TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein Controller für Elektromotoren,
und sie betreffen insbesondere ein Anti-Windup-Steuerungsschema für einen
Stromregler eines Pulsweitenmodulations-Wechselrichters, der zur
Verwendung mit einem Elektromotor geeignet ist.embodiments
The present invention relates generally to controllers for electric motors,
and more particularly, they relate to an anti-windup control scheme for one
Current controller of a pulse width modulation inverter used for
Use with an electric motor is suitable.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Ein
elektrischer Traktionsantrieb, wie er beispielsweise bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug
verwendet werden kann, erfordert die Verwendung von Hochspannung,
um bei einem beschränkten
Volumen und Gewicht Drehmoment so effizient wie möglich zu
erzeugen. Bei einer Verwendung einer derartigen Hochspannung kann
ein elektrisches Antriebssystem mit einem Übermodulationsprozessor für einen
Pulsweitenmodulator (PWM) arbeiten, welcher eine (nachstehend beschriebene)
sechsstufige Betriebsart umfasst. 1 ist eine
schematische Darstellung einer bekannten Stromregler- und Steuerungsarchitektur 100 für einen
mehrphasigen AC-Motor 102.An electric traction drive, such as may be used in an electric or hybrid vehicle, requires the use of high voltage to produce torque as efficiently as possible with limited volume and weight. When using such a high voltage, an electric drive system may operate with an overmodulation processor for a pulse width modulator (PWM) comprising a six-stage mode of operation (described below). 1 is a schematic representation of a known current regulator and control architecture 100 for a multi-phase AC motor 102 ,
Die
Architektur 100 umfasst einen PWM-Wechselrichter 104,
der den AC-Motor 102 über eine
Verbindungsanordnung 106 betreibt, welche eine beliebige
Anzahl von Verbindungsleitungen umfassen kann. Die durch die Verbindungsanordnung 106 dargestellte
Anzahl von Verbindungen ist durch die Anzahl der Phasen festgelegt,
die in dem AC-Motor 102 verwendet werden. Zum Beispiel
weist ein dreiphasiger AC-Motor 102 drei Verbindungsleitungen
auf. Die Verbindungsanordnung 106 kann Stromsensoren 108 umfassen
oder mit diesen gekoppelt sein. Die Anzahl der Stromsensoren 108 ist
wiederum durch die Anzahl der Phasen festgelegt, die in dem AC-Motor 102 verwendet
werden. Die Ausgänge
der Stromsensoren 108 sind mit einem Transformationsprozessor 110 unter
Verwendung von Verbindungsleitungen 112 gekoppelt. Die
Anzahl der Verbindungsleitungen 112 ist wiederum durch
die Anzahl der Phasen festgelegt, die in dem AC-Motor 102 verwendet werden,
in diesem Beispiel drei.Architecture 100 includes a PWM inverter 104 who has the AC motor 102 via a connection arrangement 106 which may comprise any number of interconnections. The through the connection arrangement 106 shown number of connections is determined by the number of phases in the AC motor 102 be used. For example, a three-phase AC motor features 102 three connection lines. The connection arrangement 106 can current sensors 108 include or be coupled with these. The number of current sensors 108 is in turn determined by the number of phases that are in the AC motor 102 be used. The outputs of the current sensors 108 are with a transformation processor 110 using connection lines 112 coupled. The number of connecting lines 112 is in turn determined by the number of phases that are in the AC motor 102 be used, in this example three.
Die
drei Phasenströme
(ias, ibs und ics), die von den Stromsensoren 108 gemessen
werden, tragen typischerweise sinusförmige Stromwellenformen, wenn
sie in einem zu dem Stator des AC-Motors 102 synchronen
Referenzrahmen betrachtet werden, nämlich dem Stationärrahmen.
In dem Transformationsprozessor 110 werden diese drei Phasenströme unter
Verwendung von Gleichung (1) wie folgt in den synchronen d-q-Rahmen
transformiert: The three phase currents (i as , i bs and i cs ) coming from the current sensors 108 are typically carrying sinusoidal current waveforms when in one to the stator of the AC motor 102 synchronous reference frame, namely the stationary frame. In the transformation processor 110 These three phase currents are transformed into the synchronous dq frames using equation (1) as follows:
In
der Gleichung (1) ist der Rotorwinkel θr die
elektrische Rotorposition, die aus der mechanischen Rotorposition
und der Motorpolzahl berechnet wird. Der Rotorwinkel θr wird von einem (nicht gezeigten) Sensor gemessen.
Der d-q-Referenzrahmen in kartesischen Koordinaten ist synchron
zu der Rotation der elektrischen Rotorposition θr.In the equation (1), the rotor angle θ r is the rotor electrical position calculated from the mechanical rotor position and the number of motor poles. The rotor angle θ r is measured by a sensor (not shown). The dq reference frame in Cartesian coordinates is synchronous with the rotation of the rotor electrical position θ r .
In
diesem Kontext ist die Bedeutung von Tiefstellung und Hochstellung
wie folgt.
- Tiefstellung a, b und c: Größe in der Phase a, b und c.
- Tiefstellung d und q: Größe in dem
d-q-Rahmen.
- Tiefstellung s: Größe von Statorwicklungen.
- Hochstellung s: Größe in dem
Stationärrahmen.
- Hochstellung r: Größe in dem
rotierenden (synchronen) Rahmen.
- Hochstellung *: Größe, die
befohlen ist.
In this context, the meaning of subscript and superscript is as follows. - Subscript a, b and c: size in phase a, b and c.
- Subscript d and q: Size in the dq frame.
- Subscript s: Size of stator windings.
- Superscript s: Size in the stationary frame.
- Superscript r: Size in the rotating (synchronous) frame.
- Superscript *: Size that is commanded.
Die
Signale sind auf den d-q-Referenzrahmen bezogen, wenn die Signale
von einem Synchronrahmenstromregler 114 und von Strombefehlsbegrenzern 116/118 verarbeitet
werden, und die verarbeiteten Signale werden in einem Rotationstransformationsprozessor 120 in
einen Statorreferenzrahmen zurückgewandelt.The signals are referenced to the dq reference frame when the signals are from a synchronous frame current regulator 114 and current command limiters 116 / 118 are processed and the processed signals are in a rotation transformation processor 120 converted back to a stator reference frame.
Die
Ausgänge
des Transformationsprozessors 110 sind, wie in 1 dargestellt
ist, die gemessenen d-q-Ströme irds und irqs .
Die gemessenen d-q-Ströme (irds und irqs ) sind
mit dem Synchronrahmenstromregler 114 gekoppelt. Insbesondere
ist der gemessene d-Strom (irds ) mit dem d-Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) 122 gekoppelt,
und der gemessene q-Strom (irqs ) ist mit dem q-PI-Regler 124 gekoppelt.
Zusätzlich
sind befohlene d-q- Ströme (ir*ds und ir*qs ) mit
den jeweiligen d- und q-PI-Reglern 122/124 über jeweilige
Verbindungsleitungen 126/128 von einem Controller
auf höherer
Ebene gekoppelt (z. B. einem Drehmoment- oder einem Drehzahlcontroller).
Arretierte Spannungsbefehle (Vr*ds_out und Vr*qs_out ), die von den
jeweiligen Befehlsspannungsbegrenzern 116/118 ausgegeben
werden, werden an die jeweiligen d- und q-PI-Regler 122/124 zurückgekoppelt.The outputs of the transformation processor 110 are, as in 1 is shown, the measured dq currents i r ds and i r qs , The measured dq currents (i r ds and i r qs ) are with the synchronous frame current regulator 114 coupled. In particular, the measured d-current (i r ds ) with the d-proportional-integral-controller (PI-controller) 122 coupled, and the measured q-current (i r qs ) is with the q-PI controller 124 coupled. In addition, commanded dq streams (i r * ds and i r * qs ) with the respective d and q PI controllers 122 / 124 via respective connecting lines 126 / 128 from a higher level controller (eg, a torque or speed controller). Locked voltage commands (V r * ds_out and V r * qs_out ) that of the respective command voltage limiters 116 / 118 are output to the respective d and q PI controllers 122 / 124 fed back.
Optimalwertspannungen (Vrds_FF und Vrqs_FF ) werden über jeweilige
Verbindungsleitungen 130/132 an die jeweiligen
d- und q-PI-Regler 122/124 geliefert. Diese Optimalwertspannungen
werden typischerweise von dem Stromcontroller, dem Drehzahlcontroller
oder dem Drehmomentcontroller auf der Grundlage der Motordrehzahl,
von Motorparametern und den von dem Motor aufgenommenen Strömen bereitgestellt.
Die Befehlsausgangsspannungen der d- und q-PI-Regler 122/124 sind
mit Befehlsspannungsbegrenzern 116/118 gekoppelt,
die nachstehend mit Bezug auf 3 erörtert sind.Optimal voltages (V r ds_FF and V r qs_FF ) are via respective interconnections 130 / 132 to the respective d and q PI controllers 122 / 124 delivered. These feedforward voltages are typically provided by the current controller, the speed controller, or the torque controller based on engine speed, engine parameters, and the currents received by the engine. The command output voltages of the d and q PI controllers 122 / 124 are with command voltage limiters 116 / 118 coupled with reference to below 3 are discussed.
Die
von den Befehlsspannungsbegrenzern 116/118 ausgegebenen
arretierten Spannungsbefehle (Vr*ds_out und Vr*qs_out ) sind mit einem
Rotationstransformationsprozessor 120 gekoppelt, um die
Spannung in dem Synchronrahmen in die Spannung in einem Stationärrahmen
zu transformieren, in welchem die Befehlsspannungen wie folgt rotieren: The of the command voltage limiters 116 / 118 output locked voltage commands (V r * ds_out and V r * qs_out ) are with a rotation transformation processor 120 coupled to transform the voltage in the synchronous frame into the voltage in a stationary frame in which the command voltages rotate as follows:
Die
d- und q-Ausgänge
von dem Rotationstransformationsprozessor 120 sind mit
einem Übermodulationsprozessor 134 gekoppelt
(einem Prozes sor, der eine sechsstufige Betriebsart umfasst). Der
rotierte Spannungsbefehl (Vs*ds_out und Vs*qs_out ), der in dem Stationärreferenzrahmen
rotiert, wird von dem Übermodulationsprozessor 134 verarbeitet.
Wenn die Amplitude der Befehlsspannung (Vs*ds_out und Vs*qs_out ) kleiner
als 1 / √3Vdc ist, welches die Maximalspannung
einer linearen Raumvektor-PWM ist, wird die Spannung von dem Übermodulationsprozessor 134 nicht
modifiziert. Wenn die Amplitude größer als 1 / √3Vdc ist,
kann der Wechselrichter aufgrund der physikalischen Beschränkung des
Wechselrichters die befohlene Phase und Amplitude der Spannung nicht
umsetzen. In diesem Fall modifiziert der Übermodulationsprozessor 134 die
Phase und/oder Amplitude der arretierten Ausgangsspannung in die
modifizierte Spannung (Vs*ds_ov und Vs*qs_ov ), deren Amplitude und Phase
der Grundkomponente in einem stationären Zustand mit denjenigen
der Befehlsspannung (Vs*ds_out und Vs*qs_out ) übereinstimmen. Wenn die Spannungsamplitude
größer als 1 / √3Vdc ist, kann der PWM-Wechselrichter 104 die
augenblickliche Phase und Amplitude der Befehlsspannung aufgrund
seiner physikalischen Beschränkungen
nicht synthetisieren. Die Grundkomponente der PWM-Ausgangsspannung
wird jedoch die gleiche wie die Befehlsspannung sein, was auf die
Funktion des Übermodulationsprozesses
zurückzuführen ist.
Es gibt viele Übermodulationsverfahren,
welche die Grundkomponente der befohlenen Spannung bis zu einer
sechsstufigen PWM realisieren.The d and q outputs from the rotation transformation processor 120 are with an overmodulation processor 134 coupled (a Prozes sor, which includes a six-step mode). The rotated voltage command (V s * ds_out and V s * qs_out ) which rotates in the stationary reference frame is from the overmodulation processor 134 processed. When the amplitude of the command voltage (V s * ds_out and V s * qs_out ) is less than 1 / √3V dc , which is the maximum voltage of a linear space vector PWM, the voltage from the overmodulation processor becomes 134 not modified. If the amplitude is greater than 1 / √3V dc , the inverter can not implement the commanded phase and amplitude of voltage due to the physical confinement of the inverter. In this case, the overmodulation processor modifies 134 the phase and / or amplitude of the locked output voltage in the modified voltage (V s * ds_ov and V s * qs_ov ) its amplitude and phase of the fundamental component in a steady state with those of the command voltage (V s * ds_out and V s * qs_out ) to match. If the voltage amplitude is greater than 1 / √3V dc , the PWM inverter can 104 fail to synthesize the instantaneous phase and amplitude of the command voltage due to its physical limitations. However, the fundamental component of the PWM output voltage will be the same as the command voltage, due to the function of the overmodulation process. There are many overmodulation methods that realize the fundamental component of the commanded voltage up to a six-step PWM.
Die
Ausgänge
des Übermodulationsprozessors 134 sind
mit einem Umkehrtransformationsprozessor 136 gekoppelt.
Der Umkehrtransformationsprozessor 136 wandelt eine Stationärrahmendarstellung
eines rotie renden Spannungsbefehls von dem Übermodulationsprozessor 134 in
eine dreiphasige sinusförmige
Notation des Spannungsbefehls wie folgt um.The outputs of the overmodulation processor 134 are with an inverse transformation processor 136 coupled. The inverse transformation processor 136 converts a stationary frame representation of a rotating voltage command from the overmodulation processor 134 into a three-phase sinusoidal notation of the voltage command as follows.
Die
Ausgänge
des Umkehrtransformationsprozessors 136 sind mit dem PWM-Wechselrichter 104 gekoppelt,
welcher den AC-Motor 102 antreibt.The outputs of the inverse transformation processor 136 are with the PWM inverter 104 coupled, which the AC motor 102 drives.
2 stellt
ein Beispiel für
den d-Achsen-PI-Regler 122 dar. Der q-Achsen-PI-Regler 124 arbeitet
auf die gleiche Weise. In 2 umfasst
der PI-Regler 122 vier Summiererpunkte (Bezugszeichen 152, 154, 156 und 158),
drei Multiplikationskonstanten (Bezugszeichen 162, 164 und 166)
und einen Integrierer 168. Der Summiererpunkt 152 bildet
den d-Achsenstromfehler (irds_err ) als eine Differenz zwischen dem
befohlenen d-Strom (irds ) und dem gemessenen d-Strom (irds ). Der
d-Achsenstromfehler (irds_err ) aus der Differenz, die von dem Summiererpunkt 152 ausgegeben
wird, wird mit der proportionalen Verstärkungskonstante (Kpd)
bei 166 multipliziert und der multiplizierte Wert ist einer
von drei Werten, die bei dem Summiererpunkt 156 aufsummiert werden.
Der Spannungsbefehl (Vr*ds ), der von dem Summiererpunkt 156 ausgegeben
wird, wird den Stromfehler (irds_err ) minimieren und wird in den
Befehlsspannungsbegrenzer 116 eingegeben. Der d-Achsenausgang
des in 1 dargestellten Befehlsspannungsbegrenzers 116 wird
an dem Summiererpunkt 158 von dem Spannungsbefehl (Vr*ds ) subtrahiert.
Die von dem Summiererpunkt 158 ausge gebene Spannungsdifferenz
wird bei Element 162 mit der Anti-Windup-Verstärkung (Kad) multipliziert und der multiplizierte
Wert wird bei dem Summiererpunkt 154 von dem d-Achsenstromfehler (irds_err ) subtrahiert. 2 gives an example of the d-axis PI controller 122 The q-axis PI controller 124 works the same way. In 2 includes the PI controller 122 four summation points (reference numeral 152 . 154 . 156 and 158 ), three multiplication constants (reference numerals 162 . 164 and 166 ) and an integrator 168 , The totalizer point 152 forms the d-axis current error (i r ds_err ) as a difference between the commanded d flow (i r ds ) and the measured d-current (i r ds ). The d-axis current error (i r ds_err ) from the difference, from the summation point 152 is output, with the proportional gain constant (K pd ) at 166 multiplied and the multiplied value is one of three values at the summation point 156 be summed up. The voltage command (V r * ds ) that of the summator point 156 is output, the current error (i r ds_err ) minimize and gets into the command voltage limiter 116 entered. The d-axis output of in 1 shown command voltage limiter 116 will be at the summer point 158 from the voltage command (V r * ds ) subtracted. The from the summation point 158 output voltage difference is at element 162 multiplied by the anti-windup gain (K ad ) and the multiplied value becomes at the summing point 154 from the d-axis current error (i r ds_err ) subtracted.
Die
von dem Summiererpunkt 154 ausgegebene Differenz wird bei
Element 164 mit der Integralverstärkung (Kid)
multipliziert, der multiplizierte Wert wird durch den Integrierer 168 integriert
und der von dem Integrierer 168 ausgegebene integrierte
Wert ist ein weiterer der drei Werte, die bei dem Summiererpunkt 156 aufsummiert
werden. Der Ausgang des Stromreglers (d. h. der von dem Integrierer 168 ausgegebene
integrierte Wert und der Ausgang des Summiererpunkts 152,
der bei Element 166 durch die Proportionalverstärkungskonstante
(Kpd) skaliert ist), werden bei dem Summiererpunkt 156 zu
der Optimalwertspannung (Vrds_FF ) addiert, um den Spannungsbefehl (Vr*ds ) zu
erzeugen.The from the summation point 154 output difference is at element 164 multiplied by the integral gain (K id ), the multiplied value is given by the integrator 168 integrated and that of the integrator 168 The output integrated value is another of the three values that appear at the totalizer point 156 be summed up. The output of the current regulator (ie that of the integrator 168 output integrated value and the output of the totalizer point 152 who is at element 166 is scaled by the proportional gain constant (K pd )) will be at the summing point 156 to the optimum value voltage (V r ds_FF ) added to the voltage command (V r * ds ) to create.
3 ist
eine schematische Darstellung der Befehlsspannungsbegrenzer 116/118.
In 3 sind die Befehlsspannungsbegrenzer 116/118 zwei
separate aber identische Spannungsbegrenzer, die zum Begrenzen der
jeweiligen Eingangsspannungen (Vr*ds und Vr*qs ) dienen. Der
Befehlsspannungsausgang (Vr*ds_out und Vr*qs_out ) der beiden Begrenzer 116/118 ist
zwischen ±VrdMAX bzw. ±VrqMAX begrenzt. 3 is a schematic representation of the command voltage limiters 116 / 118 , In 3 are the command voltage limiters 116 / 118 two separate but identical voltage limiters that limit the respective input voltages (V r * ds and V r * qs ) serve. The command voltage output (V r * ds_out and V r * qs_out ) the two limiters 116 / 118 is between ± V r d MAX respectively. ± V r Qmax limited.
Bei
bekannten Systemen verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit
der Stromregelung, wenn der Wechselrichter mit dem Modulationsprozessor
jenseits des voranstehend erörterten
linearen PWM-Bereichs arbeitet. Diese Verschlechterung liegt daran,
dass die augenblickliche Ausgangsspannung des Stromreglers durch
den Übermodulationsprozessor
modifiziert wird, um sie auf die physikalische Beschränkung des
Wechselrichters einzuschränken.
Wenn durch diese Spannungsbeschränkung
ein Stromfehler verursacht wird, unterliegt der Integrierer des
PI-Reglers einer Sättigung,
und die Sättigung
erzeugt ein großes Überschwingen oder
Unterschwingen. Dies wird das Windup-Phänomen des PI-Reglers genannt.
Die Rolle einer Anti-Windup-Steuerung liegt darin, das Windup-Phänomen während der
Spannungsarretierung zu verhindern. Wenn die Ausgangsspannung häufig arretiert
wird, ist die Anti-Windup-Steuerung sehr wichtig, um ein Windup
des PI-Reglers zu verhindern und die Leistungsfähigkeit der Stromsteuerung
aufrecht zu erhalten.at
known systems deteriorates the performance
the current regulation when the inverter with the modulation processor
beyond that discussed above
linear PWM range works. This deterioration is because
that the instantaneous output voltage of the current controller by
the overmodulation processor
to modify it to the physical limitation of
Restrict inverter.
If through this voltage limitation
a current error is caused, the integrator of the
PI controller of a saturation,
and the saturation
produces a large overshoot or
Undershoot. This is called the windup phenomenon of the PI controller.
The role of anti-windup control lies in the windup phenomenon during the
To prevent tension lock. When the output voltage is often locked
is, the anti-windup control is very important to a windup
of the PI controller and to prevent the performance of the current control
to maintain.
KURZZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die
hierin beschriebenen Techniken und Technologien stellen einen Anti-Windup-Prozess für einen Synchronrahmenstromregler
eines Pulsweitenmodulations-Wechselrichters bereit, der einen AC-Motor
antreibt. Der Anti-Windup-Prozess ist in Verbindung mit einem kreisförmigen Spannungsbegrenzer
implementiert, der die Spannungsamplitudenkomponente eines Befehlsspannungs-d-q-Rahmens
auf die maximale Grundspannung des Wechselrichters begrenzt.The
Techniques and technologies described herein provide an anti-windup process for a synchronous frame current regulator
a pulse width modulation inverter that provides an AC motor
drives. The anti-windup process is in conjunction with a circular voltage limiter
implements the voltage amplitude component of a command voltage d-q frame
limited to the maximum basic voltage of the inverter.
Eine
Ausführungsform
umfasst eine Steuerungsarchitektur für einen Elektromotorcontroller.
Die Steuerungsarchitektur umfasst: einen Wandler von kartesischen
in Polarkoordinaten, der ausgestaltet ist, um eine d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*ds ) und
eine q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*qs ) zu empfangen,
und ausgestaltet ist, um eine Amplitudenkoordinate und eine Phasenkoordinate
in Ansprechen auf Vr*ds und Vr*qs bereitzustellen; einen Amplitudenbegrenzer,
der ausgestaltet ist, um die Amplitudenkoordinate zu verarbeiten,
um eine begrenzte Amplitude zu erzeugen, wenn die Amplitudenkoordinate
einen Schwellenwert überschreitet,
und um die Amplitudenkoordinate oder die be grenzte Amplitude als
eine Ausgangsamplitude bereitzustellen; und einen Wandler von Polar-
in kartesische Koordinaten, der ausgestaltet ist, um die Ausgangsamplitude
und die Phasenkoordinate zu verarbeiten, und um eine arretierte
d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*ds_out ) und eine arretierte
q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*qs_out ) auf der Grundlage
der Ausgangsamplitude und der Phasenkoordinate zu erzeugen.An embodiment includes a control architecture for an electric motor controller. The control architecture comprises: a Cartesian to Polar coordinate converter configured to provide a d-axis synchronous frame command voltage (V r * ds ) and a q-axis synchronous frame command voltage (V r * qs ) and is configured to respond to an amplitude coordinate and a phase coordinate in response V r * ds and V r * qs provide; an amplitude limiter configured to process the amplitude coordinate to produce a limited amplitude when the amplitude coordinate exceeds a threshold and to provide the amplitude coordinate or limited amplitude as an output amplitude; and a polar to Cartesian coordinate converter configured to process the output amplitude and the phase coordinate and a locked d-axis synchronous frame command voltage (V r * ds_out ) and a locked q-axis synchronous frame command voltage (V r * qs_out ) based on the output amplitude and the phase coordinate.
Eine
weitere Ausführungsform
führt ein
Verfahren zum Steuern von Befehlen für einen Wechselrichter eines
Elektromotors aus. Das Verfahren umfasst: Erhalten einer d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*ds ) und
einer q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*qs ), die einer
befohlenen Bedingung für
den Wechselrichter entsprechen; Anlegen einer kreisförmigen Spannungsgrenze,
welche eine maximale Grundspannung des Wechselrichters darstellt,
in Ansprechen auf Vr*ds und Vr*qs ; Ausführen einer Anti-Windup-Steuerung,
wenn eine Grundspannungskomponente für Vr*ds und Vr*qs die
maximale Grundspannung des Wechselrichters überschreitet; und Ignorieren
einer augenblicklichen Spannungssättigung, wenn die Grundspannungskomponente
für Vr*ds und Vr*qs die
maximale Grundspannung des Wechselrichters nicht überschreitet.Another embodiment carries out a method of controlling commands for an inverter of an electric motor. The method includes: obtaining a d-axis synchronous frame command voltage (V r * ds ) and a q-axis synchronous frame command voltage (V r * qs ) that correspond to a commanded condition for the inverter; Applying a circular voltage limit representing a maximum fundamental voltage of the inverter in response to V r * ds and V r * qs ; Performing an anti-windup control when a base voltage component for V r * ds and V r * qs the maximum basic voltage of the inverter exceeds ters; and ignoring an instantaneous voltage saturation when the fundamental voltage component for V r * ds and V r * qs does not exceed the maximum basic voltage of the inverter.
Eine
weitere Ausführungsform
wird durch eine Steuerungsarchitektur für einen Wechselrichter eines Elektromotors
dargestellt. Die Steuerungsarchitektur umfasst einen Transformationsprozessor,
der ausgestaltet ist, um aus mehrphasigen Strömen des Wechselrichters einen
synchronen d-q-Rahmen
zu erzeugen, und einen mit dem Transformationsprozessor gekoppelten
Synchronrahmenstromregler, wobei der Synchronrahmenstromregler ausgestaltet
ist, um eine erste Befehlsspannung (Vr*ds ) und eine zweite Befehlsspannung (Vr*qs ) aus
dem synchronen d-q-Rahmen und in Ansprechen auf eine befohlene Bedingung
für den
Wechselrichter zu erzeugen. Die Steuerungsarchitektur umfasst auch
einen mit dem Synchronrahmenstromregler gekoppelten kreisförmigen Spannungsbegrenzer.
Der kreisförmige
Spannungsbegrenzer ist ausgestaltet, um: Vr*ds und Vr*qs zu
verarbeiten; eine Spannungsamplitudenkomponente von Vr*ds und Vr*qs derart
zu begrenzen, dass die Spannungsamplitudenkomponente eine maximale
Grundspannung des Wechselrichters nicht überschreitet; und eine erste
arretierte Befehlsspannung (Vr*ds_out ) und eine zweite arretierte
Befehlsspannung (Vr*qs_out ) als Ausgänge zu erzeugen. Die Steuerungsarchitektur
umfasst auch eine zwischen den kreisförmigen Spannungsbegrenzer und
den Synchronrahmenstromregler gekoppelte Anti-Windup-Rückkopplungs-Anordnung.Another embodiment is represented by a control architecture for an inverter of an electric motor. The control architecture includes a transformation processor configured to generate a synchronous dq frame from polyphase currents of the inverter, and a synchronous frame current regulator coupled to the transformation processor, wherein the synchronous frame current regulator is configured, for a first command voltage (V r * ds ) and a second command voltage (V r * qs ) from the synchronous dq frame and in response to a commanded condition for the inverter. The control architecture also includes a circular voltage limiter coupled to the synchronous frame current regulator. The circular voltage limiter is designed to: V r * ds and V r * qs to process; a voltage amplitude component of V r * ds and V r * qs such that the voltage amplitude component does not exceed a maximum base voltage of the inverter; and a first locked command voltage (V r * ds_out ) and a second locked command voltage (V r * qs_out ) as outputs to produce. The control architecture also includes an anti-windup feedback arrangement coupled between the circular voltage limiter and the synchronous frame current regulator.
Diese
Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die
nachstehend in der genauen Beschreibung weiter beschrieben sind,
in einer vereinfachten Form vorzustellen. Diese Zusammenfassung
ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale
oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu kennzeichnen,
noch soll sie als eine Hilfe bei der Bestimmung des Schutzumfangs
des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.These
Abstract is provided to a selection of concepts that
are further described below in the detailed description,
in a simplified form. This summary
is not meant to be key features
or to identify essential features of the claimed subject matter;
nor should it serve as an aid in determining the scope of protection
of the claimed subject matter.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden
Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente bezeichnen undThe
The present invention will hereinafter be described in connection with the following
Drawing figures described in which like reference numerals
Denote elements and
1 eine
schematische Darstellung einer bekannten Anti-Windup-Architektur unter Verwendung herkömmlicher
Befehlsbegrenzer ist; 1 is a schematic representation of a known anti-windup architecture using conventional command delimiters;
2 eine
schematische Darstellung eines bekannten Synchronrahmenreglers mit
einem Anti-Windup-Merkmal
ist; 2 is a schematic representation of a known synchronous frame controller with an anti-windup feature;
3 ein
Blockdiagramm einer bekannten Befehlsbegrenzeranordnung ist; 3 Fig. 10 is a block diagram of a known command limiter arrangement;
4 eine
schematische Darstellung eines Stromreglers und einer Steuerungsarchitektur
für einen mehrphasigen
AC-Motor ist; 4 is a schematic representation of a current regulator and a control architecture for a polyphase AC motor;
5 ein
Diagramm ist, das die Funktionalität eines kreisförmigen Spannungsbegrenzers
veranschaulicht, der zur Verwendung mit der in 4 gezeigten
Architektur geeignet ist; und 5 FIG. 4 is a diagram illustrating the functionality of a circular voltage limiter suitable for use with the in FIG 4 shown architecture is suitable; and
6 eine
schematische Darstellung eines Befehlsbegrenzers ist, der zur Verwendung
mit der in 4 gezeigten Architektur geeignet
ist. 6 FIG. 3 is a schematic illustration of a command limiter for use with the in 4 shown architecture is suitable.
GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION
Die
nachfolgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und
ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen
der Erfindung zu beschränken.
Darüber
hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder
implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen
Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachfolgenden
genauen Beschreibung dargestellt ist.The
The following detailed description is purely exemplary in nature and
is not intended to describe the invention or the application and uses
to limit the invention.
About that
There is no intention to be affected by any explicit or
implied theory to be bound in the above technical
Area, the background, the abstract or the subsequent one
detailed description is shown.
Ausführungsformen
der Erfindung können
hierin im Hinblick auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten
und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist
festzustellen, dass derartige Blockkomponenten durch eine beliebige
Anzahl von Hardware-, Software- und/oder
Firmwarekomponenten, welche ausgestaltet sind, um die angegebenen
Funktionen auszuführen,
realisiert sein können.
Zum Beispiel kann eine Ausführungsform
der Erfindung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z.
B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente,
Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, welche eine Vielzahl
von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder
anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können. Zusätzlich werden Fachleute erkennen,
dass Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl
von Elektromotoranwendungen umgesetzt werden können und dass das hierin beschriebene
System nur eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist.Embodiments of the invention may be described herein in terms of functional and / or logical block components and various processing steps. It will be appreciated that such block components may be implemented by any number of hardware, software, and / or firmware components configured to perform the specified functions. For example, one embodiment of the invention may include various integrated circuit components, e.g. For example, memory elements, digital signal processing elements, logic elements, look-up tables, or the like that perform a variety of functions under the control of one or more microprocessors or other control devices. In addition, those skilled in the art will recognize that embodiments of the present invention can be practiced in conjunction with any number of electric motor applications and that the system described herein is only one example embodiment of the invention.
Der
Kürze halber
kann es sein, dass herkömmliche
Techniken bezüglich
AC-Motoren, AC-Motorsteuerungsschemata und anderer funktionaler
Aspekte der Systeme (und der individuellen Betriebskomponenten der
Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus
sind die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigten
Verbindungslinien dazu gedacht, beispielhafte funktionale Beziehungen
und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen
darzustellen. Es sei angemerkt, dass viele alternative oder zusätzliche
funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer
Ausführungsform
der Erfindung vorhanden sein können.Of the
For brevity
can it be that conventional
Techniques regarding
AC motors, AC motor control schemes and other functional
Aspects of the systems (and the individual operating components of the
Systems) are not described in detail herein. Furthermore
are shown in the various figures contained herein
Connecting lines intended to exemplify functional relationships
and / or physical couplings between the different elements
display. It should be noted that many alternative or additional
functional relationships or physical connections in one
embodiment
of the invention may be present.
Die
nachfolgende Beschreibung kann sich auf Elemente oder Knoten oder
Merkmale beziehen, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. In diesem Kontext bedeutet ”verbunden”, sofern
es nicht ausdrücklich
anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem
weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt
damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
Auf gleiche Weise bedeutet ”gekoppelt”, sofern
es nicht ausdrücklich
anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem
weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder
direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise
mechanisch. Daher können, obwohl
das in 4 gezeigte Schema eine beispielhafte Anordnung
von Elementen zeigt, zusätzliche
dazwischen kommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten
bei einer Ausführungsform
der Erfindung vorhanden sein.The following description may refer to elements or nodes or features that are "connected" or "coupled" together. In this context, unless expressly stated otherwise, "connected" means that one element / node / feature is directly connected to (or directly communicates with) another element / node / feature, and not necessarily mechanically. Likewise, unless expressly stated otherwise, "coupled" means that one element / node / feature is directly or indirectly connected to (or directly or indirectly communicates with) another element / node / feature, and not necessarily mechanically , Therefore, although the in 4 12 shows an example arrangement of elements, additional intervening elements, devices, features, or components may be present in one embodiment of the invention.
Ein
herkömmliches
Anti-Windup-System, welches augenblicklich aktiviert wird, wenn
die Ausgangsspannung arretiert wird, arbeitet gut, wenn die Spannung
während
einer transienten Bedingung kurzzeitig arretiert wird. Man hat jedoch
herausgefunden, dass sich der Controller kontinuierlich in dem Übermodulationsbereich
(einschließlich
der sechsstufigen PWM) befindet und dass die Ausgangsspannung des
Stromreglers durch den Übermodulationsprozessor
für längere Zeiten
modifiziert und arretiert wird, wenn der Stromcontroller in der
Nähe der
Maximalgrenzen betrieben wird. Folglich bietet das herkömmliche
Anti-Windup-System keine gute Leistungsfähigkeit.One
conventional
Anti-windup system, which is activated immediately, if
The output voltage is locked, works well when the voltage
while
a transient condition is temporarily arrested. One has however
found that the controller is continuously in the overmodulation area
(including
the six-stage PWM) and that the output voltage of the
Current controller by the overmodulation processor
for longer periods
is modified and locked when the current controller in the
Near the
Maximum limits is operated. Consequently, the conventional offers
Anti-windup system no good performance.
Bei
den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen arbeitet ein neuer
Anti-Windup-Prozess mit Übermodulationsverfahren,
die entworfen sind, um die Grundkomponente der befohlenen Spannung
zu realisieren. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren ignoriert
die neue Anti-Windup-Steuerungstechnik eine
augenblickliche Spannungssättigung,
sofern die Grundkomponente realisiert wird. Dieses Anti-Windup-System
wird nur aktiviert, wenn der Grundspannungsbefehl die durch den
Wechselrichter realisierbare Grenze überschreitet. Der Unterschied
zwischen herkömmlichen
Techniken und der neuen Technik wird deutlich, wenn die Amplitude
der Stromcontrollerausgangsspannung größer als 1 / √3Vdc wird.
In diesem Fall wird die Ausgangsspannung sechsmal bei jedem Zyklus
durch die (theoretisch) sechseckige Spannungsgrenze arretiert, welche
die physikalische Begrenzung des Wechselrichters ist. Die herkömmliche
Anti-Windup-Steuerung wird jedes Mal dann aktiviert, wenn die Spannung
durch Übermodulation
modifiziert wird. Der häufige
Betrieb der Anti-Windup-Schleife verschlechtert die Leistungsfähigkeit
des Stromreglers. Die vorgeschlagene Anti-Windup-Technik wird jedoch
nicht aktiviert, solange die Grundkomponente von dem Übermodulationsprozessor
synthetisiert wird und die Amplitude der Grundspannung kleiner als
der vorbestimmte Wert ist.In the embodiments described below, a new anti-windup process uses overmodulation techniques designed to implement the fundamental component of the commanded voltage. Unlike the conventional method, the new anti-windup control technology ignores instantaneous voltage saturation as long as the fundamental component is realized. This anti-windup system is only activated if the basic voltage command exceeds the limit that can be achieved by the inverter. The difference between conventional techniques and the new technique becomes apparent when the amplitude of the current controller output voltage becomes greater than 1 / √3V dc . In this case, the output voltage is locked six times at each cycle by the (theoretical) hexagonal voltage limit, which is the physical limit of the inverter. The conventional anti-windup control is activated each time the voltage is modified by overmodulation. The frequent operation of the anti-windup loop degrades the performance of the current controller. However, the proposed anti-windup technique is not activated as long as the fundamental component is synthesized by the overmodulation processor and the amplitude of the fundamental voltage is less than the predetermined value.
4 ist
eine schematische Darstellung eines Stromreglers und einer Steuerungsarchitektur 200 für einen
mehrphasigen AC-Motor 202. Die Steuerungsarchitektur 200 ist
geeignet ausgestaltet, um Befehle für einen Wechselrichter 204 (z.
B. einen PWM-Wechselrichter) zu steuern, der den AC-Motor 202 antreibt.
In der Praxis kann die Steuerungsarchitektur 200 in einem
Elektromotorcontroller verwendet werden, der mit dem AC-Motor 202 gekoppelt
ist. Die Steuerungsarchitektur 200 umfasst allgemein, ohne
eine Beschränkung:
einen Synchronrahmenstromregler 206; einen mit den Ausgängen des
Synchronrahmenstromreglers 206 gekoppelten kreisförmigen Spannungsbegrenzer 208;
einen mit den Ausgängen
des kreisförmigen
Spannungsbegrenzers 208 gekoppelten Rotationstransformationsprozessor 210;
einen mit den Ausgängen
des Rotationstransformationsprozessors 210 gekoppelten Übermodulationsprozessor 212;
einen mit den Ausgängen des Übermodulationsprozessors 212 gekoppelten
Umkehrtransformationsprozessor 214; und einen mit den Ausgängen des
PWM-Wechselrichters 204 gekoppelten
Transformationsprozessor 216. Bei dieser Ausführungsform
ist der PWM-Wechselrichter 204 mit den Ausgängen des
Transformationsprozessors 216 gekoppelt und der Synchronrahmenstromregler 206 ist
mit den Ausgängen
des Transformationsprozessors 216 gekoppelt. Die Steuerungsarchitektur 200 kann
einige der Elemente, Komponenten und Merkmale umfassen, die mit Bezug
auf 1 erörtert
wurden, und derartige gemeinsame Elemente, Komponenten und Merkmale
werden hier im Detail nicht redundant beschrieben. Bemerkenswerterweise
verwendet die Steuerungsarchitektur 200 einen kreisförmigen Spannungsbegrenzer 208 anstelle
separater Befehlsspannungsbegrenzer 116/118, wie sie
in 1 gezeigt sind. Darüber hinaus werden die von dem
kreisförmigen
Spannungsbegrenzer 208 ausgegebenen arretierten Befehlsspannungen (Vr*ds_out und Vr*qs_out ) durch
einen völlig
anderen Prozess erzeugt. 4 is a schematic representation of a current regulator and a control architecture 200. for a multi-phase AC motor 202 , The control architecture 200. is suitably designed to provide commands for an inverter 204 (eg a PWM inverter) controlling the AC motor 202 drives. In practice, the control architecture 200. can be used in an electric motor controller connected to the AC motor 202 is coupled. The control architecture 200. generally includes, without limitation, a synchronous frame current regulator 206 ; one with the outputs of the synchronous frame current regulator 206 coupled circular voltage limiter 208 ; one with the outputs of the circular voltage limiter 208 coupled rotation transformation processor 210 ; one with the outputs of the rotation transformation processor 210 coupled overmodulation processor 212 ; one with the outputs of the overmodulation processor 212 coupled inverse transformation processor 214 ; and one with the outputs of the PWM inverter 204 coupled transformation processor 216 , In this embodiment, the PWM inverter 204 with the outputs of the transformation processor 216 coupled and the synchronous frame current regulator 206 is with the outputs of the transformation processor 216 coupled. The control architecture 200. can include some of the elements, components and features that come with in reference to 1 have been discussed, and such common elements, components and features will not be described redundantly herein in detail. Remarkably, the control architecture uses 200. a circular voltage limiter 208 instead of separate command voltage limiters 116 / 118 as they are in 1 are shown. In addition, those of the circular voltage limiter 208 issued locked command voltages (V r * ds_out and V r * qs_out ) generated by a completely different process.
Im
Betrieb empfängt
der Transformationsprozessor 216 die mehrphasigen Ströme (ias, ibs und ics) von dem PWM-Wechselrichter 204 und
erzeugt synchrone d-q-Rahmen, die den mehrphasigen Strömen entsprechen.
Der von dem Transformationsprozessor 216 ausgegebene synchrone
d-q-Rahmen ist durch
einen gemessenen d-Achsenstrom (irds ) und einen gemessenen q-Achsenstrom (irqs ) dargestellt.
Der von dem Transformationsprozessor 216 erzeugte synchrone
d-q-Rahmenausgang dient als ein Eingang für den Synchronrahmenstromregler 206,
welcher auch d-Achsen-
und q-Achsen-Befehlsströme (ir*ds und ir*qs ) als
Eingänge
empfängt.
Diese Befehlsströme
stellen eine befohlene Bedingung für den PWM-Wechselrichter 204 dar, und
diese Befehlsströme
können
als synchrone d-q-Befehlsrahmen
realisiert sein. Bei dieser Ausführungsform
empfängt der
Synchronrahmenstromregler 206 auch Optimalwertspannungen (Vrds_FF und Vrqs_FF ) als
Eingänge.In operation, the transformation processor receives 216 the polyphase currents (i as , i bs and i cs ) from the PWM inverter 204 and generates synchronous dq frames corresponding to the polyphase currents. The one of the transformation processor 216 output synchronous dq frames is through a measured d-axis current (i r ds ) and a measured q-axis current (i r qs ) shown. The one of the transformation processor 216 synchronous dq frame output generated serves as an input to the synchronous frame current regulator 206 which also includes d-axis and q-axis command streams (i r * ds and i r * qs ) as inputs receives. These command streams provide a commanded condition for the PWM inverter 204 , and these instruction streams may be implemented as synchronous dq instruction frames. In this embodiment, the synchronous frame current regulator receives 206 also optimum voltage (V r ds_FF and V r qs_FF ) as inputs.
Der
Synchronrahmenstromregler 206 ist geeignet ausgestaltet,
um eine erste Befehlsspannung (z. B. die d-Achsen-Befehlsspannung Vr*ds ) und
eine zweite Befehlsspannung (z. B. die q-Achsen-Befehlsspannung Vr*qs ) aus
dem synchronen d-q-Rahmen in Ansprechen auf die befohlene Bedingung
für den
PWM-Wechselrichter 204 zu erzeugen. In dieser Hinsicht
kann der Synchronrahmenstromregler 206 als eine Befehlsquelle
dienen, die Vr*ds und Vr*qs erzeugt. In der Praxis wird eine
Synchronrahmenstromregelung in Ansprechen auf die d-q-Stromrahmen,
die von dem Transformationsprozessor 216 ausgegeben werden,
und in Ansprechen auf die d-q-Befehlsrahmen,
welche die Sollbefehlsbedingungen für den PWM-Wechselrichter 204 darstellen,
ausgeführt.
Wie hierin genauer beschrieben ist, kann der Synchronrahmenstromregler 206 auch
durch die Ausgänge
des kreisförmigen
Spannungsbegrenzers 208 beeinflusst werden; diese Ausgänge werden
an den Synchronrahmenstromregler 206 zurückgekoppelt.The synchronous frame current regulator 206 is suitably configured to a first command voltage (eg, the d-axis command voltage V r * ds ) and a second command voltage (eg, the q-axis command voltage V r * qs ) from the synchronous dq frame in response to the commanded condition for the PWM inverter 204 to create. In this regard, the synchronous frame current regulator 206 serve as a command source that V r * ds and V r * qs generated. In practice, synchronous frame current regulation is performed in response to the dq current frames supplied by the transformation processor 216 and in response to the dq command frames indicating the target command conditions for the PWM inverter 204 represent, executed. As described in greater detail herein, the synchronous frame current regulator 206 also through the outputs of the circular voltage limiter 208 to be influenced; these outputs are sent to the synchronous frame current controller 206 fed back.
Der
kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 empfängt Vr*ds und Vr*qs von
dem Synchronrahmenstromregler 206 und verarbeitet Vr*ds und Vr*qs in
einer geeigneten Weise. Zum Beispiel kann der kreisförmige Spannungsbegrenzer 208 eine
Spannungsamplitudenkomponente von Vr*ds und Vr*qs derart begrenzen,
dass die Spannungsamplitudenkomponente die maximale Grundspannung
des PWM-Wechselrichters 204 nicht überschreitet. In dieser Hinsicht
kann der kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 eine kreisförmige Spannungsgrenze anwenden,
welche die maximale Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 darstellt,
um die Spannungsamplitudenkomponente effektiv derart zu verringern,
dass sie einen vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Bei einer Ausführungsform
nähert
der kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 das Sechseck an, das von den Schaltzustandsvektoren
gebildet wird, die einem dreiphasigen Wechselrichter mit zwei Pegeln
zugeordnet sind.The circular voltage limiter 208 receives V r * ds and V r * qs from the synchronous frame current regulator 206 and processed V r * ds and V r * qs in a suitable way. For example, the circular voltage limiter 208 a voltage amplitude component of V r * ds and V r * qs such that the voltage amplitude component is the maximum fundamental voltage of the PWM inverter 204 does not exceed. In this regard, the circular voltage limiter 208 apply a circular voltage limit, which is the maximum fundamental voltage of the PWM inverter 204 to effectively reduce the voltage amplitude component so as not to exceed a predetermined threshold. In one embodiment, the circular voltage limiter approximates 208 the hexagon formed by the switching state vectors associated with a two-level three-phase inverter.
Zusätzlich zu
der Spannungsamplitudenkomponente weisen Vr*ds und Vr*qs eine
Phasenkomponente auf. Wenn bei einer Ausführungsform die Spannungsamplitudenkomponente
die maximale Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 überschreitet,
verringert der kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 die Spannungsamplitudenkomponente
und behält
die Phasenkomponente bei, und wenn die Spannungsamplitudenkomponente
die maximale Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 nicht überschreitet,
behält
der kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 sowohl die Spannungsamplitudenkomponente
als auch die Phasenkomponente bei.In addition to the voltage amplitude component V r * ds and V r * qs a phase component. In one embodiment, the voltage amplitude component is the maximum base voltage of the PWM inverter 204 exceeds the circular voltage limiter decreases 208 the voltage amplitude component and maintains the phase component, and when the voltage amplitude component, the maximum base voltage of the PWM inverter 204 does not exceed the circular voltage limiter reserves 208 both the voltage amplitude component and the phase component.
Der
kreisförmige
Spannungsbegrenzer 208 erzeugt eine erste arretierte Befehlsspannung
(z. B. eine d-Achsenspannung Vr*ds_out ) und eine zweite arretierte
Befehlsspannung (z. B. eine q-Achsenspannung Vr*qs_out ) als Ausgänge. Wie
in 4 dargestellt ist, werden diese Ausgänge an den
Synchronrahmenstromregler 206 zurückgekoppelt. Der Synchronrahmenstromregler 206 kann
allgemein wie voranstehend beschrieben ausgestal tet sein, und er
kann die Anordnung verwenden, die in 2 veranschaulicht
ist.The circular voltage limiter 208 generates a first locked command voltage (eg, a d-axis voltage V r * ds_out ) and a second locked command voltage (eg, a q-axis voltage V r * qs_out ) as exits. As in 4 are shown, these outputs to the synchronous frame current controller 206 fed back. The synchronous frame current regulator 206 can generally be ausgestal tet as described above, and he can use the arrangement that in 2 is illustrated.
Mit
Bezug auf 2 können die Ausgänge des
kreisförmigen
Spannungsbegrenzers 208 eine Anti-Windup-Anordnung für die Steuerungsarchitektur 200 speisen,
wobei die Anti-Windup-Anordnung zwischen den kreisförmigen Spannungsbegrenzer 208 und
den Synchronrahmenstromregler 206 gekoppelt ist (die Anti-Windup-Anordnung
kann als ein Bestandteil des Synchronrahmenstromreglers 206 angesehen
werden). Bei diesem Beispiel stellen der Summiererpunkt 158 und
das Anti-Windup-Verstärkungselement 162 den
Abschnitt der Anti-Windup-Rückkopplungsanordnung
für die
d-Achsenverarbeitung dar; ein äquivalenter
Abschnitt wird für
die q-Achsenverarbeitung verwendet. Die Anti-Windup-Rückkopplungsanordnung leitet
ein Fehlersignal von Vr*ds und Vr*ds_out , und ein weiteres Fehlersignal
von Vr*qs und Vr*qs_out ab. Zum Beispiel erzeugt der Summiererpunkt 158 ein
Fehlersignal aus Vr*ds und Vr*ds_out als einen Ausgang, und dieses
Fehlersignal wird von dem Anti-Windup-Verstärkungselement 162 verarbeitet.
In der Steuerungsarchitektur 200 führt die Anti-Windup-Rückkopplungsanordnung
eine Anti-Windup-Steuerung aus, wenn die Spannungsamplitudenkomponente
von Vr*ds und Vr*qs die maximale Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 überschreitet.
Andererseits ignoriert die Anti-Windup-Rückkopplungsanordnung eine augenblickliche
Spannungssättigung
oder beachtet diese nicht, wenn die Spannungsamplitudenkomponente
die maximale Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 nicht überschreitet.Regarding 2 can be the outputs of the circular voltage limiter 208 an anti-windup arrangement for the control architecture 200. feed, with the anti-windup arrangement between the circular voltage limiter 208 and the synchronous frame current regulator 206 coupled (the anti-windup arrangement may be included as part of the synchronous frame current regulator 206 be considered). In this example, the totalizer point 158 and the anti-windup reinforcing member 162 the section of the anti-windup feedback arrangement for the d-axis processing; an equivalent section is used for the q-axis processing. The anti-windup feedback arrangement derives an error signal from V r * ds and V r * ds_out . and another error signal from V r * qs and V r * qs_out from. For example, the Summiererpunkt 158 an error signal V r * ds and V r * ds_out as an output, and this error signal is from the anti-windup gain element 162 processed. In the control architecture 200. The anti-windup feedback device performs anti-windup control when the voltage amplitude component of V r * ds and V r * qs the maximum basic voltage of the PWM inverter 204 exceeds. On the other hand, if the voltage amplitude component is the maximum fundamental voltage of the PWM inverter, the anti-windup feedback arrangement ignores or ignores instantaneous voltage saturation 204 does not exceed.
Der
Rotationstransformationsprozessor 210, welcher mit dem
kreisförmigen
Spannungsbegrenzer 208 gekoppelt ist, ist geeignet ausgestaltet,
um Vr*ds_out zu drehen und in einen ersten stationären Spannungsbefehl
(z. B. die stationäre
d-Achsenbefehlsspannung Vr*ds_out ) zu transformieren, und um Vr*qs_out zu
drehen und in einen zweiten stationären Spannungsbefehl (z. B.
die stationäre
q-Achsenbefehlsspannung Vr*qs_out ) zu transformieren.The rotation transformation processor 210 , which with the circular voltage limiter 208 is suitably configured to V r * ds_out and a first stationary voltage command (eg, the stationary d-axis command voltage V r * ds_out ) to transform, and to V r * qs_out and a second stationary voltage command (eg, the stationary q-axis command voltage V r * qs_out ) to transform.
Der Übermodulationsprozessor 212 empfängt Vr*ds_out und Vr*qs_out von dem Rotationstransformationsprozessor 210.
Der Übermodulationsprozessor 212 ist
geeignet ausgestaltet, um eine Grundkomponente von Vr*ds_out und Vr*qs_out in
Ansprechen auf Vs*ds_out und Vs*qs_out zu
realisieren. In der Praxis kann der Übermodulationsprozessor 212 eine Übermodulation
auf Vs*ds_out und Vs*qs_out ausführen,
um die Grundspannungskomponente für Vr*ds und Vr*qs bis
hin zu der maximalen Grundspannung des PWM-Wechselrichters 204 zu
realisieren.The overmodulation processor 212 receives V r * ds_out and V r * qs_out from the rotation transformation processor 210 , The overmodulation processor 212 is suitably designed to be a basic component of V r * ds_out and V r * qs_out in response to V s * ds_out and V s * qs_out to realize. In practice, the overmodulation processor 212 an overmodulation on V s * ds_out and V s * qs_out Run the base stress component for V r * ds and V r * qs up to the maximum basic voltage of the PWM inverter 204 to realize.
Bei
einer Ausführungsform
ist der Übermodulationsprozessor 212 geeignet
ausgestaltet, um eine erste modifizierte Spannung (z. B. die d-Achsenspannung Vs*ds_ov ) zu
erzeugen, die eine Grundkomponente mit einer Amplitude und Phase
aufweist, die mit denjenigen von Vs*ds_out in einem stationären Zustand übereinstimmen.
Darüber
hinaus ist der Übermodulationsprozessor 212 geeignet
ausgestaltet, um eine zweite modifizierte Spannung (z. B. die q-Achsenspannung Vs*qs_ov ) zu
erzeugen, die eine Grundkomponente mit einer Amplitude und Phase
aufweist, die mit denjenigen von Vs*qs_out in einem stationären Zustand übereinstimmen.
Der Übermodulationsprozessor 212 arbeitet
so, dass die Spannungslinearität
des Motorcontrollers erhalten bleibt, indem die begrenzten Spannungsbefehle
in dem sechseckigen Vektorraum gehalten werden. Diese modifizierten
d-q-Spannungen dienen
als Eingänge
an den Umkehrtransformationsprozes sor 214. Bei dieser Ausführungsform
ist der Umkehrtransformationsprozessor 214 ausgestaltet,
um Vs*ds_ov und Vs*qs_ov in eine mehrphasige sinusförmige Notation
für den
PWM-Wechselrichter 204 umzuwandeln. Bei der dreiphasigen
Ausführungsform,
die hierin beschrieben ist, erzeugt der Umkehrtransformationsprozessor 214 drei
Befehlsspannungsausgänge V*as , V*bs und V*cs . In one embodiment, the overmodulation processor is 212 adapted to a first modified voltage (eg, the d-axis voltage V s * ds_ov ) which has a fundamental component with an amplitude and phase similar to those of V s * ds_out in a steady state match. In addition, the overmodulation processor 212 adapted to a second modified voltage (eg, the q-axis voltage V s * qs_ov ) which has a fundamental component with an amplitude and phase similar to those of V s * qs_out in a steady state match. The overmodulation processor 212 operates to maintain the voltage linearity of the motor controller by maintaining the limited voltage commands in the hexagonal vector space. These modified dq voltages serve as inputs to the reverse transformation processor 214 , In this embodiment, the inverse transformation processor is 214 designed to V s * ds_ov and V s * qs_ov in a multi-phase sinusoidal notation for the PWM inverter 204 convert. In the three-phase embodiment described herein, the inverse transformation processor generates 214 three command voltage outputs V * as . V * bs and V * cs ,
5 ist
ein Diagramm, das die Funktionalität eines kreisförmigen Spannungsbegrenzers
veranschaulicht, beispielsweise des kreisförmigen Spannungsbegrenzers 208 in 4.
Dieses Diagramm veranschaulicht schematisch die Weise, auf welche
der kreisförmige
Spannungsbegrenzer arbeitet, um die Spannungsamplitudenkomponente,
die Vr*ds und Vr*qs entspricht, zu begrenzen. Die Horizontalachse
in 5 entspricht der d-Achsenkomponente, und die Vertikalachse
in 5 entspricht der q-Achsenkomponente. Der Radius des Kreises
in 5 stellt die maximale Spannungsamplitude dar,
die von dem kreisförmigen
Spannungsbegrenzer zugelassen wird. Wie voranstehend beschrieben,
entspricht diese maximale Amplitude der maximalen Grundspannung
(Vfund_max) des PWM-Wechselrichters. 5 Figure 11 is a diagram illustrating the functionality of a circular voltage limiter, such as the circular voltage limiter 208 in 4 , This diagram schematically illustrates the manner in which the circular voltage limiter operates to calculate the voltage amplitude component V r * ds and V r * qs corresponds to limit. The horizontal axis in 5 corresponds to the d-axis component, and the vertical axis in 5 corresponds to the q-axis component. The radius of the circle in 5 represents the maximum voltage amplitude allowed by the circular voltage limiter. As described above, this maximum amplitude corresponds to the maximum fundamental voltage (V fund_max ) of the PWM inverter.
Der
gestrichelte Pfeil 300 stellt eine Spannungsamplitudenkomponente
von Vr*ds und Vr*qs dar, welche die maximal zulässige Amplitude überschreitet.
Unter dieser Bedingung verringert der kreisförmige Spannungsbegrenzer die
Amplitudenkomponente auf eine Amplitude, welche die maximal zulässige Amplitude
nicht überschreitet.
Der durchgezogene Pfeil 302 stellt die begrenzte Amplitude
dar. Bei diesem Beispiel ist die begrenzte Amplitude 302 gleich
der maximal zulässigen
Amplitude. Wie nachfolgend genauer beschrieben ist, ist der kreisförmige Spannungsbegrenzer
geeig net ausgestaltet, um diese begrenzte Amplitude 302 zu
verarbeiten, um Vr*ds_out und Vr*qs_out zu erzeugen.The dashed arrow 300 represents a voltage amplitude component of V r * ds and V r * qs which exceeds the maximum allowable amplitude. Under this condition, the circular voltage limiter reduces the amplitude component to an amplitude which does not exceed the maximum allowable amplitude. The solid arrow 302 represents the limited amplitude. In this example, the limited amplitude 302 equal to the maximum allowable amplitude. As described in more detail below, the circular voltage limiter is designed geeig net to this limited amplitude 302 to process V r * ds_out and V r * qs_out to create.
6 ist
eine schematische Darstellung eines kreisförmigen Spannungsbegrenzers 400,
der zur Verwendung mit der in 4 gezeigten
Architektur geeignet ist. Wie in 6 dargestellt
ist, umfasst der kreisförmige
Spannungsbegrenzer 400 einen Wandler von kartesischen in
Polarkoordinaten 402, einen Polarbereichsbegrenzer (Amplitudenbegrenzer) 404 und
einen Wandler von Polar- in kartesische Koordinaten 406. Die
Befehlsausgangsspannungen Vr*ds und Vr*qs von dem Synchronrahmenstromregler 206,
die ursprünglich
in den kartesischen Koordinaten d und q dargestellt sind, werden
in dem Wandler 402 in Polarkoordinaten ρ (Amplitude) und φ (Phase)
umgewandelt. Als Nächstes
wird nur die p-Koordinate im Begrenzer 404 falls nötig begrenzt
(d. h. arretiert). Der Wert des Begrenzers kann von Null bis zu 2 / πVdc reichen, welches die maximale Grundkomponente
einer sechsstufigen Betriebsart ist. Wie voranstehend erwähnt, erzeugt
der Begrenzer 404 eine begrenzte Amplitude, wenn die Amplitudenkoordinate
diesen maximalen Schwellenwert überschreitet, und
der Begrenzer 404 stellt die Amplitudenkoordinate oder
die begrenzte Amplitude als eine Ausgangsamplitude (z. B. eine arretierte
p-Koordinate) bereit. Schließlich
werden die arretierte p-Koordinate und die nicht verarbeitete φ-Koordinate
im Wandler 406 von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten
zurückgewandelt. In
der Praxis ist der Wandler 406 geeignet ausgestaltet, um
eine arretierten d-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*ds_out ) und
eine arretierte q-Achsen-Synchronrahmenbefehlsspannung (Vr*qs_out ) auf
der Grundlage der arretierten p-Koordinate und der beibehaltenen φ-Koordinate zu erzeugen. 6 is a schematic representation of a circular voltage limiter 400 for use with the in 4 shown architecture is suitable. As in 6 is illustrated includes the circular voltage limiter 400 a converter of Cartesian to polar coordinates 402 , a polar domain limiter (amplitude limiter) 404 and a polar-to-Cartesian coordinate converter 406 , The command output voltages V r * ds and V r * qs from the synchronous frame current regulator 206 , which are originally represented in the Cartesian coordinates d and q, are in the converter 402 converted into polar coordinates ρ (amplitude) and φ (phase). Next, only the p coordinate in the delimiter 404 if necessary limited (ie locked). The value of the limiter may range from zero to 2 / πV dc , which is the maximum fundamental component of a six-step mode of operation. As mentioned above, the limiter generates 404 a limited amplitude when the amplitude coordinate exceeds this maximum threshold, and the limiter 404 provides the amplitude coordinate or limited amplitude as an output amplitude (eg, a locked p-coordinate). Finally, the locked p-coordinate and the unprocessed φ-coordinate become the converter 406 polar coordinates back to Cartesian coordinates. In practice, the converter 406 adapted to a locked d-axis synchronous frame command voltage (V r * ds_out ) and a locked q-axis synchronous frame command voltage (V r * qs_out ) on the basis of the locked p-coordinate and the retained φ-coordinate.
Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der Wandler 402 von
kartesisch in polar mit dem Synchronrahmenstromregler 206 gekoppelt,
und der Wandler 406 von polar in kartesisch ist mit dem
Rotationstransformationsprozessor 210 gekoppelt.At the in 4 embodiment shown is the converter 402 from Cartesian to polar with the synchronous frame current regulator 206 coupled, and the converter 406 of polar in Cartesian is with the rotation transformation processor 210 coupled.
Wieder
mit Bezug auf 4 ist der PWM-Wechselrichter 204 herkömmlich mit
physikalischen Komponenten ausgebildet, die typischerweise IGBT-Schalter oder ein
geeignetes Äquivalent
umfassen. Der AC-Motor 202 ist auch eine physikalische
Komponente. Bei Ausführungsformen
der Erfindung sind der Transformationsprozessor 216 und
der Umkehrtransformationsprozessor 214 als Software implementiert.
In der Praxis kann die Steuerungsarchitektur 200 Hardwareschnittstellenkomponenten
verwenden (z. B. Analogschaltungen und einen Analog/Digital-Wandler),
welche die Ströme
ias, ibs und ics einlesen. Auf ähnliche Weise kann die Steuerungsarchitektur 200 Hardwareschnittstellenkomponenten
(z. B. Digitalschaltungen und einen Zähler) zwischen dem Umkehrtransformationsprozessor 214 und
dem PWM-Wechselrichter 204 verwenden, wobei derartige Komponenten
die Impulsfolgen in Ansprechen auf V*as , V*bs und V*cs erzeugen.
Andere in 4 dargestellte Elemente sind
in einem Prozessor ausgeführt,
der von einer computerausführbaren
Software gesteuert wird. Der Prozessor führt eine Software aus, die
Anweisungen zur Steuerung des Prozessors umfasst, um jede der voranstehend
beschriebenen Funktionen auszuführen.
Obwohl 10.000 Iterationen pro Sekunde als eine typische Zyklusrate
zur Ausführung
der beschriebenen Berechnung angesehen werden können, kann die Iterationsrate
auch mehr oder weniger als 10.000 Zyklen pro Sekunde umfassen. Der
Prozessor selbst kann ein Mikroprozessor sein, Teil eines weiteren
Prozessors oder ein beliebiges Äquivalent. Äquivalente
umfassen anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs),
programmierbare Gatearrays (PGAs), diskrete Kom ponenten, die ausgestaltet
sind, um die Funktionen auszuführen,
oder dergleichen.Again with respect to 4 is the PWM inverter 204 conventionally formed with physical components that typically include IGBT switches or a suitable equivalent. The AC motor 202 is also a physical component. Embodiments of the invention are the transformation processor 216 and the inverse transformation processor 214 implemented as software. In practice, the control architecture 200. Use hardware interface components (eg, analog circuits and an analog-to-digital converter) that read in the currents i as , i bs, and i cs . Similarly, the control architecture 200. Hardware interface components (eg, digital circuits and a counter) between the inverse transformation processor 214 and the PWM inverter 204 use, such components in response to the pulse trains V * as , V * bs and V * cs produce. Others in 4 Elements shown are implemented in a processor controlled by computer-executable software. The processor executes software that includes instructions for controlling the processor to perform each of the functions described above. Although 10,000 iterations per second may be considered as a typical cycle rate for performing the described computation, the iteration rate may also include more or less than 10,000 cycles per second. The processor itself may be a microprocessor, part of another processor, or any equivalent. Equivalents include application specific integrated circuits (ASICs), programmable gate arrays (PGAs), discrete components configured to perform the functions, or the like.
Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst ein Verfahren ein Umwandeln von Befehlen von kartesischen
Koordinaten in Polarkoordinaten mit einer Amplitude und einem Winkel.
Das Verfahren umfasst ferner ein Begrenzen der Amplitude auf einen
vorbestimmten Wert, um eine begrenzte Amplitude bereitzustellen,
und ein Umwandeln der begrenzten Amplitude und der Winkelkoordinate
in kartesische Koordinaten.at
a further embodiment
For example, one method involves converting commands from Cartesian
Coordinates in polar coordinates with an amplitude and an angle.
The method further includes limiting the amplitude to one
predetermined value to provide a limited amplitude,
and converting the limited amplitude and the angular coordinate
in Cartesian coordinates.
Bei
noch einer weiteren Ausführungsform
umfasst ein prozessorlesbares Medium Anweisungen für einen
Prozessor, um Befehle von kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten
mit einer Amplitude und einem Winkel umzuwandeln. Das prozessorlesbare
Medium umfasst ferner Anweisungen für den Prozessor, um die Amplitude
auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen und eine begrenzte Amplitude
bereitzustellen, und Anweisungen für den Prozessor, um die begrenzte
Amplitude und die Winkelkoordinate in kartesische Koordinaten umzuwandeln.at
yet another embodiment
For example, a processor-readable medium includes instructions for one
Processor to get commands from Cartesian coordinates in polar coordinates
with an amplitude and an angle to convert. The processor readable
Medium also includes instructions for the processor to adjust the amplitude
to limit to a predetermined value and a limited amplitude
provide and instructions for the processor to the limited
Amplitude and the angle coordinate to Cartesian coordinates to convert.
Es
ist festzustellen, dass die hierin beschriebenen Techniken und Technologien
auf äquivalente
Weise in einer Steuerungsarchitektur implementiert werden können, die
einen anderen Typ von Synchronrahmenstromregler umfasst. Beispielsweise
können
die voranstehend beschriebenen kreisförmigen Spannungsbegrenzungs-
und Anti-Windup-Techniken in dem Kontext einer Steuerungsarchitektur
verwendet werden, die einen komplexen Vektorstromregler verwendet.It
It should be noted that the techniques and technologies described herein
to equivalent
Can be implemented in a control architecture, the
another type of synchronous frame current regulator. For example
can
the above-described circular voltage limiting
and anti-windup techniques in the context of a control architecture
used, which uses a complex vector current regulator.
Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass
eine große
Anzahl von Varianten existiert. Es ist auch festzustellen, dass die
beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen
nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang,
die Anwendbarkeit oder Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner
Weise zu beschränken.
Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten
eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften
Ausführungsform
oder der beispielhaften Ausführungsformen
bereitstellen. Es ist zu verstehen, dass in der Funktion und Anordnung
von Elementen verschiedene Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
und deren juristischen Äquivalenten
offen gelegt ist.Even though
at least one exemplary embodiment in the preceding
detailed description, it should be noted that
a big
Number of variants exists. It is also noted that the
exemplary embodiment
or the exemplary embodiments
are only examples and are not intended to limit the scope of protection,
the applicability or embodiment of the invention in any
Way to restrict.
Instead, the above detailed description will be expert
a useful guide to implementing the example
embodiment
or the exemplary embodiments
provide. It is understood that in the function and arrangement
different changes from elements
carried out
can be
without departing from the scope of the invention as embodied in the
attached
claims
and their legal equivalents
is disclosed.
