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WO2012163585A2 - Verfahren und vorrichtung zur winkelschätzung in einer synchronmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur winkelschätzung in einer synchronmaschine Download PDF

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WO2012163585A2
WO2012163585A2 PCT/EP2012/056299 EP2012056299W WO2012163585A2 WO 2012163585 A2 WO2012163585 A2 WO 2012163585A2 EP 2012056299 W EP2012056299 W EP 2012056299W WO 2012163585 A2 WO2012163585 A2 WO 2012163585A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
synchronous machine
rotor
angle
deviation
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/056299
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012163585A3 (de
Inventor
Christian Lingenfelser
Eckart Mayer-John
Gunther Goetting
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US14/122,479 priority Critical patent/US9225274B2/en
Priority to CN201280026805.2A priority patent/CN103650326B/zh
Publication of WO2012163585A2 publication Critical patent/WO2012163585A2/de
Publication of WO2012163585A3 publication Critical patent/WO2012163585A3/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/12—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for angle estimation in a synchronous machine, in particular in a permanent-magnet synchronous machine.
  • Torque generation to match the actual rotor position can be determined, for example, by means of angle sensors.
  • angle sensors in particular angle sensors with high resolution, can cause considerable costs in the production of electric drive systems. Therefore, inexpensive angle sensors are often used with correspondingly lower angular resolution.
  • DE 10 2007 052 365 A1 discloses a method for determining a rotor angle of a synchronous machine with the aid of a low-resolution angle sensor and a Kalman filter.
  • High-frequency signals induced response signals are measured in the machine, which allow an estimate of the rotor angle.
  • the present invention therefore provides a device for angle estimation in a synchronous machine, having an angle sensor device which is designed to detect event discrete measured values for a rotor angle of a rotor of the synchronous machine and to output a measurement signal dependent on the measured values determined, an estimation device which is designed for this purpose To detect current and / or voltage signals of the synchronous machine and in response to the detected current and / or voltage signals, a deviation of the rotor angle of the rotor
  • the low-cost angle sensor can be equipped, and the associated lower number of measured values can be compensated by the deviation signals of the estimator.
  • the device according to the invention offers the advantage that compared to the already existing components of a control for synchronous machines no additional hardware such as additional sensors or the like are necessary.
  • the invention provides a method for
  • the device comprises as a combiner a Kalman filter which has prediction means arranged to calculate a prediction value for the state vector of a dynamic model of the rotor and a correction means adapted thereto in dependence on the Prediction value to calculate a correction signal has.
  • the Kalman filter can furthermore have a determination device, which is designed, after the prediction value has been calculated by the
  • Prediction means to determine whether the measurement signal has a current measurement, wherein the correction means is adapted to calculate the correction signal in response to the measurement signal, if the determination means determines that a current measurement is present, and wherein the correction means is adapted to the correction signal in response to the deviation signal, if the determining means determines that there is no current measurement value.
  • the use of a Kalman filter allows for data fusion Measured value data of an angle sensor device and deviation data of a
  • the data fusion can advantageously prioritize the correction values used:
  • the measured values of the angle sensor device which are updated less frequently than the deviation signals, can preferably be used to calculate the correction signal for the Kalman filter when a current value is present, while at times where there is currently no current or updated measured value, the deviation signals of the estimating device are used for the correction signal calculation.
  • fluctuations in the update frequency of the measured values can be intercepted by the angle sensor devices, in particular in low rotational speed ranges, in which it is possible to record fewer measured values by the angle sensor device than in high rotational speed ranges.
  • the estimator may be configured to calculate the deviation of the rotor angle based on current outputs of the synchronous machine induced by test voltage signals impressed into a supply voltage of the synchronous machine. This procedure is also referred to as an active test signal method. This can be an estimate of the
  • Amplitude and / or frequency to adapt to the operating condition of the synchronous machine, so that a robust angular estimation is ensured in critical operating conditions or at low speeds. Moreover, by adjusting the frequency of the test voltage signals, a sufficient frequency spacing with respect to the frequency of the supply voltage can be ensured.
  • the estimator may be configured to measure the deviation of the
  • Rotor angle on the basis of reverse voltage signals of the synchronous machine to calculate are also referred to as passive estimation methods.
  • passive estimation methods One advantage is that the deviation signals can be determined from already existing output signals of the synchronous machine, without an active intervention in the control of the machine is necessary.
  • the passive methods are mainly suitable for medium and high speeds, while the active test signal method is limited in speed upwards.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a system for angle estimation in a
  • Fig. 2 is a schematic representation of a system for angle estimation in a
  • Synchronous machine according to another embodiment of the invention; a schematic representation of a combination device of the systems of Figures 1 and 2 according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a method for angle estimation in a synchronous machine according to a further embodiment of the invention.
  • the synchronous machine 11 can be, for example, a permanent-magnet synchronous machine.
  • the three-phase supply voltage U abc for the synchronous machine 11 can be provided via a supply voltage device 12.
  • the supply voltage device 12 can have a transformation device, by means of which supply voltage signals U q and U d can be transformed from a rotor-fixed dq coordinate system into a stator-fixed coordinate system.
  • the output signals of the transformation device can be fed to a PWM signal generator, which has a in the
  • Supply voltage device 12 include drive inverter.
  • the three-phase supply voltage U abc can be connected to the inverter via the inverter
  • Synchronous machine 11 are delivered. About the supply voltage component U q whose voltage vector is transverse to the rotor field direction, and over the
  • the voltage vector can be located in the rotor field direction while the torque of the synchronous machine 11 and the magnetic field formation of the synchronous machine 11 are controlled.
  • the system 10 further includes a device 14 coupled to the synchronous machine.
  • the device 14 is designed to provide an estimate ⁇ for the
  • About the estimated value ⁇ can be a
  • Supply voltage components U d and U q can be achieved.
  • the device 14 may comprise, for example, an angle sensor device 15 which can detect the rotor angle ⁇ of the synchronous machine. This can be the
  • Angle sensor device 15 event discrete measured values for the rotor angle ⁇ detect, that is, measured values that are detected at certain time intervals, the sequence of which depends, for example, on the rotational speed of the rotor or other parameters such as the controller load.
  • the event-discrete measured values can be determined by the
  • Angle sensor device 15 processed and output as a measurement signal.
  • the measurement signal is characterized in that it is updated at periodic time intervals (variable frequency) with a last measured value recorded.
  • the times of the update depend, for example, on the
  • the number of measured values recorded per unit time by the angle sensor device 15 also depends on the angular resolution of the angle sensor used. The lower the angular resolution of the angle sensor, the less the measurement signal is updated with new measured values.
  • a measured value for the rotor angle ⁇ which is newly detected by the angle sensor device 15, is designated as the current measured value at the time of replacing the previous last measured value of the measuring signal. In other words, when the measurement signal output by the angle sensor device 15 undergoes a change of the last measured value, a current measured value is present. If the last measured value of the measurement signal does not change, for example because the rotor is in an intermediate state between the acquisition of two consecutive measured values, then no current measured value is available.
  • the device 14 further comprises an estimating device 16, which with the
  • Synchronous machine 11 is coupled and which is designed to current and / or voltage signals, for example, a current signal l abc in the stator-fixed coordinate system of the synchronous machine 11 to detect and depending on the detected current and / or voltage signals a deviation ⁇ of the rotor angle ⁇ of to calculate an expected rotor angle and to output a deviation signal dependent on the calculated deviation ⁇ .
  • the estimation device 16 detects a counter voltage signal of the synchronous machine 11, and determines the deviation ⁇ of the rotor angle ⁇ p on the basis of a corresponding model by utilizing the angular dependence of the countervoltage.
  • the countervoltage is an induced voltage in the coils of the stator caused by the rotation of the rotor, which is dependent on the rotor speed and the torque control and thus allows a conclusion on the rotor angle ⁇ .
  • the device 14 further comprises a combination device 17, which is designed to receive the measurement signal of the angle sensor device 15 and the
  • Deviation signal of the estimator 16 to receive and to calculate the estimated value ⁇ for the rotor angle ⁇ of the rotor of the synchronous machine 11 from a combination of the measurement signal and the deviation signal.
  • the estimated value ⁇ can be applied via a feedback branch to the supply voltage device 12 and the
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the system 10 for angle estimation in a synchronous machine 11.
  • the system 10 in Fig. 2 differs from the generally illustrated system in Fig. 1 essentially in that the combiner 17 comprises a Kalman filter and in the estimator 16 an active
  • Test signal method is implemented.
  • the combination device 17 may alternatively be designed as an observer structure.
  • the Kalman filter will be further down in the
  • the system 10 in FIG. 2 includes in the path of the supply voltage component U d a mixer element 13, by means of which a test voltage signal U c in the
  • Supply voltage component U d can be impressed.
  • a test voltage signal U c
  • and a frequency oo c on the supply voltage component U d is modulated.
  • the frequency ⁇ 0 can, for example, be greater than the frequency of the fundamental wave of the impressed supply voltage U a t> c and, in particular, have a minimum frequency distance to the same.
  • the test voltage signal U c is impressed in the direction of the estimated rotor axis. This will be in the
  • Synchronous machine 1 1 induces a current whose current signal ⁇ abc by the
  • Estimating device 16 can be detected. By evaluating the current signal, the estimator 16 can then determine the deviation ⁇ of the rotor angle ⁇ from an expected rotor angle. It may be possible to keep the amplitude and / or the frequency of the test voltage signal U c variable. For example, the frequency of the test voltage signal U c can be adjusted as a function of the speed. At low speeds, for example, a lower frequency can be selected. The amplitude of the test voltage signal U c can be adapted to the operating state of the synchronous machine 11 at critical operating points.
  • the angle sensor device 15 may include, for example, digital absolute sensors with low angular resolution, for example, sensors with six edges per electrical revolution. Of course, others can do the same
  • the angle sensor device 15 can also have incremental angle sensors with or without direction of rotation detection. In the latter case it can be provided to ensure the starting position of the angle sensors by a suitable initialization process.
  • the angle sensor device 15 transmits a measurement signal with measured values q> s to the Kalman filter
  • the measured values ⁇ p s can also be taken from the angle sensor of the internal combustion engine of a hybrid vehicle, the angle sensor of the throttle valve or the angle sensor of the windscreen wiper.
  • the estimator 16 may also be used, for example, to calibrate the
  • Angle sensor device 15 can be used.
  • the estimator 16 can do so be designed to perform a test pulse method, by means of which the electrical angle, that is, the relative position of the angle sensor to the angular position of the
  • Machine coil windings and the permanent magnets can be readjusted.
  • the calibration can be fully automatic when restarting.
  • the Kalman filter 17 comprises a prediction means 17a which is designed to calculate a prediction value x ⁇ (k + 1) for the state vector of each dynamic model of the rotor as a function of a previous value ic + (k) of the state vector x.
  • the state vector x can be, for example, a three-dimensional vector which describes as state variables the system states of the rotor angle ⁇ , the rotational speed or angular velocity ⁇ and the load torque M.
  • the state variables can be via a
  • the prediction value x ⁇ (k + Y) can be used as a member of a first-order Markov chain with a deterministic disturbance w as a function of a
  • the prediction means 17a may also have a covariance matrix P ⁇ (k + 1) of the
  • Prediction step a determination is made as to whether a current measured value (p s of
  • Angle sensor device 15 is present or not.
  • the iteration of the update of the prediction values can be carried out with a higher calculation frequency than the Measured values of the measurement signal can be updated by the angle sensor device 15.
  • the determination can take place in a determination device 17b.
  • the updated prediction value x ⁇ (k + 1) and the updated error covariance matrix P ⁇ ⁇ k + ⁇ ) may be applied to one
  • Correction device 17c are passed in the presence of a current
  • Measured value cp s is a correction signal based on the current measured value or
  • Measuring signal is calculated (calculation step 17 d).
  • Uncertainty matrix for the angle sensor device 15 is.
  • the corresponding model parameters for the calculation of the correction signal can be selected adapted to the system.
  • the correcting means 17c may calculate the correction signal on the basis of the deviation signal
  • P + (k + 1) (/ - P ⁇ (k + ⁇ ) c (c T p (k + V) + R c y c i T) ⁇ ⁇ ⁇ k + 1)
  • i is a measurement uncertainty matrix for the estimator 16.
  • the corrected values of the correction device 17c are transferred back to the prediction device 17a, where a new prediction step can then be carried out.
  • the Kalman filter can be adjusted so that the calculation of the
  • the estimation value reacts in a particular way to the fact that an expected update of the measured values is omitted, for example due to a measurement error or a malfunction of the angle sensor device 15. In this case, the angle estimate can then be corrected separately.
  • the matrices R lt R 2 , and Q may not necessarily be constant, but alternatively also be selected depending on the current operating point (torque and speed).
  • the correction device 17c can use the measured values of the measurement signal of the angle sensor device prioritized for calculating the correction signal. However, since actual measured values are not present after each prediction step, the correction device 17c can use as auxiliary values the deviation signals of the estimating device 16 updated after each prediction step for calculating the correction signal. In this way, a robust and accurate calculation of the
  • Estimated value ⁇ for the rotor angle ⁇ also with a low-resolution angle sensor, which provides only sporadically updated measured values are performed.
  • Deviation signals of the estimator 16 fall back to the synchronous machine 11 to control.
  • the speed range or the output power of the estimator 16 In order to ensure a stable operating safety, for example, the speed range or the output power of the estimator 16
  • Synchronous machine 11 are limited. It can also be provided that the Amplitude of the impressed high frequency signals is increased to allow a robust detection of the induced current signals.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a method 20 for angle estimation in a synchronous machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine.
  • a first step 21 discrete-event measured values for a rotor angle of a rotor of the synchronous machine are determined by means of an angle sensor and detection of current and / or voltage signals of the synchronous machine and
  • a third step 23 it is determined whether there is a current measured value. If the presence of a current measured value is determined, in a step 24, a calculation of a
  • Correction signal of the prediction value as a function of the current measured value. If, however, it is determined that there is no current measured value, then in step 25, the correction signal of the prediction value is calculated as a function of the calculated deviation.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine (11), mit einer Winkelsensoreinrichtung (15), welche dazu ausgelegt ist, ereignisdiskrete Messwerte für einen Rotorwinkel (φ) eines Rotors der Synchronmaschine (11) zu ermitteln und ein von den ermittelten Messwerten abhängiges Messsignal auszugeben, einer Schätzeinrichtung (16), welche dazu ausgelegt ist, Strom- und/oder Spannungssignale der Synchronmaschine (11) zu erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten Strom- und/oder Spannungssignalen eine Abweichung (Δφ) des Rotorwinkels (φ) des Rotors der Synchronmaschine (11) von einem erwarteten Rotorwinkel zu berechnen und ein von der berechneten Abweichung (Δφ) abhängiges Abweichungssignal auszugeben, und einer Kombiniereinrichtung (17), welche dazu ausgelegt ist, das Messsignal und das Abweichungssignal zu empfangen und aus einer Kombination des Messsignals und des Abweichungssignals einen Schätzwert (φ̂) für den Rotorwinkel (φ) des Rotors der Synchronmaschine (11) zu berechnen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine, insbesondere in einer permanenterregten Synchronmaschine.
Stand der Technik
Zum Betrieb von permanenterregten Synchronmaschinen, die beispielsweise in elektrischer Antriebstechnik für elektrisch betriebene Fahrzeuge wie Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge eingesetzt werden, ist es notwendig, den Rotorwinkel zu kennen, also die Position des Rotors bzw. Läufers der Synchronmaschine in Bezug auf seine Drehbewegung um die Rotorwelle. Diese Messgröße wird benötigt, um die
Momentenerzeugung auf die tatsächliche Rotorposition abzustimmen. Der Rotorwinkel kann beispielsweise mithilfe von Winkelsensoren bestimmt werden.
Derartige Winkelsensorik, insbesondere Winkelsensorik mit hoher Auflösung, kann jedoch beträchtliche Kosten bei der Fertigung von elektrischen Antriebssystemen verursachen. Daher werden häufig kostengünstige Winkelsensoren mit entsprechend niedrigerer Winkelauflösung eingesetzt. Es ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2007 052 365 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels einer Synchronmaschine mithilfe eines niedrig auflösenden Winkelsensors und eines Kaiman-Filters bekannt.
Alternativ ist es möglich, statt der Messung des Rotorwinkels über Winkelsensoren eine Schätzung auf der Basis von Strom- und/oder Spannungssensoren durchzuführen. Dabei können sogenannte aktive Verfahren eingesetzt werden, also Verfahren, bei denen ein zusätzliches Spannungssignal auf die an die Maschine angelegte Versorgungsspannung aufmoduliert wird und durch dieses zusätzliche Spannungssignal induzierte Ströme in der Maschine gemessen werden. Bei geeigneter Auslegung der Maschine, also
beispielsweise bei hinreichender magnetischer Anisotropie, kann von den gemessenen Strömen auf den aktuellen Rotorwinkel zurückgeschlossen werden. Beispielsweise sind aus der Druckschrift Linke, M., et al.: "Sensorless position control of Permanent Magnet Synchronous Machines without Limitation at Zero Speed", IEEE IECON'02 1 , 2002, S. 674-679, sensorlose Verfahren bekannt, bei welchen Hochfrequenzsignale in die
Versorgungsspannung der Maschine injiziert werden, und bei welchen durch die
Hochfrequenzsignale induzierte Antwortsignale in der Maschine gemessen werden, die eine Schätzung des Rotorwinkels zulassen.
Die bekannten Verfahren zur Rotorwinkelermittlung sind jedoch nur für bestimmte eingeschränkte Drehzahlbereiche geeignet. Beispielsweise können bei Verwendung sensorloser Verfahren Sicherheitsanforderungen, die an den elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs gestellt werden, nicht in allen Fällen gewährleistet werden. Verfahren mit Winkelsensoren niedriger Auflösung sind andererseits in niedrigen Drehzahlbereichen aufgrund der unzureichenden Messdaten anderen Verfahren unterlegen. Es besteht ein Bedarf an Lösungen zur Winkelermittlung von Rotorwinkeln in einer Synchronmaschine, welche eine robustere, sicherere und leistungsfähigere
Momentenregelung in allen Drehzahlbereichen der Synchronmaschine ermöglichen, ohne auf kostenintensive hochauflösende Winkelsensorik zurückgreifen zu müssen. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft daher eine Vorrichtung zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine, mit einer Winkelsensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ereignisdiskrete Messwerte für einen Rotorwinkel eines Rotors der Synchronmaschine zu ermitteln und ein von den ermittelten Messwerten abhängiges Messsignal auszugeben, einer Schätzeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, Strom- und/oder Spannungssignale der Synchronmaschine zu erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten Strom- und/oder Spannungssignale eine Abweichung des Rotorwinkels des Rotors der
Synchronmaschine von einem erwarteten Rotorwinkel zu berechnen und ein von der berechneten Abweichung abhängiges Abweichungssignal auszugeben, und einer Kombiniereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das Messsignal und das
Abweichungssignal zu empfangen und aus einer Kombination des Messsignals und des Abweichungssignals einen Schätzwert für den Rotorwinkel des Rotors der
Synchronmaschine zu berechnen. Dadurch können in vorteilhafter Weise zwei
Ermittlungsmethoden in einem integrierten Ansatz kombiniert werden, womit ein zuverlässiger Betrieb der Synchronmaschine in allen Drehzahlbereichen ermöglicht wird. Zudem ist mit der Verwendung von zwei Methoden eine Redundanz gegeben, die eine erhöhte Ausfallsicherheit beispielsweise der Winkelsensoreinrichtung bietet. Außerdem kann die Winkelsensoreinrichtung mit einem niedrig auflösenden und damit
kostengünstigen Winkelsensor ausgestattet werden, wobei die damit einhergehende geringere Anzahl an Messwerten durch die Abweichungssignale der Schätzeinrichtung ausgeglichen werden kann. Außerdem bietet sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Vorteil, dass gegenüber den bereits vorhandenen Komponenten einer Ansteuerung für Synchronmaschinen keine zusätzliche Hardware wie beispielsweise zusätzliche Sensoren oder ähnliches notwendig sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zur
Winkelschätzung in einer Synchronmaschine, mit den Schritten des Ermitteins
ereignisdiskreter Messwerte für einen Rotorwinkel eines Rotors der Synchronmaschine mithilfe eines Winkelsensors, des Erfassens von Strom- und/oder Spannungssignalen der Synchronmaschine und Berechnen einer Abweichung des Rotorwinkels des Rotors der Synchronmaschine von einem erwarteten Rotorwinkel, und des Berechnens eines Schätzwerts für den Rotorwinkel des Rotors der Synchronmaschine durch Kombinieren der ermittelten Messwerte und der berechneten Abweichung. Vorteile der Erfindung
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung als Kombiniereinrichtung ein Kaiman-Filter auf, welches eine Prädiktionseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen Prädiktionswert für den Zustandsvektor eines dynamischen Modells des Rotors zu berechnen, und eine Korrektureinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Prädiktionswert ein Korrektursignal zu berechnen, aufweist.
Das Kaiman-Filter kann dabei weiterhin eine Bestimmungseinrichtung aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, nach dem Berechnen des Prädiktionswerts durch die
Prädiktionseinrichtung zu bestimmen, ob das Messsignal einen aktuellen Messwert aufweist, wobei die Korrektureinrichtung dazu ausgelegt ist, das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem Messsignal zu berechnen, falls die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass ein aktueller Messwert vorliegt, und wobei die Korrektureinrichtung dazu ausgelegt ist, das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem Abweichungssignal zu berechnen, falls die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass kein aktueller Messwert vorliegt. Die Verwendung eines Kaiman-Filters ermöglicht eine Datenfusion aus Messwertdaten einer Winkelsensoreinrichtung und Abweichungsdaten einer
Schätzeinrichtung, die auf Strom- und/oder Spannungssignale der Synchronmaschine zurückgreift. Die Datenfusion kann dabei vorteilhafterweise eine Priorisierung der verwendeten Korrekturwerte vornehmen: Die Messwerte der Winkelsensoreinrichtung, die weniger häufig als die Abweichungssignale aktualisiert werden, können bei Vorliegen eines aktuellen Wertes bevorzugt zur Berechnung des Korrektursignals für den Kaiman- Filter herangezogen werden, während zu Zeitpunkten, zu denen gerade kein aktueller bzw. aktualisierter Messwert vorliegt, die Abweichungssignale der Schätzeinrichtung zur Korrektursignalberechnung herangezogen werden. Dadurch können Schwankungen in der Aktualisierungsfrequenz der Messwerte durch die Winkelsensoreinrichtungen abgefangen werden, insbesondere in niedrigen Drehzahlbereichen, in denen tendenziell weniger Messwerte durch die Winkelsensoreinrichtung aufgenommen werden können als in hohen Drehzahlbereichen. Vorzugsweise kann die Schätzeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Abweichung des Rotorwinkels auf der Basis von Stromausgangssignalen der Synchronmaschine zu berechnen, welche durch Testspannungssignale, die in eine Versorgungsspannung der Synchronmaschine eingeprägt sind, induziert werden. Diese Vorgehensweise wird auch als aktives Testsignalverfahren bezeichnet. Dadurch kann eine Schätzung des
Rotorwinkels entkoppelt von der eigentlichen Versorgungsspannung erfolgen.
Insbesondere ist es mit aktiven Verfahren möglich, die Testspannungssignale in
Amplitude und/oder Frequenz an den Betriebszustand der Synchronmaschine anzupassen, so dass in kritischen Betriebszuständen oder bei niedrigen Drehzahlen eine robuste Winkelschätzung gewährleistet bleibt. Überdies kann über die Anpassung der Frequenz der Testspannungssignale ein ausreichender Frequenzabstand gegenüber der Frequenz der Versorgungsspannung gewährleistet werden.
Alternativ kann die Schätzeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Abweichung des
Rotorwinkels auf der Basis von Gegenspannungssignalen der Synchronmaschine zu berechnen. Diese Methoden werden auch als passive Schätzverfahren bezeichnet. Ein Vorteil liegt darin, dass die Abweichungssignale aus ohnehin bereits vorhandenen Ausgangssignalen der Synchronmaschine bestimmt werden können, ohne dass ein aktiver Eingriff in die Ansteuerung der Maschine notwendig ist. Insbesondere eignen sich die passiven Verfahren hauptsächlich für mittlere und höhere Drehzahlen, während das aktive Testsignalverfahren in der Drehzahl nach oben begrenzt ist. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Winkelschätzung in einer
Synchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Winkelschätzung in einer
Synchronmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; eine schematische Darstellung einer Kombiniereinrichtung der Systeme aus Fig. 1 und 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine 11. Die Synchronmaschine 11 kann dabei beispielsweise eine permanenterregte Synchronmaschine sein. Die dreiphasige Versorgungsspannung Uabc für die Synchronmaschine 11 kann über eine Versorgungsspannungseinrichtung 12 bereitgestellt werden. Dabei kann die Versorgungsspannungseinrichtung 12 über eine Transformationseinrichtung verfügen, mithilfe derer Versorgungsspannungssignale Uq und Ud aus einem rotorfesten d-q-Koordinatensystem in ein statorfestes Koordinatensystem transformiert werden können. Die Ausgabesignale der Transformationseinrichtung können einem PWM-Signalgeber zugeführt werden, welcher einen in der
Versorgungsspannungseinrichtung 12 umfassten Wechselrichter ansteuern. Über den Wechselrichter kann die dreiphasige Versorgungsspannung Uabc an die
Synchronmaschine 11 abgegeben werden. Über den Versorgungsspannungsanteil Uq, dessen Spannungsvektor quer zur Rotorfeldrichtung liegt, und über den
Versorgungsspannungsanteil Ud, dessen Spannungsvektor in Rotorfeld richtung liegt kann dabei das Drehmoment der Synchronmaschine 11 und die magnetische Feldbildung der Synchronmaschine 11 geregelt werden.
Das System 10 umfasst weiterhin eine Vorrichtung 14, welche mit der Synchronmaschine gekoppelt ist. Die Vorrichtung 14 ist dazu ausgelegt, einen Schätzwert φ für den
Rotorwinkel φ der Synchronmaschine 11 zu berechnen und an die
Versorgungsspannungseinrichtung 12 rückzukoppeln. Über den Schätzwert φ kann eine
Vektorregelung in der Versorgungsspannungseinrichtung 12, insbesondere eine
Drehmomentregelung durch entsprechende Einstellung der
Versorgungsspannungsanteile Ud und Uq erreicht werden.
Die Vorrichtung 14 kann beispielsweise eine Winkelsensoreinrichtung 15 umfassen, welche den Rotorwinkel φ der Synchronmaschine erfassen kann. Dazu kann die
Winkelsensoreinrichtung 15 ereignisdiskrete Messwerte für den Rotorwinkel φ erfassen, das heißt, Messwerte, die in bestimmten Zeitabständen, deren Folge beispielsweise von der Drehgeschwindigkeit des Rotors oder anderen Parametern wie der Steuergerätelast abhängt, erfasst werden. Die ereignisdiskreten Messwerte können durch die
Winkelsensoreinrichtung 15 verarbeitet und als Messsignal ausgegeben werden. Das Messsignal kennzeichnet sich mit anderen Worten dadurch, dass es in periodischen Zeitabständen (veränderlicher Frequenz) mit einem zuletzt erfassten Messwert aktualisiert wird. Die Zeitpunkte der Aktualisierung hängen dabei beispielsweise von der
Drehgeschwindigkeit des Rotors ab.
Die Anzahl der pro Zeiteinheit durch die Winkelsensoreinrichtung 15 erfassten Messwerte hängt dabei auch von der Winkelauflösung des verwendeten Winkelsensors ab. Je niedriger die Winkelauflösung des Winkelsensors ist, desto seltener wird das Messsignal mit neuen Messwerten aktualisiert. Im Sinne der Erfindung wird dabei ein Messwert für den Rotorwinkel φ , der durch die Winkelsensoreinrichtung 15 neu erfasst wird, zum Zeitpunkt des Ersetzens des bisherigen letzten Messwerts des Messsignals als aktueller Messwert bezeichnet. Mit anderen Worten, wenn das durch die Winkelsensoreinrichtung 15 ausgegebene Messsignal eine Änderung des letzten Messwerts erfährt, liegt ein aktueller Messwert vor. Wenn sich der letzte Messwert des Messsignals nicht ändert, beispielsweise weil sich der Rotor in einem Zwischenstadium zwischen der Erfassung zweier aufeinanderfolgender Messwerte befindet, liegt kein aktueller Messwert vor. Die Vorrichtung 14 umfasst weiterhin eine Schätzeinrichtung 16, welche mit der
Synchronmaschine 11 gekoppelt ist und welche dazu ausgelegt ist, Strom- und/oder Spannungssignale, beispielsweise ein Stromsignal labc im statorfesten Koordinatensystem der Synchronmaschine 11 , zu erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten Strom- und/oder Spannungsignalen eine Abweichung Αφ des Rotorwinkels φ von einem erwarteten Rotorwinkel zu berechnen und ein von der berechneten Abweichung Αφ abhängiges Abweichungssignal auszugeben. Es ist beispielsweise möglich, dass die Schätzeinrichtung 16 ein Gegenspannungssignal der Synchronmaschine 11 erfasst, und unter Ausnutzung der Winkelabhängigkeit der Gegenspannung die Abweichung Αφ des Rotorwinkels <p anhand eines entsprechenden Modells bestimmt. Die Gegenspannung ist dabei eine durch die Drehung des Rotors verursachte induzierte Spannung in den Spulen des Stators, welche von der Rotordrehzahl und der Drehmomentregelung abhängig ist und damit einen Rückschluss auf den Rotorwinkel φ zulässt. Die Vorrichtung 14 umfasst weiterhin eine Kombiniereinrichtung 17, welche dazu ausgelegt ist, das Messsignal der Winkelsensoreinrichtung 15 und das
Abweichungssignal der Schätzeinrichtung 16 zu empfangen und aus einer Kombination des Messsignals und des Abweichungssignals den Schätzwert φ für den Rotorwinkel φ des Rotors der Synchronmaschine 11 zu berechnen. Der Schätzwert φ kann dabei über einen Rückkopplungszweig an die Versorgungsspannungseinrichtung 12 und die
Schätzeinrichtung 16 rückgekoppelt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 10 zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine 11. Das System 10 in Fig. 2 unterscheidet sich von dem allgemein dargestellten System in Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Kombiniereinrichtung 17 ein Kaiman-Filter umfasst und in der Schätzeinrichtung 16 ein aktives
Testsignalverfahren implementiert ist. Die Kombiniereinrichtung 17 kann alternativ auch als Beobachterstruktur ausgeführt sein. Das Kaiman-Filter wird weiter unten im
Zusammenhang mit Fig. 3 genauer erläutert.
Das System 10 in Fig. 2 umfasst im Pfad des Versorgungsspannungsanteils Ud ein Mischerglied 13, mithilfe dessen ein Testspannungssignal Uc in den
Versorgungsspannungsanteil Ud eingeprägt werden kann. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Testspannungssignal Uc = |UC| * cos(wct + cpc) mit einer Amplitude |UC| und einer Frequenz ooc auf den Versorgungsspannungsanteil Ud aufmoduliert wird. Die Frequenz ω0 kann dabei beispielsweise größer als die Frequenz der Grundwelle der eingeprägten Versorgungsspannung Uat>c sein und insbesondere einen Mindestfrequenzabstand zu selbiger aufweisen. Das Testspannungssignal Uc wird dabei in Richtung der geschätzten Rotorachse eingeprägt. Dadurch wird in der
Synchronmaschine 1 1 ein Strom induziert, dessen Stromsignal \abc durch die
Schätzeinrichtung 16 erfasst werden kann. Über die Auswertung des Stromsignals kann die Schätzeinrichtung 16 dann die Abweichung Αφ des Rotorwinkels φ von einem erwarteten Rotorwinkel bestimmen. Es kann möglich sein, die Amplitude und/oder die Frequenz des Testspannungssignals Uc variabel zu halten. Beispielsweise kann die Frequenz des Testspannungssignals Uc drehzahlabhängig angepasst werden. Bei niedrigen Drehzahlen kann beispielsweise eine geringere Frequenz gewählt werden. Die Amplitude des Testspannungssignals Uc kann in kritischen Betriebspunkten an den Betriebszustand der Synchronmaschine 11 angepasst werden.
Die Winkelsensoreinrichtung 15 kann beispielsweise digitale Absolutsensoren mit niedriger Winkelauflösung umfassen, beispielsweise Sensoren mit sechs Flanken je elektrischer Umdrehung. Dabei können selbstverständlich auch andere
Sensoranordnungen verwendet werden. Die Winkelsensoreinrichtung 15 kann auch inkrementelle Winkelsensoren mit oder ohne Drehrichtungserkennung aufweisen. In letzterem Fall kann vorgesehen sein, die Ausgangsstellung der Winkelsensoren durch ein geeignetes Initialisierungsverfahren sicherzustellen. Die Winkelsensoreinrichtung 15 übergibt ein Messsignal mit Messwerten q>s an das Kaiman-Filter der
Kombiniereinrichtung 17.
Alternativ kann statt auf eine Winkelsensoreinrichtung 15 auch auf bereits vorhandene Winkelgrößen in der Synchronmaschine 11 zurückgegriffen werden, beispielsweise wenn die Winkelsensoreinrichtung 15 ausfällt. Zum Beispiel können die Messwerte <ps auch der Winkelsensorik des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs, dem Winkelsensor der Drosselklappe oder dem Winkelsensor des Scheibenwischers entnommen werden.
Die Schätzeinrichtung 16 kann beispielsweise auch zur Kalibrierung der
Winkelsensoreinrichtung 15 genutzt werden. Insbesondere bei einem Ausbau oder nach einer Reparatur der Winkelsensoreinrichtung 15 kann die Schätzeinrichtung 16 dazu ausgelegt sein, ein Testpulsverfahren durchzuführen, mithilfe dessen der elektrische Winkel, das heißt, die Relativlage des Winkelsensors zur Winkellage der
Maschinenspulenwicklungen und der Permanentmagnete, neu justiert werden kann. Die Kalibrierung kann in diesem Fall vollautomatisch bei Wiederinbetriebnahme erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kombiniereinrichtung 17 des Systems 10 aus Fig. 2, welche als Kaiman-Filter ausgestaltet ist. Das Kaiman-Filter 17 umfasst eine Prädiktionseinrichtung 17a, welche dazu ausgelegt ist, einen Prädiktionswert x~(k + l) für den Zustandsvektor je eines dynamischen Modells des Rotors in Abhängigkeit von einer vorherigen Wert ic+(k) des Zustandsvektors x zu berechnen. Der Zustandsvektor x kann beispielsweise ein dreidimensionaler Vektor sein, welcher als Zustandsgrößen die Systemzustände des Rotorwinkels φ , der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit φ und des Lastmoments M beschreibt. Die Zustandsgrößen können dabei über ein
physikalisches Modell miteinander verknüpft sein, beispielsweise über ein System linearer Differentialgleichungen, welche die Abhängigkeit der Zustandsgrößen untereinander beschreiben. Der Prädiktionswert x~(k + Y) kann dabei als Glied einer Markov-Kette erster Ordnung mit einer deterministischen Störung w in Abhängigkeit einer
Zustandsübergangsmatrix Ad und eines Steuereingriffsterms bduk , welcher eine mit einer
Steuerdynamik bd gewichtete Ansteuergröße uk modelliert, berechnet werden: x~{k + \) = Adx+ (k) + bduk
Die Prädiktionseinrichtung 17a kann außerdem eine Kovarianzmatrix P~(k + l) der für die
Prädiktion erwarteten Fehlerkovarianz gemäß der Formel P~(k + 1) = AdP+(k)Ad T + Q berechnen, wobei P+{k) die korrigierte Fehlerkovarianzmatrix des vorangegangenen Prädiktionsschritts und Q die Kovarianzmatrix des zufälligen Systemrauschens w ist.
Nach der Berechnung des aktualisierten Prädiktionswerts x~(k + l) in einem
Prädiktionsschritts erfolgt eine Bestimmung, ob ein aktueller Messwert (ps der
Winkelsensoreinrichtung 15 vorliegt oder nicht. Die Iteration der Aktualisierung der Prädiktionswerte kann dabei mit einer höheren Berechnungsfrequenz erfolgen als die Messwerte des Messsignals durch die Winkelsensoreinrichtung 15 aktualisiert werden. Die Bestimmung kann dabei in einer Bestimmungseinrichtung 17b erfolgen.
In Abhängigkeit von dem Resultat der Bestimmung, ob ein aktueller Messwert <ps der Winkelsensoreinrichtung 15 vorliegt oder nicht, können der aktualisierte Prädiktionswert x~(k + l) sowie die aktualisierte Fehlerkovarianzmatrix P~{k + \) an eine
Korrektureinrichtung 17c übergeben werden, in der bei Vorliegen eines aktuellen
Messwerts cps ein Korrektursignal auf der Basis des aktuellen Messwerts bzw. des
Messsignals berechnet wird (Berechnungsschritt 17d). Dabei kann ein korrigierter Prädiktionswert gemäß der Formel x+(k + 1) = x {k + 1) + P'(k + \)c(cTp-(k + l)c + R2Y ((ps - cTx~(k + 1)) berechnet werden. Ferner kann eine korrigierte Fehlerkovarianzmatrix gemäß der Formel
P+(k + l) = (l - p-(k + \)c(cTp-{k + \)c + cT )p~{k + 1) berechnet werden, wobei cT die Beobachtungsmatrix des Systems und R2 eine
Messunsicherheitsmatrix für die Winkelsensoreinrichtung 15 ist. Die entsprechenden Modellparameter für die Berechnung des Korrektursignals können an das System angepasst gewählt werden.
Für den Fall, dass kein aktueller Messwert (ps vorliegt, kann die Korrektureinrichtung 17c das Korrektursignal auf der Basis des Abweichungssignals berechnen
(Berechnungsschritt 17e). Dann kann der korrigierte Prädiktionswert gemäß der Formel x+ (* + !) = x~ (k + \) + P~ (k + \)c{cTp- k + l)c + R, )-1 Αφ und die korrigierte Fehlerkovarianzmatrix gemäß der Formel
P+ (k + 1) = (/ - P~ (k + \)c(cTp- (k + V)c + Riyc T )ρ~ {k + 1) berechnet werden, wobei i?, eine Messunsicherheitsmatrix für die Schätzeinrichtung 16 ist.
Nach den jeweiligen Berechnungsschritten 17d bzw. 17e werden die korrigierten Werte der Korrektureinrichtung 17c zurück an die Prädiktionseinrichtung 17a übergeben, wo dann ein neuer Prädiktionsschritt durchgeführt werden kann. Die Prädiktions- und
Korrekturschritte können dabei iterativ wiederholt werden.
Das Kaiman-Filter kann dabei so angepasst werden, dass die Berechnung des
Schätzwerts in besonderer Weise darauf reagiert, dass eine erwartete Aktualisierung der Messwerte ausbleibt, beispielsweise aufgrund eines Messfehlers oder einer Fehlfunktion der Winkelsensoreinrichtung 15. In diesem Fall kann die Winkelschätzung dann gesondert korrigiert werden. Auch können die Matrizen Rl t R2 , und Q nicht notwendigerweise konstant, sondern alternativ auch in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunkts (Drehmoment und Drehzahl) gewählt werden.
Mit anderen Worten kann die Korrektureinrichtung 17c die Messwerte des Messsignals der Winkelsensoreinrichtung priorisiert zur Berechnung des Korrektursignals heranziehen. Da allerdings nicht nach jedem Prädiktionsschritt aktuelle Messwerte vorliegen, kann die Korrektureinrichtung 17c als Hilfswerte die nach jedem Prädiktionsschritt aktualisierten Abweichungssignale der Schätzeinrichtung 16 zur Berechnung des Korrektursignals heranziehen. Auf diese Weise kann eine robuste und präzise Berechnung des
Schätzwerts φ für den Rotorwinkel φ auch mit einem niedrigauflösenden Winkelsensor, welcher nur sporadisch aktualisierte Messwerte liefert, durchgeführt werden.
Im Falle des Ausfalls der Winkelsensoreinrichtung 15 kann das elektrische
Antriebssystem in einem Notlaufmodus (sogenannte "Limp-Home-Funktion") betrieben werden. Hierzu kann die Kombiniereinrichtung 17 ausschließlich auf die
Abweichungssignale der Schätzeinrichtung 16 zurückgreifen, um die Synchronmaschine 11 zu regeln. Um eine stabile Betriebssicherheit zu gewährleisten, können dabei beispielsweise der Drehzahlbereich oder die abgegebene Leistung der
Synchronmaschine 11 begrenzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Amplitude der eingeprägten Hochfrequenzsignale erhöht wird, um eine robuste Detektion der induzierten Stromsignale zu ermöglichen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine, insbesondere eine permanenterregten Synchronmaschine. In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Ermitteln ereignisdiskreter Messwerte für einen Rotorwinkel eines Rotors der Synchronmaschine mithilfe eines Winkelsensors und ein Erfassen von Strom- und/oder Spannungssignalen der Synchronmaschine und
Berechnen einer Abweichung des Rotorwinkels des Rotors der Synchronmaschine von einem erwarteten Rotorwinkel. In einem zweiten Schritt 22 wird in einem Kaiman-Filter zunächst ein Berechnen eines Prädiktionswerts für den Zustandsvektor eines
dynamischen Modells des Rotors durchgeführt. In einem dritten Schritt 23 erfolgt ein Bestimmen, ob ein aktueller Messwert vorliegt. Falls das Vorliegen eines aktuellen Messwerts bestimmt wird, erfolgt in einem Schritt 24 ein Berechnen eines
Korrektursignals des Prädiktionswerts in Abhängigkeit von dem aktuellen Messwert. Falls jedoch bestimmt wird, dass kein aktueller Messwert vorliegt, erfolgt in einem Schritt 25 ein Berechnen des Korrektursignals des Prädiktionswerts in Abhängigkeit von der berechneten Abweichung.

Claims

Ansprüche 1 . Vorrichtung zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine (1 1 ), mit:
einer Winkelsensoreinrichtung (15), welche dazu ausgelegt ist, ereignisdiskrete
Messwerte für einen Rotorwinkel ( φ ) eines Rotors der Synchronmaschine (1 1 ) zu ermitteln und ein von den ermittelten Messwerten abhängiges Messsignal auszugeben; einer Schätzeinrichtung (16), welche dazu ausgelegt ist, Strom- und/oder
Spannungssignale der Synchronmaschine (1 1 ) zu erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten Strom- und/oder Spannungssignalen eine Abweichung { Αφ ) des Rotorwinkels ( φ ) des Rotors der Synchronmaschine (1 1 ) von einem erwarteten Rotorwinkel zu berechnen und ein von der berechneten Abweichung { Αφ ) abhängiges
Abweichungssignal auszugeben; und
einer Kombiniereinrichtung (17), welche dazu ausgelegt ist, das Messsignal und das Abweichungssignal zu empfangen und aus einer Kombination des Messsignals und des Abweichungssignals einen Schätzwert (φ ) für den Rotorwinkel ( φ ) des Rotors der Synchronmaschine (1 1 ) zu berechnen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Kombiniereinrichtung (17) einen Kalman-Filter oder eine Beobachterstruktur aufweist, welcher eine Prädiktionseinrichtung (17a), die dazu ausgelegt ist, einen Prädiktionswert für den Zustandsvektor (x ) eines dynamischen Modells des Rotors zu berechnen, und eine Korrektureinrichtung (17c), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Prädiktionswert ein Korrektursignal zu berechnen, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Kalman-Filter oder die Beobachterstruktur weiterhin eine Bestimmungseinrichtung (17b) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, nach dem Berechnen des Prädiktionswerts durch die Prädiktionseinrichtung (17a) zu bestimmen, ob das Messsignal einen aktuellen Messwert ( <ps ) aufweist, wobei die
Korrektureinrichtung (17c) dazu ausgelegt ist, das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem Messsignal zu berechnen, falls die Bestimmungseinrichtung (17b) bestimmt, dass ein aktueller Messwert ( <ps ) vorliegt, und wobei die Korrektureinrichtung (17c) dazu ausgelegt ist, das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem Abweichungssignal zu berechnen, falls die Bestimmungseinrichtung (17b) bestimmt, dass kein aktueller
Messwert ((ps ) vorliegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, die Abweichung ( Αφ ) des Rotorwinkels ( φ ) auf der Basis von
Stromsignalen der Synchronmaschine (1 1 ) zu berechnen, welche durch
Testspannungssignale ( Uc ), die in eine Versorgungsspannung der Synchronmaschine (1 1 ) eingeprägt sind, induziert werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinrichtung (16) dazu ausgelegt ist, die Abweichung ( Αφ ) des Rotorwinkels { φ ) auf der Basis von
Gegenspannungssignalen der Synchronmaschine (1 1 ) zu berechnen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Winkeisensoreinrichtung (15) einen digitalen Absolutsensor, einen inkrementellen Winkelsensor mit
Drehrichtungserkennung oder einen inkrementellen Winkelsensor ohne
Drehrichtungserkennung umfasst.
7. Verfahren zur Winkelschätzung in einer Synchronmaschine (1 1 ), mit den Schritten: Ermitteln ereignisdiskreter Messwerte ( (ps ) für einen Rotorwinkel (φ ) eines Rotors der
Synchronmaschine (1 1 ) mithilfe eines Winkelsensors (15);
Erfassen von Strom- und/oder Spannungssignalen der Synchronmaschine (1 1 ) und Berechnen einer Abweichung { Αφ ) des Rotorwinkels ( φ ) des Rotors der
Synchronmaschine (1 1 ) von einem erwarteten Rotorwinkel;
Berechnen eines Schätzwerts (φ ) für den Rotorwinkel { φ ) des Rotors der
Synchronmaschine (1 1 ) durch Kombinieren der ermittelten Messwerte ( φ5 ) und der berechneten Abweichung {Αφ ).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Berechnens des Schätzwerts ( φ ) in einem Kaiman-Filter (17) durchgeführt wird und die Schritte aufweist:
Berechnen eines Prädiktionswerts für den Zustandsvektor (x ) eines dynamischen Modells des Rotors;
Bestimmen, ob ein aktueller Messwert ( q>s ) vorliegt; Berechnen eines Korrektursignals des Prädiktionswerts in Abhängigkeit von dem aktuellen Messwert { (ps ), falls ein aktueller Messwert { φ3 ) vorliegt; und
Berechnen eines Korrektursignals des Prädiktionswerts in Abhängigkeit von der berechneten Abweichung (Αφ ), falls kein aktueller Messwert (cps ) vorliegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, weiterhin mit den Schritten:
Einprägen von Testspannungssignalen ( C/c ) in eine Versorgungsspannung der
Synchronmaschine (1 1 ); und
Berechnen der Abweichung ( Αφ ) des Rotorwinkels {φ ) auf der Basis von Stromsignalen der Synchronmaschine (1 1 ), welche durch die Testspannungssignale ( Uc ) induziert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Testspannungssignale {Uc ) in Amplitude und/oder Frequenz an den Betriebszustand der Synchronmaschine (1 1 ) angepasst werden.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei das Berechnen der Abweichung ( Αφ ) des Rotorwinkels (φ ) auf der Basis von Gegenspannungssignalen der
Synchronmaschine (1 1 ) erfolgt.
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US14/122,479 US9225274B2 (en) 2011-05-30 2012-04-05 Method and apparatus for estimating angles in a synchronous machine
CN201280026805.2A CN103650326B (zh) 2011-05-30 2012-04-05 用于同步机内的角度估计的方法和设备

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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9457768B2 (en) 2011-04-21 2016-10-04 Pylon Manufacturing Corp. Vortex damping wiper blade
CA2843527C (en) 2011-07-28 2018-11-27 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper adapter, connector and assembly
US9108595B2 (en) 2011-07-29 2015-08-18 Pylon Manufacturing Corporation Windshield wiper connector
US20130219649A1 (en) 2012-02-24 2013-08-29 Pylon Manufacturing Corp. Wiper blade
CA2865292C (en) 2012-02-24 2018-03-13 Pylon Manufacturing Corp. Wiper blade
US10829092B2 (en) 2012-09-24 2020-11-10 Pylon Manufacturing Corp. Wiper blade with modular mounting base
US10166951B2 (en) 2013-03-15 2019-01-01 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper connector
US9505380B2 (en) 2014-03-07 2016-11-29 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper connector and assembly
WO2016157643A1 (ja) * 2015-04-03 2016-10-06 三菱電機株式会社 位置検出器の角度誤差補正装置、角度誤差補正方法、エレベータ制御装置およびエレベータシステム
DE102015211194A1 (de) 2015-06-18 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Steuerschaltung und Verfahren zum Plausibilisieren eines Rotorlagewinkels
EP3368383B1 (de) 2015-10-26 2021-08-04 Pylon Manufacturing Corp. Wischerblatt
US10184860B2 (en) * 2016-04-08 2019-01-22 Infineon Technologies Ag Control system for power train control
AU2017268019A1 (en) 2016-05-19 2018-11-22 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper connector
CN109311452A (zh) 2016-05-19 2019-02-05 电缆塔制造有限公司 挡风玻璃雨刮器连接器
US11040705B2 (en) 2016-05-19 2021-06-22 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper connector
WO2017201470A1 (en) 2016-05-19 2017-11-23 Pylon Manufacturing Corp. Windshield wiper connector
EP3458315B1 (de) 2016-05-19 2021-09-08 Pylon Manufacturing Corp. Scheibenwischerblatt
KR101789435B1 (ko) * 2016-07-20 2017-11-15 현대다이모스(주) Dc 모터의 신호선 단락 인식 가능한 모터 각 위치 인식 장치
WO2018081791A1 (en) 2016-10-31 2018-05-03 Pylon Manufacturing Corp. Wiper blade with cover
DE102017216536B4 (de) * 2017-09-19 2023-07-06 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zur Kompensation von Störungen eines gemessenen Winkelsignals eines magnetischen Winkelsensors einer elektrischen Maschine und ein entsprechend ausgebildeter Mikrokontroller, eine elektrische Maschine, sowie ein Computerprogrammprodukt
DE102017127467A1 (de) * 2017-11-21 2019-05-23 Universität Kassel Verfahren und System zum Bestimmen von Betriebsparametern einer elektrischen Maschine
US11110895B2 (en) * 2018-04-09 2021-09-07 Cisco Technology, Inc. Vehicle network intrusion detection system (IDS) using vehicle state predictions
DE102018130972A1 (de) * 2018-12-05 2020-06-10 HELLA GmbH & Co. KGaA Vorrichtung, Anordnung und Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem Rotor und einem Stator
DE102019211800B4 (de) * 2019-08-06 2022-12-15 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Drehzahl und des Drehwinkels einer Motorwelle eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007052365A1 (de) 2007-11-02 2009-05-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Positionserfassung der Rotorwelle einer permanenterregten Synchronmaschine

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0256199A (ja) 1988-08-22 1990-02-26 Shicoh Eng Co Ltd 動電型電気音響交換器
JP3397013B2 (ja) * 1995-08-10 2003-04-14 富士電機株式会社 同期モータの制御装置
JP2001211698A (ja) * 2000-01-20 2001-08-03 Hitachi Ltd 同期モータ制御装置
JP3789895B2 (ja) * 2003-02-28 2006-06-28 三菱電機株式会社 巻線界磁型同期モータの制御装置および巻線界磁型同期モータの回転位置ずれ補正方法
JP4395313B2 (ja) * 2003-04-04 2010-01-06 日本精工株式会社 モータ駆動制御装置および電動パワーステアリング装置
JP2005039889A (ja) * 2003-07-15 2005-02-10 Hitachi Ltd 電動機の制御方法
JP4589093B2 (ja) * 2004-12-10 2010-12-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 同期モータ駆動装置及び方法
KR101114739B1 (ko) * 2006-03-17 2012-03-29 니혼 서보 가부시키가이샤 스테핑 모터의 제어장치
DE602006009643D1 (de) * 2006-08-03 2009-11-19 St Microelectronics Srl Verfahren zur Zustandsschätzung eines Systems und eine zugehörige Vorrichtung zur Ermittlung der Position und der Drehzahl eines bürstenlosen Motors
JP4718401B2 (ja) 2006-09-13 2011-07-06 アスモ株式会社 モータ制御装置
DE602007008045D1 (de) 2007-01-12 2010-09-09 Abb Oy Verfahren zur Schätzung der Rotordrehzahl und Position einer synchronen Permanentmagnetmaschine ohne Lagegeber
JP4654217B2 (ja) * 2007-04-25 2011-03-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 永久磁石モータの弱め界磁制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング
JP5281339B2 (ja) * 2008-09-01 2013-09-04 株式会社日立製作所 同期電動機の駆動システム、及びこれに用いる制御装置
US8242721B2 (en) * 2008-10-31 2012-08-14 R&D Dynamics Corporation Position-sensorless control system and method of operation for a synchronous motor
DE102009001331A1 (de) 2009-03-04 2010-09-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur winkelsensorlosen Positionserfassung der Rotorwelle einer permanenterregten Synchronmaschine auf Basis von Stromsignalen und Spannungssignalen
JP5317849B2 (ja) * 2009-06-25 2013-10-16 サンデン株式会社 モータ制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007052365A1 (de) 2007-11-02 2009-05-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Positionserfassung der Rotorwelle einer permanenterregten Synchronmaschine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRUCKSCHRIFT LINKE, M. ET AL.: "Sensorless position control of Permanent Magnet Synchronous Machines without Limitation at Zero Speed", IEEE IECON'02, vol. 1, 2002, pages 674 - 679, XP010633237, DOI: doi:10.1109/IECON.2002.1187588

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