DE102019218537A1

DE102019218537A1 - Method and device for diagnosing a regulation of an electrical machine

Info

Publication number: DE102019218537A1
Application number: DE102019218537.1A
Authority: DE
Inventors: Wei-Lung Lee; Sebastian Paulus; Michele Hirsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Verfahren (400) zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen (190) mit den Schritten:Ermitteln (421) eines Sollwertes in Abhängigkeit einer Gleichführungsgröße (IHrmc*) in einem oberwellenorientierten System;Ermitteln (422) eines Istwertes in Abhängigkeit einer Gleichrückführgröße (IHrmc) in dem oberwellenorientierten System;Ermitteln (423) der komplexen Differenz des Sollwertes und des Istwertes, Filtern (424) des Realteils und/ oder des Imaginärteils der komplexen Differenz;Ausgeben (426) eines Fehlersignals, wenn ein gefilterter Realteil und/ oder ein gefilterter Imaginärteil der komplexen Differenz einen ersten und/ oder zweiten vorgebbaren Grenzwert überschreitet.Method (400) for diagnosing a control of an electrical (190) with the following steps: determining (421) a setpoint as a function of a constant control variable (IHrmc *) in a harmonic-oriented system; determining (422) an actual value as a function of a constant feedback variable (IHrmc) in the harmonic-oriented system; determining (423) the complex difference between the setpoint value and the actual value, filtering (424) the real part and / or the imaginary part of the complex difference; outputting (426) an error signal if a filtered real part and / or a filtered imaginary part of the complex difference exceeds a first and / or second predeterminable limit value.

Description

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

Stand der TechnikState of the art

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

Für einen robusten Betrieb derartiger Lösungen besteht ein Bedürfnis für Verfahren und Vorrichtungen zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine.For a robust operation of such solutions, there is a need for methods and devices for diagnosing a regulation of an electrical machine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Ermitteln eines Sollwertes in Abhängigkeit einer Gleichführungsgröße in einem oberwellenorientierten System;
Ermitteln eines Istwertes in Abhängigkeit einer Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System;
Ermitteln der komplexen Differenz des Sollwertes und des Istwertes, Filtern des Realteils und/ oder des Imaginärteils der komplexen Differenz, Ausgeben eines Fehlersignals, wenn ein gefilterter Realteil und/ oder ein gefilterter Imaginärteil der komplexen Differenz einen ersten und/ oder zweiten vorgebbaren Grenzwert überschreitet.

A method for diagnosing a regulation of an electrical machine is provided. The procedure consists of the following steps:

Determining a setpoint as a function of an equal control variable in a harmonic-oriented system;
Determining an actual value as a function of a constant feedback variable in the harmonic-oriented system;
Determining the complex difference between the setpoint value and the actual value, filtering the real part and / or the imaginary part of the complex difference, outputting an error signal if a filtered real part and / or a filtered imaginary part of the complex difference exceeds a first and / or second predeterminable limit value.

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

Für Regelungen von Oberwellen werden die Wechselgrößen aus dem feldorientierten System, ähnlich der Transformation aus dem Zeitbereich in den feldorientierten Bereich, mittels einer mathematischen Transformation mit einer Frequenz der Oberwelle aus dem feldorientierten System in ein oberwellenorientiertes System transformiert. Größen, die im feldorientierten System als Wechselgrößen dargestellt werden, werden im stationären Betrieb der elektrischen Maschine im oberwellenorientierten System als Gleichgrößen dargestellt. Diese können mittels der üblichen Verfahren der Regelungstechnik geregelt werden.For regulation of harmonics, the alternating variables from the field-oriented system are transformed into a harmonic-oriented system by means of a mathematical transformation with a frequency of the harmonic from the field-oriented system, similar to the transformation from the time domain into the field-oriented domain. Variables that are displayed as alternating variables in the field-oriented system are displayed as constant variables in the steady-state operation of the electrical machine in the harmonic-oriented system. These can be regulated using the usual methods of control engineering.

Es wird ein Sollwert in Abhängigkeit einer Gleichführungsgröße in einem oberwellenorientierten System ermittelt. Bevorzugt umfasst die, bevorzugt vorgebbare, Gleichführungsgröße des oberwellenorientierten Systems eine Sollgröße in dem oberwellenorientierten System zur Erzeugung einer Oberwelle auf einem sinusförmigen Phasenstrom zur Bestromung mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine. Die Gleichführungsgröße ist eine Sollgröße zur Erzeugung einer Oberwelle einer vorgebbaren Frequenz oder k-ten Ordnung der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine zur Überlagerung des sinusförmigen Phasenstroms oder der Grundwelle zur Bestromung der elektrischen Maschine. Diese Sollgröße wird insbesondere in Abhängigkeit einer Drehmomentvorgabe, eines (Phasen-)Stromsollwertes oder eines Ist-Stromwertes, eines ermittelten Phasenstroms analytisch oder mittels Kennfeld vorgegeben. Zur Verwendung im Oberwellenregler im oberwellenorientierten System wird er bereits entsprechend transformiert vorgegeben.A setpoint is determined as a function of an equal control variable in a harmonic-oriented system. The, preferably predeterminable, equal control variable of the harmonic-oriented system preferably includes a setpoint value in the harmonic-oriented system for generating a harmonic on a sinusoidal phase current Energizing at least one winding of the electrical machine. The equal control variable is a setpoint for generating a harmonic of a predeterminable frequency or kth order of the electrical frequency of the electrical machine for superimposing the sinusoidal phase current or the fundamental wave for energizing the electrical machine. This setpoint value is predefined analytically or by means of a characteristic map, in particular as a function of a torque specification, a (phase) current setpoint value or an actual current value, a determined phase current. For use in the harmonic controller in the harmonic-oriented system, it is already specified in a correspondingly transformed form.

Der Istwert wird in Abhängigkeit einer Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System ermittelt. Bevorzugt wird der Istwert als tiefpassgefilterte Gleichrückführgröße vorgegeben. Vorteilhaft werden andere harmonische Frequenzen, die Ströme der Grundwelle und störendes Rauschen sicher entfernt.The actual value is determined as a function of a constant feedback variable in the harmonic-oriented system. The actual value is preferably specified as a low-pass-filtered constant feedback variable. Other harmonic frequencies, the currents of the fundamental wave and disturbing noise are advantageously safely removed.

Zusätzlich wird der Sollwert wird in Abhängigkeit der Gleichführungsgröße vorgegeben. Bevorzugt wird der Sollwert als tiefpassgefilterte Gleichführungsgröße vorgegeben, wobei die Filterzeitkonstante bevorzugt der Tiefpassfilterung der Istströme, insbesondere der Gleichrückführgröße oder Rückführgröße, und/oder der Zeitkonstante des Oberwellenreglers entspricht.In addition, the setpoint is specified as a function of the equal control variable. The setpoint is preferably specified as a low-pass filtered equal control variable, the filter time constant preferably corresponding to the low-pass filtering of the actual currents, in particular the DC feedback variable or feedback variable, and / or the time constant of the harmonic controller.

Alternativ wird bevorzugt hierzu der Sollwert als zweifach gefilterte Gleichführungsgröße vorgegeben, wobei diese zunächst mit der Zeitkonstante der Istströme, insbesondere der Gleichrückführgröße oder Rückführgröße, tiefpassgefiltert und anschließend mit der Zeitkonstante des geschlossenen Regelkreises des Oberwellenreglers mittels zwei getrennter Filter gefiltert wird. Mittels dieser Filterung kann vorteilhaft die Trajektorie der Istströme geschätzt werden. Die zweite Variante ist dabei noch genauer.Alternatively, the setpoint is preferably specified as a double-filtered equal control variable, this being first low-pass filtered with the time constant of the actual currents, in particular the DC feedback variable or feedback variable, and then filtered with the time constant of the closed control loop of the harmonic controller using two separate filters. This filtering can advantageously be used to estimate the trajectory of the actual currents. The second variant is even more precise.

Es wird eine komplexe Differenz des Sollwertes und des Istwertes ermittelt. Der Realteil und/ oder der Imaginärteil der komplexen Differenz wird gefiltert, um Abweichungen mit höherer Frequenz zu unterdrücken. Es wird ein Fehler diagnostiziert und ein Fehlersignal ausgegeben, wenn ein gefilterter Realteil und/ oder ein gefilterter Imaginärteil der komplexen Differenz einen ersten und/ oder zweiten vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Überschreitet der Wert der komplexen Differenz einen ersten und/ oder zweiten vorgebbaren Grenzwert, wird bevorzugt auf eine unzulässige Abweichung des Regelverhaltens oder der Gleichstellgröße geschlossen. Bevorzugt wird in Abhängigkeit des ausgegebenen Fehlersignals der Betriebspunkt der Regelung geändert, beispielsweise der Regler in einen sicheren Betriebspunkt überführt oder abgeschaltet. So wird ein gefährdender Betrieb der elektrischen Maschine aufgrund einer mangelhaften Regelung vermieden.A complex difference between the setpoint and the actual value is determined. The real part and / or the imaginary part of the complex difference is filtered in order to suppress deviations with a higher frequency. An error is diagnosed and an error signal is output if a filtered real part and / or a filtered imaginary part of the complex difference exceeds a first and / or second predeterminable limit value. If the value of the complex difference exceeds a first and / or second predeterminable limit value, an inadmissible deviation of the control behavior or the equalizing variable is preferably concluded. The operating point of the control is preferably changed as a function of the error signal output, for example the controller is transferred to a safe operating point or switched off. In this way, dangerous operation of the electrical machine due to inadequate regulation is avoided.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für eine effektive Diagnose einer Oberwellen-Regelung bereitgestellt mit dem ein sicherer Betrieb einer Regelung und einer anschließbaren elektrischen Maschine bereitgestellt wird.A method for an effective diagnosis of a harmonic control is advantageously provided with which a safe operation of a control and a connectable electrical machine is provided.

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

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

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird nach Ausgabe eines Fehlersignals die Oberwellen-Filterung der Regelung der elektrischen Maschine abgeschaltet.In another embodiment of the invention, the harmonic filtering of the regulation of the electrical machine is switched off after an error signal has been output.

In Abhängigkeit des ausgegebenen Fehlersignals wird der Betriebspunkt des Oberwellenreglers dahingehend geändert, dass die Oberwellen-Filterung der Regelung der elektrischen Maschine abgeschaltet. So wird eine Regelung, welche eine mangelhafte Filterung berücksichtigen würde, vermieden.Depending on the error signal output, the operating point of the harmonic controller is changed to the effect that the harmonic filtering of the control of the electrical machine is switched off. In this way, a regulation which would take into account inadequate filtering is avoided.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für eine effektive Behandlung eines Fehlers in der Oberwellen-Filterung bereitgestellt.A method for an effective treatment of an error in the harmonic filtering is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die die Regelung der elektrischen Maschine mindestens ein erstes Filter und einen Oberwellenregler, wobei der Oberwellenregler eine Eingangstransformation umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Ermitteln einer Rückführgröße, wobei die Rückführgröße eine Istgröße einer Grundwelle und einer Oberwelle einer vorgegebenen Frequenz in einem feldorientierten System umfasst;
Filtern einer vorgebbaren GW-Gleichführungsgröße mittels dem Filter;
Ermitteln der gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil als Differenz der Rückführgröße und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße;
Transformieren der gefilterten Rückführgröße ohne Grundwellenanteil mittels der Eingangstransformation zu der Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System.

In another embodiment of the invention, the regulation of the electrical machine comprises at least a first filter and a harmonic regulator, the harmonic regulator comprising an input transformation. The procedure consists of the following steps:

Determining a feedback variable, the feedback variable comprising an actual variable of a fundamental wave and a harmonic of a predetermined frequency in a field-oriented system;
Filtering a predeterminable GW equal control variable by means of the filter;
Determining the filtered feedback variable without fundamental wave component as the difference between the feedback variable and the filtered GW equal control variable;
Transforming the filtered feedback variable without fundamental wave component by means of the input transformation to the equal feedback variable in the harmonic-oriented system.

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

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

Eine vorgebbare GW-Gleichführungsgröße wird mittels des Filters gefiltert. Bevorzugt wird hierbei der Grundwellenanteil der GW-Gleichführungsgröße entfernt. Weiter wird eine gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil ermittelt als Differenz der Rückführgröße und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße.A predefinable GW equal control variable is filtered by means of the filter. In this case, the fundamental wave component of the GW equal control variable is preferably removed. Furthermore, a filtered feedback variable without a fundamental wave component is determined as the difference between the feedback variable and the filtered GW equal control variable.

Die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil wird als Differenz der Rückführgröße und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße ermittelt. ;The filtered feedback variable without fundamental wave component is determined as the difference between the feedback variable and the filtered GW equal control variable. ;

Zur Verwendung der Rückführgröße ohne Grundwellenanteil in einem Oberwellenregler wird die Rückführgröße ohne Grundwellenanteil mittels der Eingangstransformation zu der Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System transformiert.To use the feedback variable without a fundamental wave component in a harmonic controller, the feedback variable without a fundamental wave component is transformed into the equal feedback variable in the harmonic-oriented system by means of the input transformation.

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

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

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

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

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

Vorteilhaft weist die Gleichrückführgröße keine oder nur geringe Anteile der Grundwellen auf. Folglich wird ein Verfahren für eine effektive Bestimmung einer Gleichrückführgröße für die Diagnose einer Regelung oder Oberwellenregelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt.The constant feedback variable advantageously has no or only small proportions of the fundamental waves. Consequently, a method is provided for an effective determination of a DC feedback variable for the diagnosis of a regulation or harmonic regulation of an electrical machine.

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

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

Vorteilhaft wird eine GW-Gleichführungsgröße bereitgestellt zur Bestimmung einer Rückführgröße ohne Grundwellenanteil für einen Oberwellenregler.A GW equal control variable is advantageously provided for determining a feedback variable without a fundamental wave component for a harmonic controller.

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

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

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

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

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

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Oberwellenregler einen Regler und eine Ausgangstransformation. Das Verfahren umfasst die weiteren Schritte: Ermitteln einer Regelabweichung als Differenz einer vorgebbaren Gleichführungsgröße und der Gleichrückführgröße in dem oberwellenorientierten System;
Ermitteln einer Gleichstellgröße mittels des Reglers in Abhängigkeit der Regelabweichung;
Rücktransformieren der Gleichstellgröße mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße in dem feldorientierten System.In another embodiment of the invention, the harmonic regulator comprises a regulator and an output transformation. The method comprises the further steps: determining a control deviation as the difference between a predeterminable equal control variable and the equal feedback variable in the harmonic-oriented system;
Determining an equal control variable by means of the controller as a function of the control deviation;
Reverse transformation of the equalizing variable by means of the output transformation to a manipulated variable in the field-oriented system.

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

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

Vorteilhaft wird ein Verfahren für eine effektive Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt.A method for an effective diagnosis of a regulation of an electrical machine is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine umfasst diese weiter einen Grundwellenregler, wobei der Grundwellenregler eine GW-Eingangstransformation, einen GW-Regler und eine GW-Ausgangstransformation umfasst. Das Verfahren umfasst die weiteren Schritte:

Ermitteln einer Maschinen-Rückführgröße, wobei die Maschinenrückführgröße eine Istgröße der elektrischen Maschine umfasst;
Transformieren der Maschinen-Rückführgröße mittels der GW-Eingangstransformation zu der Rückführgröße in dem feldorientierten System; Ermitteln der GW-Regelabweichung als Differenz der vorgegebenen GW-Gleichführungsgröße und der Rückführgröße in dem feldorientierten System; Ermitteln einer GW-Gleichstellgröße mittels des GW-Reglers in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung;
Überlagern der GW-Gleichstellgröße mit der Stellgröße;
Rücktransformieren der GW-Gleichstellgröße mittels der GW-Ausgangstransformation zu einer Maschinen-Stellgröße, und bevorzugt Bestromen mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Maschinen-Stellgröße.

In another embodiment of the method for diagnosing a regulation of an electrical machine, the latter further comprises a fundamental wave controller, the fundamental wave controller including a GW input transformation, a GW controller and a GW output transformation. The process includes the following steps:

Determining a machine feedback variable, the machine feedback variable comprising an actual variable of the electrical machine;
Transforming the machine feedback variable by means of the GW input transformation to the feedback variable in the field-oriented system; Determining the GW control deviation as the difference between the specified GW equal control variable and the feedback variable in the field-oriented system; Determining a GW equalizing variable by means of the GW controller as a function of the GW control deviation;
Superimposing the GW equal manipulated variable with the manipulated variable;
Reverse transformation of the GW equal manipulated variable by means of the GW output transformation into a machine manipulated variable, and preferably energizing at least one winding of the electrical machine as a function of the machine manipulated variable.

Mittels der Grundwellenregelung werden die Wechselgrößen der im Zeitbereich, bevorzugt sinusförmigen, einzuregelnden Phasenströme geregelt. Zur Regelung einer mit dem Grundwellenregler verbindbaren oder anschließbaren elektrischen Maschine wird eine Maschinen-Rückführgröße, eine Istgröße, der elektrischen Maschine im Zeitbereich erfasst. Die Maschinen-Rückführgrößen sind bevorzugt die Phasenströme mit überlagerten Störgrößen einer elektrischen Maschine. Diese Maschinen-Rückführgröße umfasst den Phasenstrom als Grundwelle und als Störgrößen Oberwellen, welche den Phasenstrom durch die elektrische Maschine überlagern. In dem Zeitbereich ist der Phasenstrom eine Wechselgröße welche mit weiteren Wechselgrößen der Oberwellen überlagert ist. Zur Regelung der Grundwelle erfolgt eine Transformation aus dem Zeitbereich in den feldorientierten Bereich. Hierzu wird die Maschinen-Rückführgröße mittels einer GW-Eingangstransformation zu der Rückführgröße in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt steht „GW“ im Rahmen dieser Anmeldung als Kennzeichnung für die Regelschritte und Transformationen, die für die Regelung der Grundwelle verwendet werden. Im stationären Betrieb der elektrischen Maschine ergeben Wechselgrößen im Zeitbereich Gleichgrößen im feldorientierten System. Diese können mittels der üblichen Verfahren der Regelungstechnik geregelt werden. Entsprechend wird eine GW-Regelabweichung als Differenz der vorgegebenen GW-Gleichführungsgröße und der Rückführgröße in dem feldorientierten System ermittelt. Mittels eines GW-Reglers wird eine GW-Gleichstellgröße in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung ermittelt.The alternating quantities of the phase currents to be regulated in the time domain, preferably sinusoidal, are regulated by means of the fundamental wave regulation. To control an electrical machine that can be or can be connected to the fundamental wave controller, a machine feedback variable, an actual variable, of the electrical machine is recorded in the time domain. The machine feedback variables are preferably the phase currents with superimposed disturbance variables of an electrical machine. This machine feedback variable includes the phase current as a fundamental wave and, as disturbance variables, harmonics, which superimpose the phase current through the electrical machine. In the time domain, the phase current is an alternating quantity which is superimposed with further alternating quantities of the harmonics. To control the fundamental wave, a transformation takes place from the time domain to the field-oriented domain. For this purpose, the machine feedback variable is transformed into the feedback variable in the field-oriented system by means of a GW input transformation. In the context of this application, “GW” is preferably used to identify the control steps and transformations that are used to control the fundamental wave. In stationary operation of the electrical machine, alternating quantities in the time domain result in constant quantities in the field-oriented system. These can be regulated using the usual methods of control engineering. Correspondingly, a GW control deviation is determined as the difference between the specified GW equal control variable and the feedback variable in the field-oriented system. Using a GW controller, a GW equal control variable is determined as a function of the GW control deviation.

Weiter wird die Stellgröße als Ausgangssignal des Oberwellenreglers wird mit der GW-Gleichstellgröße im feldorientierten System überlagert oder addiert.Furthermore, the manipulated variable as the output signal of the harmonic controller is superimposed or added to the GW equal manipulated variable in the field-oriented system.

Diese Ausgangsgröße der Überlagerung im feldorientierten System wird zur weiteren Verwendung zur Ansteuerung oder Bestromung der elektrischen Maschine im Zeitbereich mittels der GW-Ausgangstransformation rücktransformiert zu einer Maschinen-Stellgröße in dem Zeitbereich. Im Zeitbereich umfasst die Maschinen-Stellgröße eine Wechselgröße, eine Grundwelle, und mindestens eine weitere überlagerte Wechselgröße, eine Oberwelle. Schließlich umfasst das Verfahren bevorzugt einen Schritt zum Bestromen der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Maschinen-Stellgröße.This output variable of the superposition in the field-oriented system is transformed back into a machine manipulated variable in the time domain for further use for controlling or energizing the electrical machine in the time domain by means of the GW output transformation. In the time domain, the machine manipulated variable includes an alternating variable, a fundamental wave, and at least one additional superimposed alternating variable, a harmonic. Finally, the method preferably includes a step for energizing the electrical machine as a function of the machine manipulated variable.

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

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

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine mit einer Recheneinheit. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.The invention also relates to a device for diagnosing a regulation of an electrical machine with a computing unit. The device is set up to carry out the steps of the method described.

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine bereitgestellt.A device for an effective diagnosis of a regulation of an electrical machine is advantageously provided.

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

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine mit einem Oberwellenregler bereitgestellt.A device for an effective diagnosis of a regulation of an electrical machine with a harmonic regulator is advantageously provided.

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

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung für eine effektive Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine mit einem Grundwellenregler bereitgestellt.A device for an effective diagnosis of a regulation of an electrical machine with a fundamental wave regulator is advantageously provided.

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

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

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

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

FigurenlisteFigure list

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

1 eine schematische Regelstruktur zur Ermittlung relevanter Größen für eine Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine und einen Oberwellenregler.
2 eine schematische Regelstruktur zur Regelung einer elektrischen Maschine
3 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine.
4 eine schematische dargestellte Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Maschine
5 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem

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

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

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt eine schematische Regelstruktur zur Ermittlung relevanter Größen für eine Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine 190 und einen Oberwellenregler 100.The 1 shows a schematic control structure for determining relevant variables for a diagnosis of a control of an electrical machine 190 and a harmonic regulator 100 .

Für die Diagnose wird ein Sollwert wird in Abhängigkeit einer Gleichführungsgröße IHrmc* in einem oberwellenorientierten System ermittelt und bereitgestellt. Ein Istwert wird in Abhängigkeit einer Gleichrückführgröße IHrmc in dem oberwellenorientierten System ermittelt und bereitgestellt. In Abhängigkeit des Sollwertes und des Istwertes wird mittels komplexer Differentiation, Filterung und Größenvergleich die Regelung der elektrischen Maschine diagnostiziert.For the diagnosis, a setpoint is determined and made available as a function of a constant control variable IHrmc * in a harmonic-oriented system. An actual value is determined and made available as a function of a constant feedback variable IHrmc in the harmonic-oriented system. Depending on the setpoint and the actual value, the control of the electrical machine is diagnosed by means of complex differentiation, filtering and size comparison.

Die Regelstruktur umfasst einen ersten Filter 140. Eine Rückführgröße Idq in einem feldorientierten System wird ermittelt und bereitgestellt. Eine vorgebbare GW-Gleichführungsgröße Idq* wird mittels dem ersten Filter 140 gefiltert. Als Differenz der Rückführgröße Idq und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße Idq* wird eine gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda ermittelt. Der Oberwellenregler 100 umfasst eine Eingangstransformation 110. Die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda wird mittels der Eingangstransformation 110 zu einer Gleichrückführgröße IHrmc in einem oberwellenorientierten System transformiert. Der Oberwellenregler 100 umfasst weiter einen Regler 120 und eine Ausgangstransformation 130. Es wird eine ermittelte Differenz aus einer vorgebbaren Gleichführungsgröße IHrmc* und der Gleichrückführgröße IHrmc in dem oberwellenorientierten System als Regelabweichung und Eingangsgröße dem Regler 120 zugeführt. Mittels des Reglers 120 wird in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Gleichstellgröße UHrmc* ermittelt. Diese Gleichstellgröße UHrmc* wird im oberwellenorientierten System mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße UdqHrmc* in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt wird mindestens eine Wicklung einer elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Stellgröße UdqHrmc* bestromt.The rule structure includes a first filter 140 . A feedback variable Idq in a field-oriented system is determined and made available. A predeterminable GW equal control variable Idq * is obtained by means of the first filter 140 filtered. A filtered feedback variable without a fundamental wave component IdqWoFunda is determined as the difference between the feedback variable Idq and the filtered GW equal control variable Idq *. The harmonic regulator 100 includes an input transformation 110 . The filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda is calculated by means of the input transformation 110 transformed into a constant feedback variable IHrmc in a harmonic-oriented system. The harmonic regulator 100 further comprises a regulator 120 and an output transformation 130 . A difference is determined from a predeterminable equal control variable IHrmc * and the equal feedback variable IHrmc in the harmonic-oriented system as a control deviation and input variable to the controller 120 fed. Using the controller 120 an equalizing variable UHrmc * is determined depending on the control deviation. This equal manipulated variable UHrmc * is transformed in the harmonic-oriented system by means of the output transformation to a manipulated variable UdqHrmc * in the field-oriented system. At least one winding of an electrical machine is preferred 190 energized depending on the manipulated variable UdqHrmc *.

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

Die 3 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 400 zur Regelung einer elektrischen Maschine 190. Mit Schritt 401 beginnt das Verfahren. Bevorzugt wird in Schritt 402 eine Maschinen-Rückführgröße labc der elektrischen Maschine im Zeitbereich ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 404 diese Maschinen-Rückführgröße labc mittels der GW-Eingangstransformation 210 zu der Rückführgröße Idq in das feldorientierte System transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 406, als Differenz der vorgegebenen GW-Gleichführungsgröße Idq* und der Rückführgröße Idq in dem feldorientierten System, eine GW-Regelabweichung ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 408 in Abhängigkeit der GW-Regelabweichung eine GW-Gleichstellgröße mittels des GW-Reglers 220 ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 412 mittels dem ersten Filter 140 eine vorgebbare GW-Gleichführungsgröße Idq* gefiltert. Bevorzugt wird in Schritt 418 die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda als Differenz der Rückführgröße Idq und der gefilterten GW-Gleichführungsgröße Idq* ermittelt. Bevorzugt in Schritt 420 die gefilterte Rückführgröße ohne Grundwellenanteil IdqWoFunda mittels der Eingangstransformation 110 zu einer Gleichrückführgröße IHrmc in dem oberwellenorientierten System transformiert.The 3rd shows a schematically represented flow chart for a method 400 for controlling an electrical machine 190 . With step 401 the procedure begins. Is preferred in step 402 a machine feedback variable labc of the electrical machine is determined in the time domain. Is preferred in step 404 this machine feedback variable labc by means of the GW input transformation 210 transformed into the feedback variable Idq in the field-oriented system. Is preferred in step 406 , as the difference between the specified GW equal control variable Idq * and the feedback variable Idq in the field-oriented system, a GW control deviation is determined. Is preferred in step 408 Depending on the GW control deviation, a GW equalizing variable by means of the GW controller 220 determined. Is preferred in step 412 by means of the first filter 140 a predeterminable GW equal control variable Idq * filtered. Is preferred in step 418 the filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda is determined as the difference between the feedback variable Idq and the filtered GW equal control variable Idq *. Preferably in step 420 the filtered feedback variable without fundamental wave component IdqWoFunda by means of the input transformation 110 transformed to a DC feedback variable IHrmc in the harmonic-oriented system.

Zur Diagnose der Regelung einer elektrischen Maschine verzweigt das Verfahren nach Schritt 420 zu Schritt 421. In Schritt 421 wird ein Sollwert in Abhängigkeit einer Gleichführungsgröße IHrmc* in einem oberwellenorientierten System ermittelt, in Schritt 422 wird ein Istwert in Abhängigkeit einer Gleichrückführgröße IHrmc in dem oberwellenorientierten System ermittelt. In Schritt 423 wird die komplexe Differenz des Sollwertes und des Istwertesermittelt. In Schritt 424 wird der Realteil und/ oder der Imaginärteil der komplexen Differenz gefiltert. In Schritt 426 wird ein Fehlersignal ausgegeben, wenn ein gefilterter Realteil und/ oder ein gefilterter Imaginärteil der komplexen Differenz einen ersten und/ oder zweiten vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Bevorzugt wird anschließend der Betriebspunkt der Oberwellen-Filterung einer Regelung einer elektrischen Maschine verändert oder die Oberwellen-Filterung der Regelung der elektrischen Maschine abgeschaltet. Das Verfahren zur Diagnose einer Regelung einer elektrischen Maschine endet mit Schritt 428.To diagnose the regulation of an electrical machine, the method branches to step 420 to step 421 . In step 421 a setpoint is determined as a function of a constant control variable IHrmc * in a harmonic-oriented system, in step 422 an actual value is determined as a function of a constant feedback variable IHrmc in the harmonic-oriented system. In step 423 the complex difference between the setpoint and the actual value is determined. In step 424 the real part and / or the imaginary part of the complex difference is filtered. In step 426 an error signal is output when a filtered real part and / or a filtered imaginary part of the complex difference exceeds a first and / or second predeterminable limit value. The operating point of the harmonic filtering of a regulation of an electrical machine is then preferably changed or the harmonic filtering of the regulation of the electrical machine is switched off. The method for diagnosing a regulation of an electrical machine ends with step 428 .

Für eine weitere Regelung der elektrischen Maschine wird bevorzugt in Schritt 430 eine Differenz aus einer vorgebbaren Gleichführungsgröße IHrmc* und der Gleichrückführgröße IHrmc als Regelabweichung und Eingangsgröße dem Regler 120 zugeführt. In Schritt 440 wird mittels des Reglers in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Gleichstellgröße UHrmc* ermittelt. In Schritt 450 wird diese Gleichstellgröße UHrmc* im oberwellenorientierten System mittels der Ausgangstransformation zu einer Stellgröße UdqHrmc* in dem feldorientierten System transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 460 die GW-Gleichstellgröße mit der Stellgröße UdqHrmc* überlagert. Bevorzugt wird in Schritt 470 die Ausgangsgröße der Überlagerung mittels der GW-Ausgangstransformation 230 zu einer Maschinen-Stellgröße Uabc* in den Zeitbereich transformiert. Bevorzugt wird in Schritt 480 mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine 190 in Abhängigkeit der Maschinen-Stellgröße Uabc* bestromt. Mit Schritt 490 endet das Verfahren.For further regulation of the electrical machine, step is preferred 430 a difference between a predeterminable constant control variable IHrmc * and the constant feedback variable IHrmc as a control deviation and input variable to the controller 120 fed. In step 440 an equalizing variable UHrmc * is determined by means of the controller depending on the control deviation. In step 450 this equal manipulated variable UHrmc * is transformed in the harmonic-oriented system by means of the output transformation to a manipulated variable UdqHrmc * in the field-oriented system. Is preferred in step 460 the GW equal manipulated variable is superimposed with the manipulated variable UdqHrmc *. Is preferred in step 470 the output size of the superposition using the GW output transformation 230 transformed into a machine manipulated variable Uabc * in the time domain. Is preferred in step 480 at least one winding of the electrical machine 190 energized depending on the machine manipulated variable Uabc *. With step 490 the procedure ends.

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

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 201710203691 A1 [0002]

Claims

Method (400) for diagnosing a regulation of an electrical machine (190) with the steps: Determining (421) a setpoint as a function of an equal control variable (IHrmc *) in a harmonic-oriented system; Determining (422) an actual value as a function of a constant feedback variable (IHrmc) in the harmonic-oriented system; Determining (423) the complex difference between the setpoint value and the actual value, filtering (424) the real part and / or the imaginary part of the complex difference, outputting (426) an error signal if a filtered real part and / or a filtered imaginary part of the complex difference has a first and / or exceeds the second predeterminable limit value.

Procedure according to Claim 1 , the control of the electrical machine being switched off after an error signal has been output.

Method according to one of the preceding claims, with at least one first filter (140) and a harmonic regulator (100), wherein the harmonic regulator comprises an input transformation (110), with the steps: Determining a feedback variable (Idq), the feedback variable comprising an actual variable of a fundamental wave and a harmonic of a predetermined frequency in a field-oriented system; Filtering (412) a predeterminable GW equal control variable (Idq *); Determining (418) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda) as the difference between the feedback variable (Idq) and the filtered GW equal control variable (Idq *); Transforming (420) the filtered feedback variable without fundamental wave component (IdqWoFunda) by means of the input transformation (110) to the equal feedback variable (IHrmc) in the harmonic-oriented system.

Procedure according to Claim 3 , wherein the predeterminable GW equal control variable (Idq *) of the field-oriented system comprises a target variable for generating the fundamental wave of a sinusoidal phase current for energizing at least one winding of the electrical machine (190) and is determined as a function of a specified torque.

Procedure according to Claim 3 , the filtering (412) of the predeterminable GW equal control variable (Idq *) comprising low-pass filtering of the GW equal control variable (Idq *).

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

Method (400) according to one of the preceding Claims 2 to 6th , wherein the harmonic controller comprises a controller (120) and an output transformation (130), with the steps of: determining (430) a control deviation as the difference between a predeterminable equal control variable (IHrmc *) and the equal feedback variable (IHrmc) in the harmonic-oriented system ) an equalizing variable by means of the controller as a function of the control deviation; Reverse transformation (450) of the equalizing variable by means of the output transformation to a manipulated variable (UdqHrmc *) in the field-oriented system.

Procedure according to Claim 7 , with a fundamental wave controller (200), the fundamental wave controller comprising a GW input transformation (210), a GW controller (220) and a GW output transformation (230), with the steps of: determining (402) a machine feedback variable (Iabc ), the machine feedback variable comprising an actual variable of the electrical machine; Transforming (404) the machine feedback variable (Iabc) by means of the GW input transformation (210) to the feedback variable (Idq) in the field-oriented system; Determination (406) of the GW control deviation as the difference between the specified GW equal control variable (Idq *) and the feedback variable (Idq) in the field-oriented system Determine (408) a GW equal control variable by means of the GW controller (220) as a function of the GW- Control deviation; Superimposing (460) the GW equal control variable with the manipulated variable (UdqHrmc *), back-transforming (470) the output variable of the superposition by means of the GW output transformation (230) to a machine manipulated variable (Uabc *) and, preferably energizing (480) at least one winding of the electrical machine (190) as a function of the machine manipulated variable (Uabc *).

Computer program, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to perform the method / the steps of the method (400) Claim 1 to 8th to execute.

A computer readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform the method (s) of the method (400) according to Claim 1 to 8th to execute.

Device (300) for diagnosing a regulation of an electrical machine (190), with a computing unit (310), wherein the device is set up to perform the steps of the method according to Claim 1 to 6th to execute.

Device (300) after Claim 11 , with a harmonic controller (100), wherein the harmonic controller comprises an input transformation (110), a controller (120) and an output transformation (130), the device being set up to carry out the steps of the method according to Claim 7 to execute.

Device (300) after Claim 12 , with a fundamental wave controller (200), the fundamental wave controller comprising a GW input transformation (210), a GW controller (220) and a GW output transformation (230), the device being set up to carry out the steps of the method according to Claim 8 to execute.

Electric drive system (500) with an electric machine (190) and a device (300) according to one of the Claims 11 to 13th .

Vehicle (600) with an electric drive system (500) Claim 14 .