ISBN 9783843920384

978-3-8439-2038-4, Reihe Elektrotechnik

Sebastian Ebersberger
Lagegeberlose Positionsregelung eines permanenterregten Synchronlinearmotors

158 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Eine wesentliche Größe, die zur Regelung von Drehfeldmaschinen benötigt wird, ist der elektrische Lagewinkel. Dies gilt im Besonderen auch für den in dieser Arbeit betrachteten permanenterregten Synchronlinearmotor. Für gewöhnlich wird der elektrische Lagewinkel durch einen sogenannten Lagegeber messtechnisch bestimmt. Da dies mit einem gewissen Aufwand und zusätzlichen Kosten verbunden ist, erwächst seit geraumer Zeit das Bestreben auf den Lagegeber zu verzichten und stattdessen die Maschine selbst als Quelle der Lageinformation zu nutzen. Hervorgerufen durch den Fluss der Permanentmagnete und aufgrund von nichtlinearem Materialverhalten sind die Induktivitäten des Linearmotors lageabhängig. Zur Auswertung dieser sättigungsbedingten Lageabhängigkeit (Anisotropie) wird in dieser Arbeit ein alternierendes, hochfrequentes Strom-Testsignal verwendet, welches sich nicht störend auf das Grundwellenverhalten des Linearmotors auswirkt. Damit ist die Lageschätzung unabhängig von Widerstandseffekten sowie über den gesamten Geschwindigkeitsbereich möglich. Ein Umschalten auf ein Verfahren, das die induzierte Bewegungsspannung

zur Lageschätzung nutzt, ist nicht erforderlich. Die in dieser Arbeit vorgestellte lagegeberlose Positionsregelung des Linearmotors ist, wie in der elektrischen Antriebstechnik üblich, als Kaskadenregelung aufgebaut. Dabei besteht jede Regelschleife aus einer Zwei-Freiheitsgrade-Struktur. Die innerste Regelschleife ist die Stromregelung, dieser überlagert folgt die Geschwindigkeits- und anschließend die Positionsregelung. Aufgrund von sogenannter Kreuzsättigung sowie einer Wicklungsunsymmetrie, die sich notwendig aus dem Aufbau des Linearmotors ergibt, kommt es zu Fehlern in der Lageschätzung. Diese werden in der flachheitsbasierten Vorsteuerung der Stromregelung kompensiert. (…) Entsprechende Folgeregler sorgen dafür, dass die geforderten Solltrajektorien der Ströme ohne bleibende Regelabweichung umgesetzt werden. Deren Stellsignale werden schließlich mittels Beobachterstruktur zur Lage- und Geschwindigkeitsschätzung verwendet. (…) Für besonders glatte Bewegungsabläufe werden zur Planung der Solltrajektorien, in der modellgestützten dynamischen Vorsteuerung der Positionsregelung, sogenannte Sinoiden eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zur lagegeberlosen Regelung des Linearmotors wird durch zahlreiche experimentelle Ergebnisse nachgewiesen.