旋转电机的控制器的制作方法

专利名称：旋转电机的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电机(elektrischer Maschine)的运行方法的领域。尤其地，本发明涉及用于运行旋转电机的方法、用于电变换器(elektrischen Umrichter)的控制器 (Steuerung)、马达系统(Motorsystem)、计算机程序以及计算机可读取(computerlesbar) 的介质。
背景技术：
直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)是用于控制在旋转电磁机和马达中、尤其为在中压范围中的转矩和电磁通量(Fluss)的方法。这类控制器的典型示例可例如在ABB的ACS 6000的驱动器(Antrieb)中找到。近10年以来，DTC已证明具有较高的可靠性、耐用性及性能。然而，通过由控制器切换半导体所产生且为驱动器的总损失的很大一部分或甚至主要部分的切换损失(Schaltverlust)在DTC中可为相当大的。因此，寻找减小该切换损失的方法。已知的是，切换损失的这类减小可通过所谓的模型预报直接转矩控制(Model PredictiveDirect Torque Control, MPDTC)来实现，该转矩控制可基于驱动器的(数学) 模型。文件US 7，256，561和文件EP 1 670 135描述了这类方法。除变换器切换损失最小化外，DTC和MPDTC还可意图，保持旋转电机的三个输出变量或输出参数(即，电磁转矩、定子通量(Statorfluss)的参数及中性点电势或中点电势) 在预设的(滞后(Hysterese))极限值内。MPDTC基于可包括数学模型的控制算法，该数学模型与待切换的变换器和联接在该变换器处的机器或马达相匹配。在此，尤其地，列出变换器在一定的切换水平线 (Schalthorizont)上所允许的切换序列(Schaltsequenz)，并且在应用变换器和机器的内部模型的情况下计算相应的转矩轨线(Trajektorie)、定子通量轨线及中间回路中点电势轨线。还存在带有超过一个中性点的变换器。还存在具有其它参数(在一定情况下必须调节这些参数)的变换器。在此，外推(extrapolieren)该轨线直到达到针对相应输出参数的极限值。借助于预设的品质准则(GUtekriteriums)来评判所允许的切换序列。例如，该品质准则反映(abbilden)变换器的切换损失或切换频率。在最后的步骤中，确定最佳的切换序列，该切换序列使该品质准则最小化，也就是说，例如提供最小的切换损失或最小的切换频率。刚提及的步骤通常在每个控制循环中实施，并且在最佳的切换序列中仅应用第一步骤(也就是说第一切换过渡(SchaltUbergang)或切换状态)来控制变换器的功率半导体(Leistungshalbleiter)。

发明内容
切换损失的减小可引起驱动器的运行成本的显著降低。此外，切换损失的这样的减小可导致更耐用的且更可靠的系统，并且扩展了 DTC的使用范围，因为所减小的切换损失允许以更高的功率运行相同的设备。
本发明的目的是，提供带有更小的运行成本和提高的功率的电驱动器。该目的通过独立权利要求的对象来实现。本发明的其它实施形式从从属权利要求中获得。本发明的第一个方面涉及用于运行旋转电机的方法。根据本发明的实施形式，旋转电机由变换器从直流电压电路 (Gleichspannungsschaltkreis)通过至少一个相而供应电流。变换器实施成将至少一个相切换到至少两个电压电平(Spannungsniveaus)上。旋转电机可为电马达或可包括电马达和变换器的电驱动器。旋转电机可包括变换器和/或控制器。通常，旋转电机具有三个相(三相交流电)。但是还可行的是，仅存在一个相或多个相。根据本发明的实施形式，该方法包括步骤产生切换序列，其中，每个切换序列包括带有第一切换过渡的变换器的一系列切换过渡；以品质值(GUtewert)评价切换序列中的每一个；选取带有最小品质值的切换序列；利用选取的切换序列的第一切换过渡作为选择的切换过渡来操控(Ansteuern)变换器的切换元件(Schaltelement)，以使得至少一个相切换到相应于切换过渡的电压电平上。在此，切换过渡可通过变换器的切换元件的切换状态或通过单独切换状态的切换状态的组合来限定。例如，切换过渡包括变换器的切换元件的切换状态组合。变换器的切换元件可为功率半导体，例如晶闸管(Thyristor)、IGCT或IGBT。例如，切换序列可为向量U = [u(k)，u(k+l), ... , u(k+N_l)]，其中，利用切换状态组合U来限定切换过渡。对每个待控制的切换元件，U包括切换状态元素 (Schaltzustandselement)，该切换状态元素描述切换状态，即例如1、0或_1。这可为开关位置。根据本发明的实施形式，以如下方式产生切换序列(a)从较短的切换序列中产生较长的切换序列，其中，使至少一个可行的切换过渡配附加(:hangen)于较短的切换序列，以为了产生较长的切换序列；(b)基于较长的切换序列的切换过渡，为较长的切换序列计算电机、变换器和/或驱动器的输出参数；(C)假如所计算的输出参数(或至少一个输出参数)没有位于预先限定的极限值内和/或所计算的输出参数随着时间的增长远离预先限定的极限值，则拒绝(Verwerfen)较长的切换序列。 短的切换序列例如具有长度m，并且较长的切换序列例如具有长度n，其中η > = m+1。假如切换序列包括停顿元素(Pausenelement)，则较长的切换序列可比短的切换序列长多于一个步。当然，还可行的是η = m+1的情况。根据本发明的实施形式，利用先前所选择的切换过渡对第一切换序列或(长度0) 的启始切换序列进行初始化。在这种情况中，第一切换序列为较长的切换序列，对该较长的切换序列执行步骤(b)和(C)。根据本发明的实施形式，对于未拒绝的较长的切换序列，根据步骤(a)至(C)产生尤其比η长的其它的切换序列。换而言之，以迭代的方式产生切换过渡树，其中，每个切换序列可通过从树根到树叶的路径而获得。在此，待计算的输出参数可为旋转电机的转矩或通量，或者为在变换器中的直流电流中间回路的中点电势，或还为在电容上的电压，或者为通过变换器的线圈的电流。输出参数可为与时间有关的参数，或针对这样的间隔(Intervall)计算输出参数，即， 该间隔在当前的时刻下开始并且以一定的时间到达未来。也就是说，在旋转电机或驱动器中，利用迭代控制方法可使切换损失最小化，该迭代控制方法预先计算最佳的切换状态或切换序列。根据本发明的实施形式，该方法包括通过借助于递归或迭代算法将切换过渡附加到短的切换序列来从较短的允许的切换序列中产生(较长的)允许的切换序列。该算法可利用来自先前所选择的切换过渡(或当前应用在变换器处的切换过渡)的长度 0的切换序列来初始化。较长的切换序列的可允许性可通过模拟(Simulieren)或逼近 (Approximieren)至少一个输出参数来实现，该输出参数例如必须满足前文所提及的规则。通常变换器的每个切换循环实施切换序列的这种迭代的优化确定 (Optimumsbestimmung)。算法或方法可以顺序的方式来处理，也就是说代替首先产生切换序列以及此后产生输出参数的所属的轨线，通过分支(verzweigen)或附加允许的切换过渡，来逐步地构建切换序列。为此，例如，可应用下推存储器(Stapelspeicher)。在此，堆栈(Stapel)或下推存储器可为这样的存储器，即，在该存储器中可借助于函数(“进栈(Push)”)将对象(此处为切换序列)置放到堆栈上，并且可借助于另一函数(“退栈(Pop)”)将位于对象堆栈 (Objektstapel)上的最上部的对象取出。可与下推存储器一起利用递归函数来执行算法。根据本发明的实施形式，MPDTC方法或MPDTC算法可基于后进先出堆栈模型(Last -In-First-Out-Stapelmodell)。算法启始于当前的时间步(Zeitschritt)k。此后，算法以迭代的方法在时间方面朝前检测允许的切换序列的树。在每个中间步中，所有的切换序列必须具有允许的输出参数的轨线。允许的切换序列还可称为候选序列(Kandidatensequenz) 或候选切换序列(Kandidatenschaltsequenz)。允许的切换序列可为这样的切换序列，即， 该切换序列的输出参数位于其相应的极限值内或指向正确的方向或者接近极限值。在此， 后两种情况所指的是，输出变量或输出参数不一定位于允许的极限值内，但是违背极限值 (Grenzverletzung)的程度随着水平线(Horizont)之内的每个时间步缩小。候选切换序列，也就是说未拒绝的切换序列给出输出参数的轨线，其在每个时间步满足步骤(C)的相对应的规则。由此，可确保，在旋转电机的稳定运行期间任何时间维持预设的极限值。通过该措施，可降低旋转电机的转矩总谐波失真(Drehmoment-THD(Total HarmonicDistortion))。可行的是，前文提及的条件或规则的组合适用于输出变量或输出参数。例如，如果转矩或中点电势位于其预先限定的极限值内且定子通量指向正确的方向，则切换序列可为允许的。MPDTC方法的计算复杂度与允许的切换过渡的数目 直接相关，其通过变换器拓扑结构(Umrichtertopologie)(主要通过变换器可产生的电压电平的数目)以及切换水平线或切换序列的预测水平线(Vorhersagehorizont)的长度而预定。在此，预测水平线可限定为切换序列的长度，也就是说为对处理切换序列所必需的时间步的数目。通过长的切换水平线降低切换损失和/或电流或转矩的整体的谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)，该长的切换水平线显著地提高MPDTC的性能。然而，该长的切换水平线还可导致大的计算负荷(Rechenlast)，因为可行的切换序列的数目可以组合的方式而迅速增长(explodieren)。因此，到目前为止仅可行的是，当算法限制到例如带有长度 1或2的相当短的切换水平线上时，在硬件上执行并且实施MPDTC。本发明使得可行的是， 以长的切换水平线降低对于MPDTC的计算负荷。根据本发明的实施形式，在相应切换序列中，品质值基于变换器的待期待的切换损失或变换器的待期待的切换频率。通常认为，品质值越小，切换损失衰减得越小。

多个切换过渡引起变换器的切换元件的多个切换操作，因此，切换元件的切换频率增大。但是，尤其地在作为切换元件的功率半导体开关中，如此高的切换频率产生热损失 (通过切换损失)，因此，功率半导体开关可更快地老化，损伤或甚至损坏。总之，变换器的切换损失还可间接地通过切换频率来估算。还可行的是，品质函数(GUtefimktion)，也就是说计算切换序列的品质值所使用的函数，是切换序列的时间步(也就是说切换序列的长度)和切换过渡的总数的函数。根据本发明的实施形式，品质函数为通过单独的切换过渡所产生的切换损失的总和和切换水平线和/或预测水平线的长度和/或切换序列的长度的函数。切换损失可基于旋转电机和/或变换器的定子电流来计算，该定子电流为定子通量和转子通量的函数。如果控制器具有旋转电机和/或变换器的内部数学模型，则该通量或定子电流可为该模型的主要组成部分。根据该实施形式，还可行的是，相比于基于切换频率的简单的品质函数，显著地降低切换损失(22%)。该计算可以“离线(offline)”的方式来执行，并且将结果储存在查阅表格(Nachschlagetabelle)中，在机器运行期间方法可访问该查阅表格。根据本发明的实施形式，切换序列在一系列切换过渡中包括停顿元素，其中，停顿元素在切换过渡后限定切换停顿(Schaltpause)。通过在切换过渡之间的停顿，切换损失可进一步降低。根据本发明的实施形式，通过计算输出参数来确定切换停顿。在此，输出参数的计算可基于旋转电机、变换器和/或驱动器的数学模型，或基于逼近法(Approximation)。通常，输出参数应在切换停顿期间在其极限值之内运动或者满足前文所提及的规则。变换器和旋转电机的数学驱动器模型可用作计算步的数目，在其中输出参数(例如转矩、通量或中点电势)的第一轨线到达或接近预先限定的极限值中的一个。这可提高预测的精确度，并且由此提高方法的控制性能(例如在切换损失和转矩方面)。根据本发明的实施形式，该方法还包括基于普遍的(verallgemeinert)切换水平线产生由切换过渡和停顿元素组成的切换序列，该普遍使用的切换水平线限定以何种顺序将切换过渡和停顿元素结合到切换序列处。通过停顿元素应实现，尽可能地少地进行切换，以为了保持切换损失尽可能得小。 因此，引入带有尽可能大的长度的切换停顿。切换停顿的长度可通过该方法来确定并且适应这样的情况，即，使得驱动器的输出参数满足前文所提及的预先限定的规则。为了建立切换序列，可应用普遍的切换水平线。普遍的切换水平线可包括多个切换过渡(该切换过渡限定，切换过渡可处于切换序列中的相应的位置处)。在切换过渡之间、之前及之后，普遍使用的切换水平线可包括停顿元素。为了对此进行描述，使用带有“S” 和“E”或“e”的符号(停顿元素还可理解为外推元素(Extrapolierelement)或扩展元素 (Erweiterungselement))。针对普遍的切换水平线的示例为“SSESE”。利用普遍的切换水平线，与长度为二的简单的切换水平线相比，切换损失可降低20%。此外，普遍的切换水平线以停顿元素“e”开始，该停顿元素“e”对可选的等候停顿 (Wartepause)处于切换序列的起始处。该等候停顿可以与用于停顿元素“E”的等候停顿相类似的方式而确定。由此，预测水平线可显著地延长，以使得可进行更精确的预测。由此， 通常使切换损失变小。基于等候步骤(Warteschritt)和切换过渡的数目的带有上极限值的普遍的切换水平线可视为用于带有固定数目时间步的固定的简单的预报或预测水平线的备选方案。普遍的切换水平线可导致切换序列的时间上的可变的长度并且因此导致长度不同的预报水平线。根据本发明的实施形式，在计算输出参数时确定，在未来的哪个时刻输出参数的轨线到达预先限定的上或下极限值。根据本发明的实施形式，在应用用于零点确定(Nullstellen-Ermittlung)的优化方法的情况下，通过使用泰勒级数逼近三角函数和/或通过使用分段多项式函数逼近三角函数，以解析的方式实现时刻的确定。根据本发明的实施形式，在确定该时刻时，将定子通量阻抗 (Statorflusswiderstand)参与(einflie β en)到计算中。根据本发明的实施形式，输出参数的轨线的计算基于旋转机器或驱动器的数学模型和插值(Interpolation)。与外推不同，插值具有的优点为，相比于在情况的外推时，轨线的端点可更好地与实际相一致。根据本发明的实施形式，输出参数在这样的时间间隔中插值，S卩，该时间间隔包括预定的数目、例如至少10个离散时间步。根据本发明的实施形式，在间隔中或在该间隔的边缘处，对至少三个时间点以数学模型来计算输出参数。根据本发明的实施形式，插值利用二次多项式来实现。根据本发明的实施形式，该方法还包括在迭代期间计算用于长度η的(尤其为未拒绝的)切换序列的品质值。根据本发明的实施形式，该方法还包括基于完整的切换序列的已经计算的品质值，计算针对品质值的下极限值。根据本发明的实施形式，该方法还包括拒绝这样的切换序列，即，该切换序列的品质值超过针对品质值的下极限值，或该切换序列的品质值大于针品质值的下极限值。根据本发明的实施形式，该方法还包括在应用针对切换序列或其预测水平线的最大期望长度的上极限值的情况下，计算品质值。根据本发明的实施形式，首先，也就是说在递归起始时或之前，计算有希望的 (vielversprechend)切换序列的品质值。在此，有希望的切换序列可为这样的切换序列， 艮口，该切换序列在迭代方法前已经设有良好的品质值或对该切换序列在迭代方法前已经计算了良好的品质值。根据本发明的实施形式，有希望的切换序列基于先前的控制循环的最佳的切换序列。根据本发明的实施形式，有希望的切换序列基于最佳的切换序列，在先前的优 化步骤中利用作为当前切换水平线的较短的切换水平线计算该最佳的切换序列。 根据本发明的实施形式，为此采用两级式方法。首先(在第一步骤中)，优化问题利用例如“eSE”的短的切换水平线而解决，例如利用上文和下文所描述的方法或算法。此后，在第二步骤中应用长的切换水平线，例如“eSSESE”，该长的切换水平线比短的切换水平线长。在此，上文和下文所描述的方法例如如此长时间地执行，即，直到可使用的计算时间用完(ablaufen)。对第二步骤，第一步骤的解用作启始值(“热启动(Warmstart) ”算法， 详情还见下文)。第一个问题可相对快得解决，并且可计算相对良好的解(切换序列)。该解确保， 切换状态发送到变换器处，该切换状态为可切换的，也就是说例如遵守变换器的切换限制， 并且该切换状态确保输出参数不远离于所限定的极限值(变得不稳定)以及该切换状态提供可接受的性能(相对低的切换损失等)。可确保，在可使用的计算时间内可解决小问题。 通常，在第二步骤中找到更好的解，该更好的解可发送到变换器处。根据本发明的实施形式，确定以最高优选权(Prioritat)待检测的切换序列，其中，在下次迭代期间(也就是说在下个迭代步期间或在相同的迭代步中)检测带有最高优选权的切换序列。根据本发明的实施形式，待检测的切换序列根据其区分先后顺序 (Priorisierung)而排序(sortieren) 0根据本发明的实施形式，区分先后顺序借助于如下规则中的至少一个来实现区分这样的切换序列的先后顺序，即，对该切换序列存在较高的概率，使得该切换序列导致较低的品质值；区分这样的切换序列的先后顺序，即，对该切换序列存在较高的概率，使得该切换序列将输出参数保持在预先限定的极限值内和/或使输出参数随着时间的增加而接近预先限定的极限值；区分这样的切换序列的先后顺序，即，该切换序列具有这样的切换过渡，对该切换过渡存在较高的概率，使得该切换过渡导致允许的切换序列或甚至导致带有高品质的切换序列；区分这样的切换序列的先后顺序，即，对该切换序列由于估算而期望， 该切换序列导致不带切换过渡的长的切换停顿；借助于(不完整的)切换序列的品质值来区分该(非完整的)切换序列的先后顺序；借助于切换序列的长度来区分该切换序列的先后顺序。根据本发明的实施形式，该方法还包括如果产生直到预定的长度的所有的切换序列，则结束切换序列的产生。在此，预定的长度可为切换水平线的长度或预定的预报水平线。根据本发明的实施形式，该方法还包括如果针对所产生的切换水平线的数目达到上极限值或可使用的计算时间用完，则结束切换序列的产生。根据本发明的实施形式，该方法还包括如果确定了这样的切换序列，S卩，该切换序列的品质值以小于所限定的百分比、例如5%而超过针对品质值的下极限值，则结束切换序列的产生。换而言之，还可执行次佳的MPDTC，在该MPDTC中确定尽管不是最佳的、但是却是良好的切换序列。执行次佳的MPDTC的动机从下者中给出长的切换水平线导致出众的特性。然而，在分支和界限搜索(Verzweigungs-und Begrenzen-Suche)(该分支和界限搜索继续在下文中详细地描述)中，甚至带有窄的(eng) 极限值，相当快速得在树搜索(Baumsuche)期间找到最佳的或接近于最佳值的解。然而，大部分的计算时间用作确认实际上已找到最佳值。因此，所获得的为，当算法停止时，在这类确认或甚至证明已找到(也就是说不存在带有低于当前最小品质值的品质值的未检查的节点)前，最佳值极有可能已经找到。在MPDTC方法中，仅来自切换序列的第一切换位置(Schaltposition)或第一切换过渡应用到驱动器或该驱动器的变换器上。由此，仅切换序列的第一元素必须为最佳，然而切换序列的剩余部分不必如此。此外，可快速地找到带有短 的切换水平线的良好的候选切换序列。该短的切换水平线可用作，借助于继续在下文中进一步描述的“热启动”-算法在带有长切换水平线的树中开始树搜索。总之，可更好的是，代替应用短的切换水平线并且确保在所有的状况下找到最佳的解，而应用长的(或许普遍的)切换水平线并且在一定的状况下接受次佳的解，然而该次佳的解在一定的状况下导致可具有更好性能的MPDTC方法。本发明的另一方面涉及用于电变换器的控制器，该控制器实施成执行如在上文中和在下文中所描述的方法。本发明的另一方面涉及变换器，例如带有控制器，该变换器实施成，执行如在上文中和在下文中所描述的方法。例如，变换器在其输入处联接到直流电压处。在其输出(多个或三个相，三相交流电)处，变换器产生交流电压(Wechse 1 sparmung)。为此，可应用切换元件(例如晶闸管， IGCT或IGBT)，该切换元件由控制器来切换。在此，电压可为约100V直到200kV大。也就是说，变换器可为低压、中压和高压变换器。由变换器所切换的电流可达10000A。尤其地，MPDTC控制算法或方法可应用于每个多点变换器。本发明的另一方面涉及马达系统，该马达系统包括旋转电机和带有控制器的电变换器，该电变换器实施成给旋转电机供应电流以及以执行如在上文中和在下文中所描述的方法。本发明的另一方面涉及计算机程序，如果在处理器上执行该计算机程序，则该计算机程序指示(ableiten)处理器执行如在上文中和在下文中所描述的方法的步骤。计算机程序或MPDTC控制算法可在任意的计算硬件上执行，该计算硬件例如包括 DSP 禾口 FPGA0本发明的另一方面涉及计算机可读取的介质，计算机程序储存到该介质上。在此，计算机可读取的介质可为磁盘、硬盘、USB存储设备、RAM、ROM、CD、DVD或 EPR0M。计算机可读取的介质还可为数据通信网络，例如互联网，互联网使得程序代码的下载成为可能。总之，从所描述的实施形式中可给出如下优点该方法的实施形式使得相当长的切换水平线成为可能，该相当长的切换水平线由多个切换过渡组成，这些切换过渡可通过停顿元素来连接。初步试验显示，利用该方法的实施形式的组合，切换损失可降低约60%， 然而，转矩的整体的谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)可同时改善约20%。该试验已在所谓的三相式三点中压变换器(Dreipunkt-Mi11e 1 spannungsumrichter)上进行，该三点中压变换器驱动感应式机器(Induktionsmaschine)。与带有仅两个步骤的简单的切换水平线的简单的MPDTC算法相比，切换损失降低40%，然而，转矩THD保持恒定。
利用该实施形式描述这样的可行性，即，当切换序列为次佳时，避免该切换序列的产生和检测。由此，可显著降低平均计算时间。此外，可给出停止准则，在该停止准则中可确保，找到对切换序列的良好的解。由此可限制最大计算时间。通常，实施形式描述这样的技术，即，如此地修改和改进MPDTC算法，以使得该算法在技术上认作有效，以为了以该方式将带有长切换水平线的方法移植到 目前可使用的计算硬件上。模拟结果表明，最糟情况下的计算成本可降低一或两个数量级，然而，控制性能 (主要与切换损失和THD有关)基本上保持为不受影响。 在下文中，参照附图来详细地描述本发明的实施例。


图1显示了用于切换根据本发明的实施形式的三个电压电平的三相变换器线路 (Umrichterschaltung) 0图2a显示了根据本发明的实施形式的转矩轨线。图2b显示了根据本发明的实施形式的定子通量轨线。图2c显示了根据本发明的实施形式的切换序列。图3显示了根据本发明的实施形式的搜索树。图4显示了根据本发明的实施形式的用于MPDTC方法的流程图。图5显示了根据本发明的实施形式的计算输出参数的轨线的可行性。图6显示了根据本发明的实施形式的用于计算轨线与极限值的相交点的流程图。图7显示了根据本发明的实施形式的输出参数的轨线。图8显示了根据本发明的实施形式的用于确定轨线与极限值的相交点的流程图。图9显示了根据本发明的实施形式的品质值的发展(Entwicklimg)。图10显示了根据本发明的实施形式的用于MPDTC方法的流程图的细节。图11显示了根据本发明的实施形式的带有每个搜索树的等级的节点数目的直方图。图12显示了根据本发明的实施形式的在品质计算期间当前的品质的变化。在附图中应用的参考标号及其意义以概括的形式在参考标号列表中给出。基本上，相同的或相似的部件设有相同的参考标号。参考标号列表1旋转电机2用于切换三个电压电平的变换器线路3直流电压回路4子变换器系统5,6,7 第一、第二及第三切换组，切换元件9功率半导体10控制器12控制线路14测量信号线路16处理器
20，22，24 候选切换序列26，28，30转矩-轨线32，34，36定子通量-轨线38搜索树40切换节点42停顿节点

43拒绝的节点s定子通量向量r转子通量向量ν电压向量44内/下滞后极限值46外/上滞后极限值48轨线ts最小的取样间隔Ts粗糙的取样间隔50相交点52，54间隔58，60，62切换序列的品质值64,66待检测的或已检测的节点的数目
具体实施例方式在图1中显示用于切换三个电压电平的为变换器2所用的三相变换器线路2，其中，旋转电机1通过其相u，ν, w与变换器线路2的直流电压回路3相连接。通常，旋转电机1可与用于切换m电压电平的变换器线路2相连接，其中，m彡2。根据图1，直流电压回路3通过第一电容器C1以及通过以串联方式与第一电容器C1相联结的第二电容器C2 而形成。直流电压回路3在第一电容器C1处具有第一主端子(HauptanschlusdV+，在第二电容器C2处具有第二主端子V_以及具有通过两个串联连接的电容器C1, C2所形成的子端子(TeilanschluSS)NP(中间回路中点)。此外，变换器线路2包括为每个相u，v，w所设置的子变换器系统(TeilumrichtersystemH，该子变换器系统4分别通过第一切换组 (Schaltgruppe)或切换元件5、通过第二切换组或切换元件6以及通过第三切换组或切换元件7来形成，其中，每个切换组5，6，7通过两个以串联方式相联结的功率半导体开关9来形成。此外，在每个子变换器系统4中，第一切换组5与第一主端子V+相连接，并且第二切换组6与第二主端子V_相连接。此外，第一切换组5与第二切换组6以串联方式相连接， 其中，第一切换组5与第二切换组6的连接点形成相端子(Phasenanschluss)。构造成箝位切换组(Klemmschaltgruppe)的第三切换组7与第一切换组5相连接，尤其与第一切换组5 的两个以串联方式相联结的功率半导体开关9的连接点相连接。此外，第三切换组7与第二切换组6相连接，尤其与第二切换组6的两个以串联方式相联结的功率半导体开关的连接点相连接。此外，第三切换组7、尤其第三切换组7的两个以串联方式相联结的功率半导体开关的连接点与子端子NP相连接。
第一和第二切换组5，6的功率半导体9构造成可控的双向的功率半导体，其中， 第三切换组7的功率半导体构造成单向的非可控的功率半导体9。然而，还可设想的是，第三切换组7的功率半导体也构造成可控的双向的功率半导体9。功率半导体9例如为晶闸管、 IGCT 或 IGBT。在图1中示出变换器2或驱动系统(马达系统)的控制器10，该驱动系统包括变换器2和电机1。控制器10可通过控制线路12来操控和切换功率半导体9以及由此切换组或切换元件5，6，7。此外，还可行的是，控制器通过可选的测量线路14接收来自电机1的测量信号。此外，通过该测量信号，控制器10然后确定旋转电机1的输出参数。所描述的算法和方法可实施成在控制器10的处理器16上的程序模块。根据该方法，变换器线路2 (该变换器线路2通常可为用于切换m电压电平的变换器线路2)的相u，v，w在控制器10的每个控制循环中在变换器线路2的功率半导体开关9 的切换状态的所选取的切换过渡后与直流电压回路3相连接。在图2c中显示三个候选切换序列20，22，24。在图2a和2b中示出与这三个候选切换序列相关联的在各自的上和下极限值之间的转矩轨线26，28，30和定子通量轨线32， 34，36。时间轴在这三个图表中通过取样或离散时间步而给出，其中，取样间隔、也就是说在例如k和k+Ι之间的时间可为ts = 25μ S0在此，当前的取样时刻是k。在图2c中示出切换序列20，22，24，该切换序列20，22，24利用具有元素“SSESE” 的切换水平线而产生，并且不再允许在时间步k和k+Ι处切换以及将输出参数的轨线随后扩展(Erweitern)到轨线中的一个或多个。例如，这可在时间步k+j (例如在切换序列20 时的k+5)时发生。此后，第三切换结果在该时刻实现并且由其它的扩展步骤所跟随。例如，图3显示搜索树38的示例，该搜索树38借助于迭代的MPDTC算法利用所扩展的切换水平线“SSESE”而产生。搜索树38具有切换节点40 (与水平线的切换过渡相对应)和停顿节点42 (与水平线的停顿元素相对应)，在该切换节点40处执行到所有所允许的切换过渡的分支，该停顿节点42扩展输出参数的轨线，直到到达极限值。搜索树38还具有拒绝的节点43，该拒绝的节点43属于拒绝的切换序列，并且该节点43通过反向的T来标示。离散的时间轴显示在左侧，并且从k延伸到k+N。其中，N为最长的切换序列的水平线的长度。图4显示用于迭代的MPDTC算法的流程图，该迭代的MPDTC算法例如可已产生搜索树38。在时间步k，MPDTC算法根据以下过程来计算切换序列U = [u(k)，u(k+l)，…， u(k+N-l)]在步骤SlO中，利用驱动器的当前的状态向量x(k)、先前的切换位置u(k-l)和 (普遍的)切换水平线对树的根节点进行初始化。根节点置放在下推存储器上。例如，状态向量χ (k)可包括机器的定子和转子电流分量(Stator-und Rotorstromkomponent)或机器的定子禾口转子通量分量(Stator-undRotorstromkomponent) 或它们的组合。此外，状态向量x(k)可包括变换器的状态，例如在中间回路中点处的电压电势。在步骤S12中，从堆栈中取出带有不为空的切换水平线的最上部的节点。在步骤S14中，读取切换水平线的第一元素。对“S”，分支成所有所允许的切换过渡。在此，允许的切换过渡是这样的切换过渡，即，该切换过渡对变换器的拓扑结构来说为允许的，例如该切换过渡不可损伤变换器或不可使该变换器承受过大的负荷。允许的切换过渡可储存在查阅表格中，并且可“离线”计算。对“E”，在步骤S14中，输出 参数的轨线通过外推、插值和/或在使用内部驱动模块的情况下而扩展。在此，可应用状态向量x(k)并且可利用所计算的输出参数对状态向量 x(k)进行更新。在步骤S16中，拒绝不为候选者的切换序列并且且仅保留是候选者的切换序列。 例如，如果在切换过渡后一个或多个输出参数已离开其极限值，则切换序列不为候选者。在步骤S18中，候选切换序列置放到堆栈上，并且假如在堆栈上仍有节点，则前往步骤S12。假如在堆栈上不再存在包括非空的切换水平线的节点，则计算停止。该计算的结果是带有可变长度的候选切换序列UiGO =[屮⑴，…，屮如叫-⑴，其中，i始于ι并且 I 为索引集(Indexmenge)。在步骤S20中，对处于I中每个候选切换序列i计算所属的品质值。如果切换频率应最小，则例如计算Ci = SiAli,其接近于平均切换频率，其中，Si = Σ j = ^ni-1I Iui(J)-Ui(J-I) 111为在切换序列UiGO中的切换过渡的总数，并且Iii为相应的切换序列长度。如果在步骤S20中借助于切换损失计算品质值，则应用品质函数Ci = EiAii,其中， Ei为切换损失。为了计算切换损失而可能的是，必须计算相电流，该相电流为通量分量的线性组合。在步骤S22中选择带有最小品质值的最佳的切换序列U* = Ui(k)，其中，i =arg min CiO在步骤S24中，将最佳的切换序列U*的第一切换过渡u (k) = U*应用到变换器的切换元件上，并且在下面的时间步k+Ι时(也就是说在下面的控制循环中)实施前文描述的方法。算法如此设计，即，使得每个候选切换序列给出允许的输出参数轨线。这尝试确保，在稳定运行期间的每个时刻受注意输出参数的极限值。此外，以迭代的方式来实施算法，也就是说，代替首先列出切换序列以及此后计算所属的输出参数轨线，切换序列逐步地通过在允许的切换过渡40处的分支来构建。其优点为，可容易得扩展切换水平线，以使得可考虑多个切换过渡40和多个停顿节点42。此外，可应用树搜索技术，以为了降低计算负荷。参照图3，算法启始于根节点，并且历经带有节点40 (该节点40再次为用于子树的根节点，在该根节点中每个节点为允许的切换过渡)和停顿节点42 (该停顿节点42代表扩展步骤并且仅具有一个子节点)的搜索树38。树38的深度是切换水平线内的可使用的切换过渡的数目加上每个停顿节点42的停顿步骤的数目。算法列出所有允许的切换序列 (其为候选切换序列)并且计算其相应的输出参数轨线及其品质值。由此，在搜索树40中寻找所有属于候选切换序列的节点。可修改前文描述的算法，以提高计算效率，以使得可在当今可供使用的硬件上计算较长的切换水平线。这可例如通过如下技术来实现-快速且精确的方法，以为了对所给出的切换状态组合扩展转矩、定子通量及(中间回路)中点电势轨线，直到轨线到达相关联的滞后极限值(或通常预先限定的极限值)。在此，目标是降低平均计算时间。
-所定制的优化技术，为了降低在搜索树中所寻找的节点的数目。在此，目标是降低平均计算时间。-次佳的MPDTC，在该次佳的MPDTC中限制迭代步骤(或时间)的最大数目，然而确保了找到允许的解(切换过渡)，但是该允许的解可为次佳的。这样的概念限制最大计算时间，这尤其可对算法的执行为重要的。参照图5和6，现在说明了，在步骤S14中通过插值、外推或其它的逼近法可如何确定轨线与极限值何时相交的时刻或输出参数的轨线。代替可能不精确的外推或应用驱动器模块的需要大量计算时间的模拟，可以解析的方法预测所给出的切换状态组合可用于的时间步的数目，直到输出参数(转矩、定子通量及中点电势)中的一个达到极限值，其中，可应用用于找到零点的简单的优化方法。图5以α/β平面显示定子通量向量11^和转子通量向量Ψρ定子通量向量Vs 通过电压向量V而运动，该电压向量V为切换状态组合U的函数。在此，转子通量向量Il^ 应保持在内部的滞后极限值44和外部的滞后极限值46之内。在忽略定子阻抗(Statorwiderstand)的情况下，起始于时刻O的定子通量轨线可通过如下形式的简单的关系式而逼近，￥s(t) = ￥s(0)+tv其中，定子通量向量α/β中给出，ν是在α/β中的电压向量，t是持续的时间，以及比例因子已忽略。该关系式的平方以及使其与内部的滞后极限值44(内圆的半径)相等导致关于时间t的二次多项式。取决于定子通量向量11^基于滞后极限值44，46的位置和电压向量ν 的方向，该多项式无解、具有一个解或两个解，这些解可容易地计算。这同样适用于针对与外部的滞后极限值46的相交点的类似的关系式，该关系式允许无解、或者两个解。时间t (在该时间t后定子通量与滞后极限值44相交)通过最小非负时间 t (该最小非负时间t如前文所描述的那样计算)而给出。由该时间可确定离散的时间单元或最接近时间t的时间步k。为了以不同的方式进行前文刚描述的计算甚至可考虑前文刚忽略的定子通量阻抗-通过在α/β平面的原点方向上使电压向量ν转动相应的角度。_通过应用机器模型的定子通量方程。如果在时刻0开始，则尤其地可在应用机器模型的情况下在对于在α/β中的所给出的电压向量ν的较短的时间间隔后计算定子通量 Ψ s。基于此，可修正电压向量ν的长度和定向，以为了因此而顾及定子阻抗。对所有的电压向量ν以及对所有的转矩和速度调节，可在实施算法之前例如以 “离线”的方式计算该修正。例如，该信息可储存在查阅表格中，算法可访问该查阅表格。同样，转矩的轨线或该轨线与其极限值的交点可以这种方式来确定。转矩是定子通量Vs和转子通量Il^之间的叉积。假定在预测水平线内转子通量向量!^的长度为恒定， 并且转子通量向量Vs的转动以恒定的速度而发生，则前文所描述的定子通量的发展可插入到转矩方程中。方程的简化导致作为在时刻0的通量分量和项t Sin(^t)及t cos(wrt) 的函数的转矩发展，其中，K为转子通量Vs的旋转速度。
使转矩方程等于下或上转矩极限值并且确定最小非负时间获得这样的时间，即， 在该时间后接触第一极限值或与第一极限值相交。转矩方程可以不同的方法来求解。例如可以解析的方式来执行前文所描述的计算。另一求解转矩方程的可行性在于，项t sin (wrt)和t cos (wrt)通过泰勒级数在时刻t = 0或t > 0来逼近。此外，通过t可进行迭代或基于已经存在的信息(此时期待极限值的下个接触)来调节t。此外，可行的是，通过分段多项式函数而来逼近项t Sin(^t)和t COS(^t)且在每个逼近间隔中求解转矩方程。另一求解转矩方程的可行性在于，应用用于确定零点的算法，例如牛顿法(Newton-Verfahren)、正割法(Sekanten-Verfahren)和 / 或试位法 (Regula-Falsi-Verfahren)。一旦确定了这样的时刻t，即，在该时刻t时定子通量轨线与其极限值相交，则该算法可中止。参照图6来描述该算法在步骤SlOO中，在应用用于确定零点的算法的情况下，通过使 导数等于O而找到对t > O的下个转矩最大值或最小值。在步骤S102中确认，最大值或最小值是否位于针对转矩的极限值内。假如是这种情况，则继续步骤S100。假如不是这种情况，则继续步骤S103。在步骤S103中确定相交的极限值，也就是说，上或下转矩极限值，并且在应用用于确定零点的算法的情况下，计算接触到极限值时的时间。可借助于前文所描述的方法中的每一个来计算中点电势接触到其极限值中的一个时的时刻。这包括外推或类似于前文描述的求解转矩方程的解析求解。与用于解析确定输出参数的轨线和该轨线何时与上或下极限值相交的时刻的前文描述的方法相比，在下文中提出这样的方法，即，该方法在应用粗糙的取样间隔和二次插值情况下基于(可能数学的)驱动器模型。该途径参照图7和8而描述。图7显示了输出参数的轨线48，该轨线48在时间轴k上给出并且计算用于在粗糙的时间步Ts = d*ts时的值。在此，ts是控制器的取样间隔，也就是说，控制器可采样的最短的时间间隔或时间步，例如25us或甚至控制循环的间隔。通过d例如设置成10，则可选择粗糙的取样间隔Ts = d*ts。由此，粗糙的取样间隔是控制器的取样间隔的数倍。如可从图中看出的那样，轨线48在k = O和k = 27之间在下和上滞后极限值44， 46内延伸并且约在k = 27时与下滞后极限值相交。在下文中参照图8所描述的用于确定轨线48与极限值44，46的交点50的算法基于下者，即，存储在控制器中的时间离散的驱动器模型应用粗糙的取样间隔Ts而不是控制器的取样间隔作为离散步。在步骤S200中启始于k = 0，并且在k = d和k = 2d时在应用驱动器模块的情况下计算或模拟输出参数。在步骤S202中，对每个输出参数基于在k = 0，d和2d时的点对每个输出参数轨线48的二次近似进行求导。基于二次近似的曲率以及点在k = 0，d和2d时是位于滞后极限值44，46之内、之上还是之下，识别哪个极限值是为了由输出参数轨线相交的候选者。在步骤S204中，计算二次近似与识别为候选的极限值的交点。假如存在交点，则以解析方式计算相交的时刻。如果时刻在k = O和k = 2d之间，则停止算法。取出为其执行计算的所有输出参数的确定的最小时间作为待确定的时刻。如果没有一个输出参数在k =0和k = 2d内与极限值相交，则向未来运动粗糙的取样间隔Ts并且在时刻k = 3d时计算输出参数。重复步骤S202，然而移位了 d。从在图7中所显示的情况起，以如下方式设置算法在第一步骤(在其中基于点k =1，d和2d观察间隔52)中，检测与上滞后极限值的交点，然而没有找到交点。在第二步骤中，当基于点k = d，2d和3d观察间隔54时，确定与下滞后极限值44的交点50及确定时刻k = 27。可以此方式来选择d，即，使得间隔的长度(也就是说2d)位于扩展时间步的平均数目的区域(即切换停顿的平均长度)中。该信息也可通过模拟以“离线”的方式来计算并且储存在查阅表格中。

代替在时刻0，d和2d时确定输出参数以及应用二次插值，可在时刻0和2d时计算输出参数以及在时间步0和2d时计算其导数，并且将其应用于二次插值。附加地或备选地，在时间步的合适的数目时还可基于输出参数的值应用线性或三次插值。该时间步不必均勻分布或隔开。尤其地，在这样的位置处可布置时间步，即，在该位置处期待轨线与极限值相交。代替所有允许的切换序列或候选切换序列的确定和排序(sortieren)(或区分先后顺序)，还可限值或降低应检测的切换序列的数目，以为了降低平均计算时间。图9显示品质值在普遍的切换水平线“eSSESE”的可变长度上的发展。在图9的图表中，朝右以时间步给出时间，并且朝上给出品质。在执行所谓的“分支和界限，，搜索算法期间产生发展，该“分支和界限，，搜索算法在下文中还将更精确地描述。没有完整检测完整的切换序列58，没有完整检测并且放弃非完整的切换序列60。没有完整检测切换序列 62。如从图中所表明的那样，目前最佳的切换序列在这种情况中具有39个时间步的长度以及约0.01的品质值。从图中可推导出，如果切换序列扩展，则品质值并非单调上升。尽管如此，在借助于后面计算的情况下，可执行非完整的切换序列的品质的估算。在此，完整的切换序列是这样的切换序列，S卩，该切换序列具有普遍的切换水平线的所有的元件。与此相比，非完整的切换序列是这样的切换序列，即，该切换序列只通过附加元件成为完整的切换序列而构造。也就是说，非完整的切换序列通常具有比普遍的切换水平线少的元件。在此，完整的切换序列的品质值可以如下方式而计算与切换序列相关联的品质值是所有切换过渡的切换损失的总和除以切换序列的总长度n，也就是说，c = Sum(Eloss)/ η。因为切换水平线可包括可具有可变持续时间(Dauer)的切换过渡和停顿元素，则η可具有可变长度。当前的最小品质值C*为这样的最低品质值C，即，在用于完整的切换序列的算法的过程之内找到该最低品质值C。不完整的切换序列的品质值Clb的下极限值可以如下方式来计算因为品质值c典型地为在切换序列的所有切换过渡上的切换损失的总和除以切换序列的总长度，因此随着切换序列的长度的增加，品质值不必单调上升。为了可使用所谓的分支和界限技术，引入针对品质值Clb的下极限值。该下极限值同样适用于非完整的切换序列Clb = sum(Eloss)/Nfflax, 其中，Nmax是针对切换序列的最大长度的上极限值。那么，c彡Clb适用。还可行的是，在算法的过程期间更新切换序列的所期待的最大长度Nmax。如果Nmax 是最大切换序列长度的狭窄的(eng)上极限值，则搜索算法为更有效。在树搜索期间，Nmax可以多种方式来更新。在下文中将提及用于此的几种途径，这些途径还可组合可针对每个运行点和针对每个预设的切换水平线通过离线模拟确定Nmax，并且将其存放在查阅表格中。Nmax可从先前的控制循环传递到随后的控制循环中。在树搜索期间，当找到具有较长的切换水平线的切换序列时，可提高Nmax。在此，还可行的是，Nmax由先前的控制循环以固定的值改变比例(skalieren)，例如以0. 9。还可行的是，对于控制循环的Nmax的启始值为Nmax在一定数目的先前的控制循环上的最大值或平均值。总之，可为必要的是，在树搜索期间，假如Nmax提高，则必须重新观察早先拒绝的 (非完整的)切换序列，并且或许必须更新clb。

此外，可应用张驰(Relaxierung)和逼近，以为了计算下极限值Clb。在图10中示出算法的细节，该算法相似于图4的算法。然而，图4的步骤S20由步骤S300来代替并且引入步骤S301，步骤S18的分支不再通到步骤S12而是通到步骤S301。 在此，步骤S300，S301，S12，S14和S16的顺序也示出为与图4不同。在步骤S300中，在递归或迭代期间拒绝切换序列。在步骤S301中，将未拒绝的切换序列排序和/或区分先后顺序。此后，在步骤S12中，选取带有最高优先权的切换序列。原则上，在步骤S300中评判品质函数，并且当对于切换序列c大于Clb时，则拒绝该切换序列。还可行的是，在步骤S12前进行区分先后顺序和归类，也就是说应观察哪个切换序列。算法可以不同方式修改。所定制的“分支和界限”算法如果树从根节点贯穿到叶，则以迭代方式计算切换序列和附属的输出参数轨线(S14)及品质值(S300)。在每个迭代步骤(S300)中，计算用于当前的(或许非完整的)切换序列的品质值的下极限值clb。如果下极限值Clb超过最小品质值c* (最好的完整的切换序列，其至此才确定)，则不考虑且拒绝非完整的切换序列。“深度优先搜索”算法以有希望的切换序列(例如，通过在步骤S301中总是区分非完整的切换序列的先后顺序，该非完整的切换序列具有与有希望的切换序列相同的切换过渡)而开始，并且计算所属的输出参数轨线及其品质值。目标是，在树搜索的开始处立刻找到(完整的)切换序列，该切换序列接近于最佳的切换序列并且具有相应得小的品质值。“热启动”算法有希望的切换序列可(至少部分地)在算法的过程前而确定，例如由_先前的控制循环的最佳的切换序列，该最佳的切换序列移位了一个时间步，-对先前的优化步骤而确定的最佳的切换序列，该优化步骤利用较短的切换水平线而执行。(因为这样的切换序列为不完全，这使得部分的“热启动”成为可能并且需要从不完全的切换序列的端部起的分支，以为了获得完全的切换序列)。-还可行的是，切换序列的第一切换位置借助于在下文中进一步描述的几何解析方法而确定。分支试探算法在其基本形式中，算法在所有允许的切换过渡上分支并且在此选取在下推存储器上的最上部的节点。为了进一步降低迭代的数目，首先检测有希望的切换过渡(节点)并且因此相应地将为此的切换过渡排序。在步骤S301中的排序或区分先后顺序可通过引入分支试探而执行，该分支试探例如包括 区分先后顺序借助于这样的概率而实现，S卩，切换序列以该概率导致允许的和/ 或良好的切换序列。对待检测的切换过渡，概率可由查阅表格而确定，该查阅表格先前以 “离线”的方式计算，或该查阅表格可以“在线”的方式而确定对在α/β平面中的每个运行点和每个(电压向量)扇区(Sektor)，通过稳定运行的模拟而确定每个切换过渡(电压向量)的概率。为了降低存储器需求，将问题转变成零扇区(Null-Sektor)，并且对零扇区确定概率分布。此外，切换位置或切换序列相应于下降的概率而排序，并且首先对具有最高概率的切换序列或切换位置实现分支。扇区的典型的宽度为15，30，45或60°。换而言之， 问题在使用3相系统的对称特性的情况下反映到低维度空间中。对该空间，可以“离线”的方式通过模拟计算概率，以该概率应用每个单独的切换状态或切换过渡。为此备选地或附加地，切换过渡和切换序列还可基于几何解析而排序。维持恒定转矩的切换位置处于平行于转子通量的线上，然而保持定子通量大小恒定的切换位置处于垂直于定子通量的线上。基于该考虑，可确定离散的切换位置，该离散的切换位置提高或降低转矩和/或提高或降低定子通量。取决于转矩是否接近于上或下极限值以及由此必须降低或提高转矩，可选择满足准则的离散的切换位置并且可区分其先后顺序。对定子通量和中点电势或中点电势同样可实现相同的计算。在此的想法为，计算理想的电压，该理想的电压产生恒定的转矩和恒定的通量。该理想的电压可仅通过无限快速的切换、也就是仅在极限值中而实现。可将理想的电压转换成理想的切换状态，该理想的切换状态通常不为整数、因此不可切换，而为实数，例如W.9 ;-0.8 ;0. 1]。例如，然而仅[1;_1 ；0]为可切换的。理想的电压或理想的切换状态或切换过渡可为良好的启始值，在该启始值的附近例如 [1 ；"I ；0]存在所期望的切换状态或切换过渡。此外，基于理想的电压可确定切换状态或切换过渡，其具有对变换器和机器的所期望的效果，也就是说例如增大转矩。前文所述的内容可为所谓的张弛的切换位置或切换过渡、也就是说实数的切换状态而执行。在确定所期望的张弛的切换位置后，还可首先考虑在张弛的切换位置周围的离散的切换位置。为了将切换序列排序和/或区分优先序列(S301)，还可如此地进行，即，接下来检测带有直到当前时刻在控制循环内最好的品质值的节点(或者c或者Clb)。用于在步骤S301中区分切换序列的先后顺序的另一可行性参照图11和12而描述。图11显示了带有对普遍的切换水平线“eSSESE”的每个搜索树的等级的节点数目的直方图。在该直方图中，朝上为节点的数目，以及朝右为搜索树或等级的深度。如从直方图所显而易见的那样，搜索树的深度还可利用来自普遍的切换水平线(例如“ESE”)的剩余的待执行的行为(Aktion)而表示。在搜索树和切换序列中的节点的区分先后顺序可如此地实现，即，使得直方图以一定的方式而形成。这允许，对在搜索树中的未检测的节点的或非完整的切换序列的分布进行匹配。代替总是选取带有最小品质值(该最小品质值通常位于搜索树的高的等级上， 也就是说直方图的左侧)的节点，可有利的是，迅速得计算完整的切换序列，以为了快速得获得下最佳品质值(良好的极限值)并且因此还把焦点转移到搜索树的低等级。参照图11，在此，线66代表所期望的直方图，以及线64代表当前的直方图，该当前的直方图通过部分地执行算法而产生。在该示例中，选取第二等级(在该第二等级中仍必须执行行为“SESE”)的节点。尤其地，在此，可取出带有最小品质值的在第二等级中的节点ο这可通过按如下对图10的算法的修改而实现在步骤S301中附加地确定对搜索树的每个等级的节点的数目。这例如导致图11 的直方图。决定直方图的所期望的形状，例如搜索树的深度的指数函数。还可已经预先限定该形状。

在步骤S301中选择最大程度地违背所期望的直方图的等级。对该等级，例如选择带有最小品质值的(非完整的)切换序列并且区分该切换序列的先后顺序。在上文中所描述的实施形式的大部分有助于，降低平均计算时间。然而，同样重要的是限定最大计算时间。这可如此地实现，即，使得限制计算步骤或计算时间的最大数目，使得允许MPDTC 问题的次佳的解，其中，然而可确保，总是找到良好的(侯选)切换序列。如已经描述的那样，侯选切换序列导致输出参数的这样的轨线，S卩，该轨线为允许，也就是说位于一定的极限值内或指向正确的方向。图12 (此处基于切换损失基础)以通过树搜索期间的迭代数目而示出的方式显示品质值的发展。在附图中，朝右给出迭代的数目，以及朝上给出以千瓦为单位的切换损失。从附图中显而易见的是，快速地找到最佳的品质值。在这种情况中在迭代总数的约25%后。大部分迭代(此处75%)仅用作，确认解的最佳性。切换序列的最佳的第一元件、也就是说下个最佳的切换过渡甚至更早得找到(在少于迭代总数的25%之内)。因此，可为有意义的是，执行次佳的MPDTC方法。为了执行次佳的MPDTC算法或方法，可对先前描述的MPDTC算法执行以下修改。在图4和10的步骤S18中，可应用用于结束递归的备选的或附加的中止条件。-引入针对所检测的切换序列或节点的数目的上极限值和/或针对可供使用的计算时间的下极限值。如果超过该数目或该时间，则算法停止。所确定直到中止的最佳的切换序列用作(次佳的)解。_为此备选地，优化算法可执行得如此长，即，直到遇到使树搜索停止的中断。中断可在任意时刻中止树搜索。这允许，避免处理器空闲时间，并且代替地带有当前的最佳的解的改善的时间。-还可行的是，如果实现对接近最佳性的保证，则停止算法。在此，给出可接受的最佳余量(Optimalitatsabstand)，关于品质函数，该最佳余量可为例如2%。如果确定了完全的切换序列，则停止树搜索，该完全的切换序列位于最好的clb的2%内，其中，clb为非完整的切换序列的品质的下边界。此外，附加地还可确保，总是找到良好的切换序列，该切换序列为允许的，该切换序列的第一切换状态或切换过渡为允许的，该切换序列确保驱动器的稳定的响应(也就是说该切换序列的输出参数轨线在极限值内运动或接近该极限值)和/或该切换序列确保机器和变换器的良好的性能(先前的品质为小)。这可以不同的方式而实现

-“热启动”算法与“深度优先”搜索算法相结合，例如上文所叙述的那样，满足这样的先决条件，即，快速得找到在整个切换水平线上的接近于最佳的切换序列的解(切换序列)。-还可行的是，在控制循环期间执行带有两个不同长度的切换水平线的算法。在初始阶段执行带有短切换水平线的切换算法，并且计算对该短切换水平线的最佳或次佳的切换序列。可应用该切换序列，以为了例如借助于“热启动”算法执行优化方法的主要阶段。此外，如已经描述的那样，搜索树可通过从搜索树移除非所期望的切换过渡(节点)而降低。如上文所描述的那样，这可例如基于几何解析而实现。可理解，可将方法和算法的上文所描述的不同的实施形式彼此相组合，即使其没有明确地提及。方法和算法可作为程序化的软件模块而执行。然而并不排除，方法和算法至少部分地借助于硬件而反应。补充地可指出，“包括”不排除其它的元件或步骤，并且“一个”或“一”不排除多个。此外应指出，参考上述实施例中的一个所描述的特征或步骤还可以与其它上文所描述的实施例的其它的特征或步骤相结合的方式而应用。在权利要求中的参考标号不可视为起限制作用。
权利要求
1.一种用于运行旋转电机(1)的方法，其中，所述旋转电机由变换器(2)从直流电压电路通过至少一个相(u，v，w)供应电流， 并且所述变换器(2)实施成将所述至少一个相切换到至少两个电压电平上， 所述方法包括步骤产生切换序列，其中，每个切换序列包括带有第一切换过渡的变换器的一系列切换过渡；以品质值评价切换序列中的每一个(S20)； 选取带有最小品质值的切换序列(S22)；利用所选取的切换序列的第一切换过渡作为选择的切换过渡来操控所述变换器的切换元件，以使得至少一个相切换到相应于所述切换过渡的电压电平上； 其中，以如下方式产生所述切换序列(a)从较短的切换序列中产生较长的切换序列，其中，使至少一个可行的切换过渡附加于所述较短的切换序列(S14)，并且利用先前所选择的切换过渡初始化第一切换序列 (SlO)；(b)基于所述较长的切换序列的切换过渡，为所述较长的切换序列计算电机的输出参数(S14)；(c)假如所计算的输出参数没有位于预先限定的极限值内和/或所计算的输出参数随着时间的增长远离于预先限定的极限值，则拒绝所述较长的切换序列(S16)；根据步骤(a)至(c) (S12至S18)从未拒绝的切换序列中迭代地产生其它的切换序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相应的切换序列中，所述品质值基于所述变换器的待期待的切换损失或所述变换器的待期待的切换频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述切换序列在一系列所述切换过渡中包括停顿元素，其中，停顿元素在切换过渡后限定切换停顿；其中，通过计算输出参数确定所述切换停顿；所述输出参数的计算基于所述旋转电机数学模型或逼近法。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括基于普遍的切换水平线产生由切换过渡和停顿元素组成的切换序列，所述普遍的切换水平线限定以何种顺序将切换过渡和停顿元素结合到所述切换序列处。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在计算输出参数时确定，在未来的哪个时刻输出参数的轨线到达预先限定的上或下极限值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在应用用于零点确定的优化方法的情况下，通过使用泰勒级数逼近三角函数和/或通过使用分段多项式函数逼近三角函数，以解析的方式实现确定所述时刻。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在确定所述时刻时，定子通量阻抗参与到计算中。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，输出参数的轨线的计算以所述旋转机器的数学模型为基础以及以插值为基石出，其中，所述输出参数在这样的时间间隔中插值，即，所述时间间隔包括预定数目的离散时间步，其中，在所述间隔中对至少三个时间点利用数学模型来计算输出参数。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括 在迭代期间计算用于长度η的切换序列的品质值。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括基于完整的切换序列的已经计算的品质值，计算针对品质值的下极限值； 拒绝这样的切换序列，即，所述切换序列的品质值超过针对品质值的下极限值。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在应用针对切换序列的最大期望长度的上极限值的情况下，计算所述品质值。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，首先计算有希望的切换序列的品质值； 其中，所述有希望的切换序列基于下者中的至少一个 先前的控制循环的最佳的切换序列，这样的最佳的切换序列，即，在先前的优化步骤中利用作为当前切换水平线的较短的切换水平线计算所述最佳的切换序列。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，确定以最高优选权待检测的切换序列，其中，在下次迭代期间，所述切换序列以最高优选权被检测。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于如下规则中的至少一个来实现区分先后顺序 区分这样的切换序列的先后顺序，对所述切换序列存在较高的概率，使得所述切换序列导致较低的品质值；区分这样的切换序列的先后顺序，对所述切换序列存在较高的概率，使得所述切换序列将所述输出参数保持在预先限定的极限值内和/或使所述输出参数随着时间的增加而接近所述预先限定的极限值；区分这样的切换序列的先后顺序，对所述切换序列由于估算而期望，所述切换序列导致不带切换过渡的长的切换停顿；借助于切换序列的品质值来区分所述切换序列的先后顺序； 借助于切换序列的长度来区分所述切换序列的先后顺序。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括如果产生直到预定的长度的所有的切换序列，则结束所述切换序列的产生。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括如果针对所述所产生的切换水平线的数目达到上极限值或可使用的计算时间用完，则结束所述切换序列的产生。
17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括如果确定了这样的切换序列，即，所述切换序列的品质值以小于所限定的百分比而超过针对品质值的下极限值，则结束所述切换序列的产生。
18.一种用于电变换器(2)的控制器(10)，所述控制器(10)实施成执行根据权利要求 1至17中任一项所述的方法。
19.一种马达系统，包括 旋转电机⑴；带有根据权利要求18所述的控制器(10)的电变换器(2)，所述变换器(2)实施成给所述旋转电机⑴供应电流。
20.一种计算机程序，如果在处理器(16)上实施所述计算机程序，则所述计算机程序指示所述处理器执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的步骤。
21.一种计算机可读取的介质，在所述介质上储存有计算机程序，如果在处理器(16) 上实施所述计算机程序，则所述计算机程序指示所述处理器执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的步骤。
全文摘要
本发明涉及旋转电机的控制器，具体而言，涉及旋转电机的运行方法的领域。在用于控制在旋转电磁机和马达中的转矩和电磁通量的直接转矩控制(DTC)中，切换损失相当大。切换损失的减小可引起驱动器的运行成本的显著降低。此外，切换损失的这样的减小可导致更耐用的且更可靠的系统，并且扩展了DTC的使用范围，因为所减小的切换损失允许以更高的功率运行相同的设备。本发明的目的是，提供带有更小的运行成本和提高的功率的电驱动器。为了在旋转电机中使切换损失最小，本发明提出一种迭代控制方法，使得预先计算最佳的切换状态。
文档编号H02P27/12GK102158174SQ20111003479
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年1月22日
发明者T·盖耶 申请人:Abb研究有限公司