阅读说明：本技术 用于调节电机的方法、用于电机的调节设备和电驱动系统 (Method for controlling an electric machine, control device for an electric machine, and electric drive system ) 是由 F.马尔肖 M.希尔施 M.曼德拉 于 2018-03-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及对电机的调节。为了调节电机,从电机的调节或测量参量提取预先确定的频率部分,并且将其与之前计算的调节矩阵相乘。调节矩阵在此可以提前进行计算。针对不同的应用情况可以提前形成不同的调节矩阵。由此,电机的简单有效和稳定的调节是可能的,尤其是用以优化和最小化谐波。(The invention relates to the regulation of an electric machine. For the regulation of the electric machine, a predetermined frequency component is extracted from the regulated or measured variable of the electric machine and multiplied by a previously calculated regulation matrix. The adjustment matrix can be calculated in advance. Different adjustment matrices can be formed in advance for different application scenarios. Thereby, a simple, effective and stable regulation of the motor is possible, in particular to optimize and minimize harmonics.)

用于调节电机的方法、用于电机的调节设备和电驱动系统

技术领域

本发明涉及一种用于电机的调节设备、用于调节电机的方法和电驱动系统。

背景技术

文献DE 10 2009 000 930 A1公开了用于减小永磁体马达系统中的转矩波浪性的方法和装置。马达系统包括与逆变器耦合的永磁体马达。在文献中描述的方法包括用于修改运行控制信号的步骤，以便生成减小波浪性的运行控制信号。修改的运行控制信号被提供至换流器，用于控制永磁体马达。

旋转磁场机、例如鼠笼式异步电机或永磁体同步电机基于其结构方式在气隙中不具有理想的正弦形的磁通量分布。在运行时，这在利用正弦形电流调节时导致具有谐波的不均匀的转矩。为了最小化谐波，两个基本的方案是可能的。一个方案是将叠加的外来的补偿电压有针对性地受控地接入到马达电压上。备选的方案基于附加的调节回路。在此，例如在内部的调节回路中的级联结构中首先可以预设额定转矩，额定转矩随后从外部通过补偿方法针对更高的谐波进行叠加。

发明内容

本发明公开了一种根据权利要求1的用于调节电机的方法，根据权利要求7的用于电机的调节设备，和根据权利要求10的电驱动系统。

相应设置的是：

用于调节电机的方法。该方法包括检测至少一个调节或测量参量的步骤和获知所检测的至少一个调节或测量参量中的预先确定的频率的部分的步骤。此外，该方法包括下述步骤，其用于在使用预先确定的调节矩阵的情况下和在使用所检测的调节或测量参量的预先确定的频率的、所获知的部分的情况下，计算控制参量。最后，该方法可以包括用于利用所计算的控制参量来操控电机的步骤。

此外设置的是：

用于电机的调节设备，具有第一转换装置和第一计算装置。第一转换装置设计用于：从至少一个调节或测量参量获知预先确定的频率的部分。第一计算装置设计用于：在使用预先确定的调节矩阵和调节或测量参量的预先确定的频率的、所获知的部分的情况下，计算控制参量。

此外设置的是：

电驱动系统，具有电机和根据本发明的调节设备。

本发明以如下认识为基础，即在电驱动系统中可能出现干扰参量、例如纹波（Rippel）或谐波。这种干扰例如可以取决于设计地导致具有谐波的转矩。例如也可以影响电气参量、例如用于馈入电机的相电流，或者可以针对驱动系统通过电能的馈入点传播更高频率的干扰。对这种干扰的补偿或最小化需要复杂的或部分耗费的调节系统。

因此，本发明以如下构思为基础，即考虑到该认识并且提供用于电机的简单有效和稳定的调节。电机的这种调节尤其是应该实现下述有效调节，其用于最小化或优化电驱动系统中的干扰。在此，焦点尤其是在于最小化或补偿下述干扰参量，其具有马达频率的谐波的频率。

为此设置的是，从电驱动系统的一个或多个调节或测量参量提取预先确定的频率部分，并且借助之前计算的调节矩阵和调节或测量参量的所获知的频率部分来计算控制参量。因为用于计算控制参量的调节矩阵在此只须提前一次性获知，所以可以在运行期间非常简单地确定控制参量。由此可以实现电驱动系统的非常快速的调节。尤其是针对这种调节还需要很小的计算负荷，从而为了实现可以使用相对简单的和廉价的硬件。由此，可以降低用于实现的成本。

一个预先确定的频率或必要时多个预先确定的频率（针对预先确定的频率，从调节或测量参量提取频率部分）在此尤其是可以基于电机的电频率确定。为此，尤其是可以将电驱动系统的一个或多个谐波考虑为用于获知频率部分的基础。以该方式，尤其是可以基于电机以及整个驱动系统中的谐波非常好地优化和适配影响和干扰。

在此为了调节电机而可以考虑的调节或测量参量例如可以包括电机的转矩变化过程中的改变、尤其是谐波。此外，波动、尤其是影响也能够以谐波的频率在电机或电驱动系统中的电流或电压中作为用于根据本发明的调节的调节或测量参量实现。此外，另外的参数（其直接作为调节或测量参量供使用）或另外的参量（其可以间接从其他的调节或测量参量导出）也可以用于调节。因此，例如也可能的是，预设用于电机的有意的噪音形成的参数。因此，通过有针对性地调整、提高或降低频率部分、尤其是谐波，可以影响电机和因此整个驱动系统的噪音形成。以该方式例如也可能的是，通过调节来有针对性地提高电机的噪音形成。由此，例如可以将用户或电机的周围环境中的人员的注意力转移到危险或可能的事件上。

根据实施方式，至少一个调节或测量参量包括电机的转矩或转矩变化过程，电机的电流和/或电压，和/或电机的期望的噪音形成。此外，任意的其他的参量也能够作为调节或测量参量。这些调节或测量参量尤其是也可以一起考虑，从这些调节或测量参量可以导出另外的参量。因此，对电机的调节也可以调节到不能够直接以测量技术检测的预设的值。

根据实施方式，该方法在用于计算控制参量的步骤中包括用于将控制参量转换到时域中的步骤。在此首先，借助调节矩阵和调节或测量参量的频率部分的计算在频域中实施，并且随后通过转换将该结果转换到时域中，从而控制参量随后可供用于时域中的调节。

根据实施方式，该方法包括用于提供多个预先确定的调节矩阵的步骤。在此，尤其是针对不同的应用情况可以提供不同的调节矩阵。在此例如可以提前计算多个调节矩阵，从而在调节电机期间不必进一步计算调节矩阵。在此，提供的调节矩阵例如可以存储在存储器中。备选地，提供调节矩阵例如也可以包括在计算单元本身中计算调节矩阵。在该情况下，必要时也可以在线、即在运行期间计算必需的调节矩阵。此外，该方法可以包括用于从多个预先确定的调节矩阵中选择一调节矩阵的步骤。随后，可以借助所选择的调节矩阵从调节或测量参量的频率部分实现控制参量。以该方式，分别针对不同的应用情况可以基于多个不同的调节矩阵选择适当的、适配的调节矩阵。由此，针对不同的应用情况能够实现对调节的简单的适配。

根据实施方式，可以根据用于电机的预设的运行模式来选择调节矩阵。这种运行模式例如可以考虑到参数的不同的优化。因此，不同的调节矩阵例如可以不同强度地适配谐波的不同的部分。电机的不同的噪音形成例如也能够基于不同的调节矩阵实现。此外也可以通过不同的调节矩阵来预设任意的其他的优化目标。

根据实施方式，该方法此外包括下述步骤，其用于从所检测的调节或测量参量的预先确定的频率的所获知的部分来计算目标参量。这种目标参量尤其是例如可以包括不能够直接在电机或驱动系统中以测量技术来检测的参量。通过计算、即从能够在电机或驱动系统中以测量技术检测的另外的参量导出该目标参量，因此也能够实现对仅能间接获知的参量的有效获知。为了从调节或测量参量计算目标参量，尤其是也可以使用同样可以提前建立的另外的矩阵。

根据电驱动系统的实施方式，电机包括异步电机或永磁激励的同步电机。

只要是有意义的，那么上述的设计方案和改进方案可以任意地相互组合。本发明的另外的实施方式、改进方案和实现也包括本发明的之前或随后关于实施例描述的特征的未详细提到的组合。尤其地，本领域技术人员在此也将添加单个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

随后根据在附图的示意图中说明的实施例来详细阐述本发明。在此：

图1示出了根据实施方式的、具有用于电机的调节设备的电驱动系统的示意图；

图2示出了根据另一实施方式的、具有用于电机的调节设备的电驱动系统的示意图；并且

图3示出了流程图的示意图，例如根据实施方式的用于调节电机的方法以该流程图为基础。

具体实施方式

图1示出了具有用于电机4的调节设备的电驱动系统的示意图。调节设备在此包括第一转换装置1和第一计算装置2。在调节设备中计算的控制参量R在此可以提供给控制装置3，控制装置利用所计算的控制参量R来操控电机4。

作为用于调节设备的输入信号可以使用任意的调节或测量参量P。例如，作为输入信号可以使用电驱动系统的控制电压。此外例如也可以检测电机4的电流、例如电机4的相位接头中的电流，并且将其作为测量参量提供。此外，电机4的转矩的变化过程也可以被检测或计算，并且用作用于调节设备的输入参量P。此外，另外的调节或测量参量也是可能的。用于电机4的限定的噪音形成的预设尤其是例如也可以作为输入参量P提供。因此，电机4的噪音形成例如可以通过电机4的转矩变化过程中的波动受影响。此外也能够实现如下测量参量，从这些测量参量可以导出电机4或整个电驱动系统的必要时不能直接测量的另外的参数。此外，必要时也可以在电驱动系统的整流器（在此未示出）的输入端上评估电压或电流的变化过程，并且将其包括在电机4的调节内。以该方式例如可以对电驱动系统至馈入驱动系统的能量供应网络的反作用进行适配或最小化。

在调节设备的输入侧提供的调节或测量参量P首先在第一转换装置1上分开为预先确定的频率部分。在此，针对每个调节或测量参量P可以提取一个预先确定的频率的部分或还有多个预先确定的频率的部分。预先确定的频率（该频率的部分从调节或测量参量提取）可以尤其是电机4的电频率的谐波的频率。待调节的谐波的余弦和正弦部分例如可以从调节或测量参量P的时间信号提取，其方法是，利用相应的基本函数解调信号，即相乘。这可以例如借助第一转换装置1中的乘法器11和12实现。

针对永磁激励的同步电机例如产生用于相应的谐波的当前的参考角度Ф=m·N·Ф_mech。在此，Ф_mech代表机械转子位置角度，N代表极对数，并且m代表谐波阶数。从这样计算的正弦部分Vs和余弦部分Vc例如可以形成复矢量V=Vs+jVc。然而，此外原则上也能够实现没有另外的限制的纯实数的实现。复矢量V或各个正弦或余弦部分可以总结在加权矩阵H中。为了接下来的调节，随后可以形成品质函数J：J=V*H*HV。

在此，利用星号*分别表示转置共轭复元素。品质函数J的最小化相应于调节或测量参量P中的谐波部分的最小化。为了确定不同的权重并且因此确定各个目标相互间的不同的重要性而使用上面已经提到的加权矩阵H。在考虑到电机4中的稳定的传输特性的情况下，品质函数J可以理解为电机4的调节或测量参量P中的谐波的函数。基于以梯度为基础的优化，用于电驱动系统的调节或测量参量P的系数可以最后迭代地被适配，从而最小化品质函数J。这最后导致的是，调节参量的系数可以通过与运行点相关的矩阵G和调节或测量参量的频率部分的复矢量的简单相乘来计算。这例如可以在乘法装置20中实现。在此，已经可以提前计算与运行点相关的复矩阵G，并且因此在调节期间不对计算性能造成负担。

与运行点相关的矩阵G和系数矢量V的相应的相乘例如可以在第一计算装置2中进行。

最后，可以通过在调制器21和22中利用相应的基本函数的调制形成控制参量R，控制参量被输送至控制装置3。控制装置3因此利用所形成的控制参量R来操控电机4。

图2示出根据另一实施方式的用于电机4的调节设备的示意图。该实施方式基本上相应于之前描述的实施方式，并且此外扩展有第二计算装置24。在第二计算装置24中，例如可以从以测量技术检测的参量导出电机4或整个电驱动系统的不能直接以测量技术检测的参数。因此也可以实现对不能直接在电驱动系统中获知的目标值的调节。计算电驱动系统的另外的参数例如也可以借助检测的测量值与之前形成的矩阵的简单相乘实现。这也能够针对不能检测或可能不能直接检测的目标值实现对电驱动系统和尤其是电机4进行特别简单的调节。为了调整预设的额定值Sa和Sb，也可以在调节设备中作为预设额定值提供额定值Sa和Sb。

图3示出了流程图的示意图，例如根据实施方式的、用于调节电机4的方法100以该流程图为基础。在步骤110中检测至少一个调节或测量参量。在步骤120中从至少一个检测的调节或测量参量获知预先确定的频率部分。如已经在之前描述的那样，这些部分可以通过利用相应的基本函数的解调（相乘）形成。此外原则上也可以以任意的其他的方法来提取调节或测量参量P的频率部分。优选地，但非强制性地，可以从提取的频率部分形成复矢量。频率部分可以尤其是电机4的预设的谐波的频率的部分。

在步骤130中，在使用预先确定的调节矩阵G和调节或测量参量的在步骤120中获知的频率部分的情况下计算控制参量。随后在步骤140中，利用计算的控制参量可以相应操控电机。

如在之前已经实施的那样，用于调节电机4的调节矩阵G可以在此已经提前离线地进行计算，并且因此在电机运行期间不对调节系统的计算性能造成负担。在此必要时，针对电驱动系统的不同的运行模式也能够实现不同的调节矩阵G。为此在需要时可以提前计算多个不同的调节矩阵G。调节矩阵必要时可以存储在相应的存储设备中。因此，在电机4运行期间通过简单更换调节矩阵G可以适配用于电机调节的调节特性。例如可以形成不同的调节矩阵G，以便在调节电机4期间跟踪不同的目标。因此一方面可能的是，最小化电机4的转矩变化过程中的谐波。电机的转矩变化过程中的波动的这种最小化导致电机的特别平稳的运行。

必要时值得期待的是，有意地偏离这种优化的转矩变化过程，以便例如提高电机4的噪音形成。由此例如可以唤起用户或在电机4的周围环境中的其他人员的注意力。这可以例如向用户指出可能的危险情况。此外，例如也可以通过有意提高电动车或混动车中的驱动器的噪音形成来使用噪音形成，以使车辆的周围环境中的人员注意到车辆。

此外，例如也可以通过相应的调节来使电驱动系统对与驱动系统连接的能量供应网络的反作用最小化。此外，通过有针对性地适配相应的调节矩阵不仅可以跟踪这一个或另外的目标，而且也可以跟踪多个目标的组合，并且在此相应加权各个目标预设值。

总之，本发明涉及用于电机的调节。为了调节电机，从电机的调节或测量参量提取预先确定的频率部分，并且将其与之前计算的调节矩阵相乘。调节矩阵在此可以提前计算。针对不同的应用情况，可以提前形成不同的调节矩阵。由此，尤其是为了优化和最小化谐波能够实现对电机的简单有效和稳定的调节。