Forschungsschwerpunkt

Regelverfahren

Betrachtung und Analyse verschiedener Betriebsarten von Elektrischen Maschinen.

Bei der Ansteuerung moderner Antriebe spielt die Regelungstechnik eine immer größere Rolle. In einer kaskadierten Reglerstruktur wird neben einem Drehzahlregler und dem überlagerten Positionsregler ein unterlagerter Drehmoment- bzw. Stromregler benötigt. Die immer weitere Ausnutzung der elektrischen Maschine führt zu Sättigung des magnetischen Kreises, erhöhter Rastmomentbildung, Oberwellen im magnetischen Feld und weiteren Sekundäreffekten. Der damit einhergehende nicht weiter lineare Zusammenhang zwischen Stromamplitude und erzeugtem Drehmoment erhöht die Anforderungen an den Reglerentwurf stetig.

Im Bereich der konventionellen Drehstromantriebe, d.h. der Synchronmaschine und der Asynchronmaschine, hat sich die Regelung der Längs- und Querströme im rotorflussorientierten Maschinenmodell weitgehend durchgesetzt. Damit lassen sich die Fluss- und Drehmomentbildende Stromkomponente unabhängig voneinander einregeln und für stationäre Betriebspunkte durch Gleichgrößen darstellen.

Die am IEW untersuchten Maschinentypen der Transversalflussmaschine und der geschalteten Reluktanzmaschine bilden kein magnetisches Drehfeld aus. Aus diesem Grund ist eine Transformation in die rotorflussorientierte Darstellung im klassischen Sinn nicht möglich. Daher beschäftigt sich das IEW mit der Erstellung geeigneter Modelle, die die physikalischen Eigenschaften der elektrischen Maschine in unterschiedlichen Detaillierungsgraden abbilden. Dies ermöglicht den Entwurf von Reglern unter verschiedenen Gesichtspunkten für verschiedene Anwendungsfälle. Zum Beispiel unter Berücksichtigung einer minimalen Drehmomentwelligkeit, zur Minimierung von Verlusten in speziellen Arbeitspunkten oder in einem großen Arbeitsbereich, für höchste Dynamik oder zur Optimierung der Positioniergenauigkeit in Stellantrieben. Durch die oben beschriebenen Effekte in hochausgenutzten elektrischen Maschinen werden höchste dynamische Anforderungen an den unterlagerten Regelkreis gestellt, was den Einsatz von konventionellen PI-Reglern ausschließt. Durch die enge Verknüpfung mit Maschinenwissen aus Vorausberechnungen, Messungen oder Lernfahrten lässt sich die Performance des Reglers weiter verbessern.

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Blockschaltbild eines Drehzahlregler einer Asynchronmaschine

Wird bereits während den Auslegungsschritten der elektrischen Maschine die spätere leistungselektronische Topologie und die verwendete Reglerstruktur und -strategie im Entwurfsprozess berücksichtigt, ist in der Optimierung des gesamten Antriebsstranges noch ein sehr großes Entwicklungspotential vorhanden. Die Verwendung einer durchgängigen Entwicklungskette am IEW in MATLAB/Simulink ermöglicht einen Reglerentwurf ohne Designbruch. Die entworfenen Regler können direkt auf verschiedenen Zielplattformen (dSpace, µC oder FPGA) an Prototypen im Labor getestet und die Simulations- und Reglermodelle dadurch stetig validiert und weiterentwickelt werden.

Bei allgemeinen Fragen zur Lehre am IEW

 

Institut für Elektrische Energiewandlung

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