Online-Identifikation der Parameter von Permanentmagnet-Synchronmaschinen

Abstract

Diese Diplomarbeit behandelt die Parameteridentifikation einer Permanentmagnet Synchronmaschine betrieben mit einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter. Ziel der Identifikationsaufgabe ist es, die wesentlichen stromabhängigen Parameter eines rotorfesten Ersatzmodells des Motors im Stillstand zu ermitteln, um so eine Grundlage für einen modellbasierten Reglerentwurf zu schaffen. Als Messgrößen im betrachteten elektrischen Antriebssystem stehen dabei die Zwischenkreisspannung, die drei Phasenströme und die mechanische Lage des Rotors zur Verfügung. Um die in weiterer Folge entwickelten Methoden simulativ zu testen, wird ein mathematisches Modell des Antriebs ohne einer zusätzlichen mechanischen Last hergeleitet und in Matlab/Simulink implementiert. Von wesentlichem Interesse ist dabei die Abbildung der Stromabhängigkeiten der betroffenen Modellgrößen. Die Parametrierung des Simulationsmodells geschieht anhand von Datenblättern und typischen Kennfeldern aus der Literatur. Simulativ zeigt sich, dass die Ermittlung des Wicklungswiderstandes und des Spannungsfehlers des Umrichters bei annäherndem Stillstand möglich ist. Bei der Bestimmung der rotorfesten Induktivitäten müssen geringe Bewegungen akzeptiert werden, wobei diese genutzt werden können, um den Permanentmagnetfluss abzuschätzen. Nach dem modellbasierten Entwurf eines Stromreglers besteht die Möglichkeit den Permanentmagnetfluss und ein einfaches mechanisches Modell anhand kontrollierter Rotordrehungen zu bestimmen. Der praktische Teil der Arbeit widmet sich der Parameteridentifikation am Testaufbau. Dabei können teils deutliche Abweichungen zwischen den identifizierten Motorparametern und dem Datenblatt festgestellt werden. Die Validierung der so bestimmten Modellgrößen geschieht dabei mittels weiterer Messungen und in Simulationen in Matlab/Simulink.

This thesis deals with the parameter identification of a permanent-magnet synchronous machine driven by a voltage-source inverter. The aim of the identification task is to determine the essential current-dependent parameters of a model in a rotor reference frame. This identification should be performed at standstill and create a basis for a model-based controller design. In the considered electrical drive system, the three phase currents, the mechanical position of the rotor and the intermediate circuit voltage are measurements. In order to test the subsequently developed methods via simulations, a mathematical model of the drive without additional mechanical load is derived and implemented in Matlab/Simulink. Thereby, the characteristics of the current dependent model parameters is of great interest. The simulation model is parametrized using data sheets and typical characteristic fields taken from the literature. Simulations show that the determination of the winding resistance and the voltage error of the converter is possible at almost standstill. To determine the current-dependent inductances in the coordinate system fixed to the rotor, small movements must be accepted. These small movements can already be used to estimate the permanent magnetic flux. With the estimated parameters a model-based current controller is designed which is then used to accelerate the motor. It is possible to determine the permanent magnetic flux and a simple mechanical model out of the controlled rotor rotation. The practical part of the thesis deals with the parameter identification on the test setup. In this case, some significant differences between the identified motor parameters and the data sheet can be observed. The determined model is validated by further measurements and simulations in Matlab/Simulink.