WO2026092995A1

WO2026092995A1 - Method and device for controlling an electric machine, and electric drive system

Info

Publication number: WO2026092995A1
Application number: PCT/EP2025/079445
Authority: WO
Inventors: David Gaenzle; Maximilian MANDERLA; Wenben LIU
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-10-28
Filing date: 2025-10-13
Publication date: 2026-05-07
Anticipated expiration: 2027-04-28

Abstract

The invention relates to a method for controlling an electric machine (4) comprising a stator with a stator winding and comprising a rotor. In the method, the electric machine (4) is controlled (200) using a voltage manipulated variable (32) such that a current flows through the electric machine (4) which satisfies a torque demand on the electric machine (4) and such that a disturbance of a specified amplitude and a specified frequency is impressed on the current. A current (42) flowing through the stator windings and an acceleration signal (41) are detected (210). Subsequently, response parameters (51) representing the response characteristic between the detected current (42) and the detected acceleration signal (41) are determined (220) on the basis of the detected current (42) and the detected acceleration signal (41). The electric machine (4) is then controlled (230) using the determined response parameters (51).

Description

Beschreibung Description

TitelTitle

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und elektrisches AntriebssystemMethod and device for controlling an electric machine and electric drive system

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine sowie ein elektrisches Antriebssystem und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method and a device for controlling an electric machine, as well as an electric drive system and a computer program for carrying out the method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Aufgrund konstruktiver Eigenschaften oder bei Auftreten von Fehlern zeigen elektrische Antriebssysteme, aufweisend eine elektrische Maschine und Leistungselektronik, keine glatten, sondern vielmehr oberwellenbehaftete Drehmomente. Ebenso entstehen radiale Kraftanregungen am Rotor der elektrischen Maschine.Due to their design characteristics or in the event of faults, electric drive systems comprising an electric motor and power electronics do not exhibit smooth torques, but rather torques containing harmonics. Radial force excitations also occur at the rotor of the electric motor.

Drehfeldmaschinen, wie zum Beispiel Käfigläufer-Asynchronmaschinen (ASM) oderPermanentmagnet-Synchronmaschinen (PSM), besitzen aufgrund ihrer Bauweise keine idealen sinusförmigen Flussverteilungen im Luftspalt. Im Betrieb führt dies bei einer Regelung mit sinusförmigen Strömen zu oberwellenbehafteten ungleichmäßigen Drehmomenten. Neben den dadurch hervorgerufenen Torsionsschwingungen im Antriebsstrang ergeben sich durch die genannten Ungleichförmigkeiten auch radiale Kraftanregungen zwischen Stator und Rotor, die sich unmittelbar in Form von Gehäuseschwingungen und folglich Schallabstrahlungen (Noise Vibration Harshness - NVH) äußern.Rotating field machines, such as squirrel-cage induction motors (ACMs) or permanent magnet synchronous motors (PMSMs), do not possess ideal sinusoidal flux distributions in the air gap due to their design. During operation, this leads to non-uniform torques containing harmonics when controlled with sinusoidal currents. In addition to the resulting torsional vibrations in the drive train, these non-uniformities also cause radial force excitations between the stator and rotor, which manifest directly as housing vibrations and consequently as noise, vibration, and harshness (NVH).

Wird mit der elektrischen Maschine eine ungleichmäßige Last, beispielsweise ein Kompressor für eine Wärmepumpe angetrieben, so ergeben sich zusätzliche oberwellenbehaftete Schwingungen der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine. Die oberwellenbehafteten Schwingungen, Drehmomentverläufe und radialen Kraftanregungen überlagern sich und führen zu Gehäuseschwingungen und somit zu Schallabstrahlungen.If an electric machine drives an uneven load, for example a compressor for a heat pump, additional harmonic-laden vibrations occur in the rotational speed of the electric machine's rotor. These harmonic vibrations, torque curves, and radial force excitations superimpose and lead to housing vibrations and thus to sound radiation.

Verstärkt wird die Problematik insbesondere noch durch externe oszillierende Lastmomente, wie beispielsweise durch einen in einer Wärmepumpe verbauten Kompressor.The problem is exacerbated in particular by external oscillating load moments, such as those caused by a compressor installed in a heat pump.

Insgesamt bewirken die konstruktiven Eigenschaften des elektrischen Antriebssystems folglich mitunter unerwünschte spürbare Schwingungen im Antriebsstrang, im elektrischen Netz und/oder akustisch wahrnehmbare Schallemissionen.Overall, the design characteristics of the electric drive system can therefore sometimes cause undesirable, noticeable vibrations in the drive train, in the electrical network and/or acoustically perceptible noise emissions.

Elektrische Drehfeldmaschinen werden meist mittels der feldorientierten Regelung (FOR, engl.: Field Oriented Control (FOC)) geregelt. Diese Regelung ist im Wesentlichen zur Regelung der Grundwelle der Spannung und des Stroms ausgelegt, wobei hierzu mittels derd/q-Transformation die Grundwelle der Spannung in die Gleichgroßen u_d,u_q und die Grundwelle des Stroms in die Gleichgroßen i_d, i_q in dem mitrotierenden d/q-Koordinatensystem transformiert werden. Die Gleichgroßen werden in dem Koordinatensystem geregelt und die ermittelten Regelgrößen u_d,u_q anschließend in den Zeitbereich zurücktransformiert und als Grundwelle der Spannung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine verwendet. Eine Beeinflussung oder Reduktion von Oberwellen ist hiermit nicht möglich. Rotating electric machines are usually controlled using field-oriented control (FOC). This control system is primarily designed to regulate the fundamental frequency of the voltage and current. For this purpose, the fundamental voltage frequency is transformed into the equal quantities u _d and u _q , and the fundamental current frequency into the equal quantities i _d and i_q, within the rotating d/q coordinate system using the d/q transformation. These equal quantities are then controlled within the coordinate system, and the resulting controlled variables u _d and u_q are subsequently transformed back into the time domain and used as the fundamental voltage frequency to control the electric machine. This method does not allow for the influence or reduction of harmonics.

Für die Minimierung von Oberwellen sind mehrere Ansätze möglich. Eine erste Möglichkeit besteht in der gezielten Aufschaltung einer exogenen Störgrößenkompensation, was bei betriebsabhängigen (wie z. B. temperaturabhängigen) Parametern oder herstellungsbedingten Toleranzen zu einer unzureichenden Performance im realen Betrieb führt.Several approaches are possible for minimizing harmonics. One possibility is the targeted application of exogenous disturbance compensation, which leads to insufficient performance in real-world operation if operating-dependent parameters (such as temperature-dependent parameters) or manufacturing tolerances are present.

Weiterentwickelte Verfahren zur Aufprägung von Stromoberwellen über die Eingangsspannungen können zwar Oberwellen aus dem Antriebsstrang nehmen, benötigen dabei aber übergeordnetes Wissen über Amplitude und Phase der Störschwingung oder ein übergeordnetes Suchverfahren mit einem langsamen Einschwingvorgang.Advanced methods for imprinting current harmonics via input voltages can indeed remove harmonics from the drive train, but require higher-level knowledge about the amplitude and phase of the interference oscillation or a higher-level search method with a slow transient response.

In DE 10 2023 207 191 A1 ist eine Regelung zur Auslöschung bzw. gezielten Reduktion der harmonischen Oberwellen offenbart. Weiterhin wird eine adaptive Echtzeit-Regelung ohne Vorbedatung der optimalen Ströme offenbart. Zur Umsetzung dieses Verfahrens werden Übertragungsparameter für ein unbekanntes System benötigt bzw. adaptiv geschätzt. Der Inhalt dieser Anmeldung soll durch Bezugnahme hier aufgenommen sein.German patent application DE 10 2023 207 191 A1 discloses a control system for the cancellation or targeted reduction of harmonic overtones. Furthermore, it discloses an adaptive real-time control system without pre-setting the optimal currents. To implement this method, transmission parameters for an unknown system are required or are adaptively estimated. The content of this application is incorporated herein by reference.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine sowie ein elektrisches Antriebssystem und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and a device for controlling an electric machine, as well as an electric drive system and a computer program for carrying out the method, are proposed, comprising the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine mit einem Ständer mit einer Ständerwicklung, einem Läufer. Die elektrische Maschine kann beispielsweise von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuert bzw. bestromt werden, die auch als Inverter bezeichnet werden kann. Dazu werden dem Inverter bzw. der Vorrichtung Spannungsverläufe, die durch den Inverter an die Ständerwicklung angelegt werden sollen, vorgegeben. Diese Spannungsverläufe können dabei derart angepasst werden, dass Oberwellen, wie oben beschrieben, reduziert oder eliminiert werden. Zur Bestimmung der Anpassung der Spannungsverläufe werden Übertragungsparameter, die einen durch die Ständerwicklungen fließenden Strom mit einem gemessenen Beschleunigungssignal, das beispielsweise Vibrationen an der elektrischen Maschine misst, in Beziehung bringen, benötigt.The invention relates to an electric machine with a stator and a rotor winding. The electric machine can, for example, be controlled or powered by a device according to the invention, which can also be called an inverter. For this purpose, voltage waveforms are specified to the inverter or device, which are to be applied to the stator winding by the inverter. These voltage waveforms can be adapted in such a way that harmonics, as described above, are reduced or eliminated. To determine the adaptation of the voltage waveforms, transfer parameters are required that relate a current flowing through the stator windings to a measured acceleration signal, which, for example, measures vibrations in the electric machine.

Durch die Erfindung wird die Bestimmung der Übertragungsparameter optimiert, indem ein Störverhalten, das zu einer Geräuschentwicklung führt, aktiv angeregt wird. Dazu wird an die elektrische Maschine eine Spannung angelegt, durch die ein Strom durch die elektrische Maschine fließt, mit dem die Drehmomentanforderung an die elektrische Maschine erfüllt wird und auf den eine Stromstörung mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Frequenz aufgeprägt ist.The invention optimizes the determination of the transmission parameters by actively inducing a disturbance that leads to noise generation. For this purpose, a voltage is applied to the electric machine, causing a current to flow through the electric machine, fulfilling the torque requirement and onto which a current disturbance with a predetermined amplitude and frequency is superimposed.

Mit der Erfindung wird insbesondere die Beeinflussung oberwellenbehafteter Beschleunigungssignale in einem elektrischen Antriebssystem direkt und ohne übergeordnetes Wissen ermöglicht. Voraussetzung hierfür sind dabei lediglich die Messbarkeit dieser Signale (z. B. über preiswerte MEMS-Sensoren (mikroelektromechanische Systeme)) sowie ein physikalischer Zusammenhang mit den Stromgrößen des elektrischen Antriebes (z. B. Strom - Drehmoment). Dieser Zusammenhang wird durch das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise und mit geringem Rechenaufwand bestimmt.The invention enables, in particular, the direct manipulation of harmonic-containing acceleration signals in an electric drive system without requiring any higher-level knowledge. The only prerequisites are the measurability of these signals (e.g., via inexpensive MEMS sensors (microelectromechanical systems)) and a physical relationship to the current parameters of the electric drive (e.g., current - torque). This relationship is determined simply and with minimal computational effort by the method according to the invention.

Die Erfindung ermöglicht eine schnelle und robuste Schätzung der unbekannten Übertragungsparameter, die für ein Aufprägen der optimalen Stromoberwellen zur Reduzierung bzw. Auslöschung der geräuscherzeugenden Oberwellen gemäß z. B. dem Verfahren aus der DE 10 2023 207 191 A1 notwendig sind.The invention enables a fast and robust estimation of the unknown transmission parameters that are necessary for imprinting the optimal current harmonics to reduce or cancel out the noise-generating harmonics according to, for example, the method from DE 10 2023 207 191 A1.

Dadurch wird weiterhin die optimale Ansteuerung ohne manuellen Verfahrensaufwand, wie das werksseitige Bestimmen der Parameter für verschiedene Anwendungsfälle, ermöglicht.This continues to enable optimal control without manual process effort, such as determining parameters for different applications at the factory.

Die Erfindung kann ebenso bereits im Rahmen des Entwurfsprozesses elektrischer Maschinen genutzt werden, um diese beispielsweise kostengünstiger herzustellen. Dadurch können beispielsweise Designs ermöglicht werden, die ohne Einsatz des Verfahrens aufgrund hoher Drehmomentwelligkeit oder Geräuschproblemen nicht in Frage kommen. Dadurch werden auch eine erweiterte Bandbreite für die Optimierung der elektrischen Maschine ermöglicht, da Optimierungsmöglichkeiten, die aufgrund der Geräuschentwicklung ausgeschlossen werden müssen, wieder in Betracht gezogen werden können.The invention can also be used during the design process of electrical machines to, for example, manufacture them more cost-effectively. This enables designs that would otherwise be unfeasible due to high torque ripple or noise issues. It also expands the scope for optimizing the electrical machine, as optimization options previously excluded due to noise concerns can now be considered again.

Weiterhin lässt sich allgemein durch das Aufprägen von Stromoberwellen der Komfort im Betrieb erhöhen, da beispielsweise die durch die Schwingungen erzeugte Schallemission verringert wird. Insbesondere ermöglicht das Bestimmen der Übertragungsparameter in Verbindung mit der Oberwellenregelung einen komfortablen Zugang, das Geräuschprofil einer elektrischen Maschine auch zu einer späten Projektphase noch durch einfache Anpassung der Bedatung zu beeinflussen, was insbesondere bei Geräuschproblemen, die sich oft erst in der finalen Einbausituation äußern, besonders vorteilhaft ist.Furthermore, the addition of current harmonics generally increases operating comfort, as it reduces, for example, the noise emission generated by the vibrations. In particular, determining the transmission parameters in conjunction with harmonic control allows for convenient adjustment of the noise profile of an electric machine, even at a late stage of the project, simply by modifying the data. This is especially advantageous when dealing with noise problems that often only become apparent in the final installation.

Vorteilhafterweise lässt sich durch die Erfindung auch die Lebensdauer der elektrischen Maschine und der diese umgebenden Bauteile verlängern, da die Schwingungsbelastung reduziert wird. Insbesondere kann durch die Erfindung auch ein optimaler Betrieb trotz Alterungseffekten oder Störeffekten über die Lebensdauer ermöglicht werden, da diese Effekte durch das Verfahren kompensiert werden können.Advantageously, the invention also extends the service life of the electric machine and its surrounding components by reducing vibration stress. In particular, the invention enables optimal operation despite aging or interference effects over the machine's service life, as these effects can be compensated for by the method.

Vorteilhafterweise eignet sich die Erfindung für Mehrgrößensysteme mit mehreren Stell- und Regelgrößen, wie beispielsweise bei elektrischen Drehfeld-Antriebssystemen mit einer Synchronmaschine mit den beiden Eingangsspannungen sowie den beiden Messgrößen und kann daher in einer Vielzahl von vorhandenen Systemen eingesetzt werden.Advantageously, the invention is suitable for multi-variable systems with several manipulated and controlled variables, such as electric rotating field drive systems with a synchronous machine with the two input voltages and the two measured variables, and can therefore be used in a large number of existing systems.

Weiterhin wird durch das Verfahren eine adaptive Schätzung des vorhandenen physikalischen Zusammenhangs mit den Stromgrößen unabhängig von der Position des Sensors im Antriebsystem, was die Modularität dieses Verfahrens auszeichnet.Furthermore, the method provides an adaptive estimation of the existing physical relationship with the current quantities, independent of the position of the sensor in the drive system, which characterizes the modularity of this method.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, die einen Ständer mit einer Ständerwicklung und einen Rotor aufweist, wird die elektrische Maschine mit einer Spannungsstellgröße angesteuert, sodass in der Ständerwicklung der elektrischen Maschine ein Strom fließt, durch den eine Drehmomentanforderung an die elektrische Maschine erfüllt wird und auf den eine Stromstörung mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Frequenz aufgeprägt ist. Währenddessen werden der durch die Ständerwicklungen fließende Strom und ein Beschleunigungssignal erfasst. Das Beschleunigungssignal wird dabei insbesondere durch einen MEMS-Sensor erfasst. In Abhängigkeit von dem erfassten Strom und dem erfassten Beschleunigungssignal werden Übertragungsparameter, die ein Übertragungsverhalten zwischen dem erfassten Strom und dem erfassten Beschleunigungssignal darstellen, bestimmt. Bei den Übertragungsparametern handelt es sich beispielsweise um einen Realteil und einen Imaginärteil einer Übertragungsmatrix, die eine Übertragung eines Stroms durch die Ständerwicklung der elektrischen Maschine auf das Beschleunigungssignal abbildet, und eine Offset-Störung. Darauffolgend wird die elektrische Maschine unter Verwendung der bestimmten Übertragungsparameter angesteuert. Die Ansteuerung kann dabei beispielsweise mittels eines Verfahrens, wie in der zuvor genannten DE 10 2023 207 191 A1, insbesondere Absätze [0073] bis [0079], offenbart, durchgeführt werden.In the inventive method for controlling an electric machine comprising a stator with a stator winding and a rotor, the electric machine is controlled by a voltage control variable, causing a current to flow in the stator winding. This current fulfills a torque requirement for the electric machine and is subjected to a current disturbance with a predetermined amplitude and frequency. During this process, the current flowing through the stator windings and an acceleration signal are detected. The acceleration signal is detected, in particular, by a MEMS sensor. Depending on the detected current and the detected acceleration signal, transfer parameters are determined, which represent the transfer behavior between the detected current and the detected acceleration signal. These transfer parameters include, for example, a real part and an imaginary part of a transfer matrix that maps the transfer of a current through the stator winding of the electric machine to the acceleration signal, and an offset disturbance. Subsequently, the electric machine is controlled using the determined transfer parameters. The control can be carried out, for example, by means of a method as disclosed in the aforementioned DE 10 2023 207 191 A1, in particular paragraphs [0073] to [0079].

Bei stationärer Anregung, d.h. ohne aktive Anregung der Stromstörung, können die Übertragungsparameter nicht korrekt bestimmt werden, da nur zwei Gleichungen für vier unbekannte Parameter zur Verfügung stehen und es somit eine unendliche Kombination an Lösungsvarianten gibt. Durch die Geräuscherzeugung aufgrund der aufgeprägten Stromstörung wird ermöglicht, dass die Übertragungsparameter ohne weiteres Vorwissen genauer bestimmt werden können.With steady-state excitation, i.e., without active excitation of the current disturbance, the transmission parameters cannot be accurately determined because only two equations are available for four unknown parameters, resulting in an infinite number of possible solutions. The noise generated by the applied current disturbance allows the transmission parameters to be determined more precisely without any prior knowledge.

Das Verfahren wird dabei insbesondere während des Betriebs durchgeführt, wobei die Ansteuerung mit einer Spannungsstellgröße, durch die ein Strom mit aufgeprägter Stromstörung durch die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine fließt, nur für einen kurzen Zeitraum, beispielsweise 5 s bis 10 s, durchgeführt wird. Weiterhin kann das Verfahren öfter, mit einer dazwischenliegenden Phase des normalen Betriebs, durchgeführt werden. Auch kann das Verfahren für verschiedene vorgegebene Amplituden und/oder Frequenzen wiederholt werden.The procedure is carried out primarily during operation, whereby the control with a voltage control variable, which causes a current with an imposed current disturbance to flow through the stator windings of the electric machine, is only performed for a short period, for example, 5 to 10 seconds. Furthermore, the procedure can be carried out repeatedly, with an intervening phase of normal operation. The procedure can also be repeated for different predetermined amplitudes and/or frequencies.

Die Stromstörung mit vorgegebener Amplitude und vorgegebener Frequenz kann beispielsweise eine Sinusform oder eine Rechteckform haben.The electrical disturbance with a given amplitude and frequency can, for example, have a sinusoidal or rectangular shape.

Zur Aufprägung der Stromstörung kann bei einer feldorientierten Regelung, die zur Bestimmung der Spannungsstellgröße verwendet wird, ein zum Sollstrom hinzuzufügender Strom mit der vorgegebenen Amplitude und Frequenz hinzugefügt werden. Bei einer Rechteckform kann abwechselnd für der Frequenz entsprechende Zeiträume ein Stromwert mit der vorgegebenen Amplitude addiert bzw. subtrahiert werden. Aufgrund des Einschwingverhaltens der feldorientierten Regelung ergibt sich dadurch insbesondere ein sinusartiger Verlauf der Stromstörung.To induce a current disturbance in a field-oriented control system used to determine the voltage control variable, a current with a specified amplitude and frequency can be added to the set current. For a rectangular waveform, a current value with a specified amplitude can be alternately added or subtracted for time periods corresponding to the frequency. Due to the transient response of the field-oriented control system, this results in a sinusoidal waveform for the current disturbance.

Durch die Erfindung lassen sich in einfacher Weise und mit geringem Rechenaufwand Übertragungsparameter zur Reduzierung bzw. Auslöschung von Oberwellen, die für eine Geräuschentwicklung bzw. Vibrationen der elektrischen Maschine verantwortlich sind, mit verbesserter Genauigkeit bestimmen, wodurch die zuvorgenannten Vorteile erreicht werden können.The invention makes it possible to determine transmission parameters for reducing or eliminating harmonics responsible for noise or vibrations of the electric machine in a simple manner and with low computational effort, with improved accuracy, thereby achieving the aforementioned advantages.

In einer Ausführungsform wird die vorgegebene Amplitude der Stromstörung in Abhängigkeit von dem Beschleunigungssignal vorgegeben. Dabei gilt, je höher die Anregung, d.h. je größer die Amplitude der Stromstörung, desto besser können die Parameter geschätzt werden. Allerdings führt eine größere Amplitude auch zu einer stärkeren Geräuschbelastung. Deshalb muss ein Kompromiss zwischen möglichst geringer Amplitude zur Vermeidung von Geräuschbelastungen und einer ausreichend großen Amplitude, die eine korrekte Schätzung der Übertragungsparameter ermöglicht, getroffen werden.In one embodiment, the predetermined amplitude of the current disturbance is specified as a function of the acceleration signal. The higher the excitation, i.e., the greater the amplitude of the current disturbance, the better the parameters can be estimated. However, a larger amplitude also leads to increased noise. Therefore, a compromise must be made between the lowest possible amplitude to avoid noise and a sufficiently large amplitude to allow for accurate estimation of the transmission parameters.

In einer Ausführungsform Verfahren werden beim Bestimmen der Übertragungsparameter die Übertragungsparameter unter Verwendung eines Information-Mat-rix-Decomposition- Least-Squares-, IMDLS, Verfahrens geschätzt. Das Vorgehen für dieses Verfahren ist beispielsweise in DE 10 2023 207 191 A1, insbesondere Absätze [0052] bis [0057], offenbart. Alternativ kann auch ein gradientenbasiertes Schätzverfahren oder ein anderes geeignetes Schätzverfahren verwendet werden.In one embodiment of the method, the transmission parameters are estimated using an Information Matrix Decomposition Least Squares (IMDLS) method. The procedure for this method is disclosed, for example, in DE 10 2023 207 191 A1, in particular paragraphs [0052] to [0057]. Alternatively, a gradient-based estimation method or another suitable estimation method can be used.

Durch die Verwendung eines geeigneten Schätzverfahrens können die Übertragungsparameter in einfacher Weise und mit geringem Rechenaufwand bestimmt werden.By using a suitable estimation method, the transmission parameters can be determined easily and with minimal computational effort.

In einer Ausführungsform wird das Bestimmen der Übertragungsparameter weiterhin in Abhängigkeit von einer harmonischen Frequenz des Beschleunigungssignals, die insbesondere von der elektrischen Kreisfrequenz der elektrischen Maschine abhängt, durchgeführt. Die harmonische Frequenz ist dabei beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der elektrischen Kreisfrequenz der elektrischen Maschine und kann beispielsweise gemessen oder anhand der Ansteuerung der elektrischen Maschine bestimmt werden.In one embodiment, the determination of the transfer parameters is still carried out as a function of a harmonic frequency of the acceleration signal, which depends in particular on the electrical angular frequency of the electric machine. The harmonic frequency is, for example, an integer multiple of the electrical angular frequency of the electric machine and can, for example, be measured or determined based on the control of the electric machine.

Dadurch wird ermöglicht, dass die bestimmten Übertragungsparameter auch im normalen Betrieb der elektrischen Maschine für die Geräuschreduzierung verwendet werden können.This makes it possible to use the specific transmission parameters for noise reduction even during normal operation of the electric machine.

In einer Ausführungsform wird während der Ansteuerung der elektrischen Maschine mit der Spannungsstellgröße ein Verfahren zur Geräuschreduzierung, das insbesondere durch eine Oberwellenregelung der elektrischen Maschine ausgeführtwird und das einer Störung auf dem Beschleunigungssignal und dem durch die Ständerwicklung der elektrischen Maschine fließenden Strom entgegengewirkt, mit einem reduzierten Effekt durchgeführt oder ganz gestoppt. Herkömmlicherweise werden die Sollwerte für die Regelung der elektrischen Maschine derart bestimmt, dass eine minimale Geräuschentwicklung erreicht wird, was jedoch auch die bewusst aufgeprägte Stromstörung reduzieren könnte. Daher werden solche Geräuschreduzierungsverfahren während der Durchführung Erfindung zweckmäßigerweise unterbrochen oder zumindest in ihrem Effekt reduziert. Dadurch versucht die Oberwellenregelung nicht bzw. in verringertem Maße, die aufgeprägte Störung zu reduzieren, wodurch die Schätzung der Übertragungsparameter verbessert werden.In one embodiment, during the control of the electric machine with the voltage control variable, a noise reduction method, which is implemented in particular by harmonic control of the electric machine and which counteracts disturbances on the acceleration signal and the current flowing through the stator winding of the electric machine, is carried out with a reduced effect or completely stopped. Conventionally, the setpoints for the control of the electric machine are determined in such a way as to achieve minimal noise generation, which, however, could also reduce the deliberately imposed current disturbance. Therefore, such noise reduction methods are expediently interrupted or at least reduced in their effect during the implementation of the invention. As a result, the harmonic control does not attempt, or attempts to reduce, the imposed disturbance, thereby improving the estimation of the transmission parameters.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine weist eine Stromrichterschaltung, die dazu eingerichtet ist, mit dem Ständer der elektrischen Maschine gekoppelt zu werden und eine elektrische Spannung zur Ansteuerung des Ständers der elektrischen Maschine bereitzustellen, und eine Recheneinheit auf, z. B. eine Logikschaltung, integrierte Schaltung oder Mikrocontroller, die, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung und eine elektrische Maschine auf, wobei die elektrische Maschine mit der Stromrichterschaltung der Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist.The device according to the invention for controlling the electric machine comprises a power converter circuit configured to be coupled to the stator of the electric machine and to provide an electrical voltage for controlling the stator of the electric machine, and a processing unit, e.g., a logic circuit, integrated circuit, or microcontroller, which is configured, particularly in terms of programming, to carry out a method according to the invention. The electric drive system according to the invention comprises a device according to the invention and an electric machine, wherein the electric machine is electrically coupled to the power converter circuit of the device.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z. B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z. B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.Implementing a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is also advantageous, as this incurs particularly low costs, especially if an executing computing unit is already available for other tasks. Finally, a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored on it as described above. Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical, and electrical storage devices, such as hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. Downloading a program via computer networks (Internet, intranet, etc.) is also possible. Such a download can be wired or wireless (e.g., via a WLAN network, a 3G, 4G, 5G, or 6G connection, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawing.

Im Folgenden werden zur besseren Darstellung der Zusammenhänge beispielhafte Gleichungen verwendet. Dabei handelt es sich bei Größen, die den Index "dq" aufweisen, um Vektoren, bei denen die erste Komponente der d-Komponente und die zweite Komponente der q-Komponente der jeweiligen Größe im d/q-Koordinatensystem entspricht. Größen mit nur einem Index "d" oder "q" bezeichnen die jeweilige Komponente der Größe im d/q-Koordinatensystem an. Weiterhin bezeichnet der Index "y" das Beschleunigungssignal, der Index "i" den Strom und der Index "u" die Spannung. Dabei wird die Berechnung der Größen nach dem Sinusanteil (Index "s") und Cosinusanteil (Index "c") der verschiedenen Größen dargestellt. Diese lässt sich allerdings ohne Aufwand auch auf den Real- und Imaginärteil bzw. den Amplituden- und Phasenanteil übertragen. Für eine Übertragungsmatrix, die eine Übertragung eines Stroms durch die Ständerwicklung der elektrischen Maschine auf das Beschleunigungssignal abbildet, kann folgende Gleichung angesetzt werden:To better illustrate the relationships, example equations are used below. Quantities with the subscript "dq" are vectors where the first component corresponds to the d-component and the second component to the q-component of the respective quantity in the d/q coordinate system. Quantities with only one subscript "d" or "q" denote the respective component of the quantity in the d/q coordinate system. Furthermore, the subscript "y" denotes the acceleration signal, the subscript "i" the current, and the subscript "u" the voltage. The calculation of the quantities is shown according to the sine component (subscript "s") and cosine component (subscript "c") of the various quantities. However, this can easily be extended to the real and imaginary parts or the amplitude and phase components. The following equation can be used for a transfer matrix that maps the transfer of a current through the stator winding of the electric machine to the acceleration signal:

mit j = with j =

den Beschleunigungssignalanteilen 0_y, der Übertragungsmatrix G_MEMS, der harmonischen Frequenz _d, der Modellmatrix der permanentmagneterregten Synchronmaschine G_{PSM q} und einer Offset-Störung 0_d. the acceleration signal components 0 _y , the transfer matrix G _MEMS , the harmonic frequency _d , the model matrix of the permanent magnet excited synchronous machine G _{PSM q} and an offset disturbance 0 _d .

G_{PSM q} i^st dabei eine 1x2 Matrix, die die Übertragung von dq-Spannung auf den drehmomenterzeugenden q-Strom beschreibt und aus der letzten Spalte eines PSM-Modells G_PSM gewonnen werden kann. In der Erfindung wird beispielhaft der q-Strom zur Reduktion der Beschleunigungssignale optimiert. Die Annahme stammt aus der physikalischen Vorbetrachtung, dass hauptsächlich der q-Strom Tangential- und Normalkräfte erzeugt, die Beschleunigungen, NVH und Geräusche verursachen. Alternativ kann auch derd-Strom zur Reduktion verwendet werden, bzw. d- und q-Strom zur Reduktion von Beschleunigungssignalen an mehreren Messstellen. G _{PSM q} ^is a 1x2 matrix that describes the transfer of dq voltage to the torque-generating q current and can be derived from the last column of a PSM model G _PSM . In the invention, the q current is optimized, by way of example, to reduce acceleration signals. This assumption stems from the preliminary physical considerations that the q current primarily generates tangential and normal forces, which cause accelerations, NVH, and noise. Alternatively, the d current can also be used for reduction, or both the d and q currents can be used to reduce acceleration signals at multiple measuring points.

Für die harmonische Frequenz wird beispielsweise folgende Gleichung angesetzt:For example, the following equation is used to calculate the harmonic frequency:

Dabei ist ω_mech = 2nf_mech die mechanische Kreisfrequenz und ω_el = N_P ω_mech die elektrische Kreisfrequenz. Here, ω _mech = 2nf _mech is the mechanical angular frequency and ω _el = N _P ω _mech is the electrical angular frequency.

Das PSM-Modell kann invertiert werden und für die invertierte Matrix ergibt sich:The PSM model can be inverted, and the inverted matrix yields:

wobei es sich bei R um den Widerstand der Ständerwicklung und bei L_d/q um die d- bzw. q-lnduktivität der Ständerwicklung handelt. Bei Verzicht auf die komplexe Schreibweise ergibt sich in reeller Form: where R is the resistance of the stator winding and L _d/q is the d- and q-inductance of the stator winding. Without using the complex notation, the real form is:

Da, wie oben beschrieben, angenommen wird, dass hauptsächlich der i_q-Strom Radial- und Tangentialkraftwelligkeit und damit Beschleunigungen verursacht, kann der i_d-Strom weggelassen werden, und für die Modellmatrix ergibt sich: Since, as described above, it is assumed that mainly the i _q current causes radial and tangential force ripple and thus accelerations, the i _d current can be omitted, and the following results for the model matrix:

Diese Matrix kann zur Inversion von G_{PSM q}(j ■ _d) verwendet werden. This matrix can be used to invert G _{PSM q} (j ■ _d ).

Die weitere Übertragung vom q-Strom auf das MEMS-Signal ist unbekannt, soll aber zur Laufzeit, d.h. im Betrieb identifiziert werden und wird vorausgehend als G_MEMS bezeichnet. The further transmission from the q-current to the MEMS signal is unknown, but is to be identified at runtime, i.e. during operation, and is referred to in advance as G _MEMS .

Bei der dargestellten Geräuschreduktionsanwendung wird lediglich das Übertragungsverhalten für die harmonische Frequenz _d verwendet: In the noise reduction application shown, only the transfer function for the harmonic frequency _d is used:

GMEMS (j ' "d) = Real + j ■ Imag (6) GMEMS (j ' "d) = Real + j ■ Imag (6)

Wobei Real den Realteil und Imag den Imaginärteil bezeichnet, die unbekannt sind und als Teil der Übertragungsparameter bestimmt werden sollen.Where Real denotes the real part and Imag the imaginary part, which are unknown and are to be determined as part of the transmission parameters.

Das Inverse des stationären Strom-Beschleunigungs-Verhaltens in reeller Form ergibt sich damit zu:The inverse of the steady-state current-acceleration behavior in real form is thus:

Dabei gilt der Zusammenhang: The following relationship applies:

mit dem Cosinusanteil des q-Stroms 0_{c i(j}, dem Sinusanteil des q-Stroms 0_{s i(j}, dem Cosinusanteil des Beschleunigungssignals 0_cy und dem Sinusanteil des Beschleunigungssignals 0_sy. with the cosine component of the q-current 0 _ci(j , the sine component of the q-current 0 _si(j , the cosine component of the acceleration signal 0 _cy and the sine component of the acceleration signal 0 _sy .

Fließt nun ein Strom durch die elektrische Maschine, wobei auf den q-Strom eine Stromstörung aufgeprägt wird, können durch ein Information-Matrix-Decomposi-tion-Least-Squares-Verfahren die Übertragungsparametergeschätzt werden.If a current now flows through the electrical machine, whereby a current disturbance is imposed on the q-current, the transmission parameters can be estimated using an information matrix decomposition least squares method.

Dabei werden für jede Umdrehung k der Sinus- und Cosinus-Anteil des Beschleunigungssignals und des q-Stroms berechnet:For each revolution k, the sine and cosine components of the acceleration signal and the q-current are calculated:

®y = ®s,y + j®c,y (9) ®i_q ⁼ ®s,i_q + j®c,i_q (10) ®y = ®s,y + j®c,y (9) ®i _q ⁼ ®s,i _q + j®c,i _q (10)

Durch Einsetzen in Gleichung (1) unter Verwendung des Zusammenhangs aus Gleichung (4) ergibt sich:Substituting into equation (1) using the relationship from equation (4) yields:

®y — ^MEMS®^ + ®d (11)®y — ^MEMS®^ + ®d (11)

Dem I MD LS- Verfahren stehen die MessgrößenThe I MD LS method uses the following measurement parameters

und and

zur Verfügung, um daraus die unbekannten, für die adaptive Geräuschreduktionsregelung benötigten, Übertragungsparameter p zu schätzen: available to estimate the unknown transmission parameters p required for adaptive noise reduction control: This allows us to estimate the unknown transmission parameters p required for adaptive noise reduction control.

Weitere Details zur Durchführung des Schätzverfahrens sind beispielsweise inFurther details on how to carry out the estimation procedure can be found, for example, in

DE 102023207191 A1, insbesondere Absätze [0052] bis [0057], offenbart.DE 102023207191 A1, in particular paragraphs [0052] to [0057], disclosed.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is schematically illustrated in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform,Figure 1 shows a schematic representation of a block diagram of an electric drive system according to one embodiment,

Figur 2 zeigt ein Blockdiagram einer Gesamtregelungsstruktur, wieFigure 2 shows a block diagram of an overall control structure, such as

sie der Erfindung zugrunde liegen kann,it can be the basis of the invention

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, undFigure 3 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention, and

Figuren 4a bis 4e zeigen Simulationsergebnisse für einen Verlauf verschiedener für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens relevanter Parameter.Figures 4a to 4e show simulation results for a course of various parameters relevant to an embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems 100 mit einer Vorrichtung 110 zum Ansteuern bzw.Figure 1 shows a schematic representation of a block diagram of an electric drive system 100 with a device 110 for controlling or

Bestromen einer Ständerwicklung eines Ständers einer elektrischen Maschine.Energizing a stator winding of the stator of an electric machine.

Eine solche Vorrichtung wird auch als Inverter bezeichnet. Das elektrische Antriebssystem 100 umfasst beispielsweise eine elektrische Maschine 130 mit einem Ständer (Stator) und einem Läufer (Rotor), die von einer Stromrichterschaltung 111 der Vorrichtung 110 gespeist werden kann. Hierzu kann die Stromrichterschaltung 111 beispielsweise von einer Gleichspannungsquelle wie einer Batterie 120 oder ähnlichem gespeist werden. Das hier dargestellte Beispiel einer dreiphasigen elektrischen Maschine 130 dient nur dem besseren Verständnis und stellt dabei keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige elektrische Maschinen 130 mit einer von drei abweichenden Anzahl von elektrischen Phasen möglich. Beispielsweise kann es sich auch um eine sechsphasige elektrische Maschine 130 oder um eine elektrische Maschine 130 mit einer beliebigen anderen Anzahl von Phasen handeln.Such a device is also called an inverter. The electric drive system 100 comprises, for example, an electric machine 130 with a stator and a rotor, which can be powered by a power converter circuit 111 of the device 110. For this purpose, the power converter circuit 111 can be powered, for example, by a DC voltage source such as a battery 120 or similar. The example of a three-phase electric machine 130 shown here serves only for better understanding and does not represent a limitation of the present invention. Furthermore, any electric machine 130 with a different number of electrical phases than three is, of course, also possible. For example, it could also be a six-phase electric machine 130 or an electric machine 130 with any other number of phases.

Zur Ansteuerung der Ständerwicklung der elektrischen Maschine 130 kann die Stromrichterschaltung 111 die von der Batterie 120 bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Wechselspannung konvertieren. Im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine 130 kann die Stromrichterschaltung 111 beispielsweise die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandeln. Hierbei können insbesondere die Amplitude der Wechselspannung und/oder der Wert des Ausgangsstroms von der Stromrichterschaltung 111 zu der Ständerwicklung (Phasenwicklungen) der elektrischen Maschine 130 auf Grundlage eines vorgegebenen Sollwertverlaufs 140 eingestellt werden.To control the stator winding of the electric machine 130, the converter circuit 111 can convert the DC voltage supplied by the battery 120 into a suitable AC voltage. In the case of a three-phase electric machine 130, the converter circuit 111 can, for example, convert the DC voltage into a three-phase AC voltage. In this process, the amplitude of the AC voltage and/or the value of the output current from the converter circuit 111 to the stator winding (phase windings) of the electric machine 130 can be set based on a predefined setpoint curve 140.

Beispielsweise kann es sich bei der Stromrichterschaltung 111 um eine Stromrichterschaltung mit mehreren Halbbrücken handeln. Insbesondere kann die Stromrichterschaltung 111 für jede Phase der elektrischen Maschine 30 mindestens eine Halbbrücke mit zwei Schaltelementen umfassen. So kann die Stromrichterschaltung 111 für eine dreiphasige elektrische Maschine 30 beispielsweise eine B6-Topologie aufweisen. Die Schaltelemente der Stromrichterschaltung 111 können dabei unter Verwendung der Sollwertvorgabe 140 von einer Recheneinheit 112 der Vorrichtung 110 mittels geeigneter Steuersignale angesteuert werden. Hierbei kann die Recheneinheit 112 beispielsweise für jedes Schaltelement der Stromrichterschaltung 111 ein Steuersignal bereitstellen, um das entsprechende Schaltelement zu öffnen oder zu schließen. Dabei erfolgt die Ansteuerung eines oberen Schaltelements einer Halbbrücke üblicherweise komplementär zu der Ansteuerung des korrespondierenden unteren Schaltelements. Figur 2 zeigt ein Blockdiagram einer Gesamtregelungsstruktur 1, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann und mit der eine elektrische Maschine 4, beispielsweise entsprechend der elektrischen Maschine 130 gemäß Figur 1, angesteuert wird. Bei der elektrischen Maschine 4 kann es sich beispielsweise um eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (PSM) handeln. Die Gesamtregelungsstruktur 1 ohne die elektrische Maschine 4 und evtl. Sensorik kann in der Recheneinheit 112 der Figur 1 implementiert sein.For example, the converter circuit 111 can be a converter circuit with multiple half-bridges. In particular, the converter circuit 111 can comprise at least one half-bridge with two switching elements for each phase of the electric machine 30. Thus, the converter circuit 111 for a three-phase electric machine 30 can, for example, have a B6 topology. The switching elements of the converter circuit 111 can be controlled by a processing unit 112 of the device 110 using suitable control signals based on the setpoint specification 140. The processing unit 112 can, for example, provide a control signal for each switching element of the converter circuit 111 to open or close the corresponding switching element. The control of an upper switching element of a half-bridge is typically complementary to the control of the corresponding lower switching element. ``` Figure 2 shows a block diagram of an overall control structure 1, as it may form the basis of the invention and with which an electric machine 4, for example corresponding to the electric machine 130 according to Figure 1, is controlled. The electric machine 4 may, for example, be a permanent magnet synchronous machine (PSM). The overall control structure 1 without the electric machine 4 and any sensors may be implemented in the computing unit 112 of Figure 1.

Die Gesamtregelungsstruktur 1 umfasst dabei eine Oberwellensteuerung 2, die eine Spannungskorrekturgröße (Au_dq) 22 zur Beeinflussung der gewünschten Oberwelle bestimmt, und eine Entkopplungseinheit 6, die einen Entkopplungsstrom (Ai_d(?) 61 zur dynamischen Entkopplung in Abhängigkeit von der Spannungskorrekturgröße 22 bestimmt. Dazu können verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. The overall control structure 1 comprises a harmonic control 2, which determines a voltage correction quantity (Au _dq ) 22 to influence the desired harmonic, and a decoupling unit 6, which determines a decoupling current (Ai _d(? ) 61) for dynamic decoupling as a function of the voltage correction quantity 22. Various known methods can be used for this purpose, which will not be discussed in detail here.

Die Spannungskorrekturgröße 22 wird dabei durch die Oberwellensteuerung 2 in Abhängigkeit von einem Beschleunigungssignal 41, Übertragungsparametern 51 und Soll-Beschleunigungsanteilen 21 bestimmt und dient dazu, eine oder mehrere konkrete Oberwellen zu reduzieren. Das Beschleunigungssignal 41 wird beispielsweise von einem MEMS-Sensor, der an der elektrischen Maschine 4 angeordnet ist, gemessen. Ein Beispiel des Aufbaus der Oberwellensteuerung 2 und das Verfahren zum Bestimmen der Spannungskorrekturgröße 22 ist inThe voltage correction value 22 is determined by the harmonic control 2 as a function of an acceleration signal 41, transmission parameters 51, and target acceleration components 21, and serves to reduce one or more specific harmonics. The acceleration signal 41 is measured, for example, by a MEMS sensor arranged on the electric machine 4. An example of the setup of the harmonic control 2 and the method for determining the voltage correction value 22 is shown in

DE 102023207 191 A1, insbesondere in Absätzen [0073] bis [0079] offenbart.DE 102023207 191 A1, in particular disclosed in paragraphs [0073] to [0079].

Weiterhin umfasst die Gesamtregelungsstruktur 1 eine feldorientierte Regelung 3 (FOR, engl.: Field Oriented Control, FOC), die aus einer zugeführten Regelabweichung 12 (auf bekannte Weise; Vektorregelung) eine Spannungsstellgröße 32 für die elektrische Maschine 4 bestimmt.Furthermore, the overall control structure 1 includes a field-oriented control 3 (FOR, English: Field Oriented Control, FOC), which determines a voltage control variable 32 for the electrical machine 4 from an applied control deviation 12 (in a known way; vector control).

Vorliegend wird der feldorientierten Regelung 3 eine um den Entkopplungsstrom 61 (additiv) korrigierte Regelabweichung bzw. Differenz 12 M_dq (=M_d, M_q)) zwischen Sollwert (i_dq (=i_d,i_q)) 11 und Istwert (i_dq (=i_d,i_q)) 43 des Stroms durch die Ständerwicklung im d/q-Koordinatensystem zugeführt, woraus die Spannungsstellgröße 32 ebenfalls im d/q-Koordinatensystem bestimmt wird. Diese Korrektur ist in der Figur in zwei Schritten ausgeführt, wobei zunächst der Istwert 43 um den Entkopplungsstrom 61 verringert wird, und dann dieses Ergebnis vom Sollwert 11 subtrahiert wird. Dies führt zu einer Entkopplung der aufgeprägten Stromoberwelle vom FOR 3, da dieser die Korrektur der Oberwelle ansonsten wieder dämpfen bzw. abbauen würde. In this case, the field-oriented control 3 is fed a control deviation or difference 12 M _dq (=M _d , M _q )) between the setpoint (i _dq (=i _d ,i _q )) 11 and the actual value (i _dq (=i _d ,i _q )) 43 of the current through the stator winding in the d/q coordinate system, corrected by the decoupling current 61 (additively). The voltage control variable 32 is then determined from this, also in the d/q coordinate system. This correction is performed in two steps in the figure: first, the actual value 43 is reduced by the decoupling current 61, and then this result is subtracted from the setpoint 11. This leads to a decoupling of the superimposed current harmonic from the FOR 3, since the FOR 3 would otherwise dampen or reduce the harmonic correction.

Die Spannungsstellgröße 32 wird (additiv) mit der Spannungskorrekturgröße (Au_dq) 22 zu einer korrigierten Spannungsstellgröße (u_dq) 33 verrechnet, mit der die elektrische Maschine 4 angesteuert wird. Im Betrieb ergeben sich dadurch der Istwert 43 des Stroms, insbesondere des q-Stroms 42, und ein Istwert der Beschleunigung (y) 41. The voltage control variable 32 is (additively) combined with the voltage correction variable (Au _dq ) 22 to form a corrected voltage control variable (u _dq ) 33, which is used to control the electric machine 4. During operation, this results in the actual value 43 of the current, in particular the q-current 42, and an actual value of the acceleration (y) 41.

Die Übertragungsparameter 51 werden in einer Übertragungsparameterbestimmungseinheit 5 in Abhängigkeit von dem Beschleunigungssignal 41 und dem q-Strom (i_q) 42 bestimmt. Dazu wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. The transmission parameters 51 are determined in a transmission parameter determination unit 5 as a function of the acceleration signal 41 and the q-current (i _q ) 42. The method according to the invention is used for this purpose.

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figure 3 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.

In einem Schritt 200 wird die elektrische Maschine mit einer Spannungsstellgröße 32 angesteuert, sodass durch die elektrischen Maschine 4 ein Strom fließt, durch den eine Drehmomentanforderung an die elektrische Maschine 4 erfüllt wird und auf den eine Stromstörung mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Frequenz aufgeprägt ist. Dazu kann beispielsweise ein Anregungssignal 31 an die feldorientierten Regelung 3 ausgegeben. Durch das Anregungssignal 31 wird der feldorientierten Regelung 3, abwechselnd, beispielsweise im Sekundentakt, ein Strom mit einer Amplitude von rein beispielhaft +1 A und -1 A vorgegeben, der zu den Sollwerten 11 des Stroms bzw. der Regelabweichung 12 hinzuaddiert wird. Eine größere Amplitude führt zu einer schnelleren korrekten Bestimmung von Übertragungsparametern 51. Allerdings wird durch eine größere Amplitude der Stromstörung auch eine Geräuschentwicklung verstärkt. Aufgrund des Einschwingvorgangs der feldorientierten Reglung und der Fast-Fourier-Transformation-Berechnung der gemessenen Strommesswerte wird ein sinusförmiger Stromverlauf durch die feldorientierte Regelung 3 errechnet. Durch die von der feldorientierten Regelung 3 bestimmten Spannungsstellgröße 32 fließt durch die elektrische Maschine 4 ein Strom, der die Drehmomentanforderung an die elektrische Maschine 4 erfüllt. Durch den Anregungsanteil 31 wird die Stromstörung auf den durch die elektrische Maschine 4 fließenden Strom aufgeprägt. Der Anregungsanteil 31 kann dabei nur einen von dem d- und dem q-Strom, beispielsweise nur den q-Strom betreffen.In step 200, the electric machine is controlled with a voltage control variable 32, causing a current to flow through the electric machine 4. This current fulfills a torque requirement for the electric machine 4 and is superimposed with a current disturbance of a predetermined amplitude and frequency. For this purpose, an excitation signal 31 can be output to the field-oriented control 3. The excitation signal 31 alternately supplies the field-oriented control 3 with a current with an amplitude of, for example, +1 A and -1 A, at intervals of one second. This current is added to the setpoint values 11 for the current and the control deviation 12, respectively. A larger amplitude leads to a faster and more accurate determination of the transfer parameters 51. However, a larger amplitude of the current disturbance also amplifies noise generation. ``` Due to the transient response of the field-oriented control and the Fast Fourier Transform calculation of the measured current values, a sinusoidal current waveform is calculated by the field-oriented control 3. The voltage control variable 32 determined by the field-oriented control 3 causes a current to flow through the electric machine 4, fulfilling the torque requirement. The excitation component 31 imposes the current disturbance on the current flowing through the electric machine 4. The excitation component 31 can affect only one of the d-currents and the q-currents, for example, only the q-current.

Während die elektrische Maschine 4 mit der Spannungsstellgröße 32 angesteuert wird, werden in einem Schritt 210 der durch die Ständerwicklung fließende Strom 42, beispielsweise der q-Strom, und das Beschleunigungssignal 41 erfasst. Der durch die Ständerwicklungen fließende Strom 42 und das Beschleunigungssignal 41 werden an die Übertragungsparameterbestimmungseinheit 5 ausgegeben. Weiterhin wird während der Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 mit der Spannungsstellgröße 32 die Geräuschreduzierung durch die Oberwellenregelung 2 reduziert, sodass die Stromstörung nicht durch die Oberwellenregelung 2 aus dem Signal herausgeregelt wird. Dazu kann beispielsweise die durch die Oberwellenregelung 2 bestimmte, zur Reduzierung der Störung auf dem Beschleunigungssignal 41 und dem durch die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 4 fließende Strom 42, Spannungskorrekturgröße 22 mit einem Faktor multipliziert werden, der kleiner als 1 ist, was auch eine Multiplikation mit null, also eine Deaktivierung einschließt. Alternativ kann gleich die Oberwellenregelung 2 während der Ansteuerung der elektrischen Maschine 2 mit dem Spannungsstellgröße 32 vollständig deaktiviert werden.While the electric machine 4 is being controlled with the voltage control variable 32, the current 42 flowing through the stator winding, for example the q-current, and the acceleration signal 41 are measured in step 210. The current 42 flowing through the stator windings and the acceleration signal 41 are output to the transmission parameter determination unit 5. Furthermore, while the electric machine 4 is being controlled with the voltage control variable 32, the noise reduction by the harmonic control 2 is reduced so that the current disturbance is not eliminated from the signal by the harmonic control 2. For this purpose, for example, the voltage correction variable 22, determined by the harmonic control 2 to reduce the disturbance on the acceleration signal 41 and the current 42 flowing through the stator windings of the electric machine 4, can be multiplied by a factor less than 1, which also includes multiplication by zero, i.e., deactivation. Alternatively, the harmonic control 2 can be completely deactivated during the control of the electric machine 2 with the voltage control variable 32.

Die Übertragungsparameterbestimmungseinheit 5 bestimmt in einem Schritt 220 in Abhängigkeit von dem erfassten Strom 42 und dem erfassten Beschleunigungssignal 41 die Übertragungsparameter 51, die ein Übertragungsverhalten zwischen dem erfassten Strom 42 und dem erfassten Beschleunigungssignal 41 darstellen. Dazu kann ein geeignetes Schätzverfahren, beispielsweise ein Information-Matrix-Decomposition-Least-Squares-Verfahren, verwendet werden, wie beschrieben. Bei den Übertragungsparametern 51 handelt es sich beispielsweise um einen Real- und einen Imaginärteil einer Übertragungsmatrix sowie eine Offset-Störung. Alternativ ist auch die Verwendung eines gradientbasierten Schätzverfahrens zum Bestimmen der Übertragungsparameter 51 denkbar.The transmission parameter determination unit 5 determines, in step 220, the transmission parameters 51, which represent a transmission behavior between the detected current 42 and the detected acceleration signal 41, as a function of the detected current 42 and the detected acceleration signal 41. A suitable estimation method, such as an information matrix decomposition least squares method, can be used for this purpose, as described. The transmission parameters 51 are, for example, a real and an imaginary part of a transmission matrix as well as an offset disturbance. Alternatively, the use of a gradient-based estimation method to determine the transmission parameters 51 is also conceivable.

Anschließend werden die bestimmten Übertragungsparameter 51 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 verwendet. Dazu werden die Übertragungsparameter 51 an die Oberwellensteuerung 2 ausgegeben, die diese zum Bestimmen der Spannungskorrekturgröße 32 verwendet (siehe oben).The determined transmission parameters 51 are then used to control the electric machine 4. For this purpose, the transmission parameters 51 are output to the harmonic control 2, which uses them to determine the voltage correction quantity 32 (see above).

Auf der x-Achse 301 ist dabei jeweils der zeitliche Verlauf in Sekunden aufgetragen. Die elektrische Maschine 4 wird dabei im Bereich von 0 bis 40 s mit einer Drehmomentanforderung von 3 Nm und einer Drehzahl von 100 RPM und im Bereich ab 40 S mit einer Drehmomentanforderung von 3 Nm und einer Drehzahl von 120 RPM betrieben.The x-axis 301 shows the time course in seconds. The electric machine 4 is operated with a torque requirement of 3 Nm and a speed of 100 RPM in the range from 0 to 40 s, and in the range from 40 s onwards with a torque requirement of 3 Nm and a speed of 120 RPM.

In Figur 4a ist der Verlauf der Amplitude der Stromoberwelle, z. B. in A, für die Stromoberwelle der 12. Ordnung, aufgetragen. Figur 4b zeigt den Verlauf der zugehörigen, korrekten Phasenlage, z. B. in rad.Figure 4a shows the amplitude of the current harmonic, e.g., in Ω, for the 12th order current harmonic. Figure 4b shows the corresponding, correct phase angle, e.g., in radians.

Dabei zeigt der Verlauf 311 den Stromverlauf der Stromoberwelle bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Stromstörung, die eine Amplitude von 1 A aufweist, während der Verlauf den Stromverlauf 312 der Stromoberwelle bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Stromstörung, die eine Amplitude von 0,5 A aufweist, zeigt. In gleicher Weise zeigt der Verlauf 321 den Verlauf der Phasenlage der Stromoberwelle bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Stromstörung, die eine Amplitude von 1 A aufweist, und der Verlauf 322 den Verlauf der Phasenlage der Stromoberwelle bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Stromstörung, die eine Amplitude von 0,5 A aufweist. Im Bereich von 0 s bis 10 s findet dabei keine Regelung der Stromoberwellen statt und die Oberwelle führt zu einer Geräusch- und Vibrationsbelastung.Figure 311 shows the current waveform of the current harmonic when the inventive method is carried out with a current disturbance having an amplitude of 1 A, while figure 312 shows the current waveform of the current harmonic when the inventive method is carried out with a current disturbance having an amplitude of 0.5 A. Similarly, figure 321 shows the phase response of the current harmonic when the inventive method is carried out with a current disturbance having an amplitude of 1 A, and figure 322 shows the phase response of the current harmonic when the inventive method is carried out with a current disturbance having an amplitude of 0.5 A. In the range from 0 s to 10 s, no regulation of the current harmonics takes place, and the harmonics result in noise and vibration.

Die Stromstörungen werden im Verfahren dabei in den Zeiträumen von 10 s bis 20 s und von 50 s bis 60 s aufgeprägt. Während dieser Zeit ist die Geräuschreduzierung durch die Oberwellenregelung 2 reduziert bzw. komplett abgeschaltet. In den anderen Zeitbereichen wird die Geräuschreduzierung durch die Oberwellenregelung 2 durchgeführt.The electrical disturbances are applied during the time periods of 10 to 20 seconds and 50 to 60 seconds. During these periods, the noise reduction provided by harmonic control 2 is reduced or completely deactivated. In the other time periods, noise reduction is provided by harmonic control 2.

Figur 4c zeigt den Verlauf für den geschätzten Realteil der Übertragungsmatrix. Figur 4d zeigt den Verlauf für den geschätzten Imaginärteil der Übertragungsmatrix. Dabei sind wiederum der Verlauf 331 des Realteils und der Verlauf 341 des Imaginärteils für die Stromstörung mit der Amplitude von 1 A gezeigt, und der Verlauf 332 des Realteils und der Verlauf 342 des Imaginärteils für die Stromstörung mit der Amplitude von 0,5 A. Die Linien 333, 334 zeigen die realen bzw. korrekten Werte für den Realteil, während die Linien 343, 344 die realen bzw. korrekten Werte für den Imaginärteil zeigen. Dabei ist zu erkennen, dass für eine Amplitude von 1 A für die Stromstörung der Verlauf des Real- und Imaginärteils 331, 341 näher an dem realen Wert 333, 334, 343, 344 liegt als der Verlauf des Real- und Imaginärteils 332, 342 für die Amplitude von 0,5 A.Figure 4c shows the curve for the estimated real part of the transfer matrix. Figure 4d shows the curve for the estimated imaginary part of the transfer matrix. Specifically, curve 331 of the real part and curve 341 of the imaginary part are shown for a current disturbance with an amplitude of 1 A, and curve 332 of the real part and curve 342 of the imaginary part are shown for a current disturbance with an amplitude of 0.5 A. Lines 333 and 334 show the actual and correct values for the real part, respectively, while lines 343 and 344 show the actual and correct values for the imaginary part, respectively. It can be seen that for an amplitude of 1 A for the current disturbance, the course of the real and imaginary part 331, 341 is closer to the real value 333, 334, 343, 344 than the course of the real and imaginary part 332, 342 for the amplitude of 0.5 A.

Figur 4e zeigt den Verlauf 351 einer Amplitude eines NVH-Signals bzw. eines Geräuschs für eine ausgewählte Frequenz, wofür vorliegend eine Fourier-Analyse des Beschleunigungssignals 41 an der für die Geräuscherzeugung relevanten Frequenz durchgeführt wird. Wiederum ist der Verlauf 351 der Amplitude des Beschleunigungssignals bei einer Stromstörung mit einer Amplitude von 1 A gezeigt, während der Verlauf 325 der Amplitude des Beschleunigungssignals bei einer Stromstörung mit einer Amplitude von 0,5 A gezeigt ist. Dabei ist klar zu erkennen, dass außerhalb der Bereiche, in denen die Stromstörung angeregt wird, die Amplituden innerhalb kürzester Zeit auf null abfallen, d.h. bei dieser Frequenz keine Schwingungen, die ein Geräusch erzeugen, mehr vorhanden sind. Figure 4e shows the amplitude curve 351 of an NVH signal or noise for a selected frequency, for which a Fourier analysis of the acceleration signal 41 is performed at the frequency relevant for noise generation. The amplitude curve 351 of the acceleration signal is shown during a current disturbance with an amplitude of 1 A, while the amplitude curve 325 of the acceleration signal is shown during a current disturbance with an amplitude of 0.5 A. It is clearly evident that outside the regions where the current disturbance is excited, the amplitudes drop to zero within a very short time, meaning that no oscillations generating noise are present at this frequency. ...

Claims

1. Method for controlling an electrical machine (4), the electrical machine (4) comprising a stator with a stator winding and a rotor,

the procedure comprehensively:

Controlling (200) the electric machine (4) with a voltage control variable (32) so that a current flows through the stator winding of the electric machine (4) by which a torque requirement on the electric machine (4) is fulfilled and on which a current disturbance with a predetermined amplitude and a predetermined frequency is superimposed, detecting (210) the current (42) flowing through the stator windings and an acceleration signal (41),

Determining (220) transmission parameters (51) that represent a transmission behavior between the detected current (42) and the detected acceleration signal (41), depending on the detected current (42) and the detected acceleration signal (41),

Using (230) the specified transmission parameters (51) to control the electric machine (4).

2. Method according to claim 1, wherein determining (220) the transmission parameters (51) comprises determining the transmission parameters (51) using an estimation method, an Information Matrix Decomposition Least Squares (IMDLS) method or a gradient-based estimation method.

3. A method according to any one of the preceding claims, wherein the determination (220) of the transfer parameters (51) is further performed as a function of a harmonic frequency of the acceleration signal (41), which in particular depends on the electrical angular frequency of the electric machine (4). 4. A method according to any one of the preceding claims, wherein the transfer parameters (51) comprise a real part (331, 332) and an imaginary part (341, 342) of a transfer matrix that maps a transfer of a current (42) through the stator winding of the electric machine (4) to the acceleration signal (41), and an offset disturbance.

5. Method according to one of the preceding claims, wherein during the actuation (200) of the electric machine (4) with the voltage control variable (32) a method for noise reduction, which is carried out in particular by a harmonic control (2) of the electric machine (4), which counteracts a disturbance on the acceleration signal (41) and the current (42) flowing through the stator winding of the electric machine (4), is carried out with a reduced effect.

6. Device (110) for controlling an electric machine (140), the electric machine (140) comprising a stator with a stator winding and a rotor,

comprising the device (110):

a power converter circuit (111) configured to be coupled to the stator winding of the electrical machine (140) and to provide an electrical voltage for controlling the stator winding of the electrical machine (140); and a computing unit (112) configured to perform all process steps of a method according to one of the preceding claims.

7. Electric drive system (100), with:

a device (110) for controlling an electric machine according to claim 6, and

an electric machine (140) comprising a stator with a stator winding and a rotor,

wherein the electric machine (140) is electrically coupled to the converter circuit (111) of the device (110) for controlling the electric machine. 8. Computer program that causes the computing unit (112) of the device (110) for controlling an electric machine according to claim 6 or the electric drive system (100) according to claim 7 to perform all process steps of a method according to any one of claims 1 to 5 when executed on the computing unit.

9. Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 8. ...