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Wirkungsgradoptimierte Regelung hoch ausgenutzter Permanentmagnet-Synchronmaschinen im Antriebsstrang von Automobilen / Michael Meyer. 2010
Inhalt
Abstract
Inhaltsverzeichnis:
Verzeichnis verwendeter Formelzeichen und Abkürzungen
Abkürzungen
Formelzeichen
Allgemeine Festlegungen
Indizes
Koordinatensysteme
Operatoren und Funktionen
1 Einleitung
2 Elektrische Antriebe für automobile Fahranwendungen
2.1 Anforderungen an die Regelung von IPMSM
3 Modellierung von Permanentmagnet- Synchronmaschinen (PMSM)
3.1 Permanentmagnet-Synchronmaschinen mit eingebetteten Magneten (IPMSM)
3.2 Modellierung im zweiphasigen, ständerfesten Bezugssystem
3.3 Mitdrehendes, rotorfestes Koordinatensystem
3.3.1 Vernachlässigung von Eisen-Sättigungseffekten
3.4 Zulässiger Betriebsbereich einer IPMSM
3.4.1 Stromgrenze
3.4.2 Spannungsgrenze
3.4.3 Charakteristische Motorkennlinien einer IPMSM
3.5 Sättigungs- und Kreuzsättigungseffekte
3.6 Fluss- und Induktivitätsharmonische
3.6.1 Harmonische auf dem Permanentmagnetfluss
3.6.2 Harmonische auf den Induktivitäten
3.7 Temperaturabhängigkeit der PMSM- Modellierung
4 Versuchsaufbau
4.1 Rapid-Prototypingsystem
4.2 Prüfling und Belastungsmaschine
4.3 Stellglied mit Sensorik
5 Drehmomentsteuerung für wirkungsgradoptimierten Betrieb
5.1 Stand der Technik: Wirkungsgradoptimierter Betrieb von IPMSM
5.1.1 Wirkungsgradoptimalität der MTPC-Strategie
5.2 Identifizierung der MTPC-Kennlinie für IPMSM
5.3 Betriebsstrategie im Ankerstell- und Flussschwächbereich
5.3.1 Ankerstellbereich
5.3.2 Unterer Flussschwächbereich
5.3.3 Oberer Flussschwächbereich
5.3.4 Maximal stellbares Drehmoment und sinnvoller Betriebsbereich bei IPMSM
5.4 Implementierung der Drehmomentsteuerung
5.4.1 Messergebnisse
5.5 Temperaturabhängigkeit der Kennfelder
5.6 Belastung der Permanentmagnete im wirkungsgradoptimierten Betrieb
5.7 Zusammenfassung und Fazit
6 Unterlagerte Regelungsstruktur: Feldorientierte Stromregelung (FOR)
6.1 Anforderungen an die unterlagerte Regelungsstruktur und Stand der Technik
6.2 Zeitdiskrete Regelung mit „Regular Sampling“
6.3 Zeitdiskretes Streckenmodell
6.3.1 Eisen-Sättigungseffekte
6.3.2 Simulationsmodell der Maschine unter Berücksichtigung von Eisen-Sättigung
6.4 Regelungsentwurf
6.4.1 Streckenseitige Verkopplung der Stromdynamiken und Entkopplungsmaßnahmen
6.4.2 Stromreglerentwurf und Führungsübertragungsfunktion
6.4.3 Stromprädiktion
6.4.4 Störverhalten
6.4.4.1 Störeinflüsse
6.4.4.2 Störübertragungsfunktion
6.4.5 Simulations- und Messschriebe der Stromregelung
6.5 Stromregelung mit überlagerter Drehmomentsteuerung im Ankerstellbereich
6.6 Stromregelung mit überlagerter Drehmomentsteuerung im Flussschwächbereich
6.6.1 Aussteuerungsregler
6.6.2 Stellgrößenbegrenzung der Stromregelkreise und Anti-Reset Windup (ARW)
6.6.2.1 Verkoppelte Spannungsbegrenzung
6.6.2.2 Realisierung der ARW-Maßnahme
6.6.3 Messschriebe im Flussschwächbereich
6.6.4 Ursache der Störungen auf den Stromregelkreisen
6.7 Synchronisierte Pulsung
6.8 Zusammenfassung und Fazit
7 Alternatives Regelungskonzept: Direct Torque Control (DTC)
7.1 Direkte Regelungsstrukturen
7.2 Grundkonzept der DTC
7.2.1 Fluss- und Drehmomentbeobachter
7.2.1.1 Spannungsmodell
7.2.1.2 Strommodell
7.3 Wirkungsgradoptimierter Betrieb von PMSM mit DTC
7.3.1 Adaption der Arbeitspunktsteuerung für die DTC
7.3.2 Drehmoment abhängig von Statorflussbetrag und Lastwinkel
7.3.3 Betrieb von SPMSM im Ankerstell- und Flussschwächbereich mit DTC
7.3.4 Betrieb von IPMSM im Ankerstell- und Flussschwächbereich mit DTC
7.3.5 Schaltfrequenz und Hysteresebandbreite
7.3.5.1 Implikationen zeitdiskret arbeitender Hystereseregler
7.4 DTC mit überlagerter Arbeitspunktsteuerung im Ankerstellbereich
7.4.1 Drehzahlabhängigkeit der Drehmomentdynamik
7.5 DTC mit überlagerter Arbeitspunktsteuerung im Flussschwächbereich
7.5.1 Flusskorrekturregler für die DTC
7.5.2 Simulationsrechnungen im Flussschwächbereich
7.5.3 Messschriebe im Flussschwächbereich
7.6 Vorteile der DSR im Flussschwächbereich
7.7 Zusammenfassung und Fazit
8 Fazit
8.1 Zusammenfassung
8.2 Ausblick
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Anhang A Zeitdiskrete Maschinenmodellierung
Anhang B Datenblatt PM-Material
Anhang C Vorsteuerung von Kreuzsättigungseffekten
Anhang D Zeitdiskretes Streckenmodell
Anhang E DTC-Schalttabelle
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