DE102019218547A1

DE102019218547A1 - Method and device for controlling an electrical machine

Info

Publication number: DE102019218547A1
Application number: DE102019218547.9A
Authority: DE
Inventors: Wei-Lung Lee; Sebastian Paulus; Michele Hirsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Verfahren (400) zur Regelung einer elektrischen Maschine (190)mit einem Filter (140) und einem Oberwellenregler (100),wobei der Oberwellenregler (100) eine Eingangstransformation (110) umfasst,mit den Schritten:Ermitteln (410) einer Rückführgröße (Idq);Filtern (412) einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße (Idq*);Ermitteln (414) der gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil (IdqWoFunda);Transformieren (420) der gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil (IdqWoFunda) mittels der Eingangstransformation (110);Bestromen (480) mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine (190) in Abhängigkeit der Gleichrückführgröße (IHrmc).Method (400) for regulating an electrical machine (190) with a filter (140) and a harmonic controller (100), wherein the harmonic controller (100) comprises an input transformation (110), with the steps of: determining (410) a feedback variable (Idq ); Filtering (412) a predefinable GW equal control variable (Idq *); determining (414) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda); transforming (420) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda) by means of the input transformation (110); energizing ( 480) at least one winding of the electrical machine (190) as a function of the constant feedback variable (IHrmc).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem sowie ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.The invention relates to a method and a device for regulating an electrical machine. The invention also relates to an electric drive system with a corresponding device and a vehicle with an electric drive system as well as a computer program and a computer-readable storage medium.

Stand der TechnikState of the art

Die Druckschrift DE 2017 102 036 91 A1 offenbart eine Regelung für eine elektrische Maschine, bei der gleichzeitig eine Störgröße kompensiert und ein Sollwert eingestellt wird. Für den Betrieb einer elektrischen Maschine wird als Sollwert ein Phasenstrom eingeregelt. Der Phasenstrom wird bevorzugt als sinusförmige Grundwelle eingeregelt. Der Phasenstrom bewirkt beim Betrieb der elektrischen Maschine die Abgabe eines gleichmäßigen mittleren Drehmomentes. Aufgrund von nicht ideal sinusförmigen Magnetfeldern, Windungsanordnungen, Nutung, Zahnform, Sättigungseffekten und/oder anderen Effekten bilden sich neben dem gleichmäßigen mittleren Drehmoment auch harmonische Oberschwingungen des Drehmomentes aus. Solche Effekte führen zu Kraftwellen zwischen Rotor und Stator, die bei charakteristischen Ordnungen als tangentiale und radiale Zahnkräfte auf die Statorzähne wirken. Durch das mechanische Übertragungsverhalten der elektrischen Maschine werden diese Kräfte als Schwingungen in der Maschine, des Maschinengehäuses und angekoppelten Elementen und damit als Körper- und Luftschall oder Oberflächenschwingungen wahrnehmbar. Die harmonischen Oberschwingungen des Drehmomentes bewirken dabei auch Oberwellen der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine auf dem Phasenstrom als Störgrößen. Zur Minimierung dieser Störgrößen werden gezielt Oberwellen eingeregelt und vorgegeben, welche dem eingeregelten und vorgegebenen Phasenstrom überlagert werden.The pamphlet DE 2017 102 036 91 A1 discloses a control for an electrical machine in which a disturbance variable is compensated and a setpoint is set at the same time. A phase current is regulated as a setpoint for the operation of an electrical machine. The phase current is preferably regulated as a sinusoidal fundamental wave. When the electrical machine is in operation, the phase current produces a uniform mean torque. Due to non-ideal sinusoidal magnetic fields, winding arrangements, slots, tooth shape, saturation effects and / or other effects, harmonic harmonics of the torque develop in addition to the uniform mean torque. Such effects lead to force waves between the rotor and the stator which, with characteristic orders, act as tangential and radial tooth forces on the stator teeth. Due to the mechanical transmission behavior of the electrical machine, these forces are perceptible as vibrations in the machine, the machine housing and coupled elements and thus as structure-borne noise, air-borne noise or surface vibrations. The harmonic harmonics of the torque also cause harmonics of the electrical frequency of the electrical machine on the phase current as disturbance variables. In order to minimize these disturbance variables, harmonics are specifically regulated and specified, which are superimposed on the regulated and specified phase current.

Es besteht ein Bedürfnis für alternative Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung einer elektrischen Maschine, mit dem die Oberwellen möglichst robust, stabil, mit hoher Dynamik und Flexibilität zur Berücksichtigung relevanter Frequenzanteile geregelt werden.There is a need for alternative methods and devices for regulating an electrical machine with which the harmonics are regulated as robustly, stably as possible, with high dynamics and flexibility to take relevant frequency components into account.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine mit einem Filter und einem Oberwellenregler bereitgestellt. Der Oberwellenregler umfasst eine Eingangstransformation. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Ermitteln einer Rückführgröße, wobei die Rückführgröße eine Istgröße einer Oberwelle einer vorgegebenen Frequenz in einem feldorientierten System umfasst;
Filtern einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße mittels des Filters;
Ermitteln einer gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil als Differenz der Rückführgröße und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße; Transformieren der gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil mittels der Eingangstransformation zu einer Gleichrückführgröße in einem oberwellenorientierten System;
Bestromen mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Gleichrückführgröße.

A method for regulating an electrical machine with a filter and a harmonic regulator is provided. The harmonic regulator includes an input transformation. The procedure consists of the following steps:

Determining a feedback variable, the feedback variable comprising an actual variable of a harmonic of a predetermined frequency in a field-oriented system;
Filtering a predefinable GW equal control variable by means of the filter;
Determining a filtered feedback variable without a fundamental wave component as the difference between the feedback variable and the filtered GW equal control variable; Transforming the filtered feedback variable without fundamental wave component by means of the input transformation to a DC feedback variable in a harmonic-oriented system;
Energizing at least one winding of the electrical machine as a function of the constant feedback variable.

Zur Regelung elektrischer Maschinen werden verbreitet feldorientierte Regelungen verwendet. Dabei werden die Wechselgrößen der im Zeitbereich, bevorzugt sinusförmigen, einzuregelnden Phasenströme, auch die Grundwellen genannt, mittels einer mathematischen Transformation jeweils in ein mit der Frequenz der Wechselgrößen rotierendes Koordinatensystem übertragen. Die Frequenz der Wechselgrößen bestimmt auch die Frequenz des magnetischen Feldes in der Maschine, sodass dieses mit der Frequenz der Wechselgrößen rotierende Koordinatensystem auch feldorientiertes System genannt wird. Im stationären Betrieb der elektrischen Maschine ergeben sich aus den Wechselgrößen im Zeitbereich Gleichgrößen im feldorientierten System, welche mittels der üblichen Verfahren der Regelungstechnik geregelt werden können. Das feldorientierte System wird auch d/q-Koordinatensystem genannt. Dabei zeigt dessen d-Achse in Richtung des Rotorflusses. Die q-Achse ist senkrecht zu der d-Achse. Ein sinusförmiger Phasenstrom wird als Statorstromzeiger oder Statorstromvektor repräsentiert, welcher über seine Länge und seine Richtung charakterisiert wird. Dieser Stromzeiger dreht sich synchron mit dem rotierenden Stator- oder Rotorfluss der elektrischen Maschine. In dem d/q Koordinatensystem kann der Stromzeiger entsprechend seiner Länge und seiner Richtung mittels zwei senkrecht aufeinander stehenden Komponenten Id und Iq dargestellt werden, welche im stationären Fall Gleichgrößen sind.Field-oriented controls are widely used to control electrical machines. The alternating quantities of the phase currents to be regulated in the time domain, preferably sinusoidal, also called the fundamental waves, are each transferred by means of a mathematical transformation into a coordinate system rotating with the frequency of the alternating quantities. The frequency of the alternating variables also determines the frequency of the magnetic field in the machine, so that this coordinate system rotating with the frequency of the alternating variables is also called a field-oriented system. In stationary operation of the electrical machine, the alternating variables in the time domain result in constant variables in the field-oriented system, which can be regulated by means of the usual methods of control technology. The field-oriented system is also called the d / q coordinate system. Its d-axis points in the direction of the rotor flux. The q-axis is perpendicular to the d-axis. A sinusoidal phase current is represented as a stator current vector or stator current vector, which is characterized by its length and direction. This current pointer rotates synchronously with the rotating stator or rotor flux of the electrical machine. In the d / q coordinate system, the current vector can be represented according to its length and its direction by means of two components Id and Iq which are perpendicular to one another and which are equal values in the stationary case.

Zur Regelung einer mit dem Oberwellenregler verbindbaren oder anschließbaren elektrischen Maschine wird eine Rückführgröße der elektrischen Maschine in dem feldorientierten System erfasst. Diese Rückführgröße umfasst eine Oberwelle, welche den Phasenstrom, eine Grundwelle, durch die elektrische Maschine überlagert. In dem feldorientierten System ist der Phasenstrom eine Gleichgröße wohingegen die Oberwelle eine Wechselgröße ist. Eine vorgebbare GW-Gleichführungsgröße wird mittels des Filters gefiltert. Bevorzugt entspricht hierbei die gefilterte GW-Gleichführungsgröße einem modellierten Grundwellenanteil von dem geschlossenen Regelkreis der feldorientierten Regelung. Als Differenz der Rückführgröße und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße wird eine gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil ermittelt. Zur Verwendung der Rückführgröße ohne Grundwellenanteil in einem Oberwellenregler wird die Rückführgröße ohne Grundwellenanteil mittels der Eingangstransformation zu einer Gleichrückführgröße in einem oberwellenorientierten System transformiert. Anschließend wird mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Gleichrückführgröße bestromt.To regulate an electrical machine that can be or can be connected to the harmonic regulator, a feedback variable of the electrical machine is recorded in the field-oriented system. This feedback variable comprises a harmonic which superimposes the phase current, a fundamental wave, through the electrical machine. In the field-oriented system, the phase current is a constant variable, whereas the harmonic is an alternating variable. A predefinable GW equal control variable is filtered by means of the filter. Here preferably corresponds to filtered GW equal control variable to a modeled fundamental wave component from the closed control loop of the field-oriented control. A filtered feedback variable without a fundamental wave component is determined as the difference between the feedback variable and the filtered GW equal control variable. To use the feedback variable without a fundamental wave component in a harmonic controller, the feedback variable without a fundamental wave component is transformed by means of the input transformation into a constant feedback variable in a harmonic-oriented system. At least one winding of the electrical machine is then energized as a function of the constant feedback variable.

Für eine Regelung einer Oberwelle in einem Oberwellenregler erfolgt, ähnlich der Transformation aus dem Zeitbereich in den feldorientierten Bereich, mittels der Eingangstransformation eine mathematische Transformation mit einer Frequenz der Oberwelle aus dem feldorientierten System in ein oberwellenorientiertes System. Hierzu wird die Rückführgröße ohne Grundwellenanteil mittels einer Eingangstransformation zu einer Gleichrückführgröße in das oberwellenorientierte System transformiert. Größen, die im feldorientierten System als Wechselgrößen dargestellt werden, werden im stationären Betrieb der elektrischen Maschine im oberwellenorientierten System als Gleichgrößen dargestellt. Diese können mittels der üblichen Verfahren der Regelungstechnik geregelt werden.To regulate a harmonic in a harmonic controller, similar to the transformation from the time domain into the field-oriented area, the input transformation is used to perform a mathematical transformation with a frequency of the harmonic from the field-oriented system into a harmonic-oriented system. For this purpose, the feedback variable without fundamental wave component is transformed into the harmonic-oriented system by means of an input transformation to a constant feedback variable. Variables that are displayed as alternating variables in the field-oriented system are displayed as constant variables in the steady-state operation of the electrical machine in the harmonic-oriented system. These can be regulated using the usual methods of control engineering.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für eine effektive Bestimmung einer Gleichrückführgröße für einen Oberwellenregler bereitgestellt.A method for an effective determination of a DC feedback variable for a harmonic controller is advantageously provided.

Die Formulierung, dass eine Größe des Regelkreises eine Oberwelle oder eine Grundwelle umfasst, bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung, dass eine Größe des Regelkreises zumindest eine Oberwelle oder Grundwelle charakterisiert oder beschreibt, wobei die jeweilige Größe des Regelkreises auch weitere Signalanteile, beispielsweise Grundwelle und eine oder mehrere Oberwellen sowie zusätzlich noch vorhandene Störgrößen beinhalten kann.The wording that a variable of the control loop comprises a harmonic or a fundamental wave means in the context of this application that a variable of the control loop characterizes or describes at least one harmonic or fundamental wave, with the respective variable of the control loop also further signal components, for example fundamental and one or can contain several harmonics as well as additional disturbances.

Zur Regelung elektrischer Maschinen werden verbreitet in Abhängigkeit einer Drehmomentvorgabe Soll-Phasenströme in Abhängigkeit ermittelter Ist-Phasenströme vorgegeben, wobei als Stellgrößen die Phasenspannungen eingestellt werden. Folglich umfassen bevorzugt im Rahmen dieser Anmeldung die Rückführgröße (Idq), die Gleichrückführgröße (IHrmc), die Gleichführungsgröße (IHrmc*), die Maschinen-Rückführgröße (Iabc) oder die vorgebbare GW-Gleichführungsgröße (Idq*) jeweils einen Stromwert und/ oder die Gleichstellgröße (UHrmc*), die Stellgröße (UdqHrmc*), die GW-Gleichstellgröße oder die Maschinen-Stellgröße (Uabc*) jeweils einen Spannungswert.In order to regulate electrical machines, target phase currents are widely specified as a function of a specified torque as a function of ascertained actual phase currents, the phase voltages being set as manipulated variables. Consequently, within the scope of this application, the feedback variable (Idq), the constant feedback variable (IHrmc), the constant control variable (IHrmc *), the machine feedback variable (Iabc) or the specifiable GW constant control variable (Idq *) each include a current value and / or the Equating variable (UHrmc *), the actuating variable (UdqHrmc *), the GW equalizing variable or the machine actuating variable (Uabc *) each have a voltage value.

Bevorzugt umfasst die Rückführgröße in dem feldorientierten System eine Oberwelle mit einer positiven Frequenz mit einer ersten Amplitude und einer ersten Phase einer k-ten Ordnung einer elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine und/oder eine Oberwelle mit einer negativen Frequenz mit einer zweiten Amplitude und einer zweiten Phase der k-ten Ordnung einer elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine.The feedback variable in the field-oriented system preferably comprises a harmonic with a positive frequency with a first amplitude and a first phase of a kth order of an electrical frequency of the electrical machine and / or a harmonic with a negative frequency with a second amplitude and a second phase the k-th order of an electrical frequency of the electrical machine.

Die Rückführgröße in dem feldorientierten System umfasst mindestens eine Oberwelle. Bezogen auf die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine weist die Oberwelle oder die Oberwellen eine positive und/ oder negative Frequenz k-ter Ordnung auf mit jeweiliger Amplitude und Phasenlage. Eine Ordnung, die eine relevante Störgröße darstellt, da insbesondere deren Amplituden besonders groß sind, ist beispielsweise die 6 Ordnung, bevorzugt in positiver und negativer Richtung. Beispielsweise bei einer elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine, also der Grundwelle, von 450 Hz im Zeitbereich, ist die Frequenz der 6. Ordnung bei 450Hz+450Hz*6= 3150Hz sowie in negativer Richtung bei 450Hz-6*450Hz=-2250Hz. Im feldorientierten System, dessen Koordinatensystem mit der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine rotiert, wird die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine auf 0Hz abgebildet und es ergeben sich die Frequenzen +2700Hz und -2700 Hz für die Oberwellen +/- 6. Ordnung. In Abhängigkeit der Größe der Amplituden und der Phasenlage ergeben sich Kraftwellen zwischen Rotor und Stator der elektrischen Maschine, die als tangentiale und radiale Zahnkräfte auf die Statorzähne wirken und die harmonischen Oberschwingungen des Drehmomentes bewirken. Je mehr relevante Ordnungen der Rückführgrößen für die Regelung berücksichtigt werden, desto effektiver werden die Störgrößen ausgeregelt.The feedback variable in the field-oriented system comprises at least one harmonic. In relation to the electrical frequency of the electrical machine, the harmonic or the harmonics have a positive and / or negative frequency of the kth order with the respective amplitude and phase position. An order that represents a relevant disturbance variable, since its amplitudes in particular are particularly large, is, for example, the 6th order, preferably in the positive and negative directions. For example, with an electrical frequency of the electrical machine, i.e. the fundamental wave, of 450 Hz in the time domain, the frequency of the 6th order at 450Hz + 450Hz * 6 = 3150Hz and in the negative direction at 450Hz-6 * 450Hz = -2250Hz. In the field-oriented system, whose coordinate system rotates with the electrical frequency of the electrical machine, the electrical frequency of the electrical machine is mapped to 0 Hz and the frequencies + 2700 Hz and -2700 Hz result for the harmonics +/- 6th order. Depending on the size of the amplitudes and the phase position, there are force waves between the rotor and stator of the electrical machine, which act as tangential and radial tooth forces on the stator teeth and cause the harmonic harmonics of the torque. The more relevant orders of the feedback variables are taken into account for the regulation, the more effectively the disturbance variables are regulated.

Bevorzugt erfolgt das Transformieren der Rückführgröße in Abhängigkeit eines ermittelten aktuellen Rotorwinkels der elektrischen Maschine und umfasst eine Drehung mit einem Drehwinkel, der dem k-fachen des aktuellen Rotorwinkels entspricht. Die Drehung wird dabei in positive Richtung und/ oder negative Richtung ausgeführt. Die Transformation aus dem feldorientierten System in das oberwellenorientierte System umfasst bevorzugt eine Drehung mittels einer Drehmatrix oder Rotationsmatrix. Eine Wechselgröße im feldorientierten System wird somit zu einer Gleichgröße im oberwellenorientierten System. Hierzu wird die Rückführgröße mit einem Drehwinkel, der dem k-fachen des aktuellen Rotorwinkels entspricht gedreht, also bei der Transformation der Oberwelle der 6. Ordnung der elektrischen Frequenz mit dem 6-fachen des aktuellen Rotorwinkels. Für die Oberwellen der k-ten Ordnung in positiver Richtung erfolgt die Drehung in positive Richtung, bei den Oberwellen der k-ten Ordnung in negativer Richtung erfolgt die Drehung in negative Richtung. Die resultierenden Gleichgröße im oberwellenorientierten System können mittels komplexer Zahlen oder als komplexe Parameter, bspw. als iPosReal, iPosImag bzw. als iNegReal und iNeglmag angegeben, charakterisiert oder beschrieben werden.The feedback variable is preferably transformed as a function of a determined current rotor angle of the electrical machine and includes a rotation with a rotation angle that corresponds to k times the current rotor angle. The rotation is carried out in the positive direction and / or negative direction. The transformation from the field-oriented system into the harmonic-oriented system preferably comprises a rotation by means of a rotation matrix or rotation matrix. An alternating variable in the field-oriented system thus becomes a constant variable in the harmonic-oriented system. For this purpose, the feedback variable is rotated with an angle of rotation that corresponds to k times the current rotor angle, i.e. with the transformation of the harmonic of the 6th order of the electrical frequency with 6 times the current rotor angle. For the harmonics of the kth order in the positive direction, the rotation takes place in the positive direction, for the harmonics of the kth order in the negative direction the rotation takes place in the negative direction. The resulting constant variable in the harmonic-oriented system can be specified, characterized or described by means of complex numbers or as complex parameters, e.g. as iPosReal, iPosImag or as iNegReal and iNeglmag.

Neben der Drehung sind alternativ auch andere Transformationen verwendbar. Beispielsweise kann auch durch Multiplikation von dem d-Strom mit dem Sinus abhängig von dem k-fachen Rotorwinkel sowie mit dem Kosinus die komplexen Anteile iDSin, IDCos und durch Multiplikation von dem q-Strom mit dem Sinus sowie mit dem Kosinus die komplexen Anteile iQSin, IQCos berechnet werden (auch Frequenzmixen oder Heterodyning gennant).In addition to the rotation, other transformations can also be used as an alternative. For example, by multiplying the d-current with the sine depending on the k-fold rotor angle and with the cosine, the complex components iDSin, IDCos and by multiplying the q-current with the sine and cosine the complex components iQSin, IQCos are calculated (also called frequency mixing or heterodying).

Als eine weitere alternative Beschreibung können komplexe Oberwellen mit Amplitude und Phase jeweils von dem d-Strom und q-Strom verwendet werden.As a further alternative description, complex harmonics of amplitude and phase from the d-current and q-current, respectively, can be used.

Ebenso lassen sich die Anteile auch als Ellipse mit Höhe, Breite, Drehung und Phase durch eine Überlagerung von zwei gegenläufig drehenden Zeigern mit unterschiedlicher Amplitude und Phase darstellen, bevorzugt für eine besonders effiziente Kalibrierung.The components can also be represented as an ellipse with height, width, rotation and phase by superimposing two counter-rotating pointers with different amplitudes and phases, preferably for particularly efficient calibration.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die vorgebbare GW-Gleichführungsgröße des feldorientierten Systems eine Sollgröße zur Erzeugung der Grundwelle eines sinusförmigen Phasenstroms zur Bestromung mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine.In another embodiment of the invention, the predeterminable GW equal control variable of the field-oriented system comprises a setpoint variable for generating the fundamental wave of a sinusoidal phase current for energizing at least one winding of the electrical machine.

Die GW-Gleichführungsgröße ist ein Sollwert zur Erzeugung einer Grundwelle mit der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine zur Bestromung der elektrischen Maschine. Dieser Sollwert wird insbesondere in Abhängigkeit einer Drehmomentvorgabe, eines (Phasen-)Stromsollwertes oder eines Ist-Stromwertes, bevorzugt eines ermittelten Phasenstroms, analytisch oder mittels Kennfeld vorgegeben. Zur Verwendung im GW-Regler im feldorientierten System wird er bereits entsprechend transformiert vorgegeben.The GW equal control variable is a setpoint value for generating a fundamental wave with the electrical frequency of the electrical machine for energizing the electrical machine. This setpoint is predefined analytically or by means of a characteristic diagram, in particular as a function of a torque specification, a (phase) current setpoint or an actual current value, preferably a determined phase current. For use in the GW controller in the field-oriented system, it is already specified in a correspondingly transformed form.

Vorteilhaft wird eine GW-Gleichführungsgröße bereitgestellt zur Bestimmung einer Gleichrückführgröße für einen Oberwellenregler.A GW equal control variable is advantageously provided for determining a DC feedback variable for a harmonic controller.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Filtern der vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße mittels des Filters ein Tiefpassfiltern der GW-Gleichführungsgröße.In another embodiment of the invention, the filtering of the predefinable GW equal control variable by means of the filter includes low-pass filtering of the GW equal control variable.

Vorteilhaft wird ein effektives Verfahren zur Entfernung des Grundwellenanteils der GW-Gleichführungsgröße bereitgestellt.An effective method for removing the fundamental wave component of the GW equal control variable is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Filterzeitkonstante des Filters der Bandbreite des feldorientierten Systems oder der Bandbreite des geschlossenen feldorientierten Regelkreises.In another embodiment of the invention, the filter time constant of the filter corresponds to the bandwidth of the field-oriented system or the bandwidth of the closed field-oriented control loop.

Die Filterzeitkonstante wird gleich oder abhängig von der Einschwingzeit des geschlossenen Regelkreises der feldorientierten Regelung vorgegeben.The filter time constant is specified in the same way or as a function of the settling time of the closed control loop of the field-oriented control.

Vorteilhaft wird eine Möglichkeit bereitgestellt, den Verlauf der GW-Gleichrückführgröße basierend auf der GW-Gleichführungsgröße zu modellieren.A possibility is advantageously provided to model the course of the GW constant feedback variable based on the GW constant control variable.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Oberwellenregler neben der Eingangstransformation einen Regler und eine Ausgangstransformation. Das Verfahren weist folgende weitere Schritte auf:

Ermitteln einer Regelabweichung als Differenz einer vorgebbaren Gleichführungsgröße und der Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System;
Ermitteln einer Gleichstellgröße mittels des Reglers in Abhängigkeit der Regelabweichung;
Rücktransformieren der Gleichstellgröße mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße in dem feldorientierten System;
Bestromen mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Stellgröße.

In another embodiment of the invention, the harmonic regulator comprises, in addition to the input transformation, a regulator and an output transformation. The procedure has the following additional steps:

Determining a control deviation as the difference between a predeterminable equal control variable and the equal feedback variable in the harmonic-oriented system;
Determining an equal control variable by means of the controller as a function of the control deviation;
Reverse transformation of the equalizing variable by means of the output transformation to a manipulated variable in the field-oriented system;
Energizing at least one winding of the electrical machine as a function of the manipulated variable.

Es wird eine Regelabweichung als Differenz einer vorgebbaren Gleichführungsgröße und der Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System ermittelt. Mittels eines Reglers wird eine Gleichstellgröße in Abhängigkeit der Regelabweichung ermittelt. Diese Gleichstellgröße als Gleichgröße im oberwellenorientierten System wird zur weiteren Verwendung in der feldorientierten Regelung der elektrischen Maschine mittels der Ausgangstransformation rücktransformiert zu einer Stellgröße in dem feldorientierten System. Im feldorientierten System umfasst die Stellgröße eine Wechselgröße, eine Oberwelle. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Bestromen der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Stellgröße.A system deviation is determined as the difference between a predefinable constant control variable and the constant feedback variable in the harmonic-oriented system. Using a controller, an equalizing variable is determined as a function of the control deviation. This constant manipulated variable as a constant variable in the harmonic-oriented system is transformed back into a manipulated variable in the field-oriented system by means of the output transformation for further use in the field-oriented regulation of the electrical machine. In the field-oriented system, the manipulated variable includes an alternating variable, a harmonic. Finally, the method includes a step for energizing the electrical machine as a function of the manipulated variable.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für einen effektiven Oberwellenregler bereitgestellt.A method for an effective harmonic regulator is advantageously provided.

Bevorzugt umfasst die vorgebbare Gleichführungsgröße des oberwellenorientierten Systems eine Sollgröße in dem oberwellenorientierten System zur Erzeugung einer Oberwelle auf einem sinusförmigen Phasenstrom zur Bestromung mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine.The predeterminable equal control variable of the harmonic-oriented system preferably comprises a setpoint value in the harmonic-oriented system for generating a harmonic on a sinusoidal phase current for energizing at least one winding of the electrical machine.

Die Gleichführungsgröße ist bevorzugt ein Sollwert zur Erzeugung einer Oberwelle einer vorgebbaren Frequenz oder k-ten Ordnung der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine zur Überlagerung des sinusförmigen Phasenstroms oder der Grundwelle zur Bestromung der elektrischen Maschine. Dieser Sollwert wird insbesondere in Abhängigkeit einer Drehmomentvorgabe, eines (Phasen-)Stromsollwertes oder eines Ist-Stromwertes, eines ermittelten Phasenstroms analytisch oder mittels Kennfeld vorgegeben. Zur Verwendung im Oberwellenregler im oberwellenorientierten System wird er bereits entsprechend transformiert vorgegeben.The equal control variable is preferably a setpoint value for generating a harmonic of a predeterminable frequency or k-th order of the electrical frequency of the electrical machine for superimposing the sinusoidal phase current or the fundamental wave for energizing the electrical machine. This setpoint value is specified analytically or by means of a characteristic map, in particular as a function of a torque specification, a (phase) current setpoint value or an actual current value, a determined phase current. For use in the harmonic controller in the harmonic-oriented system, it is already specified in a correspondingly transformed form.

Bevorzugt erfolgt das Rücktransformieren der Gleichstellgröße in Abhängigkeit eines ermittelten aktuellen Rotorwinkels der elektrischen Maschine. Das Rücktransformieren umfasst eine Drehung mit einem Drehwinkel, der dem k-fachen des aktuellen Rotorwinkels entspricht. Das Rücktransformieren umfasst jeweils eine Drehung in positive und/ oder negative entgegengesetzter Richtung des Drehens der Rückführgröße mittels der Eingangstransformation. Die Transformation aus dem oberwellenorientierten System in das feldorientierte System umfasst eine Drehung mittels einer Drehmatrix oder Rotationsmatrix. Eine Gleichgröße im oberwellenorientierten System wird so zu einer Wechselgröße im feldorientierten System. Hierzu wird die Gleichstellgröße mit einem Drehwinkel, der dem k-fachen des aktuellen Rotorwinkels entspricht gedreht, also bei der Transformation der Oberwelle der 6. Ordnung der elektrischen Frequenz mit dem 6-fachen des aktuellen Rotorwinkels. Für die Oberwellen der k-ten Ordnung in positiver Richtung erfolgt die Drehung in positive Richtung, bei den Oberwellen der k-ten Ordnung in negativer Richtung erfolgt die Drehung in negative Richtung. Es resultierenden Wechselgrößen im feldorientierten System. Bevorzugt werden bei einer Drehung in negative und positive Richtung die resultierenden Wechselgrößen im feldorientierten System komplex addiert zu der Stellgröße.The reverse transformation of the equalizing variable is preferably carried out as a function of a determined current rotor angle of the electrical machine. The reverse transformation includes a rotation with an angle of rotation that corresponds to k times the current rotor angle. The reverse transformation in each case includes a rotation in the positive and / or negative opposite direction of the rotation of the feedback variable by means of the input transformation. The transformation from the harmonic-oriented system into the field-oriented system comprises a rotation by means of a rotation matrix or rotation matrix. A constant variable in the harmonic-oriented system thus becomes an alternating variable in the field-oriented system. For this purpose, the equalizing variable is rotated with an angle of rotation that corresponds to k times the current rotor angle, i.e. when transforming the harmonic of the 6th order of the electrical frequency with 6 times the current rotor angle. For the harmonics of the k-th order in the positive direction, the rotation takes place in the positive direction, for the harmonics of the k-th order in the negative direction, the rotation takes place in the negative direction. The resulting alternating variables in the field-oriented system. In the case of a rotation in the negative and positive directions, the resulting alternating variables in the field-oriented system are preferably added in a complex manner to the manipulated variable.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens zur Regelung einer elektrischen Maschine umfasst diese weiter einen Grundwellenregler, wobei der Grundwellenregler eine GW-Eingangstransformation, einen GW-Regler und eine GW-Ausgangstransformation umfasst. Das Verfahren umfasst die weiteren Schritte: Ermitteln einer Maschinen-Rückführgröße, wobei die Maschinenrückführgröße eine Istgröße der elektrischen Maschine umfasst;
Transformieren der Maschinen-Rückführgröße mittels der GW-Eingangstransformation zu der Rückführgröße in dem feldorientierten System; Ermitteln der GW-Regelabweichung als Differenz einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße und der Rückführgröße in dem feldorientierten System Ermitteln einer GW-Gleichstellgröße mittels des GW-Reglers in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung;
Überlagern der GW-Gleichstellgröße mit der Stellgröße Rücktransformieren der Ausgangsgröße der Überlagerung mittels der GW-Ausgangstransformation zu einer Maschinen-Stellgröße, und Bestromen mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Maschinen-StellgrößeIn another embodiment of the method for regulating an electrical machine, the latter further comprises a fundamental wave controller, the fundamental wave controller including a GW input transformation, a GW controller and a GW output transformation. The method comprises the further steps: determining a machine feedback variable, the machine feedback variable comprising an actual variable of the electrical machine;
Transforming the machine feedback variable by means of the GW input transformation to the feedback variable in the field-oriented system; Determining the GW control deviation as the difference between a predeterminable GW equal control variable and the feedback variable in the field-oriented system determining a GW equal control variable by means of the GW controller as a function of the GW control deviation;
Superimposing the GW equal manipulated variable with the manipulated variable, back-transforming the output variable of the superposition by means of the GW output transformation into a machine manipulated variable, and energizing at least one winding of the electrical machine as a function of the machine manipulated variable

Neben der Oberwellenregelung umfasst die Regelung eine Grundwellenregelung. Mittels der Grundwellenregelung werden die Wechselgrößen der im Zeitbereich, bevorzugt sinusförmigen, einzuregelnden Phasenströme geregelt. Zur Regelung einer mit dem Grundwellenregler verbindbaren oder anschließbaren elektrischen Maschine wird eine Maschinen-Rückführgröße, eine Istgröße, der elektrischen Maschine im Zeitbereich erfasst. Die Maschinen-Rückführgrößen sind bevorzugt die Phasenströme einer elektrischen Maschine. Diese Maschinen-Rückführgröße umfasst den Phasenstrom als Grundwelle und als Störgrößen Oberwellen, welche den Phasenstrom durch die elektrische Maschine überlagern. In dem Zeitbereich ist der Phasenstrom eine Wechselgröße welche mit weiteren Wechselgrößen der Oberwellen überlagert ist. Zur Regelung der Grundwelle erfolgt eine Transformation aus dem Zeitbereich in den feldorientierten Bereich. Hierzu wird die Maschinen-Rückführgröße mittels einer GW-Eingangstransformation zu der Rückführgröße in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt steht „GW“ im Rahmen dieser Anmeldung als Kennzeichnung für die Regelschritte und Transformationen, die für die Regelung der Grundwelle verwendet werden. Im stationären Betrieb der elektrischen Maschine ergeben Wechselgrößen im Zeitbereich Gleichgrößen im feldorientierten System. Diese können mittels der üblichen Verfahren der Regelungstechnik geregelt werden. Entsprechend wird eine GW-Regelabweichung als Differenz einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße und der Rückführgröße in dem feldorientierten System ermittelt. Mittels eines GW-Reglers wird eine GW-Gleichstellgröße in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung ermittelt. Die Stellgröße als Ausgangssignal des Oberwellenreglers wird mit der GW-Gleichstellgröße im feldorientierten System überlagert oder addiert. Diese Ausgangsgröße der Überlagerung im feldorientierten System wird zur weiteren Verwendung zur Ansteuerung oder Bestromung der elektrischen Maschine im Zeitbereich mittels der GW-Ausgangstransformation rücktransformiert zu einer Maschinen-Stellgröße in dem Zeitbereich. Im Zeitbereich umfasst die Maschinen-Stellgröße eine Wechselgröße, eine Grundwelle, und mindestens eine weitere überlagerte Wechselgröße, eine Oberwelle. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Bestromen der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Maschinen-Stellgröße.In addition to the harmonics control, the control includes a fundamental wave control. The alternating quantities of the phase currents to be regulated in the time domain, preferably sinusoidal, are regulated by means of the fundamental wave regulation. To control an electrical machine that can be or can be connected to the fundamental wave controller, a machine feedback variable, an actual variable, of the electrical machine is recorded in the time domain. The machine feedback variables are preferably the phase currents of an electrical machine. This machine feedback variable includes the phase current as a fundamental wave and, as disturbance variables, harmonics, which superimpose the phase current through the electrical machine. In the time domain, the phase current is an alternating quantity which is superimposed with further alternating quantities of the harmonics. To control the fundamental wave, a transformation takes place from the time domain to the field-oriented domain. For this purpose, the machine feedback variable is transformed into the feedback variable in the field-oriented system by means of a GW input transformation. In the context of this application, “GW” is preferably used to identify the control steps and transformations that are used to control the fundamental wave. In stationary operation of the electrical machine, alternating quantities in the time domain result in constant quantities in the field-oriented system. These can be regulated using the usual methods of control engineering. Correspondingly, a GW control deviation is determined as the difference between a predeterminable GW equal control variable and the feedback variable in the field-oriented system. Using a GW controller, a GW equal control variable is determined as a function of the GW control deviation. The manipulated variable as the output signal of the harmonic controller is superimposed or added to the GW equal manipulated variable in the field-oriented system. This output variable of the superposition in the field-oriented system is transformed back into a machine manipulated variable in the time domain for further use for controlling or energizing the electrical machine in the time domain by means of the GW output transformation. In the time domain, the machine manipulated variable includes an alternating variable, a fundamental wave, and at least one additional superimposed alternating variable, a harmonic. Finally, the method includes a step for energizing the electrical machine as a function of the machine manipulated variable.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für einen effektiven Grundwellen- und Oberwellenregler bereitgestellt.A method for an effective fundamental and harmonic controller is advantageously provided.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des bisher beschriebenen Verfahrens auszuführen.The invention also relates to a computer program which comprises commands which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of the method described so far.

Ferner betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des bisher beschriebenen Verfahrens auszuführen.The invention also relates to a computer-readable storage medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of the method described so far.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine, mit einer Recheneinheit, einem Filter und einem Oberwellenregler, wobei der Oberwellenregler eine Eingangstransformation umfasst. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.The invention further relates to a device for regulating an electrical machine, having a computing unit, a filter and a harmonic regulator, the harmonic regulator comprising an input transformation. The device is set up to carry out the steps of the method described.

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive Bestimmung einer Gleichrückführgröße für einen Oberwellenregler bereitgestellt.A device is advantageously provided for effectively determining a DC feedback variable for a harmonic controller.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Oberwellenregler, wobei der Oberwellenregler neben der Eingangstransformation, einen Regler und eine Ausgangstransformation umfasst. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.In another embodiment of the invention, the device comprises a harmonic regulator, the harmonic regulator including the input transformation, a regulator and an output transformation. The device is set up to carry out the steps of the method described.

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive Oberwellenregelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt.A device for effective harmonics control of an electrical machine is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Grundwellenregler, wobei der Grundwellenregler eine GW-Eingangstransformation, einen GW-Regler und eine GW-Ausgangstransformation umfasst. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.In another embodiment of the invention, the device comprises a fundamental wave controller, the fundamental wave controller including a GW input transformation, a GW controller and a GW output transformation. The device is set up to carry out the steps of the method described.

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive, kombinierte Grundwellen- und Oberwellenregelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt.A device for effective, combined fundamental and harmonic control of an electrical machine is advantageously provided.

Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine und einer beschriebenen Vorrichtung. Ein derartiges elektrisches Antriebssystem dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein optimierter Betrieb des Antriebstrangs ermöglicht.The invention also relates to an electric drive system with an electric machine and a device described. Such an electric drive system is used, for example, to drive an electric vehicle. Optimized operation of the drive train is made possible by means of the method and the device.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, mit einem beschriebenen Antriebssystem. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Vorrichtung umfasst, mit der eine elektrische Maschine effektiv geregelt wird.The invention also relates to a vehicle with a drive system described. A vehicle is thus advantageously provided which comprises a device with which an electrical machine is effectively controlled.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. das Antriebssystem und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.It goes without saying that the features, properties and advantages of the method according to the invention apply or are applicable to the device or the drive system and the vehicle and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

1 eine schematische Regelstruktur eines Oberwellenreglers
2 eine schematische Regelstruktur zur Regelung einer elektrischen Maschine
3 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine.
4 eine schematische dargestellte Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine
5 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem

The invention is to be explained in more detail below with the aid of a few figures, which show:

1 a schematic control structure of a harmonic controller
2 a schematic control structure for controlling an electrical machine
3rd a schematically illustrated flow chart for a method for regulating an electrical machine.
4th a schematically illustrated device for controlling an electrical machine
5 a schematically shown vehicle with an electric drive system

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt eine schematische Regelstruktur eines Oberwellenreglers 100 mit einem Filter 140. Der Oberwellenregler 100 umfasst eine Eingangstransformation 110. Mittels des Filters 140 wird eine vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße Idq* gefiltert, bevorzugt tiefpassgefiltert. Weiter wird eine Rückführgröße Idq in einem feldorientierten System ermittelt. Als Differenz der Rückführgröße Idq und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße Idq* wird eine gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda ermittelt. Diese gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda wird mittels der Eingangstransformation 110 zu einer Gleichrückführgröße IHrmc in einem oberwellenorientierten System transformiert. Bevorzugt wird mindestens eine Wicklung einer anschließbaren elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Gleichrückführgröße IHrmc bestromt. Bevorzugt umfasst der Oberwellenregler 100 weiter einen Regler 120 und eine Ausgangstransformation 130. Bevorzugt wird eine ermittelte Differenz aus einer vorgebbaren Gleichführungsgröße IHrmc* und der Gleichrückführgröße IHrmc in dem oberwellenorientierten System als Regelabweichung und Eingangsgröße dem Regler 120 zugeführt. Bevorzugt wird mittels des Reglers 120 in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Gleichstellgröße UHrmc* ermittelt. Bevorzugt wird diese Gleichstellgröße UHrmc* im oberwellenorientierten System mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße UdqHrmc* in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt wird mindestens eine Wicklung einer elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Stellgröße UdqHrmc* bestromt.The 1 shows a schematic control structure of a harmonic controller 100 with a filter 140 . The harmonic regulator 100 includes an input transformation 110 . By means of the filter 140 a predefinable GW equal control variable Idq * is filtered, preferably low-pass filtered. A feedback variable Idq is also determined in a field-oriented system. A filtered feedback variable without a fundamental wave component IdqWoFunda is determined as the difference between the feedback variable Idq and the filtered GW equal control variable Idq *. This filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda is converted by means of the input transformation 110 transformed into a constant feedback variable IHrmc in a harmonic-oriented system. At least one winding of a connectable electrical machine is preferred 190 energized depending on the constant feedback variable IHrmc. The harmonic regulator preferably comprises 100 further a regulator 120 and an output transformation 130 . A difference determined from a predeterminable equal control variable IHrmc * and the equal feedback variable IHrmc in the harmonic-oriented system is preferred as a control deviation and input variable to the controller 120 fed. The controller is preferred 120 Depending on the control deviation, an equalizing variable UHrmc * is determined. This equal manipulated variable UHrmc * is preferably transformed in the harmonic-oriented system by means of the output transformation into a manipulated variable UdqHrmc * in the field-oriented system. At least one winding of an electrical machine is preferred 190 energized depending on the manipulated variable UdqHrmc *.

Die 2 zeigt eine schematische Regelstruktur zur Regelung einer elektrischen Maschine 190. Die elektrische Maschine 190 ist als eine Einheit aus Inverter 192 und eines elektrischen Motors 194 dargestellt. Der Grundwellenregler 200 umfasst eine GW-Eingangstransformation 210, einen GW-Regler 220 und eine GW-Ausgangstransformation 230. Eine Maschinen-Rückführgröße labc der elektrischen Maschine wird im Zeitbereich ermittelt und der GW-Eingangstransformation 210 zugeführt. Die Maschinen-Rückführgröße labc wird mittels der GW-Eingangstransformation 210 zu der Rückführgröße Idq in das feldorientierte System transformiert. Als Differenz einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße Idq* und der Rückführgröße Idq in dem feldorientierten System wird eine GW-Regelabweichung ermittelt. In Abhängigkeit der GW-Regelabweichung wird eine GW-Gleichstellgröße mittels des GW-Reglers 220 ermittelt. Wie in 1 dargestellt wird parallel mittels des Oberwellenreglers 100 die Stellgröße UdqHrmc* ermittelt. Die GW-Gleichstellgröße wird mit der Stellgröße UdqHrmc* überlagert. Die Ausgangsgröße der Überlagerung im feldorientierten System wird mittels der GW-Ausgangstransformation 230 zu einer Maschinen-Stellgröße Uabc* in den Zeitbereich transformiert. Die Maschinen-Stellgröße Uabc*, bevorzugt eine Phasenspannung, wird zur Bestromung mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine 190 dieser bereitgestellt. Mittels des Inverters 192 wird die Phasenspannung generiert und mindestens an einer Wicklung des elektrischen Motors 194 angelegt.The 2 shows a schematic control structure for controlling an electrical machine 190 . The electric machine 190 is as a unit of inverter 192 and an electric motor 194 shown. The fundamental wave controller 200 includes a GW input transformation 210 , a GW controller 220 and a GW output transform 230 . A machine feedback variable labc of the electrical machine is determined in the time domain and the GW input transformation 210 fed. The machine feedback variable labc is calculated using the GW input transformation 210 transformed into the feedback variable Idq in the field-oriented system. A GW control deviation is determined as the difference between a specifiable GW equal control variable Idq * and the feedback variable Idq in the field-oriented system. Depending on the GW control deviation, a GW equalizing variable is created using the GW controller 220 determined. As in 1 is shown in parallel by means of the harmonic controller 100 the manipulated variable UdqHrmc * is determined. The GW equal manipulated variable is superimposed with the manipulated variable UdqHrmc *. The output variable of the superposition in the field-oriented system is determined by means of the GW output transformation 230 transformed into a machine manipulated variable Uabc * in the time domain. The machine manipulated variable Uabc *, preferably a phase voltage, is used to energize at least one winding of the electrical machine 190 this provided. By means of the inverter 192 the phase voltage is generated and at least on one winding of the electric motor 194 created.

Die 3 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 400 zur Regelung einer elektrischen Maschine 190. Mit Schritt 401 beginnt das Verfahren. Bevorzugt wird in Schritt 402 eine Maschinen-Rückführgröße labc der elektrischen Maschine im Zeitbereich ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 404 diese Maschinen-Rückführgröße labc mittels der GW-Eingangstransformation 210 zu der Rückführgröße Idq in das feldorientierte System transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 406, als Differenz einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße Idq* und der Rückführgröße Idq in dem feldorientierten System, eine GW-Regelabweichung ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 408 in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung eine GW-Gleichstellgröße mittels des GW-Reglers 220 ermittelt.The 3rd shows a schematically represented flow chart for a method 400 for controlling an electrical machine 190 . With step 401 the procedure begins. Is preferred in step 402 a machine feedback variable labc of the electrical machine is determined in the time domain. Is preferred in step 404 this machine feedback variable labc by means of the GW input transformation 210 transformed into the feedback variable Idq in the field-oriented system. Is preferred in step 406 , as the difference between a predeterminable GW equal control variable Idq * and the feedback variable Idq in the field-oriented system, a GW control deviation is determined. Is preferred in step 408 Depending on the GW control deviation, a GW equalizing variable by means of the GW controller 220 determined.

In Schritt 410 wird eine Rückführgröße Idq ermittelt. In Schritt 412 wird mittels des Filters 140 eine vorgebbare GW-Gleichführungsgröße Idq* gefiltert. In Schritt 414 wird die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda als Differenz der Rückführgröße Idq und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße Idq* ermittelt. In Schritt 420 wird die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda mittels der Eingangstransformation 110 zu einer Gleichrückführgröße IHrmc in einem oberwellenorientierten System transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 480 mindestens eine Wicklung einer elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Gleichrückführgröße IHrmc bestromt. In Schritt 430 wird eine Differenz aus einer vorgebbaren Gleichführungsgröße IHrmc* und der Gleichrückführgröße IHrmc als Regelabweichung ermittelt und als Eingangsgröße dem Regler 120 zugeführt. In Schritt 440 wird mittels des Reglers in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Gleichstellgröße UHrmc* ermittelt. In Schritt 450 wird diese Gleichstellgröße UHrmc* im oberwellenorientierten System mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße UdqHrmc* in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 480 mindestens eine Wicklung einer elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Stellgröße UdqHrmc* bestromt. In step 410 a feedback variable Idq is determined. In step 412 is by means of the filter 140 a predeterminable GW equal control variable Idq * filtered. In step 414 the filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda is determined as the difference between the feedback variable Idq and the filtered GW equal control variable Idq *. In step 420 the filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda is obtained by means of the input transformation 110 transformed into a constant feedback variable IHrmc in a harmonic-oriented system. Is preferred in step 480 at least one winding of an electrical machine 190 energized depending on the constant feedback variable IHrmc. In step 430 a difference between a predeterminable equal control variable IHrmc * and the equal feedback variable IHrmc is determined as a control deviation and as an input variable to the controller 120 fed. In step 440 an equalizing variable UHrmc * is determined by means of the controller depending on the control deviation. In step 450 this equal manipulated variable UHrmc * is transformed in the harmonic-oriented system by means of the output transformation to a manipulated variable UdqHrmc * in the field-oriented system. Is preferred in step 480 at least one winding of an electrical machine 190 energized depending on the manipulated variable UdqHrmc *.

Bevorzugt wird In Schritt 460 die GW-Gleichstellgröße wird mit der Stellgröße UdqHrmc* überlagert. Bevorzugt wird in Schritt 470 die Ausgangsgröße der Überlagerung im feldorienterten System mittels der GW-Ausgangstransformation 230 zu einer Maschinen-Stellgröße Uabc* in den Zeitbereich transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 480 mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Maschinen-Stellgröße Uabc* bestromt. Mit Schritt 490 endet das Verfahren.In step is preferred 460 the GW equal manipulated variable is superimposed with the manipulated variable UdqHrmc *. Is preferred in step 470 the output variable of the superposition in the field-oriented system by means of the GW output transformation 230 transformed into a machine manipulated variable Uabc * in the time domain. Is preferred in step 480 at least one winding of the electrical machine 190 energized depending on the machine manipulated variable Uabc *. With step 490 the procedure ends.

Die 4 zeigt eine schematische dargestellte Vorrichtung 300 zur Regelung einer elektrischen Maschine 190. Die elektrische Maschine 190 ist als eine Einheit aus Inverter 192 und eines elektrischen Motors 194 dargestellt. Die Vorrichtung 300 umfasst einen Oberwellenregler 100 und eine Recheneinheit 310 zur Steuerung und Umsetzung der Struktur des Oberwellenreglers 100. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt einen Grundwellenregler 200, der ebenfalls mittels der Recheneinheit 310 gesteuert und umgesetzt wird. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet die oben beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen und somit die elektrischen Maschine 190 zu betreiben und zu regeln.The 4th shows a device shown schematically 300 for controlling an electrical machine 190 . The electric machine 190 is as a unit of inverter 192 and an electric motor 194 shown. The device 300 includes a harmonic regulator 100 and an arithmetic unit 310 to control and implement the structure of the harmonic controller 100 . The device preferably comprises a fundamental wave controller 200 , which also by means of the arithmetic unit 310 is controlled and implemented. The device is set up to carry out the method steps described above and thus the electrical machine 190 to operate and regulate.

Die 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 600, welches ein elektrisches Antriebssystem 500 umfasst. Das Antriebssystem 500 umfasst die elektrische Maschine 190, welche einen Inverter 192 und einen elektrischen Motor 194 umfasst, und eine Vorrichtung 300 zur Regelung der elektrischen Maschine, wie zu 4 beschrieben. Bevorzugt umfasst das elektrische Antriebssystem eine Batterie zur Versorgung des elektrischen Antriebssystems 500 mit elektrischer Energie.The 5 shows a schematically illustrated vehicle 600 , which is an electric drive system 500 includes. The drive system 500 includes the electric machine 190 , which is an inverter 192 and an electric motor 194 comprises, and an apparatus 300 to regulate the electrical Machine how to 4th described. The electric drive system preferably comprises a battery for supplying the electric drive system 500 with electrical energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 201710203691 A1 [0002]

Claims

Method (400) for regulating an electrical machine (190) with a filter (140) and a harmonic controller (100), the harmonic controller (100) comprising an input transformation (110), with the steps: Determining (410) a feedback variable (Idq), the feedback variable comprising an actual variable of a harmonic of a predetermined frequency in a field-oriented system; Filtering (412) a predeterminable GW equal control variable (Idq *) by means of the filter (140); Determining (414) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda) as the difference between the feedback variable (Idq) and the filtered GW equal control variable (Idq *); Transforming (420) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda) by means of the input transformation (110) to a constant feedback variable (IHrmc) in a harmonic-oriented system; Energizing (480) at least one winding of the electrical machine (190) as a function of the constant feedback variable (IHrmc).

Procedure according to Claim 1 , wherein the predeterminable GW equal control variable (Idq *) of the field-oriented system comprises a setpoint variable for generating the fundamental wave of a sinusoidal phase current for energizing at least one winding of the electrical machine (190).

Procedure according to Claim 1 or 2 , the filtering of the predeterminable GW equal control variable (Idq *) by means of the filter (140) comprising low-pass filtering of the GW equal control variable (Idq *).

Procedure according to Claim 3 , wherein the filter time constant of the filter (140) corresponds to the bandwidth of the field-oriented system.

The method (400) according to any one of the preceding claims, wherein the harmonic controller (100) comprises a controller (120) and an output transformation (130), with the steps: Determining (430) a control deviation as the difference between a predeterminable equal control variable (IHrmc *) and the equal feedback variable (IHrmc) in the harmonic-oriented system; Determining (440) an equal control variable (UHrmc *) by means of the controller (120) as a function of the control deviation; Back-transforming (450) the equalizing variable (UHrmc *) by means of the output transformation to a manipulating variable (UdqHrmc *) in the field-oriented system; Energizing (480) at least one winding of the electrical machine (190) as a function of the manipulated variable (UdqHrmc *).

Procedure according to Claim 5 , with a fundamental wave controller (200), wherein the fundamental wave controller comprises a (fundamental wave) GW input transformation (210), a GW controller (220) and a GW output transformation (230), with the steps of: determining (402) a machine Feedback variable (Iabc), the machine feedback variable comprising an actual variable of the electrical machine; Transforming (404) the machine feedback variable (Iabc) by means of the GW input transformation (210) to the feedback variable (Idq) in the field-oriented system; Determination (406) of the GW control deviation as the difference between a predefinable GW equal control variable (Idq *) and the feedback variable (Idq) in the field-oriented system Determine (408) a GW equal control variable by means of the GW controller (220) as a function of the GW- Control deviation; Superimposing (460) the GW equal variable with the manipulated variable (UdqHrmc *), back-transforming (470) the output variable of the superposition by means of the GW output transformation (230) to a machine manipulated variable (Uabc *), and energizing (480) at least one winding of the electrical machine (190) as a function of the machine manipulated variable (Uabc *).

Computer program, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to perform the method / the steps of the method (400) Claim 1 to 6th to execute.

A computer readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform the method (s) of the method (400) according to Claim 1 to 6th to execute.

Device (300) for controlling an electrical machine (190), with a computing unit (310), a filter (140) and a harmonic controller (100), the harmonic controller comprising an input transformation (110), the device being configured to do the Steps of the method according to one of the Claims 1 - 6th to execute.

Device (300) after Claim 9 , wherein the harmonic regulator comprises a regulator (120) and an output transformation (130), the device for this is set up, follow the steps of the procedure Claim 5 to execute.

Device (300) after Claim 10 , with a fundamental wave controller (200), the fundamental wave controller comprising a GW input transformation (210), a GW controller (220) and a GW output transformation (230), the device being set up to carry out the steps of the method according to Claim 6 to execute.

Electric drive system (500) with an electric machine (190) and a device (300) according to one of the Claims 9 to 11 .

Vehicle (600) with an electric drive system (500) Claim 12 .