[go: up one dir, main page]

DE102017200839A1 - Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine - Google Patents

Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine Download PDF

Info

Publication number
DE102017200839A1
DE102017200839A1 DE102017200839.3A DE102017200839A DE102017200839A1 DE 102017200839 A1 DE102017200839 A1 DE 102017200839A1 DE 102017200839 A DE102017200839 A DE 102017200839A DE 102017200839 A1 DE102017200839 A1 DE 102017200839A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
speed
controller
controlled system
model
controlling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017200839.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Giuseppe Buttice
Thorsten Allgeier
Ozan Demir
Peter Altermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017200839.3A priority Critical patent/DE102017200839A1/de
Priority to CN201810048623.4A priority patent/CN108334119A/zh
Publication of DE102017200839A1 publication Critical patent/DE102017200839A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423Torque
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer elektrischen Maschine (20), bei dem ein Regler und eine dynamische Vorsteuerung verwendet werden, wobei in der Vorsteuerung ein dynamisches, inverses Modell der Regelstrecke hinterlegt ist, wobei in den Regler eine Solldrehzahl und eine Istdrehzahl eingegeben werden und in die Vorsteuerung die Solldrehzahl und eine Ableitung der Solldrehzahl eingegeben werden, so dass ein Vorsteueranteil und ein Regleranteil ermittelt werden, die zusammen in die Regelstrecke eingehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Eine elektrische Maschine ist ein Energiewandler, der als Generator kinetische Energie in elektrische Energie und als Elektromotor elektrische Energie in kinetische Energie wandelt. Alle elektrischen Maschinen verfügen über einen elektrischen Kreis, der für die Funktion wesentlich ist.
  • Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen, bspw. als Antrieb für das Kraftfahrzeug selbst, aber auch für andere Aufgaben, z. B. als Antrieb weiterer Komponenten, eingesetzt. So wird bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren zur Steigerung der Effizienz dem Motor Luft mit erhöhtem Druck zugeführt. Allerdings reicht im unteren Lastbereich die Abgasmenge nicht aus, um die Turbine bzw. den Verdichter des Abgasturboladers auf hohe Drehzahlen zu bringen. Dies bedeutet, dass der Verdichter die Luft nicht ausreichend hoch komprimieren kann, was zu dem bekannten Turboloch führt.
  • Abhilfe schaffen hier Zusatzverdichter, die z. B. durch elektrische Maschinen angetrieben werden können. Die Verdichter können als Strömungsmaschinen oder Verdrängermaschinen ausgelegt sein. Letztere können aufgrund der höheren Reibung bei der Regelung zu Problemen führen.
  • Aus der Druckschrift DE 101 24 543 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrische betriebenen Laders bekannt, der mit einem Abgasturbolader zur Verdichtung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft zusammenwirkt. Zur Ansteuerung des Laders dient ein Ansteuersignal, das abhängig von einem vorgegebenen Wert für das Verdichterdruckverhältnis des elektrischen Laders gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, Unstetigkeiten im Ladedruckangebot und somit Unstetigkeiten im Drehmoment des Verbrennungsmotors zu vermeiden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
  • Das vorgestellte Verfahren wird dazu eingesetzt, die Drehzahl eines Elektromotors dynamisch auf einen gewünschten Sollwert zu regeln. Die Enddrehzahl wird dabei dynamisch und exakt, d. h. auch ohne Überschwingen, getroffen. Zu beachten ist, dass die Anforderungen an die Regelung sehr hoch sind, so dass ggf. typische Reglerstrukturen, wie bspw. PID-Regler, nicht ausreichend sind.
  • Um die hohen Anforderungen an die Dynamik der Verstellung zu erfüllen, verwendet das vorgestellte Verfahren eine Vorsteuerung mit einem inversen Modell der Regelstrecke. Das Modell beruht dabei in Ausgestaltung auf einer Theorie eines differenziell flachen Systems.
  • Ein System heißt flach, wenn es einen virtuellen Ausgang hat, der die gleiche Dimension wie der Systemeingang besitzt und der zusammen mit seiner endlichen Anzahl von Zeitableitungen alle dynamische Eigenschaften des Systems beschreibt. Flachheit eines Systems kann mit Hilfe von folgenden Gleichungen überprüft werden:
  • Betrachtet wird ein linear oder nichtlineares System mit den Zustandsgrößen x ∈ Rn und Eingangsgrößen u ∈ Rm. Das System besitzt die Flachheiteigenschaft, wenn Ausgangsgrößen y ∈ Rm existieren, die die folgenden Gleichungen erfüllen: x = f 1 ( y ,dy ,d 2 y , ,d p y )
    Figure DE102017200839A1_0001
    u = f 2 ( y ,dy ,d 2 y , ,d p y )
    Figure DE102017200839A1_0002

    wobei f1 und f2 beliebige Funktionen und dPy die p-te zeitliche Ableitung von y beschreibt.
  • Bei linearen Systemen ist diese Eigenschaft mit der Steuerbarkeit des Systems gleichbedeutend. Es ist zu beachten, dass ein System mehrere flache Ausgänge haben kann. In der Regel weisen alle mechanischen Systeme, auch die nichtlinearen, diese Systemeigenschaft auf.
  • Mit Hilfe des flachen Ausgangs kann mittels der vorstehenden Gleichungen eine „modell-basierte“ Steuerung entworfen werden. Dafür wird der flache Ausgang y und seine zeitliche Ableitungen mit einer Solltrajektorie yd, die ebenfalls p-mal differenzierbar ist, ersetzt. Die Gleichungen (a und b) können benutzt werden, um die Trajektorien für die Systemzustände sowie die erforderliche Eingangsgröße, zur Realisierung der Trajektorie, zu berechnen.
  • Dabei ist die unterlagerte Momentenstruktur Teil der Regelstrecke. Modellungenauigkeiten und Störungen werden von einem zusätzlichen Regler ausgeregelt. Stellgröße für die Drehzahlregelung ist typischerweise das Sollmoment an der elektrischen Maschine, welches unterlagert gestellt oder geregelt wird. Alternativ kann auch direkt die zu verstellende Größe im unterlagerten Momentenregelkreis verwendet werden. Bei PM-Synchronmaschinen (PM: Permanentmagnet) ist dies bspw. der Sollstrom.
  • Es wird somit erreicht, dass der Regler nur in Ausnahmefällen eingreifen muss. Dies ist vorteilhaft, da ein starker Reglereingriff ggf. zu einem Überschwingen und zu anderen nachteiligen Effekten führt.
  • Das System, das hier betrachtet wird, ist ein dynamisches System, d. h. es kann mittels Differenzialgleichungen beschrieben werden. Das aktuelle Verhalten des Systems ist damit von der Gegenwart und Vergangenheit abhängig.
  • Wenn das Ein-/Ausgangsverhalten des Systems während des Betriebs stark variiert, dann soll das Streckenmodell auch entsprechend angepasst werden. Da die Reibungsmomente sich bei einer elektrischen Maschine über der Lebenszeit aber auch über Umgebungsbedingungen stark ändern, kann durch eine Anpassung das Reglerverhalten verbessert werden. Hierzu kann ein rekursiver Parameterschätzer, wie bspw. ein RLS-Algorithmus, verwendet werden, der während des Betriebs ggf. online über einen Abgleich mit der Messung die Modellparameter geeignet anpasst. Somit wird das Ein-/Ausgangsverhalten der realen Strecke nachgebildet und mögliche Änderungen in dem Verhalten nachgelernt. Um zu vermeiden dass die Anpassung in schlecht identifizierbaren oder ungültigen Zuständen passiert, ist eine situationsabhängige Aktivierung nötig.
  • Der Drehzahlregler setzt auf einer bestehenden Momentenregelung auf, wobei eine sogenannte Kaskadenreglerstruktur verwendet werden kann. Damit ist das Verfahren nicht nur für eine PM-Synchronmaschine, sondern für jede Drehzahlregelung mit unterlagerter Momentenstruktur einsetzbar.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
    • 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausführung einer Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung stark vereinfacht ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 12, dem ein Abgasturbolader 14 zugeordnet ist, in dem wiederum ein Verdichter 16 vorgesehen ist. Zur Unterstützung des Verdichters 16 und/oder des Abgasturboladers 14 ist ein Zusatzverdichter 18 bereitgestellt, der von einer elektrischen Maschine 20, in diesem Fall von einem Elektromotor, angetrieben wird. Die Drehzahl dieses Elektrotors wird geregelt, wozu eine Anordnung 22 zur Regelung vorgesehen ist, die insbesondere zur Durchführung des hierin vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist.
  • 2 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Die Anordnung 50 umfasst eine Vorsteuerung 52, in der ein inverses Modell 53 hinterlegt ist, einen Regler 54 und einen Parameterschätzer 56. Weiterhin zeigt die Darstellung eine Strecke 60 für das Momentenverhalten einer elektrischen Maschine und eine Strecke 62 für das Drehzahlverhalten der elektrischen Maschine.
  • Eingangsgrößen in die Vorsteuerung 52 sind u. a. eine Solldrehzahl 70 und die Ableitung 72 der Solldrehzahl 70. Ausgangsgröße ist ein Vorsteueranteil 74. Eingangsgrößen in den Regler 54 sind u. a. die Solldrehzahl 70 und eine Istdrehzahl 76. Ausgangsgröße ist ein Regleranteil 78. Dieser Regleranteil 78 zusammen mit dem Vorsteueranteil 74, dabei werden Ausgänge von beiden Anteilen zusammenaddiert, beide Signale bilden zusammen das Sollmoment, bildet eine Eingangsgröße 80 für die Strecke 60 des Momentenverhaltens. Ausgangsgröße der Strecke 60 ist eine Stellgröße 82, die in den Parameterschätzer 56 und die Strecke 62 für das Drehzahlverhalten eingeht. Ausgangsgröße dieser Strecke 62 ist die Istdrehzahl 76.
  • Das Modell der Regelstrecke 60 und 62 ist wie folgt:
  • Die Strecke für die Drehzahlregelung 62 kann in allgemeiner Form folgendermaßen beschrieben werden: w ˙ = 1 J ( M M v ( w , T ) )
    Figure DE102017200839A1_0003
  • Darin beschreibt w die Drehzahl, J das Trägheitsmoment, M das Moment der PM-Synchronmaschine und Mv das Verlustmoment welches von verschiedensten Größen im wesentlichen jedoch von der Drehzahl w und von der Temperatur T abhängt. Wenn die Verluste mit einem viskosen Reibungskoeffizienten kv und mit einem konstanten (coulombschen) Reibungskoeffizient koff approximiert werden, dann ergibt sich die folgende Gleichung: M v = k v w + k o f f
    Figure DE102017200839A1_0004
  • Wenn man Gleichung (2) in Gleichung (1) einsetzt, ergibt sich eine beispielhafte Approximation des Drehzahlverhaltens in folgender Weise J d w d t + k v w + k o f f = M
    Figure DE102017200839A1_0005
  • Da das Moment M meist nicht unmittelbar gestellt werden kann, sondern ebenfalls einer Verzögerung unterliegt, muss diese ebenfalls berücksichtigt werden. Im Folgenden wird diese Verzögerung zwischen dem Ist- und Sollmoment beispielweise mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung M ˙ = 1 τ ( M s o l l K M )
    Figure DE102017200839A1_0006

    mit der Zeitkonstante τ und der statischen Verstärkung K beschreiben. Die statische Verstärkung K wird bei einer korrekt entworfenen Momentenregelung 1 sein. Die Ordnung der Übertragungsfunktion darf beliebig gewählt werden, dadurch ändert sich selbstverständlich die Ordnung des Gesamtsystems. Die vorgestellte Strategie für die Regelung kann aber immer noch angewendet werden.
  • Der Vorsteuerungsentwurf basiert auf der Theorie der differenziell flachen Systeme, wobei die Drehzahl w der flache Ausgang ist. Es wird dazu Gleichung (3) nach Zeit abgeleitet und die Gleichungen für w und ẅ werden nach M und Ṁ aufgelöst. Wenn diese Gleichungen in Gleichung (4) eingesetzt werden, erhält man den Zusammenhang zwischen Sollmoment Msoll und Winkelgeschwindigkeit w sowie seiner ersten und zweiten zeitlichen Ableitung: p 2 d 2 w d t 2 + p 1 d w d t + p 0 w + p o f f = M s o l l
    Figure DE102017200839A1_0007
  • p2:
    = τJ
    p1:
    = τkv + J
    p0:
    = kv
    poff:
    = koff
  • Wenn eine zweimal differenzierbare Solltrajektorie für den Drehzahlverlauf vorliegt, kann mittels der Gleichung (5) das benötigte Sollmoment uv in der Vorsteuerung in folgender Weise berechnet werden: p v d 2 w s o l l d t 2 + p 1 d w s o l l d t + p 0 w s o l l + p o f f
    Figure DE102017200839A1_0008
  • Dies bedeutet, dass eine dreifach stetig differenzierbare Trajektorie für den gewünschten Drehzahlverlauf vorgegeben werden sollte. Diese Eigenschaft kann zum Beispiel durch die Verwendung eines Zustandsvariablenfilters für die Berechnung der Solldrehzahl sowie der zugehörigen Ableitungen sichergestellt werden.
  • Die Schätzung der Reibungsmomente für die Vorsteuerung erfolgt derart:
  • Die Beziehung zwischen dem verlustfreien bzw. idealen Moment und der Geschwindigkeitsänderung ist in der Gleichung (1) angegeben. Bei einer permanenterregten Synchronmaschine hängt das ideale Beschleunigungsmoment von dem Strom und von den Motorparametern ab und kann in D/Q-Koordinaten in folgender Weise angegeben werden: M = 3 2 N p ( P s i I q + ( L d L q ) I d I q )
    Figure DE102017200839A1_0009

    wobei Np die Polpaarzahl der Synchronmaschine, Psi der verkettete Fluss, Ld die Motorinduktivität in der D-Koordinate (direct axis), Lq die Motorinduktivität in Q-Koordinate (quadrature axis) und Id und Iq der gemessene Strom in den D- und Q-Koordinaten beschreibt. Es ist wichtig zu wissen, dass auch Messfehler sowie Ungenauigkeiten der Motorparameter als Verlustmoment auftreten und in dieser Weise in der Vorsteuerung kompensiert werden.
  • Mit dem linearen Reibungsmodell, gegeben in Gleichung (2), kann die Gleichung (1) in folgender Weise angegeben werden: M = j w ˙ + M v = ( w ˙ w 1 ) ( j k v k o f f )
    Figure DE102017200839A1_0010
  • Ist das Trägheitsmoment j bekannt und soll nicht geschätzt werden, dann kann es vom Parametervektor eliminiert werden und es ergibt sich die folgende Gleichung: M j w ˙ + M v = ( w 1 ) ( k v k o f f )
    Figure DE102017200839A1_0011
  • Wenn auch das Trägheitsmoment geschätzt werden soll und daher Gleichung (8) benutzt wird, ist es wichtig, die erste zeitliche Ableitung in einer geeigneten Weise zu berechnen, da die Winkelbeschleunigung in der Regel nicht zur Verfügung steht. Wenn dabei eine Filterung zum Einsatz kommt, dann sollen alle Eingangs- und Ausgangssignale mit dem gleichen Filter gefiltert werden, damit eine Phasenverschiebung vermieden wird.
  • In beiden Fällen kann die Methode der kleinsten Fehlerquadrate für die Festlegung der unbekannten Parameter benutzt werden. Dafür wird die Gleichung (8) oder (9) zuerst in einer Matrix-Form gebracht, indem die Gleichungen in unterschiedlichen Zeitpunkten untereinander geschrieben werden, wie nachfolgend für einen allgemeinen Fall dargestellt ist: [ u 1 u 2 u 2 ] U = [ y 1,1 y 1, 2 y 1, m y 2,1 y 2, 2 y 2, m y n ,1 y n ,2 y n , m ] Y T [ θ 1 θ 2 θ m ] Θ
    Figure DE102017200839A1_0012
  • Hier beschreibt n die Anzahl der Messungen weil m die Anzahl der unbekannten Parameter beschreibt (für Gleichung (8) 3 und für Gleichung (9) 4).
  • Mittels einer Pseudoinverse kann die Gleichung in folgender Weise gelöst werden: U = Y T Θ Θ = ( Y Y T ) 1 Y U
    Figure DE102017200839A1_0013
  • Theoretisch ist es für die Lösung hinreichend, wenn die Anzahl der Messungen größer oder gleich der Anzahl der unbekannten Parameter ist. Damit aber die Schätzung eine gute Qualität aufweist und damit keine numerischen Probleme auftreten, soll die Anzahl der Messungen wesentlich höher als die Anzahl der unbekannten Parameter sein und die lineare Unabhängigkeit unterschiedlicher Zeilen gesichert sein.
  • Besonders wenn die Reibungsparameter eine starke Zeit- und/oder Arbeitspunktabhängigkeit zeigen, ist es zweckmäßig, die Gleichung in rekursiver Weise zu lösen. In der Literatur werden dafür mögliche Methoden angeboten, eine mögliche Implementierungsmöglichkeit ist nachfolgend angegeben: γ k = λ+ y k T P k 1 y k P k = 1 λ ( P k 1 P k 1 y k y k T P k 1 γ k ) e k = u k y k T θ k 1 Θ k = Θ k 1 + P k 1 y k γ k e k
    Figure DE102017200839A1_0014
  • Hier beschreibt λ den Vergessensfaktor und P die Kovarianzmatrix. Durch den Vergessensfaktor können neuere Messungen in der Gleichung höher priorisiert werden. Der Initial-Wert der Kovarianzmatrix beschreibt die angenommene Güte der Anfangswerte.
  • Zur Kompensation von Modellierungsfehlern sowie zur Störgrößenunterdrückung wird die entworfene Vorsteuerung in Gleichung (6) noch um einen zusätzlichen Regleranteil ergänzt, z. B. in der Form: u = u v + u r
    Figure DE102017200839A1_0015
  • Für ur kann mit e = wsoll - w z. B. ein Zustandsregler verwendet werden, u r = k 3 e ¨ + k 2 e ˙ + k 1 e + k 0 e d t
    Figure DE102017200839A1_0016

    der mit k3 = 0 einem PID-Regler entspricht. Sind Stellgrößenbeschränkungen relevant, kann im Regler ein Anti-Windup-Mechanismus für den Integralanteil verwendet werden.
  • Die modellbasierte Invertierung der Strecke in der Vorsteuerung kann aus dem Ansteuersignal in der Drehzahlregelung rekonstruiert und somit nachgewiesen werden. Die Vorsteuerung führt zu einer charakteristischen Formung des Ansteuersignals, welche durch eine Regelung allein, insbesondere bei einem PID-Regler, nicht vorhanden ist.
  • Das vorgestellte Verfahren kann allgemeine bei einer Drehzahlregelung mit einer unterlagerten Momentenstruktur eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass der Regler in Kaskadenstruktur entworfen werden kann.
  • Weiterhin kann das Verfahren bei einem Drehzahlregler mit unterlagerten Stromregler für einen elektrischen Zusatzturbolader eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist bei der Drehzahlregelung auf Nulldrehzahl, wenn der Elektromotor möglichst schnell in passiver Modus gebracht werden sollen, gegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10124543 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer elektrischen Maschine (20), bei dem ein Regler (54) und eine dynamische Vorsteuerung (52) verwendet werden, wobei in der Vorsteuerung (52) ein dynamisches, inverses Modell (53) der Regelstrecke (60, 62) hinterlegt ist, wobei in den Regler (54) eine Solldrehzahl (70) und eine Istdrehzahl (76) eingegeben werden und in die Vorsteuerung (52) die Solldrehzahl (70) und eine Ableitung (72) der Solldrehzahl (70) eingegeben werden, so dass ein Vorsteueranteil (74) und ein Regleranteil (78) ermittelt werden, die zusammen in die Regelstrecke (60, 62) eingehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das inverse Modell (53) der Regelstrecke (60, 62) auf einer Theorie eines differenziellen flachen Modells beruht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Modell (53) der Regelstrecke (60, 62), das in der Vorsteuerung (52) hinterlegt ist, ein zeitvariantes Modell ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Parameter des zeitvarianten Modells mit einem Parameterschätzer (56) bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Regelstrecke (60, 62) eine Strecke (60) zum Momentenverhalten und eine Strecke (62) zum Drehzahlverhalten umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die elektrischen Maschine (20) dazu eingerichtet ist, einen Zusatzverdichter (18) anzutreiben.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Kaskadenreglerstruktur in dem Regler (54) verwendet wird.
  8. Anordnung zur Regelung der Drehzahl einer elektrischen Maschine (20), die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der in der Vorsteuerung (52) ein dynamisches, inverses Modell (53) der Regelstrecke (60, 62) hinterlegt ist.
DE102017200839.3A 2017-01-19 2017-01-19 Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine Pending DE102017200839A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200839.3A DE102017200839A1 (de) 2017-01-19 2017-01-19 Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine
CN201810048623.4A CN108334119A (zh) 2017-01-19 2018-01-18 用于调节电机的转速的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200839.3A DE102017200839A1 (de) 2017-01-19 2017-01-19 Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017200839A1 true DE102017200839A1 (de) 2018-07-19

Family

ID=62716463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017200839.3A Pending DE102017200839A1 (de) 2017-01-19 2017-01-19 Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108334119A (de)
DE (1) DE102017200839A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211622A1 (de) 2021-10-14 2023-04-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10124543A1 (de) 2001-05-19 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Laders

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10205375A1 (de) * 2002-02-09 2003-08-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regelung der Drehzahl der Brennkraftmaschine
DE102007037037B3 (de) * 2007-08-06 2009-02-12 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine
DE102013200578A1 (de) * 2013-01-16 2014-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Antriebsregelung
DE102014206909A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Drehzahlregelung eines Motors

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10124543A1 (de) 2001-05-19 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrisch betriebenen Laders

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211622A1 (de) 2021-10-14 2023-04-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
CN108334119A (zh) 2018-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010000768T5 (de) Ventilsteuervorr!chtung
DE202008009574U1 (de) System zur Lage- und Geschwindigkeitsermittlung bei einem Permanentmagnet-Läufer einer elektrischen Maschine
DE102012010348A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eineselektrischen Stellantriebes für eineWastegate-Ventilanordnung eines Abgasturboladers
DE102017117595A1 (de) Verfahren zur regelung des ausgangsdrucks eines hydraulikantriebsystems, verwendung des verfahrens und hydraulikantriebsystem
DE102014104896A1 (de) Elektromotor-Steuervorrichtung
DE102014220208A1 (de) Steuervorrichtung für eine elektromaschine, fahrzeug und verfahren
DE112015006588T5 (de) Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor
DE102016009031A1 (de) Motorsteuervorrichtung mit Magnetflusssteuerung und Maschinenlernvorrichtung und Verfahren dafür
EP3098448A1 (de) Verfahren und regelkreis zur regelung eines elektrischen antriebs eines elektrisch angetriebenen druckluftverdichters eines kraftfahrzeugs
DE102014001226A1 (de) Verfahren zur Drehzahlregelung einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit
EP3077649A1 (de) Verfahren zum betrieb eines mit einem generator gekoppelten verbrennungsmotors und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102016123629A1 (de) Regelsystem für einen Lenkungsprüfstand
EP3543514B1 (de) Verfahren und regelkreis zum bestimmen einer stellgrösse zum einstellen eines saugrohrdrucks
DE102010021488A1 (de) Verfahren zur (kupfer-)verlustoptimalen Regelung einer Asynchronmaschine mit einem Frequenzumrichter
DE102017200839A1 (de) Verfahren zum Regeln einer Drehzahl einer elektrischen Maschine
DE102015222988A1 (de) Verfahren und System zum Regeln einer Drehzahl
DE102023203654A1 (de) Regelung des Statorstroms oder des verketteten Statorflusses für den Betrieb einer permanentmagneterregten Synchronmaschine sowie Verfahren
DE102021206422B4 (de) Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, Leistungsanordnung und Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung
DE102013207727A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines bürstenlosen Motors
DE102017220404A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung einer elektrisch betriebenen Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor
DE102009032372A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Ladedruckregelung
DE102020130509A1 (de) Vorsteuerung von mehrphasigen permanentmagnet-gleichstrommotor-antrieben
EP3043467A1 (de) Regelung einer Antriebsvorrichtung
EP2904246A1 (de) Verfahren zur raildruckregelung einer brennkraftmaschine
EP3063032A2 (de) Verfahren zum betreiben einer hybridantriebseinrichtung sowie entsprechende hybridantriebseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence