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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE CONTROLLER WITH SELF-CONTAINED ERROR CORRECTION FUNCTION OF POSITION ERRORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120811
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric drive having an electric machine (1) which is supplied with electric energy via a converter (2). In a normal operation, the drive controller (5) continuously receives respective raw signals (x, y, α') for the electric drive from a position transmitter (9) which detects the rotational position of a rotor shaft (8) of the electric machine (1) and ascertains a respective actual position (α) of the rotor shaft (8) using the raw signals (x, y, α') in combination with correction variables (rej, imj). Depending on a respective target position (α*) and the respective actual position (α) or a respective target rotational speed (n*) and a respective actual rotational speed (n) of the electric machine (1) ascertained using the respective actual position (α), the drive controller ascertains respective control signals (U*) for the converter (2) and outputs same to the converter (2). In a special operation, the drive controller (5) first ascertains control signals (U*) for the converter (2), the rotor shaft (8) being rotated at a starting rotational speed (n1) on the basis of said control signals, and outputs the control signals to the converter (2). The drive controller then operates the electric machine (1) so as to not exert a force so that the rotor shaft (8) coasts down. During the coast-down, the drive controller (5) continuously receives respective raw signals (x, y, α') from the position transmitter (9), ascertains a respective raw position (α') of the rotor shaft (8) from the raw signals, and stores the respective raw position. Using a plurality of raw positions (α') ascertained in the special operation, the drive controller ascertains the correction variables (rej, imj) and stores same in a correction variable storage unit (11) so that the correction variables are available for ascertaining the respective actual position (α) in the normal operation.

Inventors:
KÜNZEL, Stefan (Emmerweg 6, Erlangen, 91056, DE)
Application Number:
EP2018/081739
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
November 19, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
G05B19/042; H02K29/06; H02P6/00; H02P6/16; H02P29/024
Foreign References:
DE102004050999A12005-06-02
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Antriebssteuerung für einen elektrischen Antrieb, der eine über einen Umrichter (2) mit elektrischer Energie versorgte elektrische Maschine (1) aufweist, wobei die Antriebssteue rung in einem Normalbetrieb kontinuierlich

- von einem eine Drehstellung einer Rotorwelle (8) der

elektrischen Maschine (1) erfassenden Lagegeber (9) jeweils Rohsignale (x, y, ' ) entgegennimmt,

- anhand der jeweiligen Rohsignale (x, y, ' ) in Verbindung mit Korrekturgrößen (rej, imj ) jeweils eine Istlage ( ) der Rotorwelle (8) ermittelt und

- in Abhängigkeit von einer jeweiligen Solllage ( *) und der jeweiligen Istlage ( ) oder einer jeweiligen Solldrehzahl (n*) und einer unter Verwendung der jeweiligen Istlage ( ) ermittelten jeweiligen Istdrehzahl (n) der Rotorwelle (8) jeweilige Steuersignale (U*) für den Umrichter (2) ermit telt und an den Umrichter (2) ausgibt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung in einem Sonderbetrieb

- zunächst Steuersignale (U*) für den Umrichter (2) ermit telt, aufgrund derer die Rotorwelle (8) mit einer Anfangs drehzahl (nl) rotiert, und diese Steuersignale (U*) an den Umrichter (2) ausgibt,

- sodann die elektrische Maschine (1) kraftlos betreibt, so dass die Rotorwelle (8) austrudelt,

- während des Austrudelns der Rotorwelle (8) von dem Lagege ber (9) kontinuierlich jeweils Rohsignale (x, y, ' ) entge gennimmt und anhand der jeweiligen Rohsignale (x, y, ' ) jeweils eine Rohlage ( ' ) der Rotorwelle (8) ermittelt und zwischenspeichert,

- anhand einer Vielzahl von im Sonderbetrieb ermittelten Roh lagen ( ' ) die Korrekturgrößen (rej, imj) ermittelt und

- die Korrekturgrößen (rej, imj) in einem Korrekturgrößen speicher (11) der Antriebssteuerung hinterlegt, so dass sie im Normalbetrieb für die Ermittlung der jeweiligen Istlage ( ) zur Verfügung stehen.

2. Antriebssteuerung nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung im Sonderbetrieb anhand der jewei ligen Rohsignale ( ' ) jeweils prüft, ob eine aktuelle Dreh zahl (n) der Rotorwelle (8) eine Minimaldrehzahl (n2) er reicht oder unterschreitet, und bei Erreichen oder Unter schreiten der Minimaldrehzahl (n2) das Ermitteln und Zwi schenspeichern der Rohlagen ( ' ) beendet und zur Ermittlung der Korrekturgrößen (rej, imj ) übergeht.

3. Antriebssteuerung nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung das Austrudeln der Rotorwelle (8) gemäß einem Modell (12) modelliert, dass das Modell (12) eine Anzahl von Modellparametern (ki) aufweist und dass die An triebssteuerung anhand der im Sonderbetrieb ermittelten Roh lagen ( ' ) auch die Modellparameter (ki) ermittelt.

4. Antriebssteuerung nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass das Modell (12) die Form aufweist, wobei t die Zeit (t) ab dem Beginn des kraftlosen Betreibens der elektrischen Maschine (1) ist und ki die Mo dellparameter (ki) sind.

5. Antriebssteuerung nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die höchste in dem Modell (12) betrachtete Potenz der Zeit (t) die zweite, dritte oder vierte Potenz ist.

6. Antriebssteuerung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung im Normalbetrieb aus den jeweils entgegengenommenen Rohsignalen (x, y, ex') jeweils eine Rohla- ge (oh ) ermittelt und aus der jeweiligen Rohlage (oh ) anhand der Beziehung die zugehörige jeweilige Istlage (ex) der Rotorwelle (8) er mittelt, wobei die jeweilige Istlage ( ) , oh die jeweilige Rohlage (ob ) und rej und imj die Korrekturgrößen (rej, imj ) sind .

7. Antriebssteuerung nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass das höchste im Normalbetrieb berücksichtigte Vielfache der jeweiligen Rohlage (oh ) das Einfache oder das Zweifache der jeweiligen Rohlage (oh ) ist.

8. Antriebssteuerung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung die Korrekturgrößen (rej, imj) an hand eines überbestimmten Gleichungssystems ermittelt und dass die Antriebssteuerung die Korrekturgrößen (rej, imj) ge mäß einem Verfahren ermittelt, bei dem die Fehlerquadrate mi nimiert werden.

9. Elektrischer Antrieb, der einen Umrichter (2), eine über den Umrichter (2) mit elektrischer Energie versorgte elektri sche Maschine (1) und eine Antriebssteuerung (5) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Antriebssteuerung (5) als Antriebssteuerung nach ei nem der obigen Ansprüche ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Antriebssteuerung mit eigenständiger Fehlerkorrektur von La gefehlern

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Antriebssteue rung für einen elektrischen Antrieb, der eine über einen Um richter mit elektrischer Energie versorgte elektrische Ma schine aufweist, wobei die Antriebssteuerung in einem Normal betrieb kontinuierlich

- von einem eine Drehstellung einer Rotorwelle der elektri schen Maschine erfassenden Lagegeber jeweils Rohsignale entgegennimmt,

- anhand der jeweiligen Rohsignale in Verbindung mit Korrek turgrößen jeweils eine Istlage der Rotorwelle ermittelt und

- in Abhängigkeit von einer jeweiligen Solllage und der je weiligen Istlage oder einer jeweiligen Solldrehzahl und ei ner unter Verwendung der jeweiligen Istlage ermittelten je weiligen Istdrehzahl der Rotorwelle jeweilige Steuersignale für den Umrichter ermittelt und an den Umrichter ausgibt.

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem elektrischen Antrieb, der einen Umrichter, eine über den Um richter mit elektrischer Energie versorgte elektrische Ma schine und eine Antriebssteuerung aufweist.

Bei geregelten elektrischen Maschinen wird häufig zur Messung von Lage oder Drehzahl ein Lagegeber an die Rotorwelle ange baut. Der Lagegeber liefert sodann im Betrieb der elektri schen Maschine jeweils Rohsignale, anhand derer eine jeweili ge Istlage der Rotorwelle ermittelt wird und/oder unter Dif ferenzierung der jeweiligen Istlage eine jeweilige Istdreh zahl der Rotorwelle ermittelt wird. Die jeweilige Istlage wird sodann zur Lageregelung auf eine Solllage verwendet bzw. die jeweilige Istdrehzahl zur Drehzahlregelung auf eine Soll drehzahl verwendet. In der Praxis geschieht es oftmals, dass die Motorwelle und die Geberwelle einen - wenn auch nur geringen - Versatz zuei nander aufweisen. Ein derartiger Versatz führt in den von dem Lagegeber ausgegebenen Rohsignalen zu einem systematischen Messfehler. Der Messfehler ist periodisch zur Drehstellung der Rotorwelle, d.h. der Istlage. In manchen Fällen weist der Fehler ausschließlich oder nahezu ausschließlich eine Kompo nente auf, deren Periodizität mit der Periodizität der Dreh stellung korrespondiert (Grundschwingung) . In anderen Fällen weist der Fehler zusätzlich weitere Komponenten auf, deren Periodizität mit einem ganzzahligen Vielfachen der Periodizi tät der Drehstellung korrespondiert (Oberschwingungen) . Ins besondere die erste Oberschwingung, bei welcher die Periodi zität des Fehlers mit dem Doppelten der Periodizität der Drehstellung korrespondiert, ist oftmals von Bedeutung. Die Fehler sind besonders unangenehm, wenn aus der ermittelten Istlage durch Differenzieren die Drehzahl ermittelt wird.

Denn aufgrund der Differenzierung steigt die Amplitude des Fehlers proportional mit der Drehzahl an.

Im optimalen Fall wird der Fehler durch eine entsprechend ge naue Positionierung des Gebers beim Anbau an die elektrische Maschine vermieden oder zumindest gering gehalten. In anderen Fällen wird der Fehler durch Korrekturgrößen berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung betrifft die letztgenannte Vorge hensweise, bei welcher der Fehler durch Korrekturgrößen be rücksichtigt .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer die benötigten Korrek turgrößen auf einfache und zuverlässige Weise ermittelt wer den können.

Die Aufgabe wird durch eine Antriebssteuerung mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebssteuerung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8. Erfindungsgemäß wird eine Antriebssteuerung der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Antriebssteuerung in einem Sonderbetrieb

- zunächst Steuersignale für den Umrichter ermittelt, auf grund derer die Rotorwelle mit einer Anfangsdrehzahl ro tiert, und diese Steuersignale an den Umrichter ausgibt,

- sodann die elektrische Maschine kraftlos betreibt, so dass die Rotorwelle austrudelt,

- während des Austrudelns der Rotorwelle von dem Lagegeber kontinuierlich jeweils Rohsignale entgegennimmt und anhand der jeweiligen Rohsignale jeweils eine Rohlage der Rotor welle ermittelt und zwischenspeichert,

- anhand einer Vielzahl von im Sonderbetrieb ermittelten Roh lagen die Korrekturgrößen ermittelt und

- die Korrekturgrößen in einem Korrekturgrößenspeicher der Antriebssteuerung hinterlegt, so dass sie im Normalbetrieb für die Ermittlung der jeweiligen Istlage zur Verfügung stehen .

Durch diese Vorgehensweise können die Korrekturgrößen von der Antriebssteuerung selbst ermittelt werden, ohne weitere Kom ponenten zu benötigen. Insbesondere ist es nicht erforder lich, die Korrekturgrößen anderweitig - beispielsweise mit tels eines weiteren Lagegebers, der seinerseits fehlerbehaf tet sein kann oder aber hochgenau positioniert werden muss - zu ermitteln.

Vorzugsweise wird der Sonderbetrieb nur so lange beibehalten, solange die Rotorwelle schnell genug rotiert. Vorzugsweise prüft die Antriebssteuerung im Sonderbetrieb daher anhand der jeweiligen Rohsignale jeweils, ob eine aktuelle Drehzahl der Rotorwelle eine Minimaldrehzahl erreicht oder unterschreitet. Bei Erreichen oder Unterschreiten der Minimaldrehzahl beendet die Antriebssteuerung das Ermitteln und Zwischenspeichern der Rohlagen und geht zur Ermittlung der Korrekturgrößen über. Dieser Ansatz beruht auf dem Gedanken, dass bei einer hinrei chend hoher Drehzahl (d.h. einer Drehzahl oberhalb der Mini maldrehzahl) Störungen der gleichmäßigen Rotation beispiels- weise durch Nutrastmomente und dergleichen hinreichend klein sind, so dass sie vernachlässigt werden können. Bei einer kleineren Drehzahl (d.h. einer Drehzahl unterhalb der Mini maldrehzahl) können derartige Störungen hingegen Fehler be wirken, die nicht mehr ohne weiteres vernachlässigt werden können .

In der Regel modelliert die Antriebssteuerung das Austrudeln der Rotorwelle gemäß einem Modell, das eine Anzahl von Mo dellparametern aufweist. Vorzugsweise ermittelt die Antriebs steuerung anhand der im Sonderbetrieb ermittelten Rohlagen nicht nur die Korrekturgrößen, sondern auch die Modellparame ter. Dadurch können insbesondere durch das Modell als solches hervorgerufene Fehler verringert bzw. vermieden werden.

Das Modell kann beispielsweise die Form aufweisen, wobei t die Zeit ab dem Beginn des kraftlosen Be treibens der elektrischen Maschine ist und ki die Modellpara meter sind. Der Modellparameter kO ist durch die Rohlage zum Zeitpunkt des Beginns des kraftlosen Betreibens der elektri schen Maschine bestimmt, der Modellparameter kl durch die An fangsdrehzahl. Die Modellparameter k2, k3 usw. modellieren das allmähliche Austrudeln als solches. Insbesondere model liert der Modellparameter k2 die durch Reibung und derglei chen verursachte Verzögerung und modelliert der Modellparame ter k3 den Ruck.

Die höchste in dem Modell betrachtete Potenz der Zeit ist mindestens die zweite Potenz der Zeit, d.h. die Beschleuni gung. Anderenfalls würde angenommen, dass die einmal einge stellte Drehzahl - d.h. die Anfangsdrehzahl - konstant bleibt. Oftmals ist es ausreichend, wenn die höchste in dem Modell betrachtete Potenz der Zeit die dritte Potenz der Zeit ist, d.h. der Ruck. In manchen Fällen kann es jedoch erfor- derlich sein, zusätzlich auch noch die vierte Potenz der Zeit zu betrachten. Eine Berücksichtigung noch höherer Potenzen der Zeit ist zwar möglich, in der Regel aber nicht erforder lich.

Zur Fehlerkorrektur ermittelt die Antriebssteuerung im Nor malbetrieb aus den jeweils entgegengenommenen Rohsignalen je weils eine Rohlage und sodann aus der jeweiligen Rohlage an hand der Beziehung die zugehörige jeweilige Istlage der Rotorwelle. Hierbei sind die jeweilige Istlage und ob die jeweilige Rohlage, rej und imj sind die Korrekturgrößen. Je nach Lage des Einzelfalls kann es ausreichen, im Normalbetrieb nur das Einfache der je weiligen Rohlage zu berücksichtigen, also nur die Grundfre quenz. Falls auch ganzzahligen Vielfache der jeweiligen Roh lage berücksichtigt werden müssen, ist es oftmals ausrei chend, zusätzlich zur Grundfrequenz nur die erste Oberschwin gung zu berücksichtigen, also das Zweifache der jeweiligen Rohlage .

Vorzugsweise ermittelt die Antriebssteuerung die Korrektur größen anhand eines überbestimmten Gleichungssystems, wobei die Antriebssteuerung weiterhin die Korrekturgrößen gemäß ei nem Verfahren ermittelt, bei dem die Fehlerquadrate minimiert werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Ermittlung der Kor rekturgrößen gesteigert werden.

Die Aufgabe wird weiterhin durch einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist bei einem elektrischen Antrieb der eingangs genannten Art die Antriebssteuerung als erfindungsgemäße Antriebssteuerung aus gebildet . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1 einen elektrischen Antrieb und seine Steue

rung,

FIG 2 eine Antriebssteuerung,

FIG 3 bis 5 je ein Ablaufdiagramm,

FIG 6 ein Zeitdiagramm,

FIG 7 einen Lösungsansatz zur Bestimmung von Korrek turgrößen und Modellparametern,

FIG 8 und 9 je einen Lösungsvektor,

FIG 10 und 11 je eine Matrix und

FIG 12 einen Rohlagenvektor.

Gemäß FIG 1 weist ein elektrischer Antrieb eine elektrische Maschine 1 auf. Die elektrische Maschine 1 wird über einen Umrichter 2 mit elektrischer Energie versorgt. Der Umrichter 2 ist seinerseits an ein Versorgungsnetz 3 oder dergleichen angeschlossen. Der Umrichter 2 umfasst insbesondere die Steu ersätze zum temporären Anschalten des Versorgungsnetzes 3 an die Phasen 4 der elektrischen Maschine 1. Dem Umrichter 2 werden von einer Antriebssteuerung 5 Steuersignale U* zuge führt, beispielsweise in Form von Soll-Phasenspannungen. An hand der Steuersignale U* ermittelt der Umrichter 2 die zuge hörige Ansteuerung von internen Halbleiterschaltelementen 6, beispielsweise von IGBTs. Von den internen Halbleiterschalt elementen 6 ist in FIG 1 nur eines angedeutet. Mittels der internen Halbleiterschaltelemente 6 wird das Anschalten des Versorgungsnetzes 3 an die Phasen 4 der elektrischen Maschine 1 realisiert. Der Umrichter 2 übermittelt umgekehrt Istgrößen U, I an die Antriebssteuerung 5 zurück. Bei den Istgrößen U,

I kann es sich beispielsweise um eine Zwischenkreisspannung eines den Halbleiterschaltelementen 6 vorgeordneten Zwischen kreises, um Ist-Phasenspannungen und um Ist-Phasenströme han- dein. Die Kommunikation zwischen dem Umrichter 2 und der An triebssteuerung 5 - also die Übermittlung der Steuersignale U* und die Übermittlung der Istgrößen U, I - erfolgt mit ei nem Stromreglertakt, der in der Regel bei mindestens 8 kHz liegt, manchmal auch bei größeren Werten wie beispielsweise 16 kHz oder 32 kHz.

Die Antriebssteuerung 5 ist in FIG 2 dargestellt. Sie kann im Einzelfall als alleinige Steuereinrichtung für die elektri sche Maschine 1 wirken. In der Regel ist die Antriebssteue rung 5 jedoch entsprechend der Darstellung in FIG 1 einer weiteren Steuereinrichtung 7 untergeordnet. Die weitere Steu ereinrichtung 7 kann beispielsweise als numerische Steuerung (CNC = Computer numerical control) oder als Bewegungssteue rung (MC = motion control) ausgebildet sein. In diesem Fall nimmt die Antriebssteuerung 5 von der weiteren Steuereinrich tung 7 mindestens einen übergeordneten Sollwert entgegen und übermittelt mindestens einen übergeordneten Istwert an die weitere Steuereinrichtung 7 zurück. Der übergeordnete Soll wert ist üblicherweise ein Drehzahlsollwert n* . Es kann sich alternativ aber auch um einen Lagesollwert * oder einen Mo mentsollwert M* handeln. Der übergeordnete Istwert ist in der Regel ein Lageistwert . Es kann sich alternativ aber auch um einen Drehzahlistwert n oder einen Momentistwert M handeln.

Es ist auch möglich, dass die Antriebssteuerung 5 mehrere Istwerte an die weitere Steuereinrichtung 7 übermittelt, bei spielsweise einen Lageistwert und zusätzlich einen Dreh zahlistwert n.

Die Kommunikation zwischen der Antriebssteuerung 5 und der weiteren Steuereinrichtung 7 - also die Übermittlung der übergeordneten Sollwerte und die Übermittlung der Istwerte - erfolgt mit einem weiteren Arbeitstakt, der je nach Art des übergeordneten Sollwertes ein Drehzahlreglertakt oder ein La gereglertakt oder ein Momentreglertakt ist. Der weitere Ar beitstakt liegt in der Regel bei mindestens 8 kHz, manchmal auch bei größeren Werten wie beispielsweise 16 kHz oder 32 kHz. In jedem Fall aber ist der weitere Arbeitstakt maximal so groß wie der Stromreglertakt. Wenn also beispielsweise der Stromreglertakt 16 kHz beträgt, kann der weitere Arbeitstakt beispielsweise 8 kHz oder 16 kHz sein, nicht aber 32 kHz.

Der Lageistwert - nachfolgend auch als Istlage bezeichnet - entspricht der momentanen Drehstellung einer Rotorwelle 8 der elektrischen Maschine 1. Die Istlage oder eine unter Verwendung der Istlage ermittelte Istdrehzahl n (d.h. der Drehzahlistwert) wird von der Antriebssteuerung 5 intern ver wendet, um die Steuersignale U* korrekt zu ermitteln. Zur Er fassung der Drehstellung = Istlage ist ein Lagegeber 9 vor handen. Der Lagegeber 9 erfasst Gebersignale, beispielsweise ein sogenanntes Sinussignal y und ein sogenanntes Cosinussig nal x. Es ist möglich, dass der Lagegeber 9 aus dem Sinussig nal y und dem Cosinussignal x selbst einen Winkel ' (= Roh lage ' ) ermittelt und als Rohsignal ' den Winkel ' an die Antriebssteuerung 5 übermittelt. Alternativ ist es möglich, dass der Lagegeber 9 als Rohsignale x, y das Sinussignal y und das Cosinussignal x an die Antriebssteuerung 5 übermit telt und die Antriebssteuerung 5 daraus die Rohlage ' ermit telt. Welche dieser beiden Vorgehensweisen ergriffen wird, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Auch ist es alternativ möglich, die vom Lagegeber 9 an die Antriebssteuerung 5 übermittelten Signale direkt an die Antriebssteuerung 5 zu übermitteln oder über den Umrich ter 2 an die Antriebssteuerung 5 zu übermitteln. Auch hier ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung, welche dieser beiden Vorgehensweisen ergriffen wird. Entscheidend ist, dass die Übermittlung im Stromregler takt erfolgt.

Gemäß FIG 3 arbeitet die Antriebssteuerung 5 wie folgt:

In einem Schritt S1 nimmt die Antriebssteuerung 5 ein Modus signal B entgegen. Das Modussignal B kann mindestens zwei verschiedene Werte aufweisen, nachfolgend als 0 und 1 be zeichnet. Es kann gegebenenfalls auch andere Werte aufweisen. Die Antriebssteuerung 5 prüft in einem Schritt S2, ob das Mo- dussignal B den Wert 0 aufweist. In diesem Fall geht die An triebssteuerung 5 zu einem Schritt S3 über. Im Schritt S3 führt die Antriebssteuerung 5 einen Normalbetrieb aus. Der Normalbetrieb wird später in Verbindung mit FIG 4 näher er läutert werden. Anderenfalls prüft die Antriebssteuerung 5 in einem Schritt S4, ob das Modussignal B den Wert 1 aufweist.

In diesem Fall geht die Antriebssteuerung 5 zu einem Schritt S5 über. Im Schritt S5 führt die Antriebssteuerung 5 einen Sonderbetrieb aus. Anderenfalls geht die Antriebssteuerung 5 zu einem Schritt S6 über. Im Schritt S6 führt die Antriebs steuerung 5 andere Maßnahmen aus, die im Rahmen der vorlie genden Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind. Die Ab folge der Schritte Sl, S2, S3 erfolgt im Stromreglertakt. Der Schritt S5 und gegebenenfalls auch der Schritt S6 können län gere Zeit in Anspruch nehmen.

Es ist auch möglich, dass das Modussignal B ausschließlich die Werte 0 und 1 annehmen kann. In diesem Fall können die Schritte S4 und S6 entfallen und kann vom Schritt S2 gegebe nenfalls direkt zum Schritt S5 übergegangen werden.

Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 4 der Normalbetrieb erläutert .

Im Normalbetrieb wird der Antriebssteuerung 5 in einem

Schritt Sil ein übergeordneter Sollwert bekannt. Beispiels weise kann die Antriebssteuerung 5 im Schritt Sil von der weiteren Steuereinrichtung 7 einen Drehzahlsollwert n* entge gennehmen oder den zuletzt entgegengenommenen Drehzahlsoll wert n* erneut verwenden. In einem Schritt S12 nimmt die An triebssteuerung 5 vom Lagegeber 9 dessen Rohsignale x, y, ' entgegen .

In einem Schritt S13 ermittelt die Antriebssteuerung 5 aus den Rohsignalen x, y, ' eine Istlage der Rotorwelle 8. Insbesondere ermittelt die Antriebssteuerung 5 die Istlage aus der zugehörigen Rohlage ' in Verbindung mit Korrektur größen rej , imj (mit j = 1, 2, 3, ...). Falls die Antriebs- Steuerung 5 im Schritt S12 als Rohsignale das Sinussignal y und das Cosinussignal x entgegengenommen hat, ermittelt die Antriebssteuerung 5 im Schritt S13 zuvor aus den Rohsignalen x, y die Rohlage ' . Anderenfalls ist das Rohsignal ' selbst bereits die Rohlage ob , die Ermittlung der Rohlage ' also trivial .

Der Schritt S13 kann auf verschiedene Art und Weise ausge staltet sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Antriebs steuerung 5 im Schritt S13 die Istlage gemäß der Beziehung ermittelt. Äquivalent hierzu wäre eine Ermittlung, bei der Terme mit gleicher Frequenz (also Terme mit gleichem Index j) derart zusammengefasst werden, dass nur ein einziges Mal ein Sinus oder ein Cosinus ermittelt werden muss, nicht aber so wohl der Sinus als auch der Cosinus.

Im einfachsten Fall kann der Index j nur den Wert 1 annehmen. Alternativ kann der Index j den Wert 2 annehmen. Höhere Werte als 2 sind zwar ebenfalls möglich, im Regelfall aber nicht erforderlich .

Soweit erforderlich, ermittelt die Antriebssteuerung 5 in ei nem Schritt S14 die Istdrehzahl n. Sofern die Ermittlung er folgt, erfolgt sie unter Verwertung der Istlage , insbeson dere durch zeitliche Differenzierung der Istlage . In einem Schritt S15 ermittelt die Antriebssteuerung 5, beispielsweise anhand des Drehzahlsollwertes n* und der Istdrehzahl n oder des Lagesollwertes * und der zugehörigen Istlage , die zu gehörigen Steuersignale U* für den Umrichter 2 und gibt sie an den Umrichter 2 aus. Soweit erforderlich, übermittelt die Antriebssteuerung 5 weiterhin in einem Schritt S16 die Istla ge oder eine andere Größe, beispielsweise die Istdrehzahl n, an die weitere Steuereinrichtung 7. Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 5 der Sonderbetrieb erläutert .

Im Sonderbetrieb löscht die Antriebssteuerung 5 zunächst in einem Schritt S21 den Inhalt eines Pufferspeichers 10. Als nächstes ermittelt die Antriebssteuerung 5 in einem Schritt S22 Steuersignale U* für den Umrichter 2, welche bewirken, dass die Rotorwelle 8 mit einer Anfangsdrehzahl nl rotiert. Die Ermittlung derartiger Steuersignale U* ist Fachleuten oh ne weiteres bekannt. Im Schritt S22 erfolgt auch die Ausgabe dieser Steuersignale U* an den Umrichter 2. Die Anfangsdreh zahl nl wird relativ hoch gewählt, beispielsweise bei mehre ren 1000 U/min. FIG 6 zeigt im negativen Bereich der Zeitach se diesen Zustand. Die Anfangsdrehzahl nl ist im Beispiel von FIG 6 mit 6000 U/min angesetzt. Dieser konkrete Wert der An fangsdrehzahl nl ist jedoch rein beispielhaft.

Sodann ermittelt die Antriebssteuerung 5 in einem Schritt S23 andere Steuersignale U* für den Umrichter 2. Diese Steuersig nale U* bewirken, dass die Antriebssteuerung 5 die elektri sche Maschine 1 kraftlos betreibt. Auch die Ermittlung derar tiger Steuersignale U* ist Fachleuten ohne weiteres bekannt. Beispielsweise kann die Ausgabe an Schaltimpulsen an die in ternen Halbleiterschalter 6 des Umrichters 2 gesperrt werden oder kann der Stromsollwert für die Phasen 4 auf 0 gesetzt werden. Auch diese Steuersignale U* werden im Schritt S23 an den Umrichter 2 ausgegeben. Die Ausführung des Schrittes S23 wird im weiteren Verlauf, d.h. insbesondere im Verlauf der wiederholten Ausführung der Schritte S24 bis S27, beibehal ten. Auch ist es möglich, dies dadurch zu erreichen, dass der Schritt S23 zu einem Bestandteil der die Schritte S24 bis S27 enthaltenden Schleife gemacht wird.

Aufgrund des kraftlosen Betriebs der elektrischen Maschine 1 trudelt die Rotorwelle 8 aus. Die Drehzahl n der Rotorwelle 8 verringert sich also entsprechend der Darstellung in FIG 6 nach und nach aufgrund von Reibungsverlusten in den Lagern der elektrischen Maschine 1, oder äußeren Kräften, und sei es nur die - wenn auch geringe - Luftreibung der rotierenden Ro torwelle 8. Die Verringerung der Drehzahl n erfolgt über eine Vielzahl von vollständigen Umdrehungen der Rotorwelle 8.

In diesem Zustand - also während des Austrudelns der Rotor welle 8 - werden wiederholt (und zwar im Stromreglertakt) die Schritte S24 bis S27 ausgeführt. Im Schritt S24 nimmt die An triebssteuerung 5 von dem Lagegeber 9 jeweils Rohsignale x, y, ex' entgegen. Im Schritt S25 ermittelt die Antriebssteue rung 5 anhand der jeweiligen Rohsignale x, y, ' jeweils die zugehörige Rohlage ' . Falls die Antriebssteuerung 5 im

Schritt S25 als Rohsignal ' bereits die Rohlage ' entgegen genommen hat, die Ermittlung der Rohlage ' trivial. In die sem Fall ist der Schritt S25 entartet.

Im Schritt S26 speichert die Antriebssteuerung 5 die Rohlage ' in den Pufferspeicher 10 ein. Das Speichern im Pufferspei cher 10 erfolgt derart, dass die jeweilige Rohlage ' zusätz lich zu bereits im Pufferspeicher 10 hinterlegten Rohlagen ' gespeichert wird. Soweit erforderlich, wird der jeweiligen Rohlage ' weiterhin der zugehörige Erfassungszeitpunkt tn (n = 1, 2, 3, ... N) zugeordnet und ebenfalls im Pufferspeicher

10 hinterlegt.

Im Schritt S27 prüft die Antriebssteuerung 5, ob das Ermit teln und Zwischenspeichern der Rohlagen ' beendet werden soll. Beispielsweise kann die Antriebssteuerung 5 im Schritt S27 anhand der jeweiligen Rohlage ' jeweils eine aktuelle Drehzahl n der Rotorwelle 8 ermitteln und prüfen, ob die ak tuelle Drehzahl n eine Minimaldrehzahl n2 erreicht oder un terschreitet. Die Minimaldrehzahl n2 kann bei einem geeigne ten Prozentsatz der Anfangsdrehzahl nl liegen, beispielsweise irgendwo zwischen 60 % und 20 % der Anfangsdrehzahl nl, ins besondere zwischen 50 % und 30 %. Gemäß FIG 6 liegt die Mini maldrehzahl n2 beispielsweise bei 2000 U/min. Wenn die Mini maldrehzahl n2 erreicht oder unterschritten wird, wird das Ermitteln und Zwischenspeichern der Rohlagen ' beendet. An derenfalls geht die Antriebssteuerung 5 zum Schritt S24 zu- rück. Alternativ zu einem Erreichen oder Unterschreiten der Minimaldrehzahl n2 könnte im Schritt S27 beispielsweise auch geprüft werden, ob seit dem Beginn des Austrudelns der Rotor welle 8 eine hinreichend lange Zeit verstrichen ist. Auch ist es möglich, im Rahmen des Schrittes S27 zu prüfen, ob seit dem Beginn des Erfassens der Rohsignale x, y, ' eine be stimmte Anzahl an vollständigen Umdrehungen der Rotorwelle 8 erfolgt ist, insbesondere mindestens eine vollständige Umdre hung .

Wenn das Ermitteln und Zwischenspeichern der Rohlagen ' be endet wird, geht die Antriebssteuerung 5 zu einem Schritt S28 über. Im Schritt S28 ermittelt die Antriebssteuerung 5 zumin dest die Korrekturgrößen rej , imj . Die Ermittlung der Korrek turgrößen rej , imj erfolgt anhand der im Pufferspeicher 10 hinterlegten Rohlagen ' . Hierbei wird nicht nur eine einzel ne Rohlage ' verwertet, sondern eine Vielzahl von im Puffer speicher 10 hinterlegten Rohlagen ' . Die ermittelten Korrek turgrößen rej, imj hinterlegt die Antriebssteuerung 5 in ei nem Schritt S29 in einem Korrekturgrößenspeicher 11. Dadurch stehen die Korrekturgrößen rej, imj im nachfolgenden Normal betrieb für die Ermittlung der jeweiligen Istlage zur Ver fügung .

Die Antriebssteuerung 5 modelliert das Austrudeln der Rotor welle 8 gemäß einem Modell 12. Das Modell 12 weist eine An zahl von Modellparametern ki (mit i = 1, 2, 3 ...) auf. Bei spielsweise kann das Modell 12 entsprechend der Darstellung in FIG 2 die Form aufweisen. Hierbei ist t die Zeit t ab dem Beginn des kraft losen Betreibens der elektrischen Maschine 1. Alternativ zu einer Modellierung über ein Polynom der Zeit t ist auch eine Modellierung über eine Exponenzialfunktion möglich. Vorzugsweise ermittelt die Antriebssteuerung 5 entsprechend der Darstellung in FIG 5 im Rahmen des Schrittes S28 nicht nur die Korrekturgrößen rej , imj , sondern zusätzlich auch die Modellparameter ki . Dies ist ohne weiteres möglich, sofern im Pufferspeicher 10 hinreichend viele Rohlagen ' gespeichert sind und somit zur Bestimmung der Korrekturgrößen rej , imj und der Modellparameter ki zur Verfügung stehen.

Im Rahmen des Schrittes S27 ermittelt die Antriebssteuerung 5 die Korrekturgrößen rej, imj und gegebenenfalls auch die Mo dellparameter ki anhand eines überbestimmten Gleichungssys tems. Die Ermittlung erfolgt weiterhin vorzugsweise gemäß ei nem Verfahren, bei dem die Fehlerquadrate minimiert werden. Insbesondere kann die Antriebssteuerung 5 die Korrekturgrößen rej, imj und die Modellparameter ki entsprechend der Darstel lung in FIG 7 im Ergebnis gemäß der Beziehung

Y = (A T ·A) 1 -A T -b (5) ermitteln .

Y ist ein Lösungsvektor Y, dessen Komponenten die gesuchten Korrekturgrößen rej, imj und die gesuchten Modellparameter ki sind. FIG 8 zeigt den Lösungsvektor Y für den Fall, dass nur die Korrekturgrößen rel, iml für die Grundschwingung ermit telt werden und die höchste in dem Modell 12 betrachtete Po tenz der Zeit t die dritte Potenz ist, dass also zusätzlich zu den Korrekturgrößen rel, iml die Modellparameter kO, kl, k2 und k3 bestimmt werden. FIG 9 zeigt den Lösungsvektor Y für den Fall, dass zusätzlich zu den Korrekturgrößen rel, iml für die Grundschwingung auch die Korrekturgrößen re2, im2 für die erste Oberschwingung ermittelt werden und die höchste in dem Modell 12 betrachtete Potenz der Zeit t die dritte Potenz ist .

A ist eine Matrix. A T ist die zugehörige transponierte Mat rix. FIG 10 zeigt die Matrix A für den Fall, dass nur die Korrekturgrößen rel, iml für die Grundschwingung ermittelt werden und die höchste in dem Modell 12 betrachtete Potenz der Zeit t die dritte Potenz ist. FIG 11 zeigt die Matrix A für den Fall, dass zusätzlich zu den Korrekturgrößen rel, iml für die Grundschwingung auch die Korrekturgrößen re2, im2 für die erste Oberschwingung ermittelt werden und die höchste in dem Modell 12 betrachtete Potenz der Zeit t die dritte Potenz ist. tn sind die Erfassungszeitpunkte tn, zu denen die jewei ligen Rohlagen ' erfasst wurden. b ist entsprechend der Darstellung in FIG 12 ein Rohlagenvek tor .

Es wäre möglich, dass die höchste in dem Modell 12 betrachte te Potenz der Zeit t die zweite Potenz ist. In diesem Fall würde in dem in den FIG 8 und 9 dargestellten Lösungsvektor Y die letzte Komponente entfallen und hiermit korrespondierend in der in den FIG 10 und 11 dargestellten Matrix A die letzte Spalte entfallen. Es wäre ebenso möglich, dass die höchste in dem Modell 12 betrachtete Potenz der Zeit t die vierte Potenz ist. In diesem Fall würde bei dem in den FIG 8 und 9 darge stellten Lösungsvektor Y zusätzlich als weitere, in den FIG 8 und 9 nicht dargestellte Komponente der Modellparameter k4 hinzutreten und hiermit korrespondierend in der in den FIG 10 und 11 dargestellten Matrix A eine weitere Spalte hinzukom men, in welcher jeweils die vierte Potenz der Erfassungszeit punkte tn eingetragen wird.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol genden Sachverhalt:

Ein elektrischer Antrieb weist eine über einen Umrichter 2 mit elektrischer Energie versorgte elektrische Maschine 1 auf. In einem Normalbetrieb nimmt eine Antriebssteuerung 5 für den elektrischen Antrieb kontinuierlich von einem eine Drehstellung einer Rotorwelle 8 der elektrischen Maschine 1 erfassenden Lagegeber 9 jeweils Rohsignale x, y, ' entgegen und ermittelt anhand der Rohsignale x, y, ' in Verbindung mit Korrekturgrößen rej , imj jeweils eine Istlage der Ro- torwelle 8. In Abhängigkeit von einer jeweiligen Solllage * und der jeweiligen Istlage oder einer jeweiligen Solldreh zahl n* und einer unter Verwendung der jeweiligen Istlage ermittelten jeweiligen Istdrehzahl n der elektrischen Maschi ne 1 ermittelt sie jeweilige Steuersignale U* für den Umrich ter 2 und gibt sie an den Umrichter 2 aus. In einem Sonderbe trieb ermittelt die Antriebssteuerung 5 zunächst Steuersigna le U* für den Umrichter 2, aufgrund derer die Rotorwelle 8 mit einer Anfangsdrehzahl nl rotiert, und gibt sie an den Um richter 2 aus. Sodann betreibt sie die elektrische Maschine 1 kraftlos, so dass die Rotorwelle 8 austrudelt. Während des Austrudelns nimmt die Antriebssteuerung 5 von dem Lagegeber 9 kontinuierlich jeweils Rohsignale x, y, ' entgegen, ermit telt daraus jeweils eine Rohlage ' der Rotorwelle 8 und speichert sie. Anhand einer Vielzahl von im Sonderbetrieb er mittelten Rohlagen ' ermittelt sie die Korrekturgrößen rej , imj und hinterlegt sie in einem Korrekturgrößenspeicher 11, so dass sie im Normalbetrieb für die Ermittlung der jeweili gen Istlage zur Verfügung stehen.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere ist die Ermittlung der Korrekturgrößen rej , imj ohne jegliche zusätzliche Hardware möglich. Es werden nur die so wieso vorhandene Antriebssteuerung 5 und der sowieso vorhan dene Lagegeber 9 benötigt. Dennoch ist eine recht genaue Er mittlung der Korrekturgrößen rej , imj möglich. Ein in der Istlage verbleibender Restfehler kann auf unter 20 % des Fehlers reduziert werden, der in der jeweils korrespondieren den Rohlage ' vorhanden ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .