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Entwurf einer direkten Selbstregelung für permanenterregte Synchronmaschinen

Verlag	Diplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	126 Seiten
ISBN	9783842802278
Format	PDF/ePUB
Kopierschutz	kein Kopierschutz/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	34,99 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

Inhaltsverzeichnis	3
Kurzfassung	5
Abstract	5
1 Einführung	7
1.1 Motivation	7
1.2 PMSM für EV	8
1.3 FPGA-Technologie	11
2 Parametrisierung der modularen PMSM	13
2.1 Auslegung einer Zahnspulenwicklung	13
2.1.1 Besonderheiten der Zahnspulenwicklung	13
2.1.2 Auslegungsbedingungen	14
2.1.3 Die Entwurfsmethoden	16
2.1.4 Bewertung der Wicklungsentwürfe	21
2.2 Parametrisierung durch SPEED	24
2.2.1 Geometrische Abmessungen	24
2.2.2 Berechnung der Maschinenparameter	26
3 Das mathematische Modell der PMSM	31
3.1 Raumzeigerdarstellung	31
3.2 Koordinatentransformation	34
3.3 Gleichungssystem der PMSM	35
4 Prinzip der direkten Drehmomentregelung	43
4.1 Modell der PMSM	43
4.1.1 Transformation der Spannungen vom Dreiphasensystem dq-KOS	44
4.1.2 Elektrische Strecke der PMSM	45
4.1.3 Mechanische Strecke der PMSM	46
4.1.4 Transformation der Ströme vom dq-KOS in Dreiphasensystem	47
4.2 Umrichter-Modell	48
4.3 Regelung-Modell	52
4.4 Maschinenmodell (Schätzungsmodell)	58
4.6 Schaltfrequenz-Analyse	61
4.7 PI-Drehzahlregler	66
4.8 Simulationsergebnisse	67
5 Optimierung der Regelungskomponenten	69
5.1 Optimierung des Statorfluss-Sollwertes	69
5.2 Direkte Drehmomentregelung in dq-KOS	72
5.3 Kompensation der temperaturabhängigen Statorwiderstandsänderung	76
6 Realisierung DTC-Regelung in FPGA	81
6.1 Digitalisierung	81
6.2 Diskretisierung der Regelstrecke	83
6.3 Digitalisierung der Regelungskomponenten	84
6.3.1 FPGA-Entwurf	84
6.3.2 Realisierung einer Totzeit im Umrichter	86
6.3.3 FPGA-Realisierung der Schalttabelle	87
6.3.4 FPGA-Realisierung der Verweistabelle des optimalen Flusses	89
6.3.5 Realisierung des Statorfluss- und Drehmomentreglers in FPGA	90
6.3.6 Digitaler PI-Drehzahlregler	92
6.3.7 Taktsteuerung - Umsetzung	93
6.3.8 Statorspannung-Berechnung	94
6.3.9 Spannungs- und Strom-Transformationen	95
6.3.10 Sektorbestimmung	97
6.3.11Drehmoment-Schätzung	99
Zusammenfassung	101
Anhang A	103
Anhang B	111
Anhang C	113
Literaturverzeichnis	113
Anhang D	115
Abkürzungen und Formelzeichenverzeichnis	115
Anhang E	119
Tabellenverzeichnis	119
Anhang F	121
Abbildungsverzeichnis	121
Autorenprofil	125

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