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DE112004001141T5 - Algorithmus für eine positionssensorlose Steuerung einer Wechselstrommaschine - Google Patents

Algorithmus für eine positionssensorlose Steuerung einer Wechselstrommaschine Download PDF

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DE112004001141T5
DE112004001141T5 DE112004001141T DE112004001141T DE112004001141T5 DE 112004001141 T5 DE112004001141 T5 DE 112004001141T5 DE 112004001141 T DE112004001141 T DE 112004001141T DE 112004001141 T DE112004001141 T DE 112004001141T DE 112004001141 T5 DE112004001141 T5 DE 112004001141T5
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DE
Germany
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electric motor
block
control
controller
speed
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Ceased
Application number
DE112004001141T
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English (en)
Inventor
Steven E. Torrance Schulz
Nitinkumar R. Cypress Patel
James M. Ceritos Nagashima
Seung Ki Sul
Bon-Ho Bae
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.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
General Motors Corp
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 General Motors Corp filed Critical General Motors Corp
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Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

Steuerungsvorrichtung für einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, umfassend:
einen Umrichter zum Liefern von Leistung an den Elektromotor,
einen Controller zum Steuern des Umrichters,
einen Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet,
einen Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten und einer Statorflussposition abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet,
einen Übergangsschalter in dem Controller, um den Betrieb zwischen dem Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl und dem Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl zu verändern,
wobei der Umrichter durch einen Sechsstufenbetrieb gesteuert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Elektromotoren. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur positionssensorlosen Steuerung eines Elektromotors.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Traditionelle Motorsteuerungssysteme umfassen normalerweise eine Rückkopplungseinrichtung oder einen Positionssensor, wie etwa einen Resolver oder Encoder, um Drehzahl- und Positionsinformation für einen Motor bereitzustellen. Rückkopplungseinrichtungen und zugehörige Schnittstellenschaltungen erhöhen die Kosten eines Motorsteuerungssystems, und diese Kosten können bei Anwendungen mit großen Stückzahlen, wie etwa Kraftfahrzeuganwendungen, hinderlich werden. Zusätzlich kann ein Positionssensor und seine zugehörige Verkabelung die Komplexität und Montagezeit eines elektrischen Antriebssystems in einem Fahrzeug erhöhen.
  • Elektrofahrzeuge, die durch Brennstoffzellen, Batterien und Hybridsysteme angetrieben werden und Elektromotoren umfassen, werden auf dem Kraftfahrzeugmarkt gängiger. Mit zunehmenden Produktionsstückzahlen für Elektrofahrzeuge werden die Kosten von Rückkopplungseinrichtungen und zugehörigen Schnittstellenschaltungen signifikant. Die Automobilher steller stehen unter einen intensiven Druck des Marktes, Kosten einzusparen und die Anzahl von Teilen für ein Fahrzeug zu vermindern. Die Beseitigung einer Rückkopplungseinrichtung für ein Elektromotor-Steuerungssystem wird zu signifikanten Kostenverringerungen für ein Elektrofahrzeug führen.
  • Hybridelektrische und elektrische Fahrzeuge benutzen heutzutage zahlreiche Elektromotor-Steuerungstechnologien, wie etwa die Vektorsteuerung von Elektromotoren. Ein Vektormotorsteuerungsschema ist ein rechenintensives Motorsteuerungsschema, das die Phasenspannungen/-ströme eines Dreiphasenmotors in ein Zweiachsen-Koordinatensystem abbildet. Der Aufbau, der dazu verwendet wird, einen Elektromotor unter Verwendung eines Vektorsteuerungsschemas zu erregen, ist ein typischer Dreiphasen-Stromquellenumrichter, der sechs Leistungstransistoren umfasst, die das Ausgangssignal für einen Elektromotor formen. Eine Vektorsteuerung erfordert Rotorpositionsinformation, die normalerweise über eine Rückkopplungseinrichtung oder einen Positionssensor erhalten wird. Das Ziel der positionssensorlosen Steuerung ist es, Rotorpositionsinformation unter Verwendung elektromagnetischer Eigenschaften einer Wechselstrommaschine zu erhalten, wobei der Positionssensor und seine zugehörigen Schnittstellenschaltungen beseitigt sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein sensorloses Steuerungssystem, das in elektrischen und in hybridelektrischen Fahrzeugantriebsstrang-Anwendungen verwendet wird. Das sensorlose Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung umfasst ein Niedergeschwindigkeits-Winkelpositions-Abschätzungsverfahren, ein Anfangs-Rotorpolaritäts-Detektionsverfahren, einen Übergangsalgorithmus zwischen Verfahren bei niedriger und hoher Drehzahl, einen modifizierten Gopinath-Beobachter, ein Feldschwächungsverfahren und/oder einen Sechsstufenbetrieb.
    •
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems bei der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Vektordiagramm, das mögliche Orientierungsrahmen zur Steuerung der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines modifizierten Gopinath-Beobachters, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Controllers, der für einen Sechsstufenbetrieb bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
  • 5 ist ein Zustandsflussdiagramm für einen Übergang in und aus dem Sechsstufenbetrieb.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine schematische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform eines Steuerungssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das Steuerungssystem 10 ist als Folge von Blockdiagrammen gezeigt, die Software darstellen, die in einem Controller, einem Mikroprozessor oder einer ähn lichen Einrichtung ausgeführt wird, um einen Elektromotor 12 zu steuern. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Controller ein Fahrzeugantriebsstrang-Controller, der den Elektromotor 12 steuert, aber jede andere Motorsteuerungsanwendung ist als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend anzusehen. Der Elektromotor kann Motortechnologien, wie etwa Wechselstrommaschinen, Synchron-Reluktanzmotoren, Induktionsmotoren und Innen-Permanentmagnetmotoren, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Eingang in das Steuerungssystem ist ein Drehmomentbefehl Te, der von dem Fahrzeug-Controller erzeugt wird. Der Drehmomentbefehl Te wird von einem Optimum-Drehmoment/Stromstärke-Berechnungsblock 14 verarbeitet, um einen entsprechenden Statorstrombefehl Is und Stromwinkelbefehl β zu erzeugen, die erforderlich sind, um das gewünschte elektromagnetische Moment in dem Motor 12 zu entwickeln. Ein Feldschwächungs-Statorfluss λfw wird bei Feldschwächungsblock 15 auf der Grundlage der gemessenen Zwischenkreisspannung Vdc und Rotorwinkelgeschwindigkeit ωr erzeugt. Block 16 wird die Befehle λ und δ modifizieren, wenn der Statorflussbefehl λ den Feldschwächungs-Statorflussbefehl λfw übersteigt.
  • Der Statorstrombefehl Is und der Stromwinkelbefehl β, die bei Block 14 erzeugt werden, werden zu einem Statorfluss- und Drehmomentwinkelberechnungsblock 16 weitergeleitet. Block 16 verarbeitet den befohlenen Statorstrom Is und den Stromwinkelbefehl β und zerlegt sie in den Statorflussbefehl λ und Drehmomentwinkelbefehl δ, um das maximale Drehmoment für die gegebene Statorstromamplitude bereitzustellen.
  • Summierknoten 18 subtrahiert den Statorfluss mit Rückkopplung λfb von dem Statorflussbefehl λ, um eine Abweichung zu erzeugen. Summierknoten 20 subtrahiert den Drehmomentwinkel mit Rückkopplung δfb von dem Drehmomentwinkelbefehl δfb, um eine Abweichung zu erzeugen. Die von Summierknoten 18 erzeugte Abweichung wird von einem Proportional-Integral-(PI)-Regelungsblock 22 verarbeitet, um einen Steuerungsausgang zu erzeugen. Die von dem Summierknoten 20 erzeugte Abweichung wird an Multiplikationsblock 24 verarbeitet, an dem sie mit dem Statorfluss mit Rückkopplung λfb multipliziert wird. Der Ausgang von Block 24 wird an Proportional-Regelungsblock 26 verarbeitet.
  • Der Ausgang von PI-Regelungsblock 22 wird an Summierknoten 28 mit dem Entkopplungsterm RsIf für den Spannungsabfall am Statorwiderstand summiert, um den f-Achsen-Spannungsbefehl Vf zu erzeugen. Der Ausgang des Proportional-Regelungsblocks 26 wird an Summierknoten 30 mit dem τ-Achsen-Entkopplungsterm (Spannungsabfall am Statorwiderstand plus Drehzahlspannung) ωrλfb + RsIτ summiert, um den τ-Achsen-Spannungsbefehl Vτ zu erzeugen. Vf und Vτ werden an dem Block 32 zur Transformation von rotierenden Rahmen in stationäre unter Verwendung der abgeschätzten Statorfluss-Winkelposition θf verarbeitet, um die Statorfluss-Bezugsrahmen-Spannungsbefehle Vf und Vτ in die Spannungsbefehle Vα1 und Vβ1 bei stationärem Rahmen umzuwandeln. Hochfrequenz-Injektions-Signale Vα_inj und Vβ_inj werden an Summierknoten 34 und 36 zu den Spannungsbefehlen Vα1 und Vβ1 bei stationärem Rahmen addiert, um End-Spannungsbefehle Vα und Vβ zu erzeugen, die die wirklichen Phasenspannungsbefehle erzeugen, die an den Elektromotor 12 angelegt werden. Der Spannungsquellenumrichter 38 verarbeitet die End-Spannungsbefehle Vα und Vβ unter Verwendung einer Zweiphasen-in-Dreiphasen-Transformation, um die Ist-Dreiphasenspannungen zu erzeugen, die an den Motor 12 anzulegen sind.
  • Die Phasenströme werden von einem Dreiphasen-in-Zweiphasen-Transformationsblock 40 gemessen und verarbeitet. Die Ausgänge des Blocks 40 sind Ströme Iα und Iβ bei stationärem Rahmen. Ein Block 42 zur Transformation von stationären Rahmen in rotierende verwendet die Ströme Iα und Iβ bei stationärem Rahmen und die abgeschätzte Rotorwinkelposition θf, um Statorfluss-Bezugsrahmenströme mit Rückkopplung If und Iτ zu erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst darüber hinaus eine positionssensorlose Steuerung der Maschine, die umfasst: ein/einen Abschätzverfahren/Beobachter für die Rotorwinkelposition bei niedriger Drehzahl an Block 44, ein Detektionsverfahren für die Anfangs-Rotorpolarität an Block 46, ein/einen Abschätzverfahren/Beobachter für die Rotorwinkelposition bei hoher Drehzahl an Block 48, einen Block 50 eines modifizierten Gopinath-Beobachters, und einen Übergangsschalter 54, um die Abschätzverfahren bei niedriger und hoher Drehzahl nahtlos zu verschmelzen.
  • Block 44 von 1 stellt das Abschätzverfahren bei niedriger Drehzahl der vorliegenden Erfindung dar. Das Verfahren 44 bei niedriger Drehzahl verwendet Statorstromkomponenten Iα und Iβ bei stationärem Bezugsrahmen um die Rotorwinkelposition θr_low abzuschätzen. Ähnlich verwendet das Verfahren 48 bei hoher Drehzahl Statorstromkomponenten Iα und Iβ bei stationärem Bezugsrahmen und die abgeschätzte Statorflussposition θf, um die Rotorwinkelposition θr_high abzuschätzen. Der Schalter 54 wählt die geeignete Rotorwinkelposition θr auf der Grundlage der abgeschätzten Rotordrehzahl aus.
  • Der modifizierte Gopinath-Beobachter 50 verarbeitet θr, die Spannungen Vα und Vβ bei stationärem Rahmen und die Ströme Iα und Iβ bei stationä rem Bezugsrahmen. Der modifizierte Gopinath-Beobachter 50 berechnet den abgeschätzten Statorflusswinkel θf, den Statorfluss mit Rückkopplung λfb und den Drehmomentwinkelfluss mit Rückkopplung δfb.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die d-Achsen-Induktivität höher sein als die q-Achsen-Induktivität, und der magnetische Nordpol der Maschine ist in Richtung der (–) q-Achse orientiert. Jedoch wird das vorgeschlagene Steuerungsschema noch gültig sein, wenn die q-Achsen-Induktivität der Maschine höher ist als die d-Achsen-Induktivität. 2 ist ein Vektordiagramm, das mögliche Orientierungsrahmen zur Steuerung zeigt. Die α- und β-Achsen werden für die Steuerung bei stationärem Bezugsrahmen verwendet. Bei der Steuerung bei stationärem Bezugsrahmen sind die Variablen die zeitlich variierenden Wechselstrom-Signale. Es ist bevorzugt, zur Steuerung einen rotierenden Bezugsrahmen zu verwenden, wenn die Steuerungsvariablen Gleichstromgrößen sind. Der synchrone Bezugsrahmen (am Rotor orientierter Bezugsrahmen oder d-q-Rahmen) und der Statorfluss-Bezugsrahmen (f-τ-Bezugsrahmen) sind beide rotierende Bezugsrahmen, wobei die Variablen der Gleichstromsteuerung in einen stationären Zustand sind.
  • Für eine stark gesättigte Maschine weisen die d-q-Rahmenspannungsgleichungen bidirektionale Kreuzkopplungsterme auf, die die Bandbreite des Synchron-Strom-Controllers begrenzen können. Gleichung (1) unten zeigt die Statorspannungsgleichungen in dem d-q-Bezugsrahmen, die die Kreuzkopplungseffekte darstellen.
  • Figure 00070001
  • Figure 00080001
  • In den Gleichungen (1) sind die letzten beiden Terme in jeder Spannungsgleichung Kreuzkopplungsterme. Da die d-Achsen-Induktivität viel größer ist als die q-Achsen-Induktivität ist die Zeitkonstante in der d-Achse viel länger als die in der q-Achse. Jede Störung, die in die d-Achsen-Spannungsgleichung aufgrund der Kreuzkopplungsterme eingeleitet wird, wird aufgrund der langen Zeitkonstante eine minimale Auswirkung auf die d-Achsen-Stromregelung haben. Jedoch wird die Störung, die durch die Kreuzkopplungsterme in die q-Achsen-Spannungsgleichung eingeleitet wird, einen signifikanten Einfluss auf die q-Achsen-Stromregelung haben. Infolgedessen wird ein Versuch, die Stromregler-Bandbreite zu erhöhen, zu einem instabilen Betrieb führen. Um diese Beschränkungen zu überwinden, ist es erwünscht, den Controller-Bezugsrahmen zu dem Statorfluss-Bezugsrahmen (f-τ-Bezugsrahmen) hin zu verändern. Die Maschinengleichungen in dem Statorfluss-Bezugsrahmen können so beschrieben werden, wie es in den Gleichungen (2) und (3) unten gezeigt ist:
    Figure 00080002
  • Aus Gleichung (2) ist zu sehen, dass es keine Kreuzkopplung von der τ-Achse in die f-Achse gibt. Jedoch gibt es eine unidirektionale Kopplung von der f-Achse in die τ-Achse. Die unidirektionale Kreuzkopplung ist bei der Steuerung leicht zu entkoppeln. Aus den obigen Gründen ist zu sehen, dass die am Statorfluss orientierte Steuerung für diese Art von Ma schine im Vergleich mit der am Rotorfluss orientierten Steuerung geeigneter ist.
  • Der in 3 gezeigte modifizierte Gopinath-Beobachter 50 wird dazu verwendet, den Statorflusswinkel θf, den Statorfluss mit Rückkopplung λfb und den Drehmomentwinkel mit Rückkopplung δfb abzuschätzen. Die Ströme Iα und Iβ bei stationärem Rahmen werden in den Beobachter eingegeben. Ein Modul 60 zur Transformation von stationären Bezugsrahmen in synchrone transformiert die Ströme bei stationärem Rahmen unter Verwendung der Rotorwinkelposition θr in den synchronen Bezugsrahmen. Das Maschinenstrommodell 62 berechnet den Statorfluss der Maschine in dem synchronen Bezugsrahmen. Das Modul 64 zur Transformation von synchronen Bezugsrahmen in stationäre transformiert den Statorfluss bei synchronem Rahmen unter Verwendung der Rotorwinkelposition θr in den stationären Bezugsrahmen.
  • Ein Statorwiderstands-Verstärkungsmodul 66 und ein Summierer 68 werden zusammen mit den Spannungen Vα und Vβ und Strömen Iα und Iβ bei stationärem Bezugsrahmen verwendet, um eine Gegen-EMK bei stationärem Rahmen zu berechnen. Der Integrator 70 wird dazu verwendet, die Gegen-EMK zu integrieren und somit den Statorfluss auf der Grundlage des Spannungsmodells zu berechnen.
  • Das Strommodell ist bei niedrigeren Drehzahlen genauer, wohingegen die auf dem Spannungsmodell beruhende Berechnung bei höheren Drehzahlen genauer ist. Daher werden die Blöcke 72, 74 und 76 dazu verwendet, den Übergang der Statorflussberechnung von dem Strommodell in das Spannungsmodell auf der Grundlage der Rotordrehzahl zu glätten. Gleichung (4) beschreibt, wie die Blöcke 72, 74 und 76 zu einem glatten Über gang zwischen der Strommodell-Flussabschätzung λαβ-CM und Spannungsmodell-Flussabschätzung λαβ-VM als eine Funktion der elektrischen Frequenz ωe führen. Die Beobachter-Kennlinienfunktion F(s) ist auch in Gleichung (4) gezeigt. Die Einstellung der PI-Verstärkungen des Moduls 72 ist in Gleichungen (5) gezeigt. Block 76 stellt eine optimale Übergangstrajektorie zwischen den nach dem Strommodell und dem Spannungsmodell abgeschätzten Statorflussvektoren sicher. Das Modul 80 wird dazu verwendet, die Statorfluss-Winkelposition θf unter Verwendung einer Arcustangens-Funktion zu berechnen.
    Figure 00100001
    wobei
    Figure 00100002
  • Der modifizierte Gopinath-Beobachter 50 wird dazu verwendet, den Statorflusswinkel θf bei allen Drehzahlen abzuschätzen. Der geeignete Eingang θr wird von dem Übergangsschalter 54 abhängig von der Rotordrehzahl automatisch ausgewählt.
  • Ein Feldschwächungsbetrieb wird unter Verwendung des Moduls 15 erzielt. Gleichung (6) wird dazu verwendet, den Feldschwächungs-Statorflussbefehl auf der Grundlage der Zwischenkreisspannung und der Rotordrehzahl zu berechnen.
  • Figure 00110001
  • Unter allen Betriebsbedingungen wird λfw mit λ verglichen. Der Nieder-Flussbefehl wird von dem Controller als End-Flussbezug verwendet. Wenn der Feldschwächungs-Statorflussbefehl λfw ausgewählt ist, berechnet dann das Befehlsberechnungsmodul 16 den optimalen Drehmomentwinkelbefehl δ auf der Grundlage des neuen Flussbefehls λfw und des Drehmomentbefehls Te neu.
  • Das in 4 gezeigte Diagramm stellt die vorgeschlagene Steuerung dar, die eine Drehmomentregelung während eines Sechsstufenbetriebes zulässt. Während eines Sechsstufenbetriebes ist die an den Stator angelegte Spannung fest. Es gibt hier somit nur einen Freiheitsgrad in dem Controller. Das Drehmoment wird gesteuert, indem der Drehmomentwinkel δ geregelt wird, der wiederum den Spannungswinkel α in Bezug auf die d-Achse des synchronen Bezugsrahmens steuert. 5 zeigt ein Zustandsflussdiagramm, das den Übergang in und aus dem Sechsstufenbetrieb beschreibt.
  • Nach 4 geht der Schalter 100 zwischen einem normalen Betrieb und einem Sechsstufenbetrieb über. Während des normalen Betriebs erzeugt das Diagramm von 1 Spannungsbefehle Vα1 und Vβ1 bei stationärem Rahmen. Wenn die Variable Flag_six wahr wird, werden von dem Sechsstufen-Steuerungsmodul 102 Spannungsbefehle Vα1 und Vβ1 zugeführt.
  • Das Sechsstufen-Steuerungsmodul 102 regelt den Drehmomentwinkel δ, der wiederum den an die Maschine angelegten Spannungswinkel steuert. Der Drehmomentwinkelbefehl δ wird mit der Drehmomentwinkelrückkopplung δfb unter Verwendung des Summierknotens 104 verglichen, dessen Ausgang in den PI-Regler 106 eingespeist wird. Der Anfangszustand des PI-Reglers ist derart festgelegt, dass ein nahtloser Übergang in und aus dem Sechsstufenbetrieb bereitgestellt wird. Das Berechnungsmodul 108 für den Spannungswinkel mit Vorwärtskopplung berechnet den Spannungswinkel mit Vorwärtskopplung αff für ein schnelleres dynamisches Verhalten. Der Summierer 110 addiert den Ausgang des PI-Reglers und den Spannungswinkel mit Vorwärtskopplung αff, um den End-Spannungswinkel α zu erzeugen. Der Spannungswinkel α wird unter Verwendung des Summierknotens 112 zu der Rotorwinkelposition θr addiert, um den Spannungswinkel bei stationärem Rahmen zu erzeugen. Block 114 benutzt den Ausgang des Summierknotens 112 und die maximale verfügbare Spannung (Sechsstufenspannung), um die Befehlsspannungen Vα1 und Vβ1 zu erzeugen.
  • 5 beschreibt ausführlich das Zustandsflussdiagramm, das die Einstellung des Übergangs-Flags Flag_six in 4 beschreibt. Das gesamte Flussdiagramm wird bei jeder Abtastperiode ausgeführt. Entscheidungsblock 120 vergleicht die Ist-Rotordrehzahl ωr mit einer vordefinierten minimalen Schwellendrehzahl ωrth. Wenn bei Block 122 die Rotordrehzahl niedriger ist als die vordefinierte minimale Schwellendrehzahl, wird Flag_six auf Null gesetzt (normale am Statorfluss orientierte Steuerung, die in 1 beschrieben ist). Sonst wird der Entscheidungsblock 124 da zu verwendet, die angelegte Statorspannung Vm mit einer vordefinierten maximalen Schwellenspannung Vth zu vergleichen. Wenn die angelegte Statorspannung niedriger ist als Vth, dann wird Flag_six bei Block 122 auf Null gesetzt. Sonst wird Flag_six bei Block 126 auf 1 gesetzt (Sechsstufenbetrieb). Die Steuerung bleibt in dieser Betriebsart, bis die Bedingung des Entscheidungsblocks 130 mit wahr bewertet wird. Block 130 detektiert die Bedingung, bei der der abgeschätzte Statorfluss den befohlenen Statorfluss übersteigt. Falls sie WAHR ist, ist eine hinreichende Spannung verfügbar, um den Sechsstufenbetrieb zu verlassen und zu der normalen am Statorfluss orientierten Steuerung zurückzukehren.
  • Es ist einzusehen, dass die Erfindung nicht auf exakt die oben dargestellte und beschriebene Konstruktion beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
  • Zusammenfassung
  • Ein Steuerungssystem für einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, umfasst einen Umrichter zum Liefern von Leistung an den Elektromotor, einen Controller zum Steuern des Umrichters, einen Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten und einer Statorflussposition abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Übergangsschalter in dem Controller, um den Betrieb zwischen dem Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl und dem Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl zu verändern, wobei der Umrichter durch einen Sechsstufenbetrieb gesteuert wird.

Claims (18)

  1. Steuerungsvorrichtung für einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, umfassend: einen Umrichter zum Liefern von Leistung an den Elektromotor, einen Controller zum Steuern des Umrichters, einen Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten und einer Statorflussposition abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Übergangsschalter in dem Controller, um den Betrieb zwischen dem Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl und dem Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl zu verändern, wobei der Umrichter durch einen Sechsstufenbetrieb gesteuert wird.
  2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor ein Induktionsmotor ist.
  3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor ein Innen-Permanentmagnetmotor ist.
  4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor ein Synchron-Reluktanzmotor ist.
  5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor ein Dreiphasenmotor ist.
  6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Gopinath-Beobachter umfasst.
  7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Übergangsschalter den ersten Motordrehzahl-Steuerungsblock unter zehn Prozent der Maschinen-Nenndrehzahl betreibt.
  8. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Übergangsschalter den zweiten Motordrehzahl-Steuerungsblock über fünf Prozent der Maschinen-Nenndrehzahl betreibt.
  9. Sensorloses Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, das umfasst, dass: ein Rotorwinkelpositionsblock bei niedriger Drehzahl bereitgestellt wird, der in dem Controller arbeitet, ein Rotorwinkelpositionsblock bei hoher Drehzahl bereitgestellt wird, der in dem Controller arbeitet, ein Detektionsblock für die Anfangs-Rotorpolarität bereitgestellt wird, der in dem Controller arbeitet, zwischen dem Rotorwinkelpositionsblock bei niedriger Drehzahl und dem Rotorwinkelpositionsblock bei hoher Drehzahl übergegangen wird, um die Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen, und die Drehzahl des Elektromotors mit einem Sechsstufenbetrieb gesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass der Elektromotor in einem Fahrzeug betrieben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, das den Schritt umfasst, dass die Rotormagnetposition des Elektromotors in einem statischen Zustand bestimmt wird.
  12. Antriebsstrang für ein Fahrzeug, umfassend: einen Elektromotor, der funktional mit einem Rad des Fahrzeugs gekoppelt ist, einen Umrichter zum Liefern von Leistung an den Elektromotor, einen Controller zum Steuern des Umrichters, einen Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl, um die Rotorwinkelposition unter Verwendung von Statorstromkomponenten und einer Statorflussposition abzuschätzen, der in dem Controller arbeitet, einen Übergangsschalter in dem Controller, um den Betrieb zwischen dem Block zur Steuerung bei niedriger Drehzahl und dem zweiten Block zur Steuerung bei hoher Drehzahl zu verändern, wobei der Umrichter durch einen Sechsstufenbetrieb gesteuert wird.
  13. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor ein Induktionsmotor ist.
  14. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor ein Innen-Permanentmagnetmotor ist.
  15. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor ein Synchron-Reluktanzmotor ist.
  16. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor ein Dreiphasenmotor ist.
  17. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei das Übergangsmodul einen Betrieb zwischen dem ersten Steuerungsmodul und dem zweiten Steuerungsmodul auf der Grundlage der Drehzahl des Elektromotors verändert.
  18. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor einen Innen-Permanentmagnetrotor umfasst.
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