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AT514176B1 - Verfahren zur Steuerung einer Drei-Phasen-Wechselstrommaschine - Google Patents

Verfahren zur Steuerung einer Drei-Phasen-Wechselstrommaschine Download PDF

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AT514176B1
AT514176B1 ATA50188/2013A AT501882013A AT514176B1 AT 514176 B1 AT514176 B1 AT 514176B1 AT 501882013 A AT501882013 A AT 501882013A AT 514176 B1 AT514176 B1 AT 514176B1
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Ciprian Dr Antaloae
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Drei-Phasen- Wechselstrommaschine, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder einen Fahrzeugrollenprüfstand. Ein optimaler Einsatz der Wechselstrommaschine lässt sich erzielen, wenn eine Gruppe aus mehreren verschiedenen Steuerungsstrategien bereitgestellt, vorzugsweise in der Motorsteuerung abgelegt wird, zumindest ein Betriebsparameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder externe Vorgaben, vorzugsweise hinsichtlich Leistung und/oder Dauer und/oder Reichweite, erfasst wird, aus der Gruppe von Steuerungsstrategien eine Steuerungsstrategie in Abhängigkeit zumindest eines erfassten Betriebsparameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder externen Vorgaben ausgewählt wird und die Wechselstrommaschine auf der Basis dieser ausgewählten Steuerungsstrategie betrieben wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Drei-Phasen- Wechselstromma¬schine, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder einen Fahrzeugrollenprüf¬stand, wobei eine Gruppe aus mehreren verschiedenen Steuerungsstrategien bereitgestellt,vorzugsweise in der Motorsteuerung abgelegt wird, und zumindest ein Betriebsparameter derWechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder externe Vorgaben, vorzugs¬weise hinsichtlich Leistung und/oder Dauer und/oder Reichweite, erfasst wird, und wobei ausder Gruppe von Steuerungsstrategien eine Steuerungsstrategie in Abhängigkeit zumindesteines erfassten Betriebsparameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeu¬ges und/oder externen Vorgaben ausgewählt wird und die Wechselstrommaschine auf derBasis dieser ausgewählten Steuerungsstrategie betrieben wird.
[0002] Der Betrieb von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen wird durch die geringe Energie-dichte der mitgeführten Hochspannungsbatterien begrenzt. Während beträchtliche Anstrengun¬gen unternommen werden, die Batterietechnologie zu verbessern, müssen verstärkt auch alleWirkungsgradverbesserungen von Hilfssystemen des Antriebes wie Leistungselektronik, Motor¬design und Motorsteuerung in Betracht gezogen werden.
[0003] Für den Betrieb eines Drei-Phasen-Wechselstrommotors sind verschiedene Steue¬rungsstrategien bekannt.
[0004] Die DE 10 2009 046 568 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zum Betriebvon Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb sowie ein entsprechendes Computerprogramm undein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche einsetzbar sind, um intelligenteRegelungsstrategien für den elektrischen Antrieb und eine intelligente Temperaturregelung vonTraktionsbatterien herzustellen. Der elektrische Antrieb wird dabei mit einer Regelungsstrategiebetrieben, wobei die Regelungsstrategie in Abhängigkeit einer zurückzulegenden Fahrstreckegewählt wird.
[0005] Die Druckschrift US 2010/0253254 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zurSteuerung von Drehstrommaschinen mit mehreren Steuerungsmethoden abhängig von derMotorgeschwindigkeit.
[0006] Die US 5,498,945 A beschreibt ein Verfahren für das maximale Drehmoment pro Am¬pere für einen Induktionsmotor, wobei geeignete Kombinationen der Ströme und Magnetflüsseder Quadratur-Achsen bzw. Direkt-Achsen gewählt werden.
[0007] Die US 6,630,809 B2 offenbart ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines In-duktionsmotors, wobei die Steuerung auf der Basis Strategie des maximalen Drehmoment proAmpere und der konstanten gemeinsamen Flussverkettungen erfolgt.
[0008] Die Veröffentlichung "Control Strategies and Parameter Compensation for PermanentMagnet Synchronous Motor Drives", Ramin Monajemy, PhD Thesis, Blacksburg, Virginia Poly¬technic Institute, 12. Oktober 2000, beschreibt in Kapitel 5, Seiten 55 bis 94, verschiedeneRegelungsstrategien für Permanentmagnet- Synchronmotoren, unter anderem die Strategie desmaximalen Wirkungsgrads, die Strategie des maximalen Drehmoments pro Ampere, die Strate¬gie des Null d- Achsen Stromes, die Strategie des Leistungsfaktors eins und die Strategie derkonstanten gemeinsamen Flussverkettungen.
[0009] Jede dieser Steuerungsstrategien kann allerdings nur für eine bestimmte Betriebsweiseder Wechselstrommaschine optimal eingesetzt werden, während in anderen BetriebsartenNachteile in Kauf genommen werden müssen. In bekannten Steuerungen von Elektromotorenwird üblicherweise nur eine einzige vordefinierte der bekannten Steuerungsstrategien einge¬setzt. Jede Steuerungsstrategie stellt aber nur einen Kompromiss für verschiedene Betriebsar¬ten dar. Somit müssen im Betrieb abhängig von der spezifisch angewendeten Steuerung meistgravierende Nachteile im Kauf genommen werden.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu entwi- ekeln, welches einen optimalen Betrieb von Drei-Phasen- Wechselstrommaschinen ermöglicht.
[0011] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Gruppe von Steuerungsstrategienzumindest zwei - vorzugsweise alle - der folgenden Strategien beinhaltet: Strategie des Null-d-Achsen-Stromes, Strategie des Leistungsfaktors eins, Strategie der konstanten gemeinsamenFlussverkettungen, Strategie des maximalen Drehmomentes pro Ampere (MTA), Strategie desmaximalen Wirkungsgrades.
[0012] Die Steuerungsstrategien sind bevorzugt in der Motorsteuerung abgelegt und werden inAbhängigkeit der jeweiligen Erfordernisse ausgewählt. Nur die jeweils ausgewählte Steue¬rungsstrategie wird aktiviert, und die Wechselstrommaschine auf der Basis dieser ausgewähltenSteuerungsstrategie betrieben.
[0013] Jede der bekannten Betriebsstrategien hat gute und weniger gute Einsatzbereiche.
[0014] Jede der Steuerungsstrategien wird für definierte Auswahlkriterien, vorzugsweise ver¬schiedene Betriebsparameter der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeugesund/oder Lastanforderungen, bewertet, wobei die Bewertung der Auswahl der Steuerungsstra¬tegien zu Grunde gelegt wird. Zumindest ein Auswahlkriterium kann dabei aus der Gruppe derBeziehungen Drehmoment/Drehzahl, Drehmoment/Strom, Strom/Drehzahl, Leistung/Drehzahl,Gegenelektromotorische Kraft (bzw. Gegenspannungj/Drehzahl, Leistungsfaktor/Drehzahl, derLuftspalt-Magnetflussverkettung (bzw. Luftspaltverkettung), und der Ausführungskomplexität(bzw. Komplexität) ausgewählt werden.
[0015] Die Auswahl der Steuerungsstrategie kann mittels eines adaptiven Algorithmus - vor¬zugsweise unter Verwendung von künstlicher Intelligenz, Fuzzy Logik und/oder neuralen Netz¬werken - erfolgen.
[0016] Vorzugsweise wird während des laufenden Betriebes der Wechselstrommaschine konti¬nuierlich oder diskontinuierlich überprüft, ob diese mit der für die jeweilige Situation optimalenSteuerungsstrategie betrieben wird. Wenn die Prüfung auf Grund eines Auswahlkriteriums ausder Gruppe der Beziehungen Drehmoment/Drehzahl, Drehmoment/Strom, Strom/Drehzahl,Leistung/Drehzahl, Gegenelektromotorische Kraft/Drehzahl, Leistungsfaktor/Drehzahl, derLuftspalt- Magnetflussverkettung, und der Ausführungskomplexität ergibt, dass eine andereSteuerungsstrategie passender ist, dann wird die Steuerungsstrategie geändert und - in Abhän¬gigkeit zumindest eines Betriebsparameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektro¬fahrzeuges und/oder von externen Vorgaben - eine passende Steuerungsstrategie ausgewähltund die Wechselstrommaschine mit dieser ausgewählten Steuerungsstrategie weiterbetrieben.Dadurch kann die Steuerungsstrategie optimal an die jeweilige Situation und die jeweiligenAnforderungen angepasst werden.
[0017] Beispielsweise wird im Normalbetrieb, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, die Strategiedes Leistungsfaktors eins oder die Strategie der konstanten gemeinsamen Magnetflussverket¬tungen für Drei-Phasen-Wechselstrommaschinen ausgewählt. Die durch die niedrigere Luft¬spalt-Magnetflussverkettung ermöglichte hohe Basisdrehzahl verbessert die Fahrbarkeitseigen¬schaften des Fahrzeugs bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine wegen dem bei kon¬stantem Drehmoment anhaltenden Betrieb der elektrischen Maschine(n). Zusätzlich kann dieLebenszeit der Wechselstrommaschine mit der Strategie des Leistungsfaktors eins oder derStrategie der konstanten gemeinsamen Magnetflussverkettungen maximiert werden, da dieseStrategien niedrige Stromschwankungen im elektrischen Fährbetrieb und einen geringen Ein¬schaltstrom ermöglichen. Sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine sich verringert (bei¬spielsweise Einlegen eines hohen Ganges bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit), wird die Dreh¬zahl der Motorwelle somit reduziert und für den weiteren Betrieb entweder die Strategie desmaximalen Drehmomentes pro Ampere oder die Strategie des maximalen Wirkungsgradesausgewählt, um einen energieeffizienten Betrieb des elektrischen Hochspannungssystems zuermöglichen, wenn das Fahrzeug mit hohem Gang betrieben wird.
[0018] Für hohe Beschleunigungsanforderungen kann die Strategie des maximalen Drehmo¬mentes pro Ampere oder die Strategie des maximalen Wirkungsgrades ausgewählt werden.
[0019] Für maximale Leistung und verbesserte Fahrdynamik kann beispielsweise der Fahrerauf Knopfdruck die Strategie des maximalen Drehmomentes pro Ampere auswählen um einmaximales Drehmoment/Drehzahlverhältnis zu erreichen.
[0020] Andererseits ist es vorteilhaft, wenn bei drohendem Energieengpass und/oder einervorgegebenen Streckenlänge über einer kritischen Länge die Strategie des maximalen Wir¬kungsgrades ausgewählt wird. Wird beispielsweise vom Fahrer, etwa unter Verwendung einerNavigationseinheit des Fahrzeuges, ein Fahrziel vorgegeben, welches sich nahe der Grenzeder durch den Ladezustand der Batterie definierten maximalen Reichweite befindet, so kanndurch Auswahl der Strategie des maximalen Wirkungsgrades Energie gespart und somit dieReichweite optimiert werden.
[0021] Alternativ zur Anwendung in Elektrofahrzeugen kann das erfindungsgemäße Verfahrenauch bei stationären Anwendungen, beispielsweise bei Fahrzeug- Rollenprüfständen (Dyna¬mometer) eingesetzt werden, um definierte Fahrszenarien zu simulieren. Eine adaptive Steue¬rungsstrategie für den Elektromotor des Dynamometers kann dabei adaptiv das geplante Fahr¬szenario untersuchen und jeweils die für das jeweilige Fahrszenario optimale Steuerungsstrate¬gie auswählen und anwenden. Beispielsweise kann in einem Abschnitt des Fahrszenarios mitsimulierter Bergauffahrt die Steuerungsstrategie des maximalen Drehmomentes pro Ampereausgewählt werden. In simulierten Stadt-Fahrszenarien kann dagegen die Strategie des maxi¬malen Wirkungsgrades oder die Strategie des Leistungsfaktors eins oder die Strategie derkonstanten gemeinsamen Flussverkettungen ausgewählt werden, um Energie zu sparen oderdie Lebensdauer von Komponenten des Dynamometers zu erhöhen.
[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Drei-Phasen- Asyn¬chron- und Synchronmaschinen, sowohl für drehmomentgesteuerte-, als auch für drehzahlge¬steuerte Systeme. Bei Drehmomentsteuerung ergibt sich die Motordrehzahl durch die an derMotorwelle anliegenden Last. Bei Drehzahlsteuerung ergibt sich das Drehmoment durch die ander Motorwelle anliegende Last.
[0023] Das Verfahren, insbesondere das Erfassen der Betriebsparameter, das Prüfen deraktuellen Steuerungsstrategie, die Auswahl der optimalen Betriebsstrategie, das Auffindeneines optimalen Umschaltzeitpunktes für die Steuerungsstrategie, etc. kann vollkommen auto¬matisch über ein Steuerungs- und Überwachungsprogramm durchgeführt werden. Zusätzlich istes möglich das automatische Steuerungs- und Uberwachungsprogramm der Motorsteuerungdurch manuellen Eingriff zu übersteuern, beispielsweise, wenn vom Fahrer spontan eine hoheLeistung gefordert wird.
[0024] Ist während einer bekannten Fahrtstrecke ein Wechsel der Steuerungsstrategie erforder¬lich, so kann automatisch der optimale Zeitpunkt für einen Wechsel geplant und durchgeführtwerden, beispielsweise auf Grund einer vorgegebenen Topografie oder externen Informationenwie Verkehrslage etc.
[0025] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.
[0026] Es zeigen [0027] Fig. 1 normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des Null- d-Achsen-
Stromes, [0028] Fig. 2 normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des Leistungsfaktors eins, [0029] Fig. 3 normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie der konstanten ge¬ meinsamen Flussverkettungen, [0030] Fig. 4 normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des maximalen Dreh¬ momentes pro Ampere, und [0031] Fig. 5 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm.
[0032] Die Motorsteuerung steuert die Stärke des in die elektrische Maschine fließenden Stro- mes so, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine einem bestimmten Sollwert oderBezugsgröße folgt. Der Regelalgorithmus zur Steuerung des Stromes ist auf der Basis einesmathematischen Modells der elektrischen Maschine entwickelt. Das am häufigsten verwendetemathematische Modell der elektrischen Maschine ist aus den folgenden Gleichungen (1) bis (4)zusammengesetzt und wird auch als "d-q-System-Maschinenmodell" bezeichnet. Die Gleichun¬gen (1) bis (5) sind spezifisch für eine Innenlaufende Permanentmagnet-Synchronmaschine.
[0033] Andere 3-Phasen-Wechselstrommaschinen weisen eine Darstellung im d-q System auf,welche von diesem Gleichungssystem geringfügig abweicht. dl a
Vq=h-Rs+p-“>r-(<PpM+Ld-Id)+Lq--[L (1)
Vd=IdRs-Pa>rLqIq+Ld~± (2) Ψά = Ψρμ + Ld Id; (pq = Lq- lq (3)
Te =1.5 PIq ·φΡΜ +1.5 P (Ld-Lq )-Id lq (4) ~Τ~ = \'(Te — B -cor — TL ) (5)
dt J
[0034] Dieses mathematische Gleichungssystem hat den Vorteil, dass die Darstellung derWechselstrommaschine vereinfacht wird und dass die Steuerung leichter zu erfassen und an¬zuwenden ist. In der Tat ist das "d-q-System-Maschinenmodell eine Gleichstrom-äquivalenteDarstellung der Wechselstrom-Spannungen und -ströme. Daher wird dieses Gleichungssystembevorzugt für die Umsetzung der Wechselstrommotorensteuerung verwendet.
[0035] Innerhalb des nicht-linearen d-q-Systems können verschiedene Kombinationen der d-und q-Achsen-Ströme ld und lq zu der selben Motordrehzahl ω und dem selben Drehmoment Teführen. Die einfachste Kombination der d- und q-Achsen-Ströme ld und lq besteht darin, ld gleichNull zu setzen, wodurch das Drehmoment eine lineare Funktion des q-Achsen Stromes lq wird.Diese Methode ist die übliche bei Motorsteuerungen verwendete Steuerungsmethode wegender leichten Umsetzbarkeit, und wird im allgemeinen als "Steuerungsstrategie des Null-d- Ach-sen-Stromes ZDAC" bezeichnet.
[0036] Allerdings ist dies nur eine von vielen Kombinationsmöglichkeiten der d- und q- Achsen-Ströme ld und lq, welche verwendet werden können, um dasselbe Niveau des DrehmomentesTe zu erhalten. So können andere Kombinationen von d- und q- Achsen-Ströme ld und lq fürdasselbe Drehmoment Te eingesetzt werden, um spezifische Aspekte hinsichtlich der Betriebesder Wechselstrommaschine zu optimieren.
[0037] Eine Variable, welche man zu maximieren wünscht, ist das Ausmaß des DrehmomentesTe, welches die Wechselstrommaschine erzeugt, bezogen auf die Höhe des Stromes, welchervon der Energiespeichereinheit für die Versorgung der Wechselstrommaschine eingesetzt wird.Diese Methode, die auch als "Steuerungsstrategie des maximalen/optimalen Drehmomentespro Ampere MTA" bekannt ist, beruht auf der nicht-linearen Beziehung, welche durch die obigeGleichung (4) beschrieben wird, um die besten Kombinationen der d- und q- Achsen-Ströme ldund lq hinsichtlich des Drehmomentes Te zu erhalten, also dem größten Verhältnis zwischen Te und der Vektorsumme der Ströme ^lq +ld . Diese Paare der d- und q-Achsen-Ströme ld und lq hinsichtlich des Drehmomentes Te können entweder analytisch durch Lösen der Gleichung (4),oder empirisch durch absolvieren von geeigneten Testläufen der Wechselstrommaschine be¬stimmt werden.
[0038] Eine andere Variable, die man zu maximieren wünscht, ist er energetische Wirkungs¬grad der Wechselstrommaschine. Um dies zu erreichen, hat man die Paare mit dem niedrigsten
Wert der Ausdrücke ^ + und ^Jv^+vJ aufzusuchen, wodurch sowohl das Drehmoment
Te, als auch die Drehzahl ω der Wechselstrommaschine maximiert wird. Dadurch kann diemaximale mechanische Leistung (Produkt aus Drehmoment Te und Drehzahl ω), bei geringsterelektrischer Leistung (Produkt aus Strom und Spannung) erzielt werden. Dieses Verfahren,welches auch als "Steuerungsstrategie des maximalen Wirkungsgrades ME" bekannt ist, kannauf der analytischen Berechnung der besten d- und q-Achsen- Ströme ld und lq basieren oderexperimentell an der Wechselstrommaschine durchgeführt werden.
[0039] Basierend auf einer ähnlichen Vorgangsweise wie bei der Steuerungsstrategie desmaximalen/optimalen Drehmomentes pro Ampere MTA oder der Steuerungsstrategie des ma¬ximalen Wirkungsgrades ME, lassen sich auch andere Aspekte des Wechselstrommaschinebe¬triebes und/oder der Leistungselektronikeinheit (DC/AC Inverter) maximieren. So ist unter derBezeichnung "Steuerungsstrategie des Leistungsfaktors eins UPF" eine Methode bekannt,welche auf Paaren der d- und q-Achsen-Ströme ld und lq basiert, die zu in-Phase befindlichenWechselspannungen und Wechselströmen in der Leistungselektronikeinheit führen. Das Ver¬fahren " Steuerungsstrategie der konstanten gemeinsamen Flussverkettungen (CMFL)" zieltdarauf ab Paare der d- und q-Achsen-Ströme ld und lq zu finden, bei denen der gesamte mag¬netische Fluss ^jcp* + φ] konstant bleibt. Auch diese beiden Methoden können analytisch oderexperimentell gelöst werden.
[0040] Somit ergeben sich folgende bekannte Steuerungsstrategien, welche hier in Betrachtgezogen werden: [0041] 1.) Steuerungsstrategie des Null-d-Achsen-Stromes (ZDAC) [0042] Fig. 1 zeigt normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des Null-d- Ach-sen-Stromes (ZDAC).
[0043] Eigenschaften: [0044] · Der Leistungsfaktor verschlechtert sich mit zunehmender Rotordrehzahl und zuneh¬ mendem Statorstrom ls.
[0045] · Der niedrigere Leistungsfaktor macht eine höhere VA Bewertung des Umrichters erforderlich.
[0046] · Die Steuerungsstrategie des Null-d-Achsen-Stromes (ZDAC) ist geeignet für Anwen¬ dungen, welche hohes Drehmoment erfordern.
[0047] · Durch lineare Strom-Drehmoment-Beziehung wird eine einfachere Ausführung mög¬ lich.
[0048] 2.) Steuerungsstrategie des Leistungsfaktors eins (UPF) [0049] Fig. 2 zeigt normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des Leistungsfak¬tors eins (UPF).
[0050] Eigenschaften: [0051] · Diese Strategie ist nicht optimal für die Erzeugung von hohem Drehmoment.
[0052] · Es ist eine niedrige reaktive VA Bewertung erforderlich.
[0053] · Es ist eine niedrige Versorgungsspannung erforderlich.
[0054] · Wegen der verfügbaren Reservespannung, ist die Steuerungsstrategie des Leis¬ tungsfaktors Eins (UPF) für Anwendungen zur Reichweitenausdehnung von Fahr¬zeugen geeignet.
[0055] 3.) Steuerungsstrategie der konstanten gemeinsamen Flussverkettungen (CMFL) [0056] Fig. 3 zeigt normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie der konstantengemeinsamen Flussverkettungen (CMFL).
[0057] Eigenschaften: [0058] · Zum Unterschied zu allen anderen Verfahren, kann diese Strategie auch über der
Basisdrehzahl verwendet werden.
[0059] · Bei dieser Strategie wird eine Motorkern-Sättigung vermieden, daher werden das elektrische Antriebsmoment verbessert und hohe Stromübergänge vermieden.
[0060] · Der Leistungsfaktor befindet sich nahe bei eins.
[0061] · Die Maximaldrehzahl, bei der eine Abschwächung des Flusses erforderlich wird, wird angehoben.
[0062] 4.) Steuerungsstrategie des maximalen/optimalen Drehmomentes pro Ampere (MTA) [0063] Fig. 4 zeigt normalisierte Leistungskennlinien der Steuerungsstrategie des maximalenDrehmomentes pro Ampere (MTA).
[0064] Eigenschaften: [0065] · Diese Strategie ist geeignet für Hoch-Schenkelmaschinen (Lq»Ld) [0066] · Verglichen mit einer Null-d-Achsen-Stromes-Steuerung kann eine etwa 11%- tige
Drehmomentsteigerung erreicht werden.
[0067] · Schlechte Umrichterauslastung (d.h. es ist eine hohe VA-Bewertung erforderlich).
[0068] 5.) Steuerungsstrategie des maximalen Wirkungsgrades (ME) [0069] Die Steuerungsstrategie des maximalen Wirkungsgrades (ME) basiert auf der Minimie¬rung der Verlustfunktion:
Pl=\.5-Rs-(i2q+i2d) + ^^2r-[(Lq-Iq)2+(9pM+Ld-Id)2] (6)
Kc [0070] Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm.
[0071] In einem Schritt 1 werden Umgebungs- und Randbedingungen, wie Außentemperatur,Fahrpedaldruck, oder - bei Anwendung an einem Rollenprüfstand - der Typus des Dynamome¬ter - Fahrzyklus erfasst.
[0072] In einem Schritt 2 wird abgefragt, ob die aktuell angewendete Steuerungsstrategie aufGrund der in Schritt 1 festgestellten Umgebungs- und Randbedingungen und auch basierendauf dem Auswahlkriterium aus der Gruppe der Beziehungen Drehmoment/Drehzahl, Drehmo-ment/Strom, Strom/Drehzahl, Leistung/Drehzahl, Gegenelektromotorische Kraft/Drehzahl,Leistungsfaktor/Drehzahl, der Luftspalt-Magnetflussverkettung, und der Ausführungskomplexitättatsächlich die optimale Strategie ist. Wenn dies der Fall ist ("Yes") erfolgt in einem Schritt 3 dieRückkehr zu Schritt 1.
[0073] Wenn die Abfrage aus Schritt 2 negativ ausfällt ("No") so wird in einem Schritt 4 einadaptiver Steuerungsstrategie-Algorithmus gestartet, um die für die in Schritt 1 erfassten Bedin¬gungen am besten geeignete Steuerungsstrategie zu ermitteln.
[0074] Im Schritt 5 wird der optimale Zeitpunkt für einen Wechsel der Steuerungsstrategieermittelt und bis zu diesem Zeitpunkt abgewartet.
[0075] In Schritt 6 erfolgt der Wechsel zu der in Schritt 4 ermittelten Steuerungsstrategie.
NOMENKLATUR AC Wechselstrom B Reibungskoeffizient DC Gleichstrom
Vq q-Achsen Spannung (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells) lq q-Achsen Strom (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells)
Lq q-Achsen Induktanz (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells)
Vd d-Achsen Spannung (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells)
Id d-Achsen Strom (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells)
Ld d-Achsen Induktanz (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells)
Is Statorstrom
Vs Statorspannung J Rotormassenträgheit
Pi Leistungsverluste VA Leistung
Rc Kernwiderstand der Wechselstrommaschine
Rs Statorwiderstand der Wechselstrommaschine ωΓ mechanische Drehzahl Ψρμ Permanentmagnetischer Fluss der Wechselstrommaschine 9q q-Achsen-generierter Fluss (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells) 9d d-Achsen-generierter Fluss (bezüglich des "d-q" Wechselstrommaschinen-Modells) δ Drehmomentwinkel zwischen Rotorfeldposition und Stator-Stromzeigerposition Φ Phasenwinkel zwischen sinusförmiger Spannung und sinusförmigem Strom
Te Drehmoment der Wechselstrommaschine T, Lastdrehmoment

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung einer Drei-Phasen-Wechselstrommaschine, insbesondere für einelektrisch angetriebenes Fahrzeug oder einen Fahrzeugrollenprüfstand, wobei eine Gruppeaus mehreren verschiedenen Steuerungsstrategien bereitgestellt, vorzugsweise in der Mo¬torsteuerung abgelegt wird, und zumindest ein Betriebsparameter der Wechselstromma¬schine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder externe Vorgaben, vorzugsweise hinsicht¬lich Leistung und/oder Dauer und/oder Reichweite, erfasst wird, und wobei aus der Gruppevon Steuerungsstrategien eine Steuerungsstrategie in Abhängigkeit zumindest eines er¬fassten Betriebsparameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeugesund/oder externen Vorgaben ausgewählt wird und die Wechselstrommaschine auf der Ba¬sis dieser ausgewählten Steuerungsstrategie betrieben wird, dadurch gekennzeichnet,dass die Gruppe von Steuerungsstrategien zumindest zwei - vorzugsweise alle - der fol¬genden Strategien beinhaltet: Strategie des Null-d-Achsen-Stromes (ZDAC), Strategie desLeistungsfaktors eins (UPF), Strategie der konstanten gemeinsamen Flussverkettungen(CMFL), Strategie des maximalen Drehmomentes pro Ampere (MTA), Strategie des maxi¬malen Wirkungsgrades (ME).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Steuerungsstrate¬gien für definierte Auswahlkriterien, vorzugsweise verschiedene Betriebsparameter derWechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder Lastanforderungen, be¬wertet wird, und dass die Bewertung der Auswahl der Steuerungsstrategien zu Grunde ge¬legt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auswahlkrite¬rium aus der Gruppe Drehmoment/Drehzahl, Drehmoment/Strom, Strom/Drehzahl, Leis¬tung/ Drehzahl, Gegenspannung/Drehzahl, Luftspaltverkettung, Leistungsfaktor/Drehzahlund Komplexität ausgewählt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus¬wahl der Steuerungsstrategie mittels eines adaptiven Algorithmus - vorzugsweise unterVerwendung von künstlicher Intelligenz, Fuzzy Logik und/oder neuralen Netzwerken - er¬folgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass währenddes Betriebes der Wechselstrommaschine überprüft wird, ob diese mit der für die jeweiligeSituation optimalen Steuerungsstrategie betrieben wird, und - bei negativem Prüfungser¬gebnis - die Steuerungsstrategie geändert und - in Abhängigkeit zumindest eines Betriebs¬parameters der Wechselstrommaschine und/oder des Elektrofahrzeuges und/oder von ex¬ternen Vorgaben - eine passende Steuerungsstrategie ausgewählt und die Wechselstrom¬maschine mit dieser ausgewählten Steuerungsstrategie weiterbetrieben wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Normal¬betrieb der Drei-Phasen-Wechselstrommaschine, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, dieStrategie des Leistungsfaktors eins (UPF) oder die Strategie der konstanten gemeinsamenFlussverkettungen (CMFL) ausgewählt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohenLastanforderungen an die Drei-Phasen-Wechselstrommaschine die Strategie des maxima¬len Drehmomentes pro Ampere (MTA) oder die Strategie des maximalen Wirkungsgrades(ME) ausgewählt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei drohen¬dem Energieengpass und/oder einer vorgegebenen Streckenlänge über einer kritischenLänge die Strategie des maximalen Wirkungsgrades (ME) ausgewählt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfah¬ren automatisch durchgeführt wird. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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