Hardwarenahe Entwicklung einer digitalen Regelung für eine hochdrehende permanentmagneterregte Synchronmaschine

Hardware-orientated devolopment of a digital control of a high-speed interior permanent magnet synchronous machine

  • Die Entwicklung elektrischer Traktionsantriebe spielt eine bedeutende Rolle für zukünftige Elektromobilitätskonzepte. Hierbei wird ein besonderer Wert auf eine möglichst hohe Leistungsdichte bei geringen Material- und Fertigungskosten gelegt. Die Vergrößerung des Drehzahlbereichs und die hohe Ausnutzung der eingesetzten magnetischen Materialien führen zu leistungsdichten Maschinen, jedoch auch zu einem stark nichtlinearen Verhalten. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit neuer Herangehensweisen bezüglich der momenteinprägenden Stromregelung. Diese Diplomarbeit enthält die Entwicklung der feldorientierten Regelung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten (IPMSM) auf Basis von MATLAB/Simulink. Neben dem klassischen PI-Regler in betragsoptimierter Auslegung mit Parameternachführung wird ein auf dem Prinzip der Lokalisation (PL) beruhendes, robustes Regelkonzept mit Hinblick auf eine erhöhte Toleranz gegenüber den Nichtlinearitäten der IPMSM untersucht. Die Arbeit legt Möglichkeiten dar, das PL-Regelkonzept auch dann einzusetzen, wenn die Zeitverhältnisse von Regeldynamik, innerem Kreis und Abtastung aufgrund der beschränkten Stellfrequenz der Pulsweitenmodulation nicht eingehalten werden können. Außerdem wird die modellbasierte Implementierung des Regelkreises auf die aus Prozessor und FPGA bestehende MicroLabBox der Firma dSPACE übertragen. Prüfstandsversuche dienen der Validierung der verwendeten Modelle, zeigen erreichbare Regelergebnisse, und vergleichen abschließend Simulation und Messung.
  • The development of electric drives plays an important role for future electric mobility concepts. Current research has focused on achieving a high power density at low material and production costs. The expansion of the velocity range and the high utilisation of magnetic materials led to high performance machines, but also resulted in strongly nonlinear behaviour. This results in the need for new approaches concerning the torque-producing current control. This thesis presents the development of the field-orientated control of an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). Apart from the classic amplitude optimized PI-controller with parameter-updating, a robust concept based on the localisation method regarding an increased tolerance to the nonlinearities of the IPMSM is investigated. The study identifies possibilities for the successful implementation of this robust-controller even if there are no sufficient time relations between desired control dynamics, inner loop, and sample rate available due to the limited frequency of the pulse width modulation. The model-based implementation of the control loop is made on MicroLabBox by dSPACE that consists of microprocessor and FPGA. Test-stand trials were used to validate Simulink models, show achievable control performance, and conclusively compare simulation and measurement results.

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Metadaten
Author:Lars Meineke
Advisor:Lutz ZachariasGND, Hermann Wetzel
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Volkswagen AG
Berliner Ring 2, 38436 Wolfsburg
Date of Publication (online):2018/11/22
Year of first Publication:2018
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Tag:Digitale Regelung; Rapid control Prototyping; Robuste Regelung; Stromregelung; Synchronmaschine
Page Number:99 Seiten, 48 Abb., 15 Tab., 28 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Elektrotechnik
Release Date:2019/03/19