Regelung eines Synchron-Linearmotors mit Kompensation der Kraftwelligkeit

Abstract

Die Kraftwelligkeit ist ein wesentlicher Störgrößeneinfluss auf Linearmotoren und kann zu Vibrationen in deren Fahrt führen. Um dies zu vermeiden und eine hohe Leistung der Bewegungsregelung zu garantieren, ist eine effektive Kompensation der Kraftwelligkeit nötig.<br />Diese Arbeit beschäftigt sich mit der prädiktiven Regelung eines permanentmagneterregten Synchron-Linearmotors (PMSLM) mit Kompensation des Kraftwelligkeitseinflusses. Zu diesem Zweck werden der PMSLM und dessen Störgrößen physikalisch modelliert. Die Systemparameter werden anhand eines realen PMSLM systematisch identifiziert und validiert. Mittels einer iterativen Methode werden die nichtlinearen Störgrößen, Kraftwelligkeit und Trockenreibung prädiziert und von der Regelung berücksichtigt. In der Simulation mit MATLAB/SIMULINK werden die Regelparameter ermittelt und am realen PMSLM entsprechend justiert.<br />Mit einem Echtzeitsystem für Funktions-Prototyping (MicroAutoBox II von DSpace) wird der prädiktive Regler mit dem bisher auf diesem PMSLM implementierten PID-Regler verglichen. Dabei kann nachgewiesen werden, dass das entwickelte Regelkonzept eine starke Leistungsverbesserung aufweist. Im Allgemeinen kann der Schleppfehler im Vergleich zur bereits implementierten PID-Regelung um mehr als eine Größenordnung verringert und damit die Vibrationen im Betrieb stark reduziert werden.<br />

Cogging force is an important disturbance on linear drives and can lead to vibrations during operation. In order to avoid these vibrations and guarantee high performance in motion control, an effective compensation of cogging force is necessary. This work deals with a predictive control scheme of a permanent magnet synchronous linear motor (PMSLM) with compensation of cogging forces. For this purpose, the PMSLM and its disturbances are physically modeled. The system parameters are systematically identified and validated on a real PMSLM. Using an iterative method, nonlinear disturbances, cogging force and dry friction, can be predicted and taken into account by the control scheme. In the simulation with MATLAB/SIMULINK the control parameters are determined and subsequently adjusted according to the real PMSLM.<br />With a real-time system for function prototyping (MicroAutoBox II from DSpace) the predictive controller is applied to an experimental PMSLM and compared to the PID-controller previously implemented. It can be shown that the developed control scheme has a strong performance improvement. In general, the lag error can be reduced by more than an order of magnitude in comparison with the conventional PID-controller and the vibrations can therewith be strongly reduced during operation.<br />