Regelung einer elektrischen Maschine mit Oberschwingungsunterdrückung durch Gegensignal in Raumzeigerdarstellung

Es ist bekannt, beispielsweise elektrische Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb auszustatten, wobei eine elektrische Maschine die Traktionsleistung erzeugt. Hierbei wird nicht nur ein Drehfeld mit der gewünschten Drehzahl (oder bei Asynchronmaschinen: ein Drehfeld für die gewünschte Rotor-Drehzahl) erzeugt, sondern es ergeben sich durch zahlreiche Effekte auch Oberschwingungsanteile. Diese Oberschwingungsanteile sind nicht erwünscht und erzeugen Verluste, Geräusche und ähnliche Nebeneffekte in der elektrischen Maschine bzw. im Inverter sowie unerwünschte Wechselanteile in der Gleichspannungsversorgung des Inverters („Stromrippel“).

Um die Oberschwingungsanteile zu unterdrücken, kann ein Gegensignal erzeugt werden, das invertiert zu der störenden Oberschwingung ist, sodass sich bei Einspeisung dieses Gegensignals eine zumindest teilweise Auslöschung ergibt. Diese aktive Unterdrückung („active cancelling“) basiert auf einem Gegensignal mit der richtigen Amplitude und vor allem mit der richtigen Phase (gegenüber dem Störsignal), um dieses auszulöschen zu können. Insbesondere bei veränderlichen Drehzahlen und somit bei veränderlichen Oberschwindungsfrequenzen wurde erkannt, dass sich ein erheblicher Rechenaufwand ergibt, der in Echtzeit zu leisten ist, wenn das Gegensignal als ein Zeitbereichssignal erzeugt wird, welches um 180° versetzt ist zu dem Zeitbereichssignal des Oberschwingungsanteils.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Oberschwingungen auf einfache Weise aktiv unterdrücken lassen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur. Es wird vorgeschlagen, in einem Grund-Regelkreis einer elektrischen Maschine ein Gegensignal zu erzeugen, das nicht im Zeitbereich berechnet wird, sondern in einer Raumzeigerdarstellung wiedergegeben ist bzw. als Raumzeigerdarstellung berechnet wird. Bei der Gegensignalerzeugung wird das Gegensignal auch in Raumzeigerdarstellung berechnet und insbesondere auch in Raumzeigerdarstellung in den Grund-Regelkreis eingespeist. Die Gegensignalerzeugung ist somit eingerichtet, bei der Berechnung des Gegensignals dieses in Raumzeigerdarstellung zu verwenden beziehungsweise zur Berechnung Raumzeigerdarstellungen zu verwenden. Bei der Berechnung werden somit mindestens teilweise Raumzeigerdarstellungen verwandt, um so die Berechnung deutlich zu vereinfachen. Ferner wird das Gegensignal auch als Raumzeigerdarstellung abgegeben, wobei es auch auf diese Weise berechnet und erstellt wurde. Dies ermöglicht eine vereinfachte Einspeisung in den Grund-Regelkreis, um in diesem die Oberschwingungsanteile mittels des Gegensignals zumindest teilweise zu unterdrücken.

Eine Gegensignalerzeugung, die eine Raumzeigerdarstellung verwendet, kann mit deutlich weniger Rechenaufwand in Echtzeit bewerkstelligt werden, wobei insbesondere die der Raumzeigerdarstellung zugrunde liegenden Matrizen beziehungsweise Matrixtransformationen im Voraus berechnet werden können. Im Gegensatz zu einer Gegensignalerzeugung im Zeitbereich, die eine Spektralanalyse des gesamten Signals und eine Zeitsignalberechnung erfordert, wird durch die hier dargestellte Vorgehensweise der Aufwand zur Berechnung in Echtzeit verringert.

Es wird daher eine Regelungsvorrichtung zur Regelung eines elektrischen Antriebs vorgeschlagen. Der elektrische Antrieb weist einen Inverter und eine mehrphasige elektrische Maschine auf, die dem Inverter nachgeschaltet ist. Die Regelungsvorrichtung dient zur Regelung des Inverters, der elektrischen Maschine bzw. des Antriebs, der die elektrische Maschine und den Inverter aufweist. Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Die elektrische Maschine ist insbesondere mehrphasig. Dies gilt auch für den Inverter. Die Phasenanzahl des Inverters entspricht vorzugsweise der Phasenanzahl der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine beziehungsweise der Inverter können beispielsweise drei oder mehr als drei Phasen aufweisen, beispielsweise sechs Phasen.

Die Regelungsvorrichtung weist einen Grund-Regelkreis auf. Dieser dient insbesondere zur Darstellung einer Vektorregelung, insbesondere mit einer Raumzeigermodulation. Der Grund-Regelkreis weist einen Sollwerteingang auf. An diesem werden Soll-Parameter wie Soll-Drehmoment und/oder Soll-Drehzahl eingegeben. Ferner kann an dem Sollwerteingang Nebenbedingungsparameter eingegeben werden, beispielsweise die aktuelle Temperatur der elektrischen Maschine und/oder des Inverters und/oder die Höhe der Gleichspannung, die die Versorgungsspannung des Inverters (an dessen Versorgungseingang) bildet.

Dem Sollwerteingang ist eine Abweichungserfassung (direkt oder indirekt) nachgeschaltet. Diese Abweichungserfassung dient zur Ermittlung der Regelabweichung beziehungsweise zur Einspeisung einer Rückführung (die eine Ist-Regelgröße führt, etwa den Strom, der durch die elektrische Maschine fließt). Der Abweichungserfassung dient zur Erfassung die Differenz zwischen Sollwerteingang und Ist-Regelgröße und dient zur Regelung der elektrischen Maschine gemäß vorgegebenem Drehmoment und/oder vorgegebener Drehzahl. Der Grund-Regelkreis dient somit dem geregelten Betrieb der elektrischen Maschine gemäß den Eingaben am Sollwerteingang.

Der Abweichungserfassung ist eine Stellgrößenführung nachgeschaltet. Die Stellgrößenführung weist (an dem der Abweichungserfassung entgegengesetzten Ende) einen Modulationsausgang auf, der mit dem Inverter ansteuernd verbunden ist. Der Modulationsausgang der Stellgrößenführung ist eingerichtet zur Abgabe von pulsweitenmodulierten Signalen für die einzelnen Phasen des Inverters. Diese Signale werden somit an die Regelstrecke abgegeben. Somit gibt der Modulationsausgang Steuersignale für den Inverter im Zeitbereich ab. Die Stellgrößenführung weist vorzugsweise einen Abschnitt auf, in dem Stellgrößen in Raumzeigerdarstellung weitergegeben werden. Auch die Abweichungserfassung ist insbesondere eingerichtet, Sollgrößen und Ist-Regelgrößen (die rückgeführt sind) in Raumzeigerdarstellung zu verarbeiten und hieraus eine Raumzeigerdarstellung der Regeldifferenz zu bilden. Damit basiert die Abweichungserfassung und auch die Stellgrößenführung auf Raumzeigerdarstellungen von dort geführten Stell- oder Regelgrößen.

Es kann eine der Abweichungserfassung vorgeschaltete (Raumzeiger-)Transformation vorgesehen sein, die Daten des Sollwerteingangs (etwa Soll-Drehzahl und Soll-Drehmoment) in eine Raumzeigerdarstellung (einer Führungsgröße, etwa dem Soll-Strom) abbildet. Ferner kann eine Sollgrößen-Erzeugung vorgesehen sein, die die Daten des Sollwerteingangs in Sollgrößen (Strom) umwandelt, die aufgrund der Transformation in Raumzeigerdarstellung weitergegeben werden. Die Sollgrößen-Erzeugung und die Transformation können zusammen als ein Verarbeitungsglied der Regelvorrichtung bzw. des Grund-Regelkreises ausgeführt sein.

Der Grund-Regelkreis weist eine Rückführung bzw. Rückführstrecke auf. Diese ist dem Inverterausgang nachgeschaltet. Da der Inverterausgang mit der elektrischen Maschine verbunden ist, ist die Rückführstrecke auch mit der elektrischen Maschine verbunden. Der Inverter bildet zusammen mit der elektrischen Maschine die Regelstrecke der Regelung. Die Regelstrecke erhält pulsweitenmodulierte Spannungssignale (Spannungssignale im Zeitbereich) als Stellgröße, wobei der Strom der in der elektrischen Maschine bzw. im Inverter fließt, die Regelgröße (in Zeitbereichsdarstellung) bildet. Der Stellgrößenführung ist somit die Regelstrecke nachgeschaltet.

Die Rückführstrecke geht von dem Inverterausgang beziehungsweise von der elektrischen Maschine (d.h. von der Regelstrecke) aus. Die Rückführstrecke führt das Leistungs- oder Stromsignal, mit dem die elektrische Maschine von dem Inverter betrieben wird, d.h. das Signal, mit dem die elektrische Maschine (und insbesondere der Inverter) auf die Regelgröße (etwa die pulsweitenmodulierte Spannung bzw. das Inverter-Ansteuersignal) reagiert. Mit anderen Worten geht die Rückführstrecke von der Regelstrecke aus. Die Rückführstrecke führt ferner zur Abweichungserfassung (Additionsglied zur Regelfehlerbildung, d.h. zur Erfassung der Abweichung) und bildet damit die Rückführung einer Regelgröße. Die Regelgröße entspricht insbesondere dem Strom- bzw. Leistungssignal der elektrischen Maschine. Die Regelgröße wird zur Abweichungserfassung beziehungsweise zu der Seite der Regelstrecke geführt, die dem Sollwerteingang (bzw. der darauffolgenden Transformation) nachgeschaltet ist. Die Rückführstrecke führt die Leistungs- beziehungsweise Ansteuersignale des Inverterausgangs beziehungsweise der elektrischen Maschine, die im Zeitbereich vorliegen, (pulsweitenmodulierte Signale) zu der Abweichungserfassung zurück. In der Rückführstrecke wird die Zeitbereichsdarstellung der Regelgröße in eine Raumzeigerdarstellung transformiert. Die Rückführstrecke gibt hierbei Regelgrößensignale in Raumzeigerdarstellung an die Abweichungserfassung ab. Damit weist die Rückführstrecke eine Transformation der Steuer- beziehungsweise Leistungssignale (Regelgröße) der elektrischen Maschine im Zeitbereich in eine Raumzeigerdarstellung dieser Regelgrößen auf.

Der Grund-Regelkreis ist zur Vektorregelung mit einer Stellgröße in Raumzeigerdarstellung ausgebildet. Die Stellgröße ist beispielsweise die pulsweitenmodulierte Spannung, die der Inverter abgibt oder entspricht den Pulsweitensteuersignalen, mit denen der Inverter angesteuert wird. Diese Stellgröße ist die Größe, die von der Stellgrößenführung geführt wird und liegt in Raumzeigerdarstellung vor.

Diese Raumzeigerdarstellung bezieht sich auf eine Grundschwingungs-Kreisfrequenz (kurz: Grund-Kreisfrequenz). Auch die Größen in Raumzeigerdarstellung, die an der Abweichungserfassung, in der Stellgrößenführung und zum Teil in der Rückführstrecke vorliegen, sind in einer Raumzeigerdarstellung wiedergegeben, die sich auf eine Grund-Kreisfrequenz bezieht. Die Grund-Kreisfrequenz entspricht hierbei der Drehzahl des Statorfelds der elektrischen Maschine beziehungsweise (bei Synchronmaschinen) der Drehzahl der elektrischen Maschine. Die Raumzeigerdarstellungen des Grund-Regelkreises beziehen sich somit auf eine Grund-Kreisfrequenz, die im Wesentlichen bestimmt ist durch die Drehzahl der elektrischen Maschine, und somit auch einer Soll-Drehzahl, die am Sollwerteingang eingegeben wird. Die Raumzeigerdarstellung kann somit einen Phasor aufweisen, dessen Kreisfrequenz der Grund-Kreisfrequenz entspricht.

Die Regelungsvorrichtung verfügt ferner über eine Gegensignal-Rückführung. Diese geht wie die Rückführstrecke des Grund-Regelkreises von dem Inverterausgang beziehungsweise von der elektrischen Maschine (d.h. von der Regelstrecke) aus, insbesondere von einem Punkt des Grund-Regelkreises, an dem die Regelgröße im Zeitbereich vorliegt. Über die Gegensignal-Rückführung ist der Inverter-Steuerausgang beziehungsweise die elektrische Maschine mit einer Einspeisung eines Gegensignals verbunden. Diese Einspeisung kann in der Stellgrößenführung des Grund-Regelkreises vorgesehen sein oder ist vor einem Invertereingang vorgesehen, an dem Inverter-Ansteuersignale (allgemein: die Stellgröße) im Zeitbereich vorliegen. An die genannte Stellgrößenführung des Grund-Regelkreises kann sich ein Stellgrößenstück anschließen, in dem Inverter-Ansteuersignale im Zeitbereich vorliegen, wobei dieses Stellgrößenstück die Stellgrößenführung (die zumindest teilweise eine Raumzeigerdarstellung aufweist) mit dem Steuereingang des Inverters verbindet. Durch die Einspeisung des Gegensignals, welche ein Ende der Gegensignal-Rückführung darstellt, kann ein Gegensignal in den Grund-Regelkreis, insbesondere in dessen Stellgrößenführung, eingespeist werden, um so störende Signalanteile im Grund-Regelkreis zumindest teilweise durch das Gegensignal zu kompensieren.

Die Gegensignal-Rückführung weist eine Gegensignal-Erzeugung auf. Die Gegensignal-Erzeugung ist eingerichtet, eine Raumzeigerdarstellung des Gegensignals zu erzeugen oder bei der Berechnung des Gegensignals die Regelgröße in Raumzeigerdarstellung zu verwenden. Insbesondere ist die Gegensignal-Erzeugung der Regelstrecke nachgeschaltet beziehungsweise der elektrischen Maschine bzw. dem Inverter-Steuerausgang oder dem Versorgungseingang des Inverters nachgeschaltet, wobei dort das mindestens eine Leistungssignal (d.h. die Regelgröße der Oberschwingungsunterdrückung, etwa der Strom der elektrischen Maschine oder die Wechselanteile der Versorgungsspannung des Inverters) des Antriebs in Zeitbereichdarstellung anliegen. Insbesondere liegen dort Signale vor, die das Leistungssignal wiedergeben. Das mindestens eine Leistungssignal kann daher gegeben sein durch: die Phasenströme der elektrischen Maschine, die vom Inverter-Steuerausgang abgegebenen Ströme oder Spannungen, die Versorgungsspannung oder der Versorgungsstrom des Inverters (an dem Versorgungseingang des Inverters) oder die Wechselanteile der Versorgungsspannung bzw. dem Versorgungsstroms des Inverters. Diese Leistungssignale (oder deren Wiedergabe) bilden die Regelgröße der Oberschwingungsunterdrückung bzw. des betreffenden Regelkreises.

Vorzugsweise bezieht sich das mindestens eine Leistungssignal (d.h. die Regelgröße der Oberschwingungsunterdrückung) auf das Versorgungssignal (Strom oder Spannung) des Inverters oder auf dessen Wechselanteil. Hierbei muss das Leistungssignal nicht direkt von dem Versorgungseingang des Inverters abgeleitet sein, etwa durch Messen. Vielmehr kann sich das Leistungssignal auch nur auf den Versorgungseingang des Inverters beziehen und kann aus einem Signal abgeleitet sein, das an einer anderen Stelle des Antriebs vorgesehen ist. Insbesondere kann sich das Leistungssignal auch auf den Versorgungseingang des Inverters beziehen und kann abgeleitet sein aus den Strom- und/oder Spannungssignalen des Inverter-Steuerausgang oder der elektrischen Maschine. Es kann somit eine Meßvorrichtung vorgesehen sein, die die Strom- und/oder Spannungssignalen des Inverter-Steuerausgang oder der elektrischen Maschine erfasst. Die Meßvorrichtung kann der hierin beschriebenen Phasenstrommessvorrichtung entsprechen.

Eine Gegensignal-Erzeugung kann vorsehen, dass ein Gegensignal erzeugt wird, indem der Oberschwingungsanteil (in dem Leistungssignal an dem Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine) anhand einer Reduktionsbedingung das Gegensignal (in Raumzeigerdarstellung) abgebildet wird. Als Oberschwingungsanteil wird hierbei ein Signal bezeichnet, das die Oberschwingung selbst wiedergibt oder eine Größe ist, die die Oberschwingung kennzeichnet, entweder teilweise, etwa nur die Stromkomponente, nur die Oberschwingung innerhalb der Regelgröße, nur die Spannungskomponente, nur die Oberschwingung innerhalb der Stellgröße, nur die Leistung oder nur die Amplitude oder als Ergebnis einer Vorberechnung zur Kombination mit einer weiteren Größe, oder vollständig, etwa als Amplitude oder Leistung inklusive der Phaseninformation oder als Zeitverlaufssignal von Strom und Spannung (bzw. von Stell- und Regelgröße) in Zeigerdarstellung oder als Darstellung im Zeitbereich.

Die Reduktionsbedingung kann vorsehen, dass der Oberschwingungsanteil in dem Leistungssignal am Versorgungseingang des Inverters reduziert wird. Ausgehend von dem Leistungssignal, das an einer Stelle des Antriebs vorliegt, etwa am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine, wird mittels der Reduktionsbedingung ein Gegensignal erzeugt, das ausgebildet ist, den Oberschwingungsanteil an einer anderen Stelle des Antriebs zumindest teilweise zu reduzieren, etwa am Versorgungseingang des Inverters. Die Eingangsgröße der Reduktionsbedingung kann sich somit auf den Inverter-Steuerausgang bzw. auf die elektrische Maschine beziehen, während sich die Ausgangsgröße auf den Versorgungseingang des Inverters bezieht. Die Abbildung mittels der Reduktionsbedingung kann somit eine Umrechnung des Oberschwingungsanteils am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine auf einen sich ergebenden Oberschwingungsanteil am Versorgungseingang des Inverters aufweisen.

Die Reduktionsbedingung kann somit berücksichtigen, dass das Gegensignal zur Reduktion des Oberschwingungsanteils am Versorgungseingang des Inverters erzeugt wird, während die Eingangsgrößen der Reduktionsbedingung Leistungssignale des Inverter-Steuerausgang bzw. der elektrischen Maschine sind. Ein Beispiel der Reduktionsbedingung sieht eine Reduktion der Leistung des Oberschwingungsanteils am Versorgungseingang des Inverters vor. Dies kann wiedergegeben sein durch die Bedingung, dass das Ergebnis (Leistung) der Faltung der Komponenten der Raumzeigerdarstellung der Spannungssignale am Steuereingang des Inverters (in Figur 1 : Bezugszeichen U_d, U_q) mit den Komponenten der Raumzeigerdarstellung der Stromsignale am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine (in Figur 1 : Bezugszeichen l_d‘, l_q‘) gleich null ist. Vereinfacht kann die Bedingung wiedergegeben sein durch:

P_VE = l_d’(w_O) * U_d(w_G) + l_d‘(w_G) * U_d(w_O) + l_q‘(w_ 0) * U_q(w_G) + l_q‘(w_G) * U_q(cü_O) mit:

- P_VE: Leistung des Oberschwingungsanteils am Versorgungseingang des Inverters

- I_d’: erste Komponente der Raumzeigerdarstellung des Stroms I

- I_q’: zweite Komponente der Raumzeigerdarstellung des Stroms I

- U_d: erste Komponente der Raumzeigerdarstellung der Spannung U

- U_q: zweite Komponente der Raumzeigerdarstellung der Spannung U wobei der Strom I den Strom am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine angibt, die Spannung U die Spannung am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine angibt, der Zusatz (w_O) zu einer Größe angibt, dass sich die Raumzeigerdarstellung der Größe auf die Oberschwingungs-Kreisfrequenz bezieht, der Zusatz (w_G) zu einer Größe angibt, dass sich die Raumzeigerdarstellung der Größe auf die Grund-Kreisfrequenz bezieht und die Bezeichnung der Variablen den Bezugszeichen der Figur 1 entspricht. Die Größen P_VE, l_d‘, l_q‘, U_d‘ und/oder U_q‘ können ferner normierte Größen sein, etwa normiert auf eine Gesamtleistung, einen Nennstrom, einen Betriebsstrom (Effektivwert), eine Nennspannung oder eine Betriebsspannung. Das Zeichen , * ‘ kann eine Faltung darstellen, wenn die Spektralbereiche der betreffenden Größen zu berücksichtigen sind, oder kann eine Multiplikation darstellen, wenn es sich bei den betreffenden Größen um Skalare handelt, etwa Skalare einer Raumzeigerdarstellung.

Vereinfacht kann die Bedingung somit wiedergegeben sein durch die Summe aller Produkte aus einer Raumzeigerkomponente des Stroms und einer Raumzeigerkomponente der Spannung, wobei sich die beiden Faktoren jedes Produkts auf Raumzeigerdarstellungen unterschiedlicher Kreisfrequenz (Grund-Kreisfrequenz oder Oberschwingungs-Kreisfrequenz) beziehen. Strom und Spannung beziehen sich hierbei auf den Inverter-Steuerausgang bzw. die elektrischen Maschine

Das betreffende Leistungssignal kann die Oberschwingungsanteile wiedergeben, die in dem Ansteuersignal (Strom oder Spannung, mehrphasig) des Inverters bzw. den Phasenströmen in der elektrischen Maschine vorliegen. Die Oberschwingungsanteile in dem Ansteuersignal des Inverters bzw. in den Phasenströmen der elektrischen Maschine sind verknüpft mit Oberschwingungsanteilen in dem (Gleichspannungs-)Versorgungssignal am Versorgungseingang des Inverters aufgrund der Rückwirkung des Ansteuersignals auf den Versorgungseingang des Inverters. Regelungsziel kann daher die zumindest teilweise Kompensation der Oberschwingungsanteile in dem Ansteuersignal des Inverters / in den Phasenströmen der elektrischen Maschine sein, oder die zumindest teilweise Kompensation der Oberschwingungsanteile in dem Versorgungssignal (Strom, Spannung) des Inverters. Das Leistungssignal kann somit auch die Oberschwingungsanteile wiedergeben, die in dem Versorgungssignal (Strom oder Spannung) des Inverters vorliegen. Das Versorgungssignal ist insbesondere ein Leistungssignal. Das Versorgungssignal des Inverters entspricht vorzugsweise dem Leistungssignal, das von einer Batterie an den Antrieb bzw. an den Inverter abgegeben wird.

Es kann eine Transformation vorgesehen sein, um diese Signale vom Zeitbereich in eine Raumzeigerdarstellung zu überführen. Diese Raumzeigerdarstellung kann dann mittels einer Gegensignal-Berechnung der Gegensignal-Erzeugung auf das Gegensignal (ebenso in Raumzeigerdarstellung) abgebildet werden. Da beide Größen in Raumzeigerdarstellung vorliegen, ist die Abbildung nur mit geringem Rechenaufwand verbunden, insbesondere da Teile dieser Abbildung, etwa Transformationsmatrizen, im Vorhinein berechnet werden können, sodass während des Betriebs nur wenig Rechenaufwand entsteht. Das Gegensignal ist invertiert zu einem Oberschwingungsanteil in dem Leistungssignal, sodass bei geeigneter Kombination eine zumindest teilweise Auslöschung der Oberschwingungsanteile (sei es in Zeitbereichsdarstellung oder in Raumzeigerdarstellung) im Grund-Regelkreis beziehungsweise in der Stellgrößenführung oder am Inverter (Inverter-Steuerausgang, Versorgungseingang des Inverters) stattfinden kann. Durch die erfindungsgemäße Berechnung beziehungsweise Abgabe des Gegensignals durch die Gegensignalerzeugung in Raumzeigerdarstellung ist der Rechenaufwand insbesondere während des laufenden Betriebs (Echtzeit) signifikant verringert gegenüber zeitbereichbasierten Berechnungen. Zudem sind zahlreiche Raumzeigerdarstellungen bereits bekannt und können von leicht erhältlichen Schaltkreisen realisiert werden.

Die Einspeisung (des Gegensignals) ist der Gegensignal-Erzeugung nachgeschaltet. Diese Einspeisung kann in einem Abschnitt der Stellgrößenführung des Grund-Regelkreises vorgesehen sein, in dem die Stellgröße in Raumzeigerdarstellung geführt bzw. übermittelt wird. Mit anderen Worten kann die Einspeisung dort vorgesehen sein, wo in der Stellgrößenführung die Signale in Raumzeigerdarstellung weitergegeben und verarbeitet werden.

Die Einspeisung ist vorzugsweise eingerichtet, die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals mit der Raumzeigerdarstellung der Stellgröße zu kombinieren. Durch die Kombination ergibt sich eine zumindest teilweise Auslöschung des Oberschwingungsanteils. Die sich ergebende kombinierte Raumzeigerdarstellung wird in der Stellgrößenführung als Stellgröße weitergegeben. Mit anderen Worten wird durch die Einspeisung das Gegensignal in Raumzeigerdarstellung in die Stellgrößenführung injiziert, wobei die Stellgrößenführung an diesem Punkt in Raumzeigerdarstellung operiert. Es ergibt sich eine Reduktion eines Oberschwingungsanteils um das Gegensignal. Das Gegensignal wird somit von dem Oberschwingungsanteil abgezogen, wobei beide bei der Subtraktion in Raumzeigerdarstellung vorliegen. Insbesondere liegen bei der Gegensignaleinspeisung beide in einer Raumzeigerdarstellung vor, die wie das Grund-Drehsystem der Stellgröße bzw. der Regelgröße mit der Grund-Kreisfrequenz rotiert, so dass die Oberschwingungsanteile und das Gegensignal mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz moduliert ist. In einer derartigen Darstellung der Kombination von Oberschwingungsanteil und Gegensignal, die zur auslöschenden Interferenz zwischen Oberschwingungsanteil und Gegensignal führt, tritt der Oberschwingungsanteil mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz in der Raumzeigerdarstellung auf, die auf der Grund-Kreisfrequenz beruht. Das Gegensignal ist an diese Frequenz angepasst und ist vorgesehen in einer Raumzeigerdarstellung, die auf der Grund-Kreisfrequenz beruht und in der das Gegensignal mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz vorgesehen ist.

Vor dieser Kombination des Gegensignals mit der Stellgröße (d.h. vor der Gegensignaleinspeisung) kann das Gegensignal (insbesondere zu dessen Berechnung) in einer Raumzeigerdarstellung vorgesehen sein, die mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz rotiert. Es ergeben sich dann quasi-statische Parameter zur Darstellung des Gegensignals, die besonders einfach errechnet werden können.

Beruht die Raumzeigerdarstellung auf der Grund-Kreisfrequenz, dann kann die Raumzeigerdarstellung auf die Drehung des Rotors bezogen sein und gegenüber dem Rotor statisch sein. Das Gegensignal und auch der Oberschwingungsanteil rotieren gegenüber dem Rotor jedoch mit einem Vielfachen, insbesondere bei der Gegensignaleinspeisung. Betrifft das Gegensignal beziehungsweise der Oberschwingungsanteil das n-fache der Grundfrequenz, dann liegt das Gegensignal und auch der Oberschwingungsanteil als Oberschwingungs-Kreisfrequenz vor, der dem n-fachen der Grund-Kreisfrequenz entspricht. Das Gegensignal kann hierzu mit dem gewünschten n-fachen moduliert werden, das heißt mit einem Cosinus- beziehungsweise Sinus-Signal, dessen Frequenz der Oberschwingungs-Kreisfrequenz entspricht.

Die Gegensignaleinspeisung (kurz: Einspeisung) kann ferner in einer Stellgrößenführung beziehungsweise in einem Stellgrößenstück vorgesehen sein, die beziehungsweise das in den Grund-Regelkreis enthalten ist, und in dem die Stellgröße als ein pulsweitenmoduliertes Zeitbereichsignal übermittelt bzw. geführt wird. Mit anderen Worten kann die Einspeisung an einer Stelle des Grund-Regelkreises vorgesehen sein (zwischen Sollwerteingang und Inverter-Steuereingang), an der Signale (insbesondere die Stellgröße) im Zeitbereich verarbeitet und weitergegeben werden. Beispielsweise kann die Einspeisung am Steuereingang des Inverters vorgesehen sein beziehungsweise am Modulationsausgang der Stellgrößenführung, um dort das Gegensignal im Zeitbereich einzuspeisen. Bei dieser Variante ist die Einspeisung eingerichtet, eine Zeitbereichsdarstellung des Gegensignals mit dem pulsweitenmodulierten Zeitbereichsignal zu kombinieren. Dadurch ergibt sich eine Reduktion des Oberschwingungsanteils, der in dem Zeitbereichsignal vorliegt, um das Gegensignal, das ebenso im Zeitbereich vorliegt. Das so erhaltene kombinierte Signal, dessen Oberschwingungsanteil um das Gegensignal reduziert ist, wird in der Regelstrecke als Stellgröße weitergegeben. Die Einspeisung kann eingerichtet sein, das Gegensignal in Zeitbereichdarstellung mit einem pulsweitenmodulierten Zeitbereichsignal, welches die Stellgröße darstellt, zu kombinieren.

Das Gegensignal in Zeitbereichsdarstellung kann auch mit einem anderen Zeitbereichsignal in der Strecke zwischen Sollwerteingang und Inverter eingespeist werden. In dieser Variante ist vorgesehen, dass die Einspeisung im Zeitbereich erfolgt und auch das sich ergebende Signal als Zeitbereichsignal weitergegeben wird. Insbesondere wird an der Einspeisung das Gegensignal in Zeitbereichsdarstellung empfangen und kombiniert mit dem Signal, das in der Strecke zwischen Sollwerteingang und Inverter in Zeitbereichsform weitergegeben wird.

Eine Einspeisung und Kombination des Gegensignals in Raumzeigerdarstellung hat den Vorteil, dass das in Raumzeigerdarstellung vorliegende Gegensignal nicht transformiert werden muss. Eine Einspeisung im Zeitbereich erfordert zwar eine Transformation der Raumzeigerdarstellung des Gegensignals in eine Zeitbereichsdarstellung, jedoch erfordert diese Transformation keinen besonders hohen Rechenaufwand erfordert. Insbesondere können auch bei dieser Transformation vorab Berechnungen durchgeführt werden, etwa Vorabberechnungen einer Transformationsmatrix, sodass während des Betriebs in Echtzeit nur ein begrenzter Rechenaufwand entsteht.

Bei der Einspeisung als Zeitbereichsignal wird das Gegensignal als Signal kombiniert, welches mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz moduliert ist. Damit haben der zu reduzierende Oberschwingungsanteil und das Gegensignal die gleiche Frequenz, nämlich die Frequenz, dass der Oberschwingungs-Kreisfrequenz entspricht, sodass bei geeigneter Phasenlage eine zumindest teilweise Auslöschung des Oberschwingungsanteils stattfinden kann.

Ein Aspekt ist es, dass der Gegensignal-Erzeugung und der Einspeisung ein Modulator zwischengeschaltet ist. Dieser Modulator ist eingerichtet, die von der Gegensignal-Erzeugung berechnete Raumzeigerdarstellung des Gegensignals mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz zu modulieren. Alternativ ist der Modulator eingerichtet, die von der Gegensignal-Erzeugung berechnete Zeitbereichsdarstellung des Gegensignals mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz zu modulieren. Dadurch ergibt sich eine modulierte Raumzeigerdarstellung beziehungsweise Zeitbereichsdarstellung des Gegensignals, das an die Einspeisung abgegeben wird. Falls die Gegensignal-Erzeugung das Gegensignal bereits moduliert mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz erzeugt, dann ist der Modulator obsolet und das bereits modulierte Signal kann an die Einspeisung abgegeben werden.

Die Gegensignal-Erzeugung hat vorzugsweise eine Oberschwingungserfassung. Diese hat einen Eingang, der mit dem Inverter-Steuerausgang bzw. mit der elektrischen Maschine (signalübertragend) verbunden ist, oder der mit einem Versorgungseingang des Inverters (signalübertragend) verbunden ist. Dort liegt die Regelgröße, d.h. das mindestens eine Leistungssignal, im Zeitbereich vor. Als Leistungssignal dienen hierbei das Ansteuersignal der elektrischen Maschine bzw. des Inverters (Strom und/oder Spannung) bzw. des Inverter-Steuerausgangs oder das Versorgungssignal des Inverters (Strom und/oder Spannung). In diesen Signalen ist der zu kompensierende Oberschwingungsanteil enthalten, so dass zumindest der Wechselanteil (AC-Anteil) hiervon die Regelgröße darstellt.

Insbesondere wird aus den Signalen der Oberschwingungsanteil extrahiert, um die Regelgröße zu bilden. Die Oberschwingungserfassung ist eingerichtet, den Oberschwingungsanteil (Signalstärke, Phasenlage) in den Leistungssignalen zu erfassen. Die Oberschwingungserfassung hat insbesondere einen Eingang, der mit der Stellgrößenführung und/oder mit der Rückführstrecke verbunden ist. Die Oberschwingungserfassung ist eingerichtet, aus der Stellgröße und/der Regelgröße, die an der Stellgrößenführung bzw. Rückführstrecke vorliegen, den Oberschwingungsanteil zu ermitteln oder bei der Gegensignalerzeugung zu berücksichtigen bzw. die Gegensignalerzeugung gemäß dem Oberschwingungsanteil durchzuführen. Hierzu können Abbildungen dienen, insbesondere empirische Abbildungen, oder auch Oberschwingungsberechnungen, die alle oder nur einige (oder auch nur eine) Oberschwingungsfrequenz betrachten und die aus der Stell- und/oder Regelgröße den Oberschwingungsanteil zumindest annähernd berechnen, insbesondere den Oberschwingungsanteil, der durch die betreffende Größe(n) in einem Versorgungssignal (Versorgungsstrom, Versorgungsspannung) des Inverters entsteht. Hierzu liegen die betreffenden Größen vorzugsweise in Raumzeigerdarstellung vor bzw. werden in dieser Form der Stellgrößenführung bzw. der Rückführstrecke entnommen. Insbesondere die Stellgröße wird vorzugsweise vor der Stelle der Einspeisung des Gegensignals (und insbesondere nach der Abweichungserfassung) der Stellgrößenführung entnommen. Die Stellgröße und/oder die Regelgröße liegen vorzugsweise in einer Raumzeigerdarstellung vor, die sich auf eine (Rotation mit der) der Grund-Kreisfrequenz bezieht. Zur Ermittlung des Oberschwingungsanteils können die Stellgröße und/oder die Regelgröße in einer Raumzeigerdarstellung vorliegen, die sich auf die Grund-Kreisfrequenz, und zusätzlich in einer Raumzeigerdarstellung vorliegen, die sich auf die Oberschwingungs-Kreisfrequenz bezieht. Der Oberschwingungsanteil kann als Näherung bestimmt werden, insbesondere als eine Näherung nur für eine Frequenz, insbesondere der Frequenz, die der Oberschwingungs-Kreisfrequenz entspricht.

Beispielsweise kann bei der Verwendung von Raumzeigerdarstellungen mit zwei Zeigern (etwa eine d/q-Darstellung) der Oberschwingungsanteil ermittelt werden, indem eine Summe von Produkten zweier Faktoren verwendet wird, wobei der erste Faktor einer der beiden Zeiger der Stellgröße entspricht und der zweite Faktor einer der beiden Zeiger der Regelgröße entspricht, wobei einer der beiden Faktoren ein Zeiger in einer Raumzeigerdarstellung mit Oberschwingungs-Kreisfrequenz ist und der andere Faktor ein Zeiger in einer Raumzeigerdarstellung mit Grundschwingungs-Kreisfrequenz ist. Es ergibt sich ein Term, der den kompensierten Oberschwingungsanteil darstellt und der zu null gesetzt werden kann, um so die Zeiger der Stellgröße in Raumzeigerdarstellung mit Oberschwingungs-Kreisfrequenz zu ermitteln, welche das Gegensignal bilden bzw. deren Phase und Amplitude (in Raumzeigerdarstellung) definieren. Beispielsweise kann der hierin dargestellte Term für P_VE verwendet werden, um den Oberschwingungsanteil innerhalb der Reduktionsbedingung darzustellen, wobei sich dort der Oberschwingungsanteil durch die beiden Zeiger der Stellgröße in Raumzeigerdarstellung mit der Grund-Kreisfrequenz und durch die Zeiger der Regelgröße in Raumzeigerdarstellung mit der Grund-Kreisfrequenz und in Raumzeigerdarstellung mit der Oberschwindungs-Kreisfrequenz ergibt. Die beiden Zeiger der Stellgröße in Raumzeigerdarstellung mit der

Oberschwingungs-Kreisfrequenz in diesem Term entsprechen dem Gegensignal (in Raumzeigerdarstellung).

Die Oberschwingungserfassung hat zudem einen Ausgang, der eingerichtet ist, den erfassten Oberschwingungsanteil abzugeben, wobei der Oberschwingungsanteil in Raumzeigerdarstellung (Oberschwingungs-Raumzeigerdarstellung) abgegeben wird. Der Oberschwingungsanteil kann als Parameter abgegeben werden, der die Stärke der Oberschwingungen wiedergibt, insbesondere die Stärke eines mitdrehenden und eines gegendrehenden Systems, das mit Oberschwingungs-Kreisfrequenz rotiert. Die Rotation bezieht sich auf die Rotation gegenüber dem Rotor beziehungsweise auf die Raumzeigerdarstellung des Grund-Regelkreises. Vorzugsweise ist diese Parameterinformation kombiniert mit der Phasenlage. Bei der Berechnung ist zu berücksichtigen, dass die Oberschwingungen-Raumzeigerdarstellung sich entweder auf den Rotor oder auf den Stator bezieht, wobei sich Unterschiede dann ergeben, wenn die Grundschwingung-Raumzeigerdarstellung der betreffenden Stellgröße statorfest ist oder bereits mit dem Rotor rotiert und somit rotorfest ist. Die von der Gegensignal-Erzeugung erzeugte Oberschwingungen-Raumzeigerdarstellung kann von der Gegensignal-Erzeugung direkt zur Erzeugung des Gegensignals verwendet werden, welches ebenso in Raumzeigerdarstellung vorliegt. Auch die Berechnung des Gegensignals innerhalb der Gegensignalerzeugung ist vorzugsweise eine raumzeigerbasierte Darstellung.

Die Oberschwingungserfassung kann in verschiedenen Varianten ausgebildet sein. Die Oberschwingungserfassung kann als Oberschwingungen-Raumzeiger- transformation ausgebildet sein. Diese transformiert die Leistungssignale (Regelgrößensignale in Zeitbereichsdarstellung) in eine Raumzeigerdarstellung. Diese Raumzeigerdarstellung kann mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz gegenüber der Raumzeigerdarstellung der Stellgröße rotieren. Abhängig von der Art der Transformation kann die Oberschwingungs-Kreisfrequenz auch gegenüber dem Stator rotieren, wobei in diesem Fall die Darstellung der Stellgröße zu berücksichtigen ist und insbesondere, ob sich diese auf den Stator oder auf den Rotor bezieht, das heißt statorfest oder rotorfest ist.

Die Oberschwingungserfassung kann auch als ein Hochpassfilter oder Bandpassfilter ausgebildet sein. Dieser Filter ist eingerichtet, die Grund-Kreisfrequenz zu blockieren und die Oberschwingungs-Kreisfrequenz passieren zu lassen. Der Filter ist insbesondere ausgebildet, die Grund-Kreisfrequenz mindestens fünf, zehn, 20 oder 30 Dezibel mehr zu dämpfen als die Oberschwingungs-Kreisfrequenz bzw. als Frequenzen, die mehr als den Faktor 2 bzw. dessen Kehrwert oder mehr als den Faktor 4 bzw. dessen Kehrwert der Oberschwingungs-Kreisfrequenz betragen.

Schließlich kann die Oberschwingungserfassung auch als Spektralanalysevorrichtung ausgebildet sein, die beispielsweise eine Fourier-Transformation realisiert. Die Spektralanalysevorrichtung ist ausgebildet, als Spektrum Anteile der Oberschwingungs-Kreisfrequenz zu extrahieren, insbesondere zusammen mit der Phase dieser Anteile.

Ist die Oberschwingungserfassung als Oberschwingungen-Raumzeiger- transformation ausgebildet, dann wird durch die Transformation basierend auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz die Oberschwingungsanteile abgebildet (während die Grundschwingungsanteile nicht abgebildet werden). Bei dieser Transformation wird neben den Raumzeigern auch die Phasenlage erfasst und abgegeben. Bei einer Ausbildung als Hochpassfilter oder Bandpassfilter werden die betreffenden Signale ebenso ausgegeben in Form einer Signalstärke oder Amplitude des Oberschwingungsanteils, zusammen mit der betreffenden Phasenlage. Die Phasenlage bezieht sich insbesondere auf die Leistungssignale bzw. die Regelgröße.

Vorzugsweise umfasst die Gegensignal-Erzeugung eine Gegensignal-Berechnung. Die Gegensignal-Berechnung ist der Oberschwingungserfassung nachgeschaltet. Während die Oberschwingungserfassung die Stärke und den Winkel (Phasenlage gegenüber Signalkomponenten mit Grund-Winkelgeschwindigkeit) des Oberschwingungssignals erfasst, erzeugt die Gegensignal-Erzeugung hieraus ein Signal, das geeignet ist, den erfassten Oberschwingungsanteil in dem Leistungssignal (am Inverter-Steuerausgang oder am Versorgungseingang des Inverters) zu reduzieren. Das von der Gegensignal-Erzeugung erzeugte Gegensignal ist invertiert zu dem Oberschwingungssignal, das von der Oberschwingungserfassung erfasst wird, das heißt beispielsweise um 180 Grad verschoben, um so eine zumindest teilweise Auslöschung und somit Reduktion des Oberschwingungssignals zu erreichen. Das Gegensignal ist geeignet, den Oberschwingungsanteil im Leistungssignal (d.h. Strom oder Spannung am Inverter-Steuerausgang bzw. in der elektrischen Maschine oder Strom oder Spannung in Versorgungssignal des Inverters) zu reduzieren. Hierbei kann das Gegensignal nach der Maßgabe (Reduktionsbedingung) ausgestaltet sein, den Oberschwingungsanteil im Leistungssignal des Versorgungseingangs des Inverters zu verringern, oder den Oberschwingungsanteil im Leistungssignal des Inverter-Steuerausgangs bzw. der elektrischen Maschine zu verringern. Vorzugsweise ist das Gegensignal nach der Maßgabe ausgestaltet, den Oberschwingungsanteil im Leistungssignal des Versorgungseingangs des Inverters zu verringern, um so einen Rippelstrom zu verringern, der einen Zwischenkreiskondensator am Versorgungseingang des Inverters belastet. Die Maßgabe kann daher vorsehen, die Wechselstrombelastung des Zwischenkreiskondensator am Versorgungseingang des Inverters zumindest teilweise zu kompensieren.

Die Oberschwingungserfassung kann zusammen mit der Reduktionsbedingung ein Maß für den Oberschwingungsanteil darstellen (um gemäß diesem Oberschwingungsanteil das Gegensignal zu erzeugen). Die Oberschwingungserfassung verarbeitet hierbei die Regelgröße des Grundregelkreises (vgl. Fig. 1 : Regelgröße l_U - l_W, d.h. die Regelgröße als Zeitsignal oder vorzugsweise dessen Raumzeigerdarstellung l_d‘, l_q), während in der Reduktionsbedingung das Ergebnis der Oberschwingungserfassung zusammen mit der Stellgröße der Stellgrößenführung (vgl. Fig. 1 : Stellgröße U_dq(G), d.h. vorzugsweise vor der Einspeisung des Gegensignals, d.h. die Stellgröße ohne das Gegensignal) verwendet, um das Gegensignal gemäß Reduktionsbedingung zu erzeugen. Mit anderen Worten ergibt sich der Oberschwingungsanteil bei der Verarbeitung des Signals, das die Oberschwingungserfassung abgibt, zusammen mit der Stellgröße bei der Anwendung der Reduktionsbedingung. Es kann daher vorgesehen sein, dass der von der Oberschwingungserfassung abgegebene Oberschwingungsanteil kombiniert wird mit der Stellgröße (innerhalb der Reduktionsbedingung bzw. der Gegensignalerzeugung), um so ein Maß für den Oberschwingungsanteil zu bilden, das der Gegensignalerzeugung (innerhalb der Reduktionsbedingung) zu Grunde liegt.

Die Gegensignal-Berechnung hat einen Eingang, der eingerichtet ist, den Oberschwingungsanteil zu empfangen. Der Oberschwingungsanteil liegt hierbei in Raumzeigerdarstellung vor. Der Eingang ist eingerichtet, sowohl die Stärke des Oberschwingungsanteils als auch die Phasenlage des Oberschwingungsanteils (gegenüber der Leistungssignalanteil mit Grund-Kreisfrequenz) zu empfangen. Die Gegensignal-Berechnung ist eingerichtet, die Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils anhand einer Reduktionsbedingung auf die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals abzubilden. Die Gegensignalberechnung weist somit eine Reduktionsbedingung auf, die beispielsweise lauten kann, dass die Summe des Gegensignals und des erfassten Oberschwingungsanteils 0 (oder nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag) ergibt, oder dass die Summe des Gegensignals und des am Inverterausgang erfassten Oberschwingungsanteils zu einem Oberschwingungsanteil am Versorgungseingang des Inverters von 0 führt, oder die (errechnete oder erfasste) Leistung des Oberschwingungsanteils am Versorgungseingang des Inverters, etwa die Leistung P_VE, wie sie vorangehend darstellt ist, 0 ergibt.

Die Gegensignalberechnung kann eine Näherung vorsehen, die als Eingangsgrößen eine Regelgröße des Grundregelkreises (etwa der Phasenstrom bzw. dessen Grundschwingungsanteil, vgl. Bezugszeichen l_dq(G) in Fig. 1 ), eine Größe der Regelstrecke (etwa die dem Inverter-Steuereingang eingegebene Spannung, vgl. Bezugszeichen U_dq(G) in Fig. 1 ) und den Oberschwingungsanteil hat (vgl. Bezugszeichen l_d(O), l_d(O), in Fig. 1 ) vorzugsweise jeweils in Raumzeigerdarstellung. Diese können zusammen Teil der Reduktionsbedingung sein. Die Reduktionsbedingung kann vorsehen, dass das Ergebnis der Näherung 0 ist, wobei die Näherung den Oberschwingungsanteil (genähert) wiedergibt, der in einem Leistungssignal (Versorgungssignal des Inverters, Phasenstrom, ... ) vorliegt.

Die Gegensignalberechnung kann als Eingangsgröße insbesondere eine Regelgröße aufweisen, die von dem Inverter-Steuerausgang des Inverters ausgehend in die Rückführstrecke eingespeist wird. Die Eingangsgröße(n) wird vorzugsweise in Raumzeigerdarstellung empfangen. Es ist vorgesehen, dass der Oberschwingungsanteil, insbesondere in Kombination mit der Regelgröße berechnet wird.

Die Reduktionsbedingung ist insbesondere in Raumzeigerdarstellung vorgesehen. Aus der Reduktionsbedingung lässt auf einfache Weise anhand des Oberschwingungsanteils das Gegensignal berechnen. Die Reduktionsbedingung kann auch vorsehen, dass die Stärke des Gegensignals der Stärke des Oberschwingungsanteils entspricht, während die Phasenlage zueinander um 180° versetzt ist. Eine andere Möglichkeit ist es, bei einem Winkelversatz von 0 zwischen dem Gegensignal und dem Oberschwingungsanteil unterschiedliche Vorzeichen für das Gegensignal und den Oberschwingungsanteil vorzusehen. Damit kann beispielsweise das Gegensignal erzeugt werden durch Multiplikation des Oberschwingungsanteils mit minus 1 (bei gleicher Phasenlage). Die Reduktionsbedingung gibt wieder, dass sich Gegensignal- und Oberschwingungsanteil (am Inverterausgang oder am Versorgungseingang des Inverters) zumindest teilweise auslöschen beziehungsweise durch das Gegensignal das Oberschwingungsanteil unterdrückt wird beziehungsweise gedämpft wird. Die Reduktionsbedingung gibt insbesondere wieder, dass ein genäherter Oberschwingungsanteil, etwa der Anteil P_VE, wie er als Leistung vorangehend darstellt ist, minimiert oder (als Zielangabe) gleich null ist.

Der Oberschwingungsanteil wird unter Berücksichtigung einer Winkelbeziehung zwischen der Stellgröße in der Regelstrecke und der Regelgröße (etwa die Leistungssignale der elektrischen Maschine beziehungsweise die Signale am Inverter-Steuerausgang) auf das Gegensignal abgebildet. Hierbei liegen vorzugsweise sowohl die Leistungssignale (das heißt die Regelgröße) als auch die Stellgröße in Raumzeigerdarstellung vor. Stattdessen kann die Stellgröße in Raumzeigerdarstellung vorgesehen sein, während die Leistungssignale in Zeitbereich dargestellt sind, wobei die Winkelbeziehung beispielsweise ermittelt werden kann durch Überführung der Leistungssignale in eine Raumzeigerdarstellung, und durch Erfassen der Winkelbeziehung dieser Raumzeigerdarstellung und der Raumzeigerdarstellung der Stellgröße. Die Leistungssignale entsprechen der am Inverter-Steuerausgang vorliegenden Regelgröße beziehungsweise der Regelgröße, mit der die elektrische Maschine betrieben wird.

Die hier verwendete Raumzeigerdarstellung ist vorzugsweise wiedergegeben mit Werten, die auf zwei zueinander winkelfesten Achsen wiedergegeben sind. Diese Achsen rotieren mit der zugeordneten Kreisfrequenz. Dies betrifft insbesondere die Darstellung des Gegensignals oder eines anderen Signals, das wie hier erwähnt in Raumzeigerdarstellung dargestellt ist. Die Raumzeigerdarstellung von Größen in der Stellgrößenführung bezieht sich auf Zeiger, die mit der Grund-Kreisfrequenz rotieren. Die Raumzeigerdarstellung von Größen der Gegensignal-Erzeugung beziehungsweise der Oberschwingungserfassung oder auch der Gegensignal-Berechnung beziehen sich auf zwei zueinander winkelfesten Achsen, die mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz rotieren. Die Einspeisung verwendet vorzugsweise eine Raumzeigerdarstellung, die mit der Grund-Kreisfrequenz rotieren, weshalb dort das Gegensignal eingespeist wird als Signal, das mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz moduliert ist, um dessen schnellere Rotation (im Vergleich zur Grund-Kreisfrequenz) wiederzugeben.

Die Raumzeigerdarstellung sieht insbesondere zwei zueinander winkelfeste, rotierende Achsen vor, die zueinander senkrecht sind. Die Raumzeigerdarstellung betrifft dann eine komplexe Darstellung, wobei die beiden Achsen der reellen und der imaginären Anteile der komplexen Darstellung entsprechen.

Die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals ist somit vorzugsweise wiedergegeben durch zwei zueinander winkelfeste, rotierende Achsen, die insbesondere einen Winkel von 90° bilden. Die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals kann somit insbesondere komplex sein mit einer reellen und dazu um 90° versetzten imaginären Achse. Die Gegensignal-Berechnung sieht eine Reduktionsbedingung vor, die mit nur einer der Achsen der Raumzeigerdarstellung erfüllt werden kann. Es ergibt sich dadurch ein unterbestimmtes System. Es kann somit eine Achse der Raumzeigerdarstellung der Gegensignal-Berechnung unterworfen werden, während die andere Achse im Wesentlichen frei gewählt werden kann. Bei der Berechnung der Achse gemäß der Reduktionsbedingung spielt jedoch die Höhe der anderen Achse eine Rolle. Bei der Berechnung der Achse, die gemäß der Reduktionsbedingung berechnet wird, dient somit der Wert der anderen Achse als Eingang, um so mittels der Reduktionsbedingung ein Gegensignal zu erzeugen, das den Oberschwingungsanteil zumindest teilweise unterdrückt. Es kann daher vorgesehen sein, dass die Gegensignal-Berechnung eingerichtet ist, einen Wert einer der Achsen von der Gegensignal-Berechnung gemäß der Reduktionsbedingung abzubilden, während eine Wertequelle den zugehörigen Wert der anderen Achsen vorgibt. Diese Wertequelle kann beispielweise eine Look-Up-Tabelle sein, oder kann auch einem konstanten Wert entsprechen. Die Gegensignal-Berechnung weist einen Eingang auf, der der Wertequelle nachgeschaltet ist. Die Wertequelle ist somit ansteuernd mit dem Eingang beziehungsweise Signal abgebend mit dem Eingang verbunden. Die Gegensignal-Berechnung ist vorzugsweise eingerichtet, die Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils unter Berücksichtigung des zugehörigen Werts auf die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals abzubilden. Mit anderen Worten werden bei unterschiedlichen Werten, die am Eingang der Gegensignal-Berechnung anliegen (und von der Wertequelle abgegeben werden) Werte der erstgenannten Achse mittels der Reduktionsbedingung auf unterschiedliche Werte abgebildet.

Die Rückführstrecke des Grund-Regelkreises verfügt vorzugsweise über ein Subtraktionsglied. Dieses ist eingerichtet, von einer Regelgröße, die von der Rückführstrecke übermittelt wird, den Oberschwingungsanteil zu subtrahieren, wobei von dem Subtraktionsglied innerhalb der Rückführstrecke das sich ergebende Signal (d.h. die Differenz) weitergegeben wird. Auf diese Weise wird innerhalb der Rückführstrecke der Einfluss des Oberschwingungsanteils unterdrückt, sodass der Grund-Regelkreis keine Stellgrößenänderung aufgrund der Oberschwingungsanteile ausführt. Anstatt von der Regelgröße den Oberschwingungsanteil abzuziehen kann auch vorgesehen werden, dass das Subtraktionsglied von der Regelgröße das Gegensignal abzieht.

Das Subtraktionsglied arbeitet in einer Raumzeigerdarstellung; die Subtraktion wird daher mit Größen durchgeführt, die in Raumzeigerdarstellung vorliegen. Dem Subtraktionsglied wird die (rückgeführte) Regelgröße in Raumzeigerdarstellung eingegeben. Auch der Oberschwingungsanteil oder das Gegensignal werden in einer Raumzeigerdarstellung an das Subtraktionsglied abgegeben. Hierbei erhält das Subtraktionsglied die Regelgröße in einer Raumzeigerdarstellung, die auf einer Rotation mit der Grund-Kreisfrequenz beruht. Da sich auch die Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils beziehungsweise des Gegensignals zur Subtraktion von der Regelgröße auch auf die Grund-Kreisfrequenz beziehen sollte, wird der Oberschwingungsanteil beziehungsweise das Gegensignal an das Subtraktionsglied moduliert mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz abgegeben. Das Subtraktionsglied erhält somit den Oberschwingungsanteil beziehungsweise das Gegensignal in Raumzeigerdarstellung, basierend auf der Grund-Kreisfrequenz, jedoch moduliert mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz, um so der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Rückführstrecke die Regelgröße als Raumzeigerdarstellung basierend auf der Grund-Kreisfrequenz weitergibt, und dass der Oberschwingungsanteil eine im Vergleich hierzu höhere Frequenz, nämlich die Oberschwingungs-Kreisfrequenz aufweist. Wenn anstatt des Oberschwingungsanteils das Gegensignal eingespeist wird, dann wird vorzugsweise anstatt des Grundquellensignals eine um 180 Grad gedrehte Version hiervon an das Subtraktionsglied abgegeben beziehungsweise eine mit minus 1 multiplizierte Version hiervon.

Das Subtraktionsglied ist in einem Abschnitt der Rückführstrecke des Grund-Regelkreises vorgesehen, in welchem Signale in Raumzeigerdarstellung weitergegeben werden. Die Raumzeigerdarstellung bezieht sich hierbei auf die Grund-Kreisfrequenz. Der Oberschwingungsanteil wird ebenso in Raumzeigerdarstellung in dem Subtraktionsglied subtrahiert, wobei diese Raumzeigerdarstellung auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz basiert. Mit anderen Worten wird der Oberschwingungsanteil, der in dem Subtraktionsglied subtrahiert wird, in Raumzeigerdarstellung vorgesehen, die mit der Grund-Kreisfrequenz rotiert (zur korrekten Subtraktion von den eingangs genannten Signalen), jedoch moduliert mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz beziehungsweise mit dem Verhältnis von Oberschwingungs-Kreisfrequenz zu Grund-Kreisfrequenz. Letzteres dient dazu, zum einen Raumzeigerdarstellung zu subtrahieren, deren Koordinatensystem mit der gleichen Kreisfrequenz (der Grund-Kreisfrequenz) zu rotieren, wobei gleichzeitig zu berücksichtigen ist, dass der Oberschwingungsanteil im Vergleich zum Signal in dem Grund-Regelkreis in Raumzeigerdarstellung schneller rotiert, nämlich mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz. Letzteres wird durch die Modulation mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz (beziehungsweise einem Verhältnis der Oberschwingungs-Kreisfrequenz zur Grund-Kreisfrequenz) erreicht. Die Gegensignal-Erzeugung kann eine Gegensignal-Berechnung aufweisen, etwa wie sie vorangehend beschrieben ist. Die Gegensignal-Berechnung hat vorzugsweise einen Eingang, der eingerichtet ist zum Empfang einer Regelgröße, die in Raumzeigerdarstellung vorgesehen ist und die von dem Inverter-Steuerausgang abgegeben wird. Der Eingang kann somit zum Empfang einer Regelgröße in Raumzeigerdarstellung vorgesehen sein, wobei die Regelgröße dem Leistungssignal entspricht, das von dem Inverter abgegeben wird, beziehungsweise mit dem die elektrische Maschine betrieben wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Eingang eingerichtet ist zum Empfang einer Stellgröße der Regelstrecke, die in Raumzeigerdarstellung wiedergegeben ist. Die Raumzeigerdarstellung der Regelgröße und der Stellgröße beziehen sich beide auf die Grund-Kreisfrequenz. Die Gegensignal-Berechnung kann dadurch die Phasenlage der Regelgröße und der Stellgröße feststellen. Insbesondere kann dadurch die Phasenlage des Gegensignals zu der Regelgröße beziehungsweise zu der Stellgröße derart vorgesehen werden, dass das Gegensignal den Oberschwingungsanteil zumindest teilweise unterdrückt.

Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass zwischen der Abweichungserfassung und der darauffolgenden Einspeisung des Gegensignals ein zweiteiliger linearer Regler vorgesehen ist. Der Regler weist insbesondere einen ersten und einen zweiten Reglerteil auf. Der erste Reglerteil bezieht sich auf eine erste Achse der Raumzeigerdarstellung und der zweite Reglerteil bezieht sich auf eine zweite Achse der Raumzeigerdarstellung. Insbesondere kann sich der erste Reglerteil auf eine Realachse und der zweite Reglerteil auf eine Imaginärachse der Raumzeigerdarstellung des Signals beziehen, das in der Regelstrecke weitergegeben wird. Die Reglerteile arbeiten somit ebenso mit Signalen, die in Raumzeigerdarstellung wiedergegeben sind. Dadurch vereinfacht sich die Regelung. Die Reglerteile sind vorzugsweise jeweils lineare Regler, etwa PID-Regler. Die Reglerteile sind vorzugsweise nicht miteinander verschränkt und regeln individuell. Die Reglerteile sind insbesondere jeweils steige Regler.

Der Gegensignal-Erzeugung beziehungsweise der Gegensignal-Berechnung kann ein Begrenzer nachgeschaltet sein. Dieser kann die Amplituden der Raumzeigerdarstellung des Gegensignals reduzieren. Der Begrenzer ist vorzugsweise dem Modulator vorgeschaltet, über den das begrenzte Signal an die Einspeisung des Gegensignals abgegeben wird. Alternativ ist der Begrenzer dem Modulator nachgeschaltet, um eine Amplitudenbegrenzung für das modulierte Gegensignal (in Raumzeigerdarstellung) vorzusehen. Auch der Begrenzer arbeitet mit Signalen, die in Raumzeigerdarstellung vorgesehen sind, insbesondere in einer Raumzeigerdarstellung, die sich auf eine Rotation mit der Grund-Kreisfrequenz bezieht.

Es kann ein Sensor, insbesondere ein Winkelsensor, an der elektrischen Maschine angeordnet sein oder, alternativ hierzu, eine Einheit, die den aktuellen Rotorwinkel der elektrischen Maschine ermittelt, etwa aus den Leistungssignalen (Strom- und/oder Spannungssignalen), mit denen die elektrische Maschine betrieben wird. Das Winkelsignal, das vom Sensor abgegeben wird, kann an einen Eingang der Oberschwingungserfassung abgegeben werden. Die Oberschwingungserfassung ist eingerichtet, das Leistungssignal der elektrischen Maschine beziehungsweise das Leistungssignal, das von dem Inverter abgegeben wird, in Beziehung zu setzen zu dem Winkelsignal, um eine Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils zusammen mit dem korrekten Winkel abzugeben. Vorzugsweise wird das Winkelsignal angepasst an die Größen, mit denen die Oberschwingungserfassung arbeitet, wobei die Oberschwingungserfassung ein moduliertes Signal erhält. Es kann daher mindestens ein Oberschwingungsmodulator vorgesehen sein, der das Winkelsignal moduliert, um dieses so an die Rotation der Raumzeigerdarstellung der Oberschwingungserfassung anzupassen. Insbesondere können zwei Oberschwingungsmodulatoren vorgesehen sein, um das Winkelsignal zum einen zu modulieren mit einer Frequenz, die der Oberschwingungs-Winkelgeschwindigkeit plus 1 (entsprechend der Rotation des Grundsystems bzw. des Rotors) beziehungsweise plus 2TT entspricht (entsprechend der Rotation des Grundsystems bzw. des Rotors in Winkelgeschwindigkeitsdarstellung), um so ein mitdrehendes Oberschwingungs-System zu erzeugen. Der andere Modulator kann eingerichtet sein, das Winkelsignal zu multiplizieren mit der Differenz zwischen 1 (einfache Drehzahl entsprechend der Grund-Winkelgeschwindigkeit) beziehungsweise 2TT (einfache Grund-Winkelgeschwindigkeit) abzüglich der Oberschwingungs-Winkelgeschwindigkeit, um so ein gegendrehendes Oberschwingungssystem zu erzeugen. Diese Modulationsfaktoren berücksichtigen, dass die Raumzeigerdarstellung des Grund-Regelkreises bereits mit der Grund-Winkelgeschwindigkeit rotiert und somit nicht statorfest, sondern rotorfest ist, und dass der Oberschwingungsanteil sich gegenüber dem Grundschwingungsanteil und somit gegenüber dem Rotor und nicht gegenüber dem Stator dreht. Mit anderen Worten wird das Winkelsignal moduliert, um ein mitdrehendes und ein gegendrehendes Oberschwingungs-System zu erzeugen, das gegenüber dem rotorfesten Grundsystem mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz rotiert beziehungsweise im Verhältnis von Oberschwingungs-Kreisfrequenz und Grund-Kreisfrequenz und dass die Rotation mit der Grund-Kreisfrequenz bereits eine einfache Rotation (mit 1 beziehungsweise mit 2TT) bedeutet, während die Oberschwingungssysteme auf dem sich bereits drehenden Grund-System aufsetzen.

In der Stellgrößenführung des Grund-Regelkreises bzw. vor dem Inverter-Steuereingang kann eine Transformation vorgesehen sein, die die Stellgrößen, die in Raumzeigerdarstellung vorgesehen sind, in entsprechende Signale im Zeitbereich transformiert. Die sich ergebenden Signale, insbesondere die pulsweitenmodulierten Zeitsignale, werden dem Inverter zur Ansteuerung an dessen Ansteuereingang (Inverter-Steuereingang) eingegeben. Diese Transformation kann auch inverse Raumzeigertransformation, IRT, bezeichnet werden.

Dem Sollwert-Eingang kann eine Transformation bzw. Abbildung nachgeschaltet sein, die die Eingangswerte in Größen in Raumzeigerdarstellung wandeln, insbesondere in Eingangs-Regelgrößen. Diese Transformation kann als Raumzeigertransformation bezeichnet werden und kann zudem eine Umrechnung der Sollgrößen (Drehzahl, Drehmoment) in Soll-Ströme (in Raumzeigerdarstellung bzw. als Parameter hiervon) umfassen. Zwischen dieser Raumzeigertransformation und der inversen Raumzeigertransformation innerhalb der Stellgrößenführung werden die dort vorgesehenen Größen, insbesondere die dort vorgesehenen Stellgrößen, in Raumzeigerdarstellung weitergegeben und verarbeitet. Die Stellgrößen können sich auf die Spannung beziehen, wobei dem Steuereingang des Inverters Soll-Spannungswerte (pulsweitenmoduliert) eingegeben werden.

Als Regelgröße, insbesondere als Größe innerhalb der Rückführung des Grund-Regelkreises, kann der Strom vorgesehen sein. Dieser Strom entspricht dem Strom, der mehrphasig in der elektrischen Maschine fließt beziehungsweise der dem Strom entspricht, mit dem der Inverter die elektrische Maschine betreibt. Diese Größen können insbesondere am Ausgang des Inverters, in der Zuführung zur elektrischen Maschine oder an der elektrischen Maschine gemessen werden. Der Strom wird in Zeitbereichsdarstellung und insbesondere mehrphasig erfasst, insbesondere durch Messen. Auch die Rückführung des Grund-Regelkreises verfügt über eine Transformation, die diese Regelgröße (in Zeitbereichdarstellung) in eine Raumzeigerdarstellung überführt. Dies kann auch als Raumzeigertransformation bezeichnet werden, insbesondere als Raumzeigerdarstellung der rückgeführten Regelgröße.

Die hier erwähnten Raumzeigerdarstellungen, insbesondere die d,q-Darstellungen, ergeben sich durch beispielsweise durch eine Park-Transformation. Zudem kann die Raumzeigerdarstellung eine Darstellung des Mit- und/oder Gegensystems von symmetrischen Komponenten sein, die sich beispielsweise durch eine Fortescue-Transformation ergeben. Die Raumzeigerdarstellung ist vorzugsweise eine rotorbezogene Raumzeigerdarstellung. Alternativ können auch Raumzeigerdarstellungen verwendet werden, die sich auf den Stator beziehen, etwa Raumzeigerdarstellungen, die sich mittels einer Clarke-Transformation ergeben. Somit kann die Raumzeigerdarstellung auch eine a,ß-Darstellung sein.

Die Figur 1 dient zur Erläuterung der hier beschriebenen Regelungsvorrichtung und dem hiervon implementierten Regelungsverfahren anhand beispielhafter Ausführungsformen in symbolhafter Darstellung.

Die Figur 1 zeigt eine Regelungsvorrichtung mit einem Grund-Regelkreis, der einen Sollwert-Eingang EG, eine darauffolgende Abweichungserfassung RA, eine Stellgrößenführung RS und einen Modulationsausgang MA aufweist, an den ein Inverter INV (bzw. dessen Steuereingang l_IN) angeschlossen ist. Der Inverter INV wird von dem Ende der Stellgrößenführung RS angesteuert mittels Ansteuersignale PWM_U, PWM_V, PWM_W im Zeitbereich, d.h. mittels eines mehrphasigen Pulsweitensignals PS. Der Inverter INV erhält damit an einem

Inverter-Steuereingang l_IN für jede Phase U, V, W ein Pulsweitmodulationssignal PWM_U bis PWM_W. Dieses Signal ist ein Spannungssignal und dient zur pulsweitmodulierten Spannungssteuerung des Inverters.

Der Inverter hat einen Inverter-Steuerausgang l_OUT, der ebenso mehrphasig ist und der mehrphasig an die elektrische Maschine EM angeschlossen ist. Die elektrische Maschine EM hat selbst ebenso mehrere Phasen und somit auch mehrere Phasenanschlüsse, sodass sich eine mehrphasige Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem Inverter INV ergibt.

Der Grund-Regelkreis verfügt auch über eine Rückführstrecke, die den Inverter-Steuerausgang l_OUT beziehungsweise die elektrische Maschine EM (d.h. die Verbindung zwischen Inverter INV und elektrischer Maschine EM) rückkoppelt auf die Abweichungserfassung RA, die eine Regelabweichung ermittelt. Damit kann die Abweichungserfassung RA den Fehler (= Regelabweichung) zwischen Soll-Größe und Ist-Größe ermitteln und kann dementsprechend in der Stellgrößenführung RS nachgeregelte Werte einspeisen, die um die Regelabweichung korrigiert sind.

Die Rückführstrecke FB_G des Grund-Regelkreis es sieht damit eine Rückführung R vor, über die die Soll-Größe zurückgeführt wird, um so an der Abweichungserfassung RA den Regelfehler zu ermitteln, anhand dessen geregelt wird. Die Rückführstrecke übermittelt die (in Raumzeigerdarstellung vorliegende) Regelgröße in Form des Stroms, mit dem die elektrische Maschine EM betrieben wird, an die Abweichungserfassung RA. Dort wird diese rückgeführte Regelgröße (Ist-Strom der elektrischen Maschine) mit der entsprechenden (in Raumzeigerdarstellung vorliegende) Soll-Größe verglichen, nämlich mit dem Strom, der ebenso an die Abweichungserfassung RA abgegeben wird. Der Abweichungserfassung RA folgt ein zweiteiliger Regler REG, der die zur Differenz passende Stellgröße in Form der Spannung U_D, U_Q in die weitere Stellgrößenführung RS abgibt.

Der Grund-Regelkreis ist zur Vektorsteuerung eingerichtet. Zahlreiche Abschnitte oder Strecken (incl. der Stellgrößenführung oder Abschnitte hiervon) der Regelungsvorrichtung verwenden Größen in Raumzeigerdarstellung, wobei dies allgemein mit dem Zusatz RZ in den Bezugszeichen wiedergegeben ist, und spezifisch für einzelne Größen mit dem Zusatz „_d“, „_q“ als d- und q-Komponente in der betreffenden Größe in Raumzeigerdarstellung. Die Eingangsgrößen des Sollwert-Eingangs EG werden umgerechnet durch eine Sollgrößen-Erzeugung SE, die aus diesen Eingangsdaten die Sollgröße in Form des Stroms erzeugt. Der Soll-Strom ist hierbei in Raumzeigerdarstellung wiedergegeben mit den d- und q-Komponenten l_d und l_q. Diese bilden die (mehrteilige, zweidimensionale) Sollgröße, die aus den Eingangsgrößen EG von der Sollgrößen-Erzeugung SE erzeugt wurde, wobei diese ferner eine Raumzeigertransformation RT umfasst, um die Sollgröße in Raumzeigerdarstellung vorzusehen. Diese Sollgröße wird an die Abweichungserfassung RA (in Raumzeigerdarstellung) weitergegeben.

Auch die Abweichungserfassung RA, die die Regelabweichung berechnet, arbeitet mit Soll- und Ist-Größen in Raumzeigerdarstellung. Der Regler REG, der aus den zwei Teilen REG' und REG“ besteht, arbeitet ebenso mit der Regeldifferenz (in Raumzeigerdarstellung) und erzeugt hieraus eine Stellgröße U_d, U_q, das heißt eine (komplexe) Spannung in Raumzeigerdarstellung. Die Spannungen U_d und U_q der Stellgrößenführung RS entsprechen (entstörten) Raumzeigergrößen. Die Stellgrößenführung RS endet zwar mit einer inversen Raumzeigertransformation IRT, die aus den Raumzeigergrößen RZG der Spannungen U_d und U_q der Stellgrößenführung RS ein Zeitsignal (PWM_U - PWM_W) bzw. ein pulsweitenmoduliertes Signal PS erzeugen.

Aus der sich ergebenden Regelgröße l_EM, das heißt dem in der elektrischen Maschine EM fließenden Strom in Zeitbereichsdarstellung wird durch die Raumzeigertransformation RT_G die entsprechende Raumzeigerdarstellung l_G_RZ des Stroms erzeugt, wobei dies auch durch die Komponenten l_d‘ und l_q‘ dargestellt ist. Somit weist auch die Rückführstrecke FB_G die Regelgröße in Form einer Raumzeigerdarstellung auf. Diese wird durch die Rückführung R zurückgeführt (in Raumzeigerdarstellung) zu der Abweichungserfassung RA, die ebenso in Raumzeigerdarstellung arbeitet und die Berechnung der Regelabweichung in Raumzeigerdarstellung durchführt. Die Abweichungserfassung RA dient zur Ermittlung der Regelabweichung, weshalb bei der Signalbetrachtung die Regelabweichung dem gleichen Bezugszeichen zugeordnet sein kann.

Zusammenfassend weisen sowohl die Stellgrößenführung RS als auch die Regelgrößenrückführung FB_G Komponenten und Abschnitte auf, in denen Stellgrößensignale und Regelgrößensignale in Raumzeigerdarstellung weitergegeben und verarbeitet werden. Diese Raumzeigerdarstellungen RZ innerhalb des Grund-Regelkreises beziehen sich auf die Grund-Kreisfrequenz, die im Wesentlichen durch die Drehzahl n (des Rotors bzw. des Statordrehfelds) bestimmt wird. Die Drehzahl n ist die Soll-Drehzahl und Teil der Eingangsgrößen EG. Neben der Drehzahl n wird auch das Soll-Drehmoment Tq als Eingangsgröße eingegeben, gegebenenfalls neben den Größen U_HV, d.h. der aktuellen Versorgungsspannung der Batterie Batt, die den Inverter INV speist, und/oder mindestens einem Temperaturparameter TEMP, der die Temperatur der elektrischen Maschine EM, des Inverters INV, der Batterie Batt oder eine Kombination hiervon wiedergibt.

Zum Verständnis der hier dargestellten Vorgehensweise ist es wichtig, zu berücksichtigen, dass an zahlreichen Stellen des Grund-Regelkreises Größen in Raumzeigerdarstellung weitergegeben und verarbeitet werden, und dass sich diese Raumzeigerdarstellung auf ein drehendes System bezieht. Insbesondere bezieht sich dies auf das drehende Statorsystem beziehungsweise auf den sich drehenden Rotor. In der dargestellten Ausführungsform ist die Raumzeigerdarstellung rotorfest, das heißt gibt ein System beziehungsweise Koordinatenachsen wieder, die fest auf dem Rotor vorgesehen sind (oder fest mit dem vom Stator erzeugten Drehsystem verknüpft sind) und somit eine Drehung mit einer bestimmten Kreisfrequenz voraussetzen. Dies ist bei den vorangehend dargestellten Komponenten und Abschnitten die Grund-Kreisfrequenz w_G. Beispielhaft ist dargestellt, dass die elektrische Maschine EM einen Winkelsensor SN aufweisen kann, der den aktuellen Drehwinkel 0(t) misst. Die zeitliche Ableitung dö(t)/dt entspricht der Kreisfrequenz w_G, die die Bewegung des Rotors (beziehungsweise die Drehung des vom Stator erzeugten Magnetfeldsystems) wiedergibt.

Um Oberschwingungsanteile innerhalb der Größen des Grund-Regelkreises aktiv zu reduzieren beziehungsweise zu unterdrücken, wird erfindungsgemäß eine Gegensignal-Berechnung vorgesehen, mittels der ein Gegensignal GS erzeugt werden kann. Das Gegensignal wird mit einer Größe des Grund-Regelkreises kombiniert und löscht dadurch aktiv zumindest einen Teil des Oberschwingungsanteils aus. Um die Berechnung des Gegensignals zu vereinfachen, insbesondere bei variablen Drehzahlen n und somit variablen Grund-Kreisfrequenzen w_G ist eine Gegensignal-Erzeugung mit einer Gegensignal-Berechnung GS_RZ vorgesehen, die Größen in Raumzeigerdarstellung empfängt und das Gegensignal in Raumzeigerdarstellung berechnet. Dieses Gegensignal kann dann als ein in Raumzeigerdarstellung dargestelltes Signal kombiniert werden, beziehungsweise addiert werden mit einer Größe des Grund-Regelkreises, oder kann in ein Signal im Zeitbereich transformiert werden, um das so erhaltene Zeitsignal mit einer Größe des Grund-Regelkreises (ebenso im Zeitbereich dargestellt) zu kombinieren.

Es wird der Oberschwingungsanteil (beziehungsweise dessen Stärke und Winkellage) ermittelt. Im dargestellten Beispiel wird dies durchgeführt durch eine Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O. Diese erhält die Regelgröße in Form des Stroms l_EM als Signal im Zeitbereich (insbesondere als einzelne Phasenströme l_U, l_V, l_W). Die Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O erhält ein Signal, das das die Regelgröße im Zeitbereich wiedergibt, etwa von einer Phasenstrommessvorrichtung SM. Die der Transformation RT_O zugeführte Regelgröße ist hierbei der vom Inverter INV abgegebene Strom (Strom des Inverter-Steuerausgangs l_OUT) bzw. der Strom in der elektrischen Maschine EM. Als Alternative, in gestrichelten Linien dargestellt, erhält die Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O die Regelgröße in Form der Leistung P_HV als Signal im Zeitbereich. Diese Größe entspricht der Wechselleistung des am Versorgungseingang VE des Inverters INV fließende Stroms und der betreffenden Spannung („Rippelleistung“). Die P_HV kann abgeleitet sein aus den Größen l_G_RZ und U_d, U_q. Da sich diese Leistung auf den Versorgungseingang des Inverters bezieht, ist symbolhaft mit gestrichelter Linie diese Beziehung dargestellt. Die Regelungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, diese Wechselleitung P_HV mittels des Gegensignals zu minimieren, vorzugsweise auf 0.

Die Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O erhält ein Signal, das die Regelgröße l_EM im Zeitbereich wiedergibt, etwa von einer Phasenstrommessvorrichtung SM, siehe Darstellung in gestrichelten Linien. Alternativ (gestrichelt dargestellt) erhält die Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O ein Signal, das die Größe P_HV im Zeitbereich wiedergibt, wobei diese abgeleitet ist aus der etwa von einer Phasenstrommessvorrichtung SM. Vorzugsweise wird jedoch durch die Reduktionsbedingung RBF vorgesehen, dass durch das Gegensignal GS in Raumzeigerdarstellung eine Leistung P_HV, die sich aus Raumzeigerdarstellungen von l_G_RZ, U_d und U_q ergibt und genähert die Leistung P_HV wiedergibt, die Rippelleistung am Versorgungseingang VE minimiert wird.

Um auf einfache Weise den Oberschwingungsanteil (als Signalstärke oder Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungssignals) einer bestimmten Frequenz, nämlich der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O, zu erfassen, bildet die Oberschwingungserfassung RT_O die Regelgröße l_EM (in Zeitbereichsdarstellung vorliegend) ab auf eine Raumzeigerdarstellung RZO, die jedoch auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht. Mit anderen Worten wird durch die Transformation der Zeitbereichsgrößen l_EM beziehungsweise l_U - l_W mittels einer Raumzeigertransformation, die auf einer Rotation mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht, eine Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz erzeugt. Da die entsprechende Raumzeigerdarstellung auf dieser Oberschwingungs-Kreisfrequenz CÜ_O beruht, werden nur Drehsysteme mit dieser Oberschwingungs-Kreisfrequenz abgebildet, während Drehsysteme (insbesondere das Drehsystem des Grund-Regelkreises) beziehungsweise Größen mit Grund-Kreisfrequenz nicht auf einen Phasor mit rotationskonstanter Amplitude abgebildet werden. Durch die Verwendung einer Raumzeigertransformation basierend auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz ergibt sich automatisch die Darstellung nur der Oberschwingungsanteile, wobei diese bereits in Raumzeigerdarstellung vorliegen. Es sind noch andere Möglichkeiten zur Oberschwingungserfassung möglich, beispielsweise Tiefpass- oder Bandpassfilterung, bei der Komponenten mit Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O spezifisch durchgelassen werden oder auch eine Spektralanalyse (für die Oberschwingungs-Kreisfrequenz ou_0) oder eine Modulation mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O. Bei diesen anderen Möglichkeiten wird die Regelgröße l_EM im Zeitbereich verarbeitet und es ergibt sich der Oberschwingungsanteil in Zeitbereichsdarstellung. Insbesondere kann dann nachfolgend diese Zeitbereichsdarstellung in eine Raumzeigerdarstellung transformiert werden (zur darauffolgenden Gegensignalerzeugung in Raumzeigerdarstellung).

Dargestellt ist, dass der Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O ein angepasstes Oberschwingungs-Kreisfrequenzsignal w_0‘ zugeführt wird. Dies ergibt sich aus der Grund-Kreisfrequenz w_G (im dargestellten Beispiel erfasst durch den Sensor SN), wobei dieses Signal moduliert wird mittels eines Oberschwingungsmodulators OM. Im dargestellten Beispiel wird die sechste Oberschwingung als Oberschwingungsanteil erfasst. Da die Gegensignal-Erzeugung bereits auf einer Raumzeigerdarstellung beruht, die sich mit der Grund-Kreisfrequenz w_G dreht, wird bei der Erzeugung des angepassten Signals w_0‘ (zweiteilig) darauf geachtet, dass diese Grunddrehung berücksichtigt wird. Daher wird für die Darstellung eines mitdrehenden Oberschwingungssystems mit dem Faktor +7 moduliert, das heißt die Ordnung der Oberschwingung plus 1. Zur Darstellung eines gegendrehenden Oberschwingungs-Drehsystems wird mit dem Faktor -5 (= 1 - Ordnung der Oberschwingung) moduliert. Die Modulation zur Erzeugung von w_0‘ wird ein Oberschwingungsmodulator OM verwendet, der zweitteilig dargestellt ist. Wie erwähnt wird dadurch berücksichtigt, dass sich das Oberschwingungs-Drehsystem gegenüber dem Grundschwingungs-Drehsystem dreht (mit der sechsfachen Kreisfrequenz), während sich jedoch bereits das Grundsystem mit der Grund-Kreisfrequenz w_G dreht (gegenüber dem Stator).

Der Oberschwingungen-Raumzeigertransformation RT_O werden somit zwei Oberschwingungs-Kreisfrequenzsignale zugeführt, die zusammen durch w_0‘ dargestellt sind. Eines der Signale stellt ein mitdrehendes System dar, das sich in der gleichen Richtung wie das Drehsystem des Grund-Regelkreises dreht (nur schneller). Mit diesem Signal bzw. Signalkomponente wird ein Drehsystem für den Oberschwingungsanteil extrahiert, das sich in die gleiche Richtung wie der Rotor bzw. das Grund-Drehsystem dreht. Mit der anderen Komponente (beispielhaft mit dem Modulationsfaktor -5 dargestellt) wird ein Drehsystem für den Oberschwingungsanteil extrahiert, das sich entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors dreht beziehungsweise entgegengesetzt zu dem Drehsystem des Grund-Regelkreises. Wie erwähnt bezieht sich die Ordnungszahl der Oberschwingungs-Kreisfrequenz (im Beispiel 6) auf das Vielfache der Grund-Kreisfrequenz, sodass sich das Drehsystem, das auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht, gegenüber einem System rotiert, das mit der Grund-Kreisfrequenz dreht, während sich das Signal 0(t) des Sensors SN auf den Stator bezieht und somit die bereits bestehende Grundrotation durch die von +6 bzw. -6 abweichenden Faktoren (+7 bzw. -5) berücksichtigt wird.

Die Gegensignal-Berechnung GS_RZ arbeitet ebenso mit Größen in Raumzeigerdarstellung und daher einer komplexe Raumzeigerdarstellung der Oberschwingung l_O_RZ. Diese umfasst zwei Komponenten, nämlich eine d- und eine q-Komponente, bezogen auf die Oberschwingung mit dem Bezugszeichen l_d(O) und l_q(O). Die Raumzeigerdarstellung l_O_RZ ist somit eine d-,q-Komponentendarstellung, wobei diese im dargestellten Beispiel den Strom (am Inverter-Steuerausgang l_OUT oder in der elektrischen Maschine EM) wiedergeben, der auf den Oberschwingungsanteil entfällt. Die Raumzeigerdarstellung ist eine komplexe Darstellung, mit einem Realteil und einem Imaginärteil (l_d und l_q). Vorzugsweise umfasst die komplexe Raumzeigerdarstellung der Oberschwingung l_O_RZ, die von der Gegensignal-Berechnung GS_RZ empfangen wird, sowohl eine Raumzeigerdarstellung eines mitdrehenden Systems, das in die gleiche Richtung wie das Grund-Drehsystem des Grund-Regelkreises dreht, und eine Darstellung eines hierzu entgegengesetzt drehenden Drehsystems. Beide Drehsysteme rotieren mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz gegenüber dem Grundsystem (welches mit w_G rotiert). Es können daher für die Darstellung des Oberschwingungs-Drehsystems vier Einzelsignale empfangen werden, das heißt für das mitdrehende Oberschwingungs-Drehsystem ein Realteil-Einzelsignal und ein Imaginär-Einzelsignal, und auch für das gegendrehende System, das mit w_O rotiert, ein Realteil-Einzelsignal und ein Imaginär-Einzelsignal.

Die Gegensignal-Berechnung GS_RZ umfasst eine Reduktionsbedingung RBF. Diese sieht vor, dass der Oberschwingungsanteil (in Raumzeigerdarstellung) innerhalb der Regelgröße l_EM kombiniert mit dem Gegensignal (als Stellgröße - ebenso in Raumzeigerdarstellung) Null ergibt. Dies ist symbolisch wiedergegeben durch die Formel l_d*U_d + l_q*U_q = 0 (Reduktionsbedingung) der Figur 1 . Die Reduktionsbedingung RBF sieht insbesondere vor, dass die Leistung P_HV (Oberschwindungsanteil mit w_G in Strom und Spannung des Versorgungseingangs VE) gleich 0 ist. Die genannte Formel stellt eine vereinfachte Berechnung der Oberschwingungsleistung an dem Versorgungseingang VE dar, die aus den Größen l_d‘, l_q‘, U_d und U_q gewonnen wird. Es kann eine (nicht dargestellte) Berechnungsvorrichtung vorgesehen sein, die aus den letztgenannten Größen P_HV berechnet. Da sich P_HV auf den Versorgungseingang VE bezieht, ist symbolhaft ein entsprechende gestrichelte dargestellt, die die Zugehörigkeit dieser Größe zum Versorgungseingang VE darstellt. Tatsächlich kann P_HV (angenähert) berechnet werden aus l_G_RZ, U_d und U_q.

Die in Figur 1 dargestellte Kombination ist eine Leistungsberechnung für die Oberschwingungen der Regelgröße (wie sie in der elektrischen Maschine EM vorgesehen ist) und der Stellgröße (der Regelstrecke RS). Die in Figur 1 dargestellte Vorgehensweise basiert auf einer d,q-Transformation (Park-Transformation), sodass die betreffenden Raumzeigerdarstellungen mit d- und q-Komponenten wiedergegeben sind. Weiterhin ergibt sich eine wählbare Größe in der Reduktionsbedingung: Die Komponenten l_d und l_q der Reduktionsbedingung ergeben sich aus der Oberschwingungserfassung RT_O, sodass zur aktiven Dämpfung die Komponenten U_d und U_q zusammen (die das Gegensignal darstellen, das in die Regelstrecke indiziert wird) so gewählt werden können, dass die gewünschte Reduktion des Oberschwingungsanteils auftritt.

Jedoch kann beispielsweise U_d frei gewählt werden, wobei U_q zur Erfüllung der Reduktionsbedingung u.a. abhängig von U_d berechnet wird. Es kann auch U_q frei gewählt werden, wobei U_d zur Erfüllung der Reduktionsbedingung u.a. abhängig von U_q berechnet wird. Es ergibt sich für die Wahl von U_d und U_q somit ein Freiheitsgrad.

Daher kann von einer Look-Up-Tabelle LT als Datenquelle eine dieser beiden Größen vorgegeben werden.

Im dargestellten Beispiel wird U_q(O) vorgegeben (d.h. frei gewählt), sodass U_d(O) in der Gegensignal-Berechnung GS_RZ entsprechend berechnet werden kann anhand der ansonsten vorgegebenen Parametern l_d, l_q und U_q. Zusammen ergibt sich ein Gegensignal GS in Raumzeigerdarstellung, die auf der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht. Dies ist das Ausgangssignal GS_ CÜ_O der Gegensignal-Berechnung GS_RZ, wobei dieses Signal in Raumzeigerdarstellung wiedergegeben ist. Die Komponenten der Raumzeigerdarstellung sind zwei Komponenten, nämlich eine reelle und eine imaginäre Komponente, die zusammen die komplexe Raumzeigerdarstellung des Gegensignals GS wiedergeben.

Es folgt eine optionale Amplitudenbegrenzung Lim, dargestellt durch ein gestricheltes Rechteck. In einer Einspeisung EGS des Gegensignals GS wird in dem Grund-Regelkreis beziehungsweise in dessen Stellgrößenführung RS die aktive Dämpfung des Oberschwingungsanteils durchgeführt, indem das Gegensignal mit dem Signal innerhalb der Regelstrecke RS des Grund-Regelkreises kombiniert wird. Insbesondere wird das Gegensignal GS mit der Raumzeigerdarstellung der Stellgröße U_d und U_q kombiniert. Hierbei liegt die Stellgröße RZG, hier die pulsweitenmodulierte Spannung, in Raumzeigerdarstellung RZG vor.

Das von der Gegensignal-Berechnung GS_RZ abgegebene Gegensignal liegt in einer Raumzeigerdarstellung vor, die auf einer Rotation mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht. In der Regelstrecke RS des Grund-Regelkreises liegt jedoch die Stellgröße in einer Raumzeigerdarstellung RZG vor, die auf der Rotation mit der Grund-Kreisfrequenz beruht. Um diese Größen korrekt in der Einspeisung EGS des Gegensignals GS kombinieren zu können, ist ein Modulator MOD vorgesehen, der das von der Gegensignal-Berechnung GS_RZ abgegebene Signal (welches in Raumzeigerdarstellung vorliegt) mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O moduliert. In dem dargestellten Beispiel der sechsten Oberschwingung wird somit das Gegensignal (in Raumzeigerdarstellung, basierend auf w_O als Rotations-Kreisfrequenz) mit dem sechsfachen der Grund-Kreisfrequenz w_G, das heißt mit w_O moduliert. Es ergibt sich ein angepasstes Gegensignal GS_w_G, das mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O moduliert ist. Durch diese Modulation ist das Gegensignal GS angepasst an die Grund-Kreisfrequenz, die die Basis für die Raumzeigerdarstellung der Stellgröße in der Regelstrecke RS des Grund-Regelkreises dient. Ausgehend von der rotorfesten Darstellung der Stellgröße im Grund-Regelkreis (siehe Regelstrecke RS) dreht sich das Drehsystem der Raumzeigerdarstellung des Gegensignals schneller, nämlich mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz, das heißt mit dem Verhältnis von Oberschwingungs-Kreisfrequenz und Grund-Kreisfrequenz. Im dargestellten Beispiel ist dies das Sechsfache. Um dies zu berücksichtigen, wird daher die Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungssignals (die sich auf eine gedachte Rotation mit w_O bezieht) mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz moduliert, sodass für die Raumzeigerdarstellung RZG mit Grund-Kreisfrequenz in der Regelstrecke RS die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals sich mit der sechsfachen Geschwindigkeit dreht. Vorzugsweise wird nicht nur ein (mitdrehendes oder gegendrehendes) Drehsystem erzeugt, das das Gegensignal GS wiedergibt, sondern vorzugsweise werden somit ein mitdrehendes als auch ein gegendrehendes Gegensignal in Raumzeigerdarstellung erzeugt. Beide werden dann moduliert, wobei bei der Modulation die mitdrehende und die gegendrehende Raumzeigerdarstellung des Gegensignals unter Beibehaltung der Drehrichtung moduliert werden, etwa durch Modulation mit dem Verhältnis von Oberschwingungs-Kreisfrequenz und Grund-Kreisfrequenz und dem negativen Ausdruck hiervon.

Dargestellt ist eine symbolhaft dargestellte Reduktionsbedingung RBF, die der oben dargestellten Bedingung zu P_VE entsprechen kann. Hierbei werden die (unmodulierten) Größen U_dq(G) der Regelstrecke (Bezugsfrequenz: Grundschwingung) und die Größe der Rückführung (l_d‘, l_q‘) sowie das Oberschwindungssignal l_d(O), l_q(O) miteinander kombiniert, um so das Gegensignal GS zu erzeugen. Die Reduktionsbedingung kann die vorangehend erwähnte Näherung (zu P_VE) beinhalten.

Um zu vermeiden, dass der zweiteilige Regler REG des Grund-Regelkreises das Gegensignal durch Regelung kompensiert, ist ein Subtraktionsglied SUB in einem Abschnitt der Rückführung R beziehungsweise Rückführstrecke FB_G des Grund-Regelkreises vorgesehen. Dort wird eine modulierte Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils eingespeist. Im dargestellten Beispiel ist das Subtraktionsglied SUB innerhalb eines Abschnitts der Rückführstrecke, in dem Signale in Raumzeigerdarstellung weitergegeben werden, vergleiche Signale l_d‘ und l_q‘. Die Signale entsprechen einer komplexen Raumzeigerdarstellung der Regelgröße (die sich auf die Grund-Kreisfrequenz w_G bezieht). Da sich somit das Signal, in das die Raumzeigerdarstellung des Gegensignals injiziert wird, auf eine Raumzeigerdarstellung bezieht, die mit der Grund-Kreisfrequenz w_G rotiert, wird auch der Oberschwingungsanteil moduliert mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz beziehungsweise mit dem Verhältnis der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O und der Grund-Kreisfrequenz w_G (entsprechend der Ordnung der Oberschwingung). Aus der Rückführung R wird dadurch der Oberschwingungsanteil subtrahiert, sodass die Abweichungserfassung die Oberschwingungsanteile zumindest teilweise reduziert erfasst. Da die Regelabweichung die Eingangsgröße für den zweiteiligen Regler REG bildet, wird dieser nicht auf die Oberschwingungsanteile reagieren, da diese wie erwähnt bereits im Vorhinein die Subtraktion aus der Rückführung R des Grund-Regelkreises entfernt wurden.

Es kann ein Tiefpass TP vorgesehen sein oder ein Mittelwertbildner (insbesondere zur Bildung eines gleitenden Mittelwerts), durch den die Raumzeigerdarstellung des Oberschwingungsanteils RZO geführt wird. Dieser Tiefpass TP beziehungsweise Mittelwertbildner kann der Oberschwingungserfassung RT_O nachgeschaltet sein oder kann der Gegensignal-Berechnung GS_RZ vorgeschaltet sein. Der Tiefpass TP unterdrückt insbesondere Wechselanteile in der Raumzeigerdarstellung RZO, die sich aus Signalen mit anderer Winkelgeschwindigkeit als die gewünschte Oberschwingungs-Winkelgeschwindigkeit ergeben. Derartige Signale außerhalb der gewünschten Oberschwingungs-Winkelgeschwindigkeit werden bei einer Raumzeigertransformation mit der gewünschten Oberschwingungs-Winkelgeschwindigkeit in Wechselanteile abgebildet, die sich insbesondere über eine Rotation zu null ausgleichen.

Da zur Gegensignal-Erzeugung sowohl die Oberschwingung erfasst wird als auch das Gegensignal berechnet wird, können beide Komponenten als Gegensignal-Erzeugung bezeichnet werden. In der Figur 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Oberschwingungs-Erfassung mittels Oberschwingungen-Raumzeigertransformation durchgeführt wird, die Leistungssignale l_EM in eine Raumzeigerdarstellung RZO transformiert. Es können jedoch auch andere Art und Weisen zur Berechnung der Stärke der Oberschwingung herangezogen werden.

Die Regelgröße l_EM, welche die Signale l_U bis l_W umfasst, das heißt die Ströme, mit denen die elektrische Maschine betrieben wird, können als Leistungssignal beziehungsweise Leistungssignale bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um eine Regelgröße, die sich durch den Betrieb der elektrischen Maschine EM mit dem pulsweitenmodulierten Spannungs-Leistungssignal (Stellgröße, Zeitbereichsdarstellung) ergibt und am Ausgang l_OUT des Inverters INV abgegeben wird bzw. in der elektrischen Maschine fließt. Mit anderen Worten wandelt die elektrische Maschine EM die vom Inverter abgegebenen pulsweitenmodulierten Signale in eine Regelgröße. Aufgrund der pulsweitenmodulierten Spannung fließen die Ströme l_U bis l_W. Da diese Ströme die Regelgröße bilden und auch die Sollgrößen-Erzeugung SE auf Ströme als Leistungssignale (Sollwerte) abstellt, basiert die Abweichungserfassung RA beziehungsweise dessen Signal der Regelabweichung, auf der Differenz zwischen den Ist-Strömen der elektrischen Maschine (in Raumzeigerdarstellung) und der Soll-Eingangsgröße l_d, l_q, die als Sollwert in Raumzeigerdarstellung REF_RZ der Abweichungserfassung RA eingegeben wird.

Der Grund-Regelkreis weist eine Stellgrößenführung RS auf, in der die Größen in Raumzeigertransformation verarbeitet und weitergegeben werden. Diese kann auch als Stellgrößenstrecke bezeichnet werden. Am Ende dieser Strecke befindet sich eine inverse Raumzeigertransformation IRT, die pulsweitenmodulierte Spannungs-Ansteuersignale PWM_U - PWM_W als Pulsweitensignal dem Invertereingang l_IN eingibt. Dieser Abschnitt zwischen der inversen Raumzeigertransformation IRT und dem Steuereingang l_IN des Inverters ist ein Abschnitt der gesamten Stellgrößenführung des Grund-Regelkreises. In diesem Abschnitt werden die Signale in Zeitbereichsdarstellung geführt.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Gegensignal GS auch als Zeitbereichssignal eingespeist werden kann, an der mit EGS' gekennzeichneten Stelle, die sich nach der inversen Raumzeigertransformation IRT befindet (d.h. eine Stelle der gesamten Stellgrößenstrecke des Grund-Regelkreises, die nach der dargestellten raumzeigerführenden Stellgrößenstrecke RS folgt. Dies würde eine wenig rechenintensive Transformation der Raumzeigerdarstellung des Gegensignals GS in Signale des Zeitbereichs erfordern. Hierbei kann beispielsweise die Einheit, die die Pulsweitenmodulation durchführt (etwa IRT), einen Eingang aufweisen für ein Gegensignal im Zeitbereich, um bei der Erzeugung des pulsweiten Signals PS nicht nur gemäß Stellgröße, sondern auch gemäß Gegensignal zu modulieren. Gegebenenfalls befinden sich dort zwei Modulationsabschnitte, wobei ein Modulationsabschnitt die Pulsweitenmodulation zur Einstellung der Stellgröße durchführt, und die andere Modulation das Gegensignal in Pulsweitenmodulation wiedergibt. Beide modulierten Signale werden dann kombiniert und weitergegeben an den Steuereingang l_IN des Inverters INV.

Zusammenfassend ist zu erkennen, dass die Gegensignal-Erzeugung GS_RZ mit einer Darstellung der Oberschwingungsanteile in Raumzeigertransformation arbeitet, wodurch sich eine vereinfache Berechnung ergibt. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Raumzeigertransformation bereits von einem sich drehenden System ausgeht und damit die Wiedergabe der relevanten Komponenten mit nicht-drehenden Parametern durchgeführt werden kann. Daher ist die Kompensation der Oberschwingungsanteile durch Einspeisung des Gegensignals in Raumzeigertransformation stark vereinfacht und muss lediglich veränderlichen grundlegenden Betriebsparametern der elektrischen Maschine folgen, beispielsweise der Drehzahl, nicht jedoch mit dem Drehwinkel des Rotors, der sich mit der Grund-Kreisfrequenz dreht. Dies gilt für Synchronmotoren; bei Asynchronmotoren bezieht sich die Drehung auf die Rotation des Statorfelds, wobei als Regelgröße neben dem Strom auch die Drehzahl der Asynchronmaschine vorgesehen werden kann. Die Anpassung der Raumzeigerdarstellung des Gegensignals, die auf einer Rotation der Raumzeigerdarstellung mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O beruht, wird durch eine Modulation mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz w_O ausgeführt, sodass bei einer mit einer Raumzeigerdarstellung, die auf der Grund-Kreisfrequenz beruht, für dieses Signal, das auf der Grund-Kreisfrequenz beruht, das Gegensignal mit der Oberschwingungs-Kreisfrequenz rotiert.

Bezugszeichenliste:

GS: Gegensignal

GSS: Signalstärke des Gegensignals

R: Rückführung

FB_O: Gegensignal-Rückführung

EG: Eingangsgrößen, Sollwerteingang

RA: Regelabweichung, Abweichungserfassung

RS: Stellgrößenführung

REG: linearer Regler

GSE: Gegensignaleinspeisung

EG_T: Transformation der Eingangsgröße in Raumzeigerdarstellung

Zusatz _RZ: Raumzeigerdarstellung

PS: Pulsweitensignal

MA: Modulationsausgang

RZG: Raumzeigergrößen (entstört)

IRT: Inverse Raumzeigertransformation

RT_O: Oberschwingung-Raumzeigertransformation / Oberschwingungserfassung

INV: Inverter l_IN: Inverter-Steuereingang l_OUT: Inverter-Steuerausgang l_EM: Ausgangssignal des Inverters

SN: Sensor

0: Rotorwinkel, 0(t): Zeitsignal des Rotorwinkels

CÜ_G: Grund-Kreisfrequenz

CÜ_O: Oberschwingungs-Kreisfrequenz

OM: Oberschwingungsmodulator

TP: Tiefpass l_d(O), l_q(O): komplexe d, q - Komponenten der Oberschwingung l_O_RZ: komplexe Raumzeigerdarstellung der Oberschwingung

EGS: Einspeisung des Gegensignals (GS)

Lim: Begrenzer

GS_RZ : Gegensignalberechnung in Raumzeigerdarstellung MOD, MOD': Modulator

RT: Transformation in eine Raumzeigerdarstellung

SM: Strommessvorrichtung (zur Erfassung der Betriebsströme der EM)

VE: Versorgungseingang (Spannungsversorgungseingang) des Inverters P_HV: Oberschwingungsleistung am Versorgungeingang VE l_HV, U_HV: Strom und Spannung am Versorgungeingang VE

Die hier funktionell bezeichneten Komponenten sind vorzugsweise als Vorrichtungselemente ausgebildet.