitzt optional noch die Möglichkeit zur Vorsteuerung 72 des Steuerspannungsraumzeigers durch den Polredspannungsraumzeiger u r / P . Für überlagerte Regler wird noch der im Begrenzungsfall korrigierte Statorstromsollwertraumzeiger i r / S,w,korr zur Verfügung gestellt. Er geht aus dem induktivitätsangepassten korrigierten Statorstromsollwerteraumzeiger i #r / S,w,korr durch dessen Division durch die sollwertabhängigen Induktivitätskennlinienfelder 74 hervor.The output variables of the deadtime element implemented in the current controller 66 is v r / t , The transmission links 68 and 70 Finally form the control limit and the anti-wind-up measure. The current state controller optionally has the option of feedforward control 72 the control voltage space pointer by the Polredspannungsraumzeiger u r / p , For superposed controllers, the stator current setpoint space vector i r / S, w, corr made available. It goes out of the inductance-matched corrected stator current setpoint space pointer i #r / S, w, corr by dividing it by the nominal value-dependent inductance characteristic fields 74 out.

Neuartig an dem vorgestellten Verfahren ist, dass die Stromistwerte in Form des rotor- bzw. rotorflussfest dargestellten Stromistwertraumzeigers i r / S (mit der Statorstromistwertlängskomponente i_S,d und der Statorstromistwertquerkomponente i_S,q) und die Stromsollwerte in Form des rotor- bzw. rotorflussfest dargestellten Stromsollwertraumzeigers i r / S,w (mit der Statorstromsollwertlängskomponente i_S,d,w und der Statorstromsollwertquerkomponente i_S,q,w) jeweils mit unterschiedlichen Induktivitätsfunktionen multipliziert werden. Als Induktivitätfunktion kommen dabei – insbesondere bei der Synchronmaschine – die Quotienten aus der Längsinduktivität L_s,d bzw. der Querinduktivität L_S,q und dem Mittelwert L _S,max aus dem jeweiligen Maximalwert der Längs- und Querinduktivitäten oder dazu proportionalen Größen infrage. Während die Stromistwerte in diesem Fall vorzugsweise mit bezogenen Induktivitäten L_S,d(i_S,d‚ i_S,q)/ L _S,max und L_S,q(i_S,d‚ i_S,q)/ L _S,max multipliziert werden, die auf Induktivitäten beruhen, die wegen des Sättigungsverhaltens von den Stromistwerten – und zwar speziell von der Statorstromistwertlängskomponente i_S,d und der Statorstromistwertquerkomponente i_S,q – abhängen, werden die Stromsollwerte mit bezogenen Induktivitäten L_S,d(i_S,d,w‚ i_S,q,w)/ L _S,max und L_S,q(i_S,d,w‚ i_S,q,w)/ L _S,max multipliziert, die ausschließlich von der Statorstromsollwertlängskomponente i_S,d,w und der Statorstromsollwertquerkomponente i_S,q,w abhängen. Wegen des üblicherweise eindeutigen Zusammenhangs zwischen den ursprünglichen und den mit Induktivitätsfunktionen multiplizierten Statorstromkomponenten bewirkt die Vorgabe eines überschwingungsfreien Einschwingverhaltens mit vorgegebener Dynamik in den multiplizierten Größen auch in den nicht multiplikativ veränderten Statorstromkomponenten ein überschwingungsfreies Einschwingen mit ähnlicher Dynamik.A novelty of the presented method is that the current actual values in the form of the current actual value space vector i r / s (with the Statorstromistwertlängskomponente i _{S, d} and the Statorstromistwertquerkomponente i _{S, q} ) and the current setpoints in the form of the rotor or rotor flux fixed current setpoint space pointer i r / s, w (With the Statorstromsollwertlängskomponente i _{S, d, w} and the Statorstromsollwertquerkomponente i _{S, q, w} ) are multiplied in each case with different inductance functions. In this case, the quotients of the longitudinal inductance L _{s, d} or the transverse inductance L _s _{, q} and the mean value are used as the inductance function-in particular in the case of the synchronous machine L _{S, max} from the respective maximum value of the longitudinal and transverse inductances or proportions proportional thereto in question. While the actual current values in this case preferably with referenced inductances L _{S, d} (i _{S, d} , i _{S, q} ) / L _{S, max} and L _{S, q} (i _{S, d} , i _{S, q} ) / L _{S, max} , which are based on inductances which, because of the saturation behavior, depend on the current actual values, and specifically on the stator current actual value longitudinal component i _{S, d} and the stator actual current cross-component i _{S, q} , the current setpoint values with related inductances L _{S, d} ( i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ) / L _{S, max} and L _{S, q} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ) / L _{S, max} , which depend exclusively on the stator current setpoint length component i _{S, d, w} and the stator current setpoint cross-component i _{S, q, w} . Because of the usually unambiguous relationship between the original stator components and the stator component components multiplied by inductance functions, the specification of an overshoot-free transient response with predetermined dynamics in the multiplied magnitudes, even in the non-multiplicatively changed stator current components, results in a transient-free transient with similar dynamics.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf den Einsatz eines Zustandreglers, wie er in 3 gezeigt ist. Genauso kann die Erfindung auch für nichtlineare Stromregler bei Asynchronantrieben verwendet werden. Hierbei hat sich gezeigt, dass qualitativ vergleichbare Ergebnisse wie bei der Anwendung auf Synchronantriebe erzielt werden können.The invention is not limited to the use of a state controller, as in 3 is shown. In the same way, the invention can also be used for non-linear current regulators in asynchronous drives. It has been shown that qualitatively comparable results can be achieved as with the application to synchronous drives.

Insgesamt ist die durch das Beispiel ein Verfahren zur rotor- bzw. feldorientierten Stromregelung einer stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine mit hochgradig sättigbaren Motorinduktivitäten beschrieben. Das Verfahren lässt sich wie folgt zusammenfassen: Verfahren zur rotor- bzw. feldorientierten Stromregelung stromrichtergespeister Drehfeldmaschinen mit hochgradig sättigbaren Motorinduktivitäten, insbesondere von permanentmagneterregten Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Längs- und Querkomponente der Statorstromsollwerte wird jeweils mit der als Kennlinie oder Kennlinienfeld vorliegenden Statorlängs- bzw. querinduktivität (bei der PMSM) respektive der totalen Streuinduktivität (bei ASM) oder mit einer dazu proportionalen Größe multipliziert, wobei die Induktivitätskennlinien von den Stromsollwertkomponenten abhängen,
b) die Längs- und Querkomponente der Statorstromistwerte wird jeweils mit der als Kennlinie oder Kennlinienfeld vorliegenden Statorlängs- bzw. querinduktivität (bei der PMSM) respektive der totalen Streuinduktivität (bei ASM) oder mit einer dazu proportionalen Größe multipliziert, wobei die Induktivitätskennlinien von den Stromistwertkomponenten abhängen,
c) die durch die Multiplikationen als Teile eines nichtlinearen Stromreglers entstandenen Produkte werden einem linearen oder auch nichtlinearen Stromreglerkern zugeführt, der in einem rotierenden Koordinatensystem arbeitet.

Overall, the example describes a method for rotor- or field-oriented current regulation of a converter-fed induction machine with highly saturable motor inductances. The method can be summarized as follows: Method for rotor- or field-oriented current control converter-fed rotary field machines with highly saturable motor inductances, in particular of permanent magnet synchronous machines and asynchronous machines, characterized by the following features:

a) the longitudinal and transverse components of the Statorstromsollwerte is in each case multiplied by the stator longitudinal or transverse inductance present (PMSM) or the total leakage inductance (ASM) or with a proportional size, the inductance characteristics of the current setpoint components depend,
b) the longitudinal and transverse components of the stator actual values are respectively multiplied by the stator longitudinal or transverse inductance (in the case of the PMSM) or the total leakage inductance (in the case of ASM) or by a variable proportional thereto, the inductance characteristics of the actual current components depend,
c) the products resulting from the multiplications as parts of a non-linear current regulator are fed to a linear or nonlinear current regulator core operating in a rotating coordinate system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Synchronmaschinesynchronous machine
1212: Stromrichterpower converters
1414: Steuergerätcontrol unit
1616: StromermittlungseinrichtungCurrent detecting means
1818: Multiplikative VerknüpfungMultiplicative link
2020: KennlinienfeldOf characteristics
2222: Multiplikative VerknüpfungMultiplicative link
2424: KennlinienfeldOf characteristics
2626: Multiplikative VerknüpfungMultiplicative link
2828: KennlinienfeldOf characteristics
3030: Multiplikative VerknüpfungMultiplicative link
3232: KennlinienfeldOf characteristics
3434: Eingängeinputs
3636: StromreglerkernCurrent controller core
3838: Ausgängeoutputs
4040: Übertragungsgliedtransmission member
4242: Übertragungsgliedtransmission member
44 44: Übertragungsgliedtransmission member
4646: Übertragungsgliedtransmission member
4848: Übertragungsgliedtransmission member
5050: Übertragungsgliedtransmission member
5252: Übertragungsgliedtransmission member
5454: Übertragungsgliedtransmission member
5656: Übertragungsgliedtransmission member
5858: Übertragungsgliedtransmission member
6060: Übertragungsgliedtransmission member
6262: Übertragungsgliedtransmission member
6464: Übertragungsgliedtransmission member
6666: TotzeitgliedDead time
6868: Übertragungsgliedtransmission member
7070: Übertragungsgliedtransmission member
7272: Vorsteuerungfeedforward
7474: InduktivitätskennlinienfelderInduktivitätskennlinienfelder
i_S,d,k i _{S, d, k}: StatorstromistwertlängskomponenteStatorstromistwertlängskomponente
i_S,q,k i _{S, q, k}: StatorstromistwertquerkomponenteStatorstromistwertquerkomponente
i_S,d,w,k i _{S, d, w, k}: StatorstromsollwertlängskomponenteStatorstromsollwertlängskomponente
i_S,q,w,k i _{S, q, w, k}: StatorstromsollwertquerkomponenteStatorstromsollwertquerkomponente
i # / S,d,w,ki # / S, d, w, k: induktivitätsangepasste Stromkomponenteinductance-adapted current component
i # / S,q,w,ki # / S, q, w, k: induktivitätsangepasste Stromkomponenteinductance-adapted current component
i # / S,d,ki # / S, d, k: induktivitätsangepasste Stromkomponenteinductance-adapted current component
i # / S,q,ki # / S, q, k: induktivitätsangepasste Stromkomponenteinductance-adapted current component
i r / S,w i r / s, w: Raumzeigerspace vector
i r / S i r / s: Raumzeigerspace vector
i r / S,w,korr i r / S, w, corr: StatorstromsollwertraumzeigerStatorstromsollwertraumzeiger
kk: Zeitindextime Index
k + 1k + 1: Zeitindextime Index
L_S,d,w L _{S, d, w}: Stromsollwertabhängige LängsinduktivitätCurrent setpoint-dependent longitudinal inductance
L_S,q,w L _{S, q, w}: Stromsollwertabhängige QuerinduktivitätCurrent setpoint-dependent cross-inductance
L_S,d L _{S, d}: Stromistwertabhängige LängsinduktivitätActual current-dependent longitudinal inductance
L_S,q L _{S, q}: Stromistwertabhängige QuerinduktivitätCurrent actual value-dependent cross-inductance
LL _{S,maxS, max}: MittelwertAverage
u_St,beg,d,k u _{St, beg, d, k}: SteuerspannungslängskomponenteControl voltage longitudinal component
u_St,beg,q,k u _{St, beg, q, k}: SteuerspannungsquerkomponenteControl voltage transverse component
u r / St,beg u r / St, beg: SteuerspannungsraumzeigerControl voltage space vector
u r / P u r / p: PolradspannungsraumzeigerPolradspannungsraumzeiger
v r / i v r / i: Ausgangsgrößeoutput
v r / T v r / t: Ausgangsgrößeoutput

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7187155 B2 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Nuß, Ulrich: "Highly dynamic control of electrical drives", page 222, Berlin, Offenbach, VDE Verlag, 2010 [0025]

Claims

Method for controlling a stator current of a rotary field machine ( 10 ) by means of a flow control device ( 36 ), in which method at least one value for the stator current is received as an input value (i _{S, d, w, k} , i _{s, q, w, k} , i _{s, d} , i _{S, q} ) and in dependence on the at least one Input value (i _{S, d, w, k} , i _{S, q, w, k} , i _{S, d} , i _{S, q} ) At least one inductance value (L _{S, d} (i _{S, d, w} , i _{S, q , w} ), L _{S, q} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{s, d} (i _{S, d} , i _{S, q} ), L _{S, q} (i _{S, d} , i _{S, q} )) for an inductance of the induction machine ( 10 ) is determined; characterized in that the at least one input value (i _{s, d, w, k} , i _{s, q, w, k} , i _{s, d} , i _{s, q} ) is associated with one of the at least one detected inductance value (L _{S, d} ( i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{S, q} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{s, d} (i _{s, d} , i _{S, q} ) , L _{S, q} (i _{S, d} , i _{S, q} )) multiplied and the product thus obtained in each case as a current input value to an input of the current control device ( 36 ) is transmitted.

Method according to Claim 1, characterized in that an actual value (i _{S, d} ) of a longitudinal component of the stator current is received as an input value and an actual value of a transverse component (i _{S, q} ) of the stator current is received as a further input value and at least one inductance value ((L _{s, d} (i _{S, d} , i _{S, q} ), L _{S, q} (i _{S, d} , i _{S, q} )) is determined as a function of at least one of the received actual values.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that as an input value, a desired value (i _{S, d, w, k} ) for a longitudinal component of the stator current and as a further input value, a desired value (i _{S, q, w, k} ) for a Transverse component of the stator current is received and at least one inductance value (L _{S, d} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{S, q} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} )) is determined as a function of at least one of the received setpoint values.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the current control device, a stator current of an asynchronous machine is controlled and at least one inductance value is determined, which corresponds to a total leakage inductance or a proportional thereto size.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a stator current of a permanent magnet synchronous machine is controlled by means of the current control device and at least one inductance value is determined which of a Statorlängsinduktivität (L _{S, d} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{S, d} (i _{S, d} , i _{S, q} )) or a variable proportional thereto, and at least one further inductance value is determined, which of a Statorquerinduktivität (L _{S, q} (i _{S, d, w} , i _{S, q, w} ), L _{S, q} (i _{S, d} , i _{S, q} )) or a variable proportional thereto.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inductance value by means of a characteristic memory ( 20 . 24 . 28 . 32 ) is formed, in which at least one characteristic for a dependence of the inductance of at least one of the input values is stored.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one input value in addition to the multiplication with the one of the at least one detected inductance value to a value of a reference value (

L

_{S, max} ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the flow control device ( 36 ) a field-oriented current control is performed.

Device for controlling a stator current of a rotary field machine, comprising: a stator current measuring device ( 16 ) for determining at least one actual value of a stator current as an actual input value; A setpoint receiving device ( 14 ) for receiving a target value for the stator current as a target input value; At least one determining device ( 20 . 24 . 28 . 32 ) for determining an inductance value for an inductance of the induction machine in dependence on at least one of the input values; At least one multiplier device ( 18 . 22 . 26 . 30 ) coupled to one of the at least one determining means and adapted to form a scaled input value by multiplying one of the input values by an inductance value of the determining means with which it is coupled; - a power control device ( 36 ) which is adapted to receive the scaled input values of all the multipliers at an input and to generate a control voltage at an output in dependence on the received scaled input values.

Motor vehicle with a device according to claim 9.