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E-Book

Entwurf einer direkten Selbstregelung für permanenterregte Synchronmaschinen

VerlagDiplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl126 Seiten
ISBN9783842802278
FormatPDF/ePUB
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,99 EUR
Ziel dieses Buches war der Entwurf und die Untersuchung einer hochdynamischen Drehmomentregelung für einen Elektro- bzw. Hybridfahrzeugantrieb mit permanentmagneterregter Synchronmaschine (PMSM). Im Kapitel 2 werden Zahnspulenwicklungen für die vorhandene modulare PMSM ausgelegt und die Maschinenparameter mit Hilfe vom Programm SPEED bestimmt. Gegenstand des Kapitels 3 ist das mathematische Modell der PMSM. Es wird dabei zuerst auf die Raumzeigerdarstellung und Koordinatentransformation eingegangen und anschließend ein Gleichungssystem aufgestellt, das PMSM vollständig beschreibt. Das Kapitel 4 behandelt das Prinzip der direkten Drehmomentregelung der PMSM. Es wird die Arbeitsweise von einzelnen Regelungskomponenten erklärt und es werden die Modelle für die PMSM, den Umrichter, den Statorfluss- und Drehmomentregler, und den Schätzungsblock in Simulink gebildet. Anschließende Simulationen in Simulink-Umgebung untersuchen sowohl das Regelungsverhalten bei unterschiedlichen Abtastzeiten als auch den Einfluss der Regler-Toleranzbandbreite auf die Umrichter-Schaltfrequenz. Der Inhalt des Kapitels 5 ist die Optimierung der Regelungskomponenten. Es wird eine Maximales-Drehmoment-pro-Statorfluss-Kurve als Verweistabelle in das vorhandene Simulink-Modell der Regelung eingefügt und die Kompensation der temperaturabhängigen Änderung des Statorwiderstands durch Einsatz des proportional-integralen Schätzers durchgeführt. Im Anschluss wird die Regelung im rotorflussfesten -Koordinatensystem als Alternative vorgestellt. Das Kapitel 6 ist der Realisierung der Regelung in FPGA gewidmet. Es wird zuerst auf Digitalisierung der Regelungskomponenten und FPGA-Entwurf eingegangen, dann die digitale Regelung mit Hilfe von Programm Altera DSP Builder und Hardwarebeschreibungssprache VHDL in Simulink-Umgebung nachgebildet und schließlich alle Komponenten der direkten Drehmomentregelung mittels Programm Altera Quartus II in FPGA implementiert. In Kapitel 7 werden die Ergebnisse dieses Buches abschließend zusammengefasst.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis3
Kurzfassung5
Abstract5
1 Einführung7
1.1 Motivation7
1.2 PMSM für EV8
1.3 FPGA-Technologie11
2 Parametrisierung der modularen PMSM13
2.1 Auslegung einer Zahnspulenwicklung13
2.1.1 Besonderheiten der Zahnspulenwicklung13
2.1.2 Auslegungsbedingungen14
2.1.3 Die Entwurfsmethoden16
2.1.4 Bewertung der Wicklungsentwürfe21
2.2 Parametrisierung durch SPEED24
2.2.1 Geometrische Abmessungen24
2.2.2 Berechnung der Maschinenparameter26
3 Das mathematische Modell der PMSM31
3.1 Raumzeigerdarstellung31
3.2 Koordinatentransformation34
3.3 Gleichungssystem der PMSM35
4 Prinzip der direkten Drehmomentregelung43
4.1 Modell der PMSM43
4.1.1 Transformation der Spannungen vom Dreiphasensystem dq-KOS44
4.1.2 Elektrische Strecke der PMSM45
4.1.3 Mechanische Strecke der PMSM46
4.1.4 Transformation der Ströme vom dq-KOS in Dreiphasensystem47
4.2 Umrichter-Modell48
4.3 Regelung-Modell52
4.4 Maschinenmodell (Schätzungsmodell)58
4.6 Schaltfrequenz-Analyse61
4.7 PI-Drehzahlregler66
4.8 Simulationsergebnisse67
5 Optimierung der Regelungskomponenten69
5.1 Optimierung des Statorfluss-Sollwertes69
5.2 Direkte Drehmomentregelung in dq-KOS72
5.3 Kompensation der temperaturabhängigen Statorwiderstandsänderung76
6 Realisierung DTC-Regelung in FPGA81
6.1 Digitalisierung81
6.2 Diskretisierung der Regelstrecke83
6.3 Digitalisierung der Regelungskomponenten84
6.3.1 FPGA-Entwurf84
6.3.2 Realisierung einer Totzeit im Umrichter86
6.3.3 FPGA-Realisierung der Schalttabelle87
6.3.4 FPGA-Realisierung der Verweistabelle des optimalen Flusses89
6.3.5 Realisierung des Statorfluss- und Drehmomentreglers in FPGA90
6.3.6 Digitaler PI-Drehzahlregler92
6.3.7 Taktsteuerung - Umsetzung93
6.3.8 Statorspannung-Berechnung94
6.3.9 Spannungs- und Strom-Transformationen95
6.3.10 Sektorbestimmung97
6.3.11Drehmoment-Schätzung99
Zusammenfassung101
Anhang A103
Anhang B111
Anhang C113
Literaturverzeichnis113
Anhang D115
Abkürzungen und Formelzeichenverzeichnis115
Anhang E119
Tabellenverzeichnis119
Anhang F121
Abbildungsverzeichnis121
Autorenprofil125

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