Parameteridentifikation und -adaption an Asynchronmaschinen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
|
| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik ; 1119 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 174 S. graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 9783185119088 3185119088 |
Internformat
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Liste der verwendeten Formelzeichen DC
1 Einleitung 1
2 Modellbeschreibung der Drehstromasynchronmaschine 3
2.1 Vereinfachtes Modell der Asynchronmaschine 3
2.1.1 Modellbeschreibung 4
2.1.2 Transformation in Rotorfluss bezogene Feldkoordinaten 6
2.1.3 Übertragungsfunktion im Stillstand. 8
2.2 Asynchronmaschinenmodell mit Eisensättigung 9
2.2.1 Magnetische Sättigung 9
2.2.2 Modell der Asynchronmaschine unter Berücksichtigung der Sättigung 12
2.2.2.1 Allgemeines Zwei Achsen Modell 13
2.2.2.2 Rotorfluss bezogenes Zwei Achsen Modell 15
2.2.2.3 Stillstandsmodell mit Sättigungseffekten 18
2.3 Modell unter Berücksichtigung der Eisenverluste 20
2.3.1 Die Eisenverluste 20
2.3.1.1 Hystereseverluste 20
2.3.1.2 Wirbelstromverluste 21
2.3.2 Eisenverlustwiderstand 22
2.3.3 Maschinenmodell 24
2.4 Modell mit Eisenverlusten und Skineffekt 26
2.4.1 Skineffekt 26
2.4.2 Grundgleichung des Skineffekts 27
2.4.3 Nutenformen 28
2.4.4 Skineffekt für einen Hochstabläufer 29
2.4.5 Stillstandsmodell mit Eisenverlusten und Skineffekt 33
3 Modellbeschreibung des Wechselrichters 35
3.1 Der lastseitige Stromrichter 36
3.1.1 Sinus Dreieck Modulation mit Überlagerung 37
3.1.2 Auflösung der Ausgangsspannung 38
3.1.3 Verfahren zur Verlustleistungsminimierung 39
3.2 Spannungsfehler des Frequenzumrichters 40
3.2.1 Pulsmusterverzerrung 41
3.2.2 Lastabhängigkeit der totzeitbedingten Fehlspannung 46
3.2.3 Nicht ideales Durchlassverhalten der Leistungshalbleiter 48
3.3 Fehlspannungskompensation 49
3.3.1 Bestimmung der Fehlspannungskurve 49
3.3.2 Stabilitätsuntersuchung zur Kompensation der
Frequenzumrichternichtlinearität 56
3.3.3 Instabile Kompensation der Frequenzumrichternichtlinearität 59
3.4 Kompensation der Spannungsänderung im Zwischenkreis 63
3.5 Phasenverschiebung des Anregungungssignals durch den Frequenzumrichter 64
4 Identifikation der Maschinenparameter im Stillstand 67
4.1 Stand der Forschung 67
4.2 Identifikationsverfahren 70
4.3 Bestimmung des Frequenzgangs der Asynchronmaschine 71
4.3.1 Anregung der Asynchronmaschine ohne Drehmomentbildung 71
4.3.2 Bestimmung der Eingangsimpedanz mittels orthogonaler Korrelation 74
4.4 Identifikation über die Maximum Likelihood Methode 76
4.4.1 Erreichbare Genauigkeit der Maximum Likelihood Methode 78
4.4.2 Eigenschaften des optimalen Testsignals 79
4.4.3 Gütefunktion zur Parameterbestimmung 80
4.4.4 Gütefunktion für ein Maximum Likelyhood Schätzverfahren 82
4.5 Schätzalgorithmus zur parametrischen Identifikation einer Strecke 85
4.6 Beschreibung der Identifikationsstrecke 88
4.6.1 Maschinenmodell mit Statorwiderstand 88
4.6.2 Modell der Asynchronmaschine bei bekanntem Statorwiderstand 90
4.6.2.1 Normierung der Übertragungsfunktion auf den Statorwiderstand 90
4.6.2.2 Eliminierung des Statorwiderstands aus der Übertragungsfunktion... 92
4.6.3 Bestimmung des optimalen Anregungsbereiches 94
4.6.3.1 Informationsmatrix der Asynchronmaschine 94
4.6.3.2 Bestimmung des Frequenzspektrums 96
4.6.3.3 Parameterabhängige Verschiebung des Frequenzspektrums 99
4.7 Parameteridentifikation für ein lineares Modell der Asynchronmaschine 101
4.7.1 Identifikation mit konstantem Magnetisierungsstrom 101
4.7.1.1 Bestimmung der Statorstreuinduktivität zur Festlegung der
Hauptfeldspannung 101
4.7.1.2 Bestimmung der Parameter in einem Arbeitspunkt mittels Offset.... 103
4.7.1.3 Verhinderung des Einflusses von Skineffekt und Eisenverlusten auf
die Identifikation 104
4.7.1.4 Thermischer Einfluss auf die Parameter 105
4.7.2 Bestimmung der elektrischen Parameter 106
5 Ermittlung des Sättigungsverhaltens der Hauptinduktivität 112
5.1 Identifikation der Grundschwingungsinduktivität 115
5.1.1 Parametrische Beschreibung mittels Levenberg Marquardt Algorithmus 119
5.2 Identifikation der differentiellen Induktivität 121
6 Modell mit Berücksichtigung des Skineffekts 124
6.1 Messung der Parameter 124
6.2 Auswertung der Messung und Bestimmung der Parameter 126
6.3 Messung der Parameter und Ergebnisdiskussion 130
7 Thermischer Beobachter einer Asynchronmaschine 133
7.1 Wärmeerzeugende Wirkverluste der Asynchronmaschine 133
7.2 Die Modellbildung des thermischen Verhaltens einer ASM 135
7.2.1 Verlustleistungen des thermischen Modells 136
7.2.2 Thermisches Modell der Asynchronmaschine 138
7.3 Ermittlung der thermischen Parameter 140
7.4 Nichtlinearer Zustandsbeobachter für ein thermisches System 142
7.5 Entwurf eines Beobachters für zeitlich diskreten Aufruf 146
7.6 Bestimmung der Beobachter Eigenwerte 149
7.7 Implementierung des Beobachteralgorithmus auf dem Motor Prüfstand 151
8 Versuchsaufbau 154
8.1 Aufbau des Prüfstandes 154
8.2 Auflösung der Messgrößen 157
9 Zusammenfassung 159
10 Anhang 163
10.1 Vereinfachte Bestimmung der Jakobimatrix 163
10.2 Modell einer sensorlosen Drehzahlregelung 166
11 Literaturverzeichnis 168
|
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Inhaltsverzeichnis
Liste der verwendeten Formelzeichen DC
1 Einleitung 1
2 Modellbeschreibung der Drehstromasynchronmaschine 3
2.1 Vereinfachtes Modell der Asynchronmaschine 3
2.1.1 Modellbeschreibung 4
2.1.2 Transformation in Rotorfluss bezogene Feldkoordinaten 6
2.1.3 Übertragungsfunktion im Stillstand. 8
2.2 Asynchronmaschinenmodell mit Eisensättigung 9
2.2.1 Magnetische Sättigung 9
2.2.2 Modell der Asynchronmaschine unter Berücksichtigung der Sättigung 12
2.2.2.1 Allgemeines Zwei Achsen Modell 13
2.2.2.2 Rotorfluss bezogenes Zwei Achsen Modell 15
2.2.2.3 Stillstandsmodell mit Sättigungseffekten 18
2.3 Modell unter Berücksichtigung der Eisenverluste 20
2.3.1 Die Eisenverluste 20
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2.3.2 Eisenverlustwiderstand 22
2.3.3 Maschinenmodell 24
2.4 Modell mit Eisenverlusten und Skineffekt 26
2.4.1 Skineffekt 26
2.4.2 Grundgleichung des Skineffekts 27
2.4.3 Nutenformen 28
2.4.4 Skineffekt für einen Hochstabläufer 29
2.4.5 Stillstandsmodell mit Eisenverlusten und Skineffekt 33
3 Modellbeschreibung des Wechselrichters 35
3.1 Der lastseitige Stromrichter 36
3.1.1 Sinus Dreieck Modulation mit Überlagerung 37
3.1.2 Auflösung der Ausgangsspannung 38
3.1.3 Verfahren zur Verlustleistungsminimierung 39
3.2 Spannungsfehler des Frequenzumrichters 40
3.2.1 Pulsmusterverzerrung 41
3.2.2 Lastabhängigkeit der totzeitbedingten Fehlspannung 46
3.2.3 Nicht ideales Durchlassverhalten der Leistungshalbleiter 48
3.3 Fehlspannungskompensation 49
3.3.1 Bestimmung der Fehlspannungskurve 49
3.3.2 Stabilitätsuntersuchung zur Kompensation der
Frequenzumrichternichtlinearität 56
3.3.3 Instabile Kompensation der Frequenzumrichternichtlinearität 59
3.4 Kompensation der Spannungsänderung im Zwischenkreis 63
3.5 Phasenverschiebung des Anregungungssignals durch den Frequenzumrichter 64
4 Identifikation der Maschinenparameter im Stillstand 67
4.1 Stand der Forschung 67
4.2 Identifikationsverfahren 70
4.3 Bestimmung des Frequenzgangs der Asynchronmaschine 71
4.3.1 Anregung der Asynchronmaschine ohne Drehmomentbildung 71
4.3.2 Bestimmung der Eingangsimpedanz mittels orthogonaler Korrelation 74
4.4 Identifikation über die Maximum Likelihood Methode 76
4.4.1 Erreichbare Genauigkeit der Maximum Likelihood Methode 78
4.4.2 Eigenschaften des optimalen Testsignals 79
4.4.3 Gütefunktion zur Parameterbestimmung 80
4.4.4 Gütefunktion für ein Maximum Likelyhood Schätzverfahren 82
4.5 Schätzalgorithmus zur parametrischen Identifikation einer Strecke 85
4.6 Beschreibung der Identifikationsstrecke 88
4.6.1 Maschinenmodell mit Statorwiderstand 88
4.6.2 Modell der Asynchronmaschine bei bekanntem Statorwiderstand 90
4.6.2.1 Normierung der Übertragungsfunktion auf den Statorwiderstand 90
4.6.2.2 Eliminierung des Statorwiderstands aus der Übertragungsfunktion. 92
4.6.3 Bestimmung des optimalen Anregungsbereiches 94
4.6.3.1 Informationsmatrix der Asynchronmaschine 94
4.6.3.2 Bestimmung des Frequenzspektrums 96
4.6.3.3 Parameterabhängige Verschiebung des Frequenzspektrums 99
4.7 Parameteridentifikation für ein lineares Modell der Asynchronmaschine 101
4.7.1 Identifikation mit konstantem Magnetisierungsstrom 101
4.7.1.1 Bestimmung der Statorstreuinduktivität zur Festlegung der
Hauptfeldspannung 101
4.7.1.2 Bestimmung der Parameter in einem Arbeitspunkt mittels Offset. 103
4.7.1.3 Verhinderung des Einflusses von Skineffekt und Eisenverlusten auf
die Identifikation 104
4.7.1.4 Thermischer Einfluss auf die Parameter 105
4.7.2 Bestimmung der elektrischen Parameter 106
5 Ermittlung des Sättigungsverhaltens der Hauptinduktivität 112
5.1 Identifikation der Grundschwingungsinduktivität 115
5.1.1 Parametrische Beschreibung mittels Levenberg Marquardt Algorithmus 119
5.2 Identifikation der differentiellen Induktivität 121
6 Modell mit Berücksichtigung des Skineffekts 124
6.1 Messung der Parameter 124
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6.3 Messung der Parameter und Ergebnisdiskussion 130
7 Thermischer Beobachter einer Asynchronmaschine 133
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7.2 Die Modellbildung des thermischen Verhaltens einer ASM 135
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7.2.2 Thermisches Modell der Asynchronmaschine 138
7.3 Ermittlung der thermischen Parameter 140
7.4 Nichtlinearer Zustandsbeobachter für ein thermisches System 142
7.5 Entwurf eines Beobachters für zeitlich diskreten Aufruf 146
7.6 Bestimmung der Beobachter Eigenwerte 149
7.7 Implementierung des Beobachteralgorithmus auf dem Motor Prüfstand 151
8 Versuchsaufbau 154
8.1 Aufbau des Prüfstandes 154
8.2 Auflösung der Messgrößen 157
9 Zusammenfassung 159
10 Anhang 163
10.1 Vereinfachte Bestimmung der Jakobimatrix 163
10.2 Modell einer sensorlosen Drehzahlregelung 166
11 Literaturverzeichnis 168 |
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