Kombiniertes Modell zur sensorlosen Regelung von permanentmagneterregten Synchronmaschinen mit Luftspaltwicklung

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung einer stabilen und robusten sensorlosen Regelung im gesamten Drehzahlbereich unter Verwendung einer erweiterten, kombinierten Struktur, am Beispiel von handelsüblichen permanentmagneterregten Synchronmotoren mit Luftspaltwicklung. Diese Struktur beinhaltet einen Lastbeobachter, dessen Ausgangsschätzwert dem Spannungsmodell als stabilisierende Rückführung dient. Zusätzlich sind neben dem Lastbeobachter zwei weitere Verfahren beteiligt, um die Rotorlage aufgrund vorliegender Größen zu ermitteln. Im niederen Drehzahlbereich kommt ein aktives Verfahren zu Einsatz, das die Stromänderung aufgrund einer Anregung der Maschine mit Spannungsraumzeigern auswertet, während im hohen Drehzahlbereich ein erweitertes Spannungsmodell herangezogen wird. Weiters ermöglicht die Kenntnis des Lastmomentes aus dem Luenberger-Beobachter, optimal auf dynamische Laständerungen reagieren zu können. Stabilitätsuntersuchungen am kombinierten Modell für die verschiedensten Arbeitspunkte des Antriebs zeigen die Grenzen des Verfahrens.<br />

Aim of this thesis is the implementation of a stable and robust sensorless control in the whole speed range. Therefore, an extended combined structure for permanent magnet synchronous motors (PMSM) is introduced. The structure of the combined model for sensorless control of permanent magnet synchronous motor drives in the full speed range includes an extended mechanical observer in combination with an enhanced voltage model. The observer estimates the rotor speed,the rotor angular position and the load torque. A special feedback loop is introduced for coupling back the observer information to the integrating voltage model. Thus, a stable operation with high robustness against parameter uncertainties and low frequency disturbances is achieved. Therefore, the INFORM-method in the low speed range and a specially adapted voltage model in the high speed range provide input information to the linear observer. The knowledge of the estimated load torque gives information to the current controller and permits to implement the speed controller as a simple proportional element. As a major advantage the integrative part of the controller is not needed anymore. Thus the resulting eld oriented control with extended observer structure is robust against dynamic load changes. Further on, the parameters of the current and speed controller remain constant in a wide operating range. Resuming views of stability of this extended mechanical observer structure with load torque estimation give information about the limitations of the combined model.