Modellierung, Parameteridentifikation und modellprädiktive Regelung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Modellierung und Drehmomentenregelung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. Der untersuchte Motor besteht aus einem Stator mit Zahnspulenwicklungen und aus einem Rotor mit an der Oberfläche montierten Permanentmagneten. Ein magnetisches Ersatzschaltbild des Motors wird auf Basis der Geometrie aufgestellt und daraus ein Induktivitätsmodell abgeleitet. Die Methoden zur Messung von charakteristischen Größen des Motors werden beschrieben und anschließend gewisse Modellparameter zur Verbesserung der Modellgüte anhand der Messungen identifiziert. Für den Reglerentwurf wird ein vereinfachtes Modell durch Transformation der Motorgrößen in ein rotorfestes Koordinatensystem und anschließende Überführung in den Abtastbereich bestimmt. Es werden zwei Regelungskonzepte basierend auf den Methoden der differentiellen Flachheit und der modellprädiktiven Regelung entworfen. Die letztere erlaubt dabei die systematische Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen. Die Funktionalität der Regelungen wird anhand von Simulationen verifiziert.

The present diploma thesis deals with the modelling and torque control of a permanent magnet synchronous machine. The considered motor consists of a stator with concentrated windings and a rotor with surface-mounted permanent magnets. An equivalent magnetic circuit of the motor is derived based on the geometry of the system. Furthermore, an inductance model is deduced based on the equivalent magnetic circuit. The methods to measure characteristic properties of the motor are explained and the model is then calibrated by means of measurement results. A reduced model of the system for the controller design is derived by transformation of the motor quantities to a rotor reference frame and a subsequent discretization. Two different control strategies are considered: flatness-based control and model predictive control, the last one allowing the systematic consideration of the constraints on the plant input. Simulation studies are performed to validate the proposed control strategies.