Rotorlage beobachten im Stillstand
Das größte aktuelle Problem im Bereich sensorloser Regelung von Synchronmaschinen ist der Stillstand. Hier lassen sich ohne weiteres keine Signale erfassen die einen Rückschluss auf die Rotorlage erlauben. Viele gerade nichtlineare Beobachter wie ich sie auch einsetze, hoffen im Stillstand darauf nicht grundsätzlich falsch zu liegen mit ihrer aktuellen Einschätzung der Lage. Wird die Maschine dann bestromt sollte ein ausreichendes Drehmoment erzeugt werden, sodass der Rotor sich zu drehen beginnt. Und dann muss der Beobachter nur genügend schnell auf die Rotorlage konvergieren, die er anhand der induzierten Gegenspannung (BEMF) schätzt. Was ist aber wenn die Rotorwelle blockiert ist oder eine Positionsregelung erfolgen soll und man dennoch möglichst effizient den Strom in Drehmoment umwandeln will?
Dann kommen Beobachter-Verfahren ins Spiel die spezielle Signale in die Statorwicklungen einprägen und anhand der Übertragungseigenschaften der Wicklungen auf die Rotorlage schließen.
Zum Einen kann auf der d-Achse ein sinusförmiger Strom mit ca. 1kHz eingeprägt werden und der sich ergebende Strom auf der q-Achse beoachtet werden. Dafür braucht man aber einen sehr scharfen Bandpass für die Frequenz mit der der Strom eingeprägt wird. Sonst hat man die Signale der Drehmomentregelung mit in der Lageschätzung.
Eine andere Variante bietet INFROM. Mit dieser Methode werden gezielt Stromimpulse in die Wicklungen eingeprägt und es werden die Stromänderungen ausgewertet. Die Stromänderung $\frac{dI}{dt}$ auf grund einer eingeprägten Spannung ergibt eine Induktivität. Und dann sind wir auch wieder beim Knackpunkt der ganzen Methoden. Diese Verfahren funktionieren nur wenn die Induktivitäten $L_d$ und $L_q$ genügend verschieden sind.
Leider ist auch die DFC abhängig von der sog. Achsigkeit der Induktivitäten. Aber im Gegensatz zu INFORM muss hier für die Strommessung nicht in der Lage sein mit hoher Auflösung innerhalb von 1-3µs 2 Samples auf allen drei Phasen aufzunehmen, sondern es ist nur eine schnelle Spannungsmessung notwendig. Aber leider soll hier die Spannung des Sternpunktes der Maschine gemessen werden. Und dafür muss fast jeder Antrieb umgebaut werden....
Ein interessantes Verfahren ist es trotzdem.
Zum Einen kann auf der d-Achse ein sinusförmiger Strom mit ca. 1kHz eingeprägt werden und der sich ergebende Strom auf der q-Achse beoachtet werden. Dafür braucht man aber einen sehr scharfen Bandpass für die Frequenz mit der der Strom eingeprägt wird. Sonst hat man die Signale der Drehmomentregelung mit in der Lageschätzung.
Eine andere Variante bietet INFROM. Mit dieser Methode werden gezielt Stromimpulse in die Wicklungen eingeprägt und es werden die Stromänderungen ausgewertet. Die Stromänderung $\frac{dI}{dt}$ auf grund einer eingeprägten Spannung ergibt eine Induktivität. Und dann sind wir auch wieder beim Knackpunkt der ganzen Methoden. Diese Verfahren funktionieren nur wenn die Induktivitäten $L_d$ und $L_q$ genügend verschieden sind.
Direct Flux Control
Ein interessantes Verfahren ist es trotzdem.
Hört sich interessant an! Schade, dass man dafür den Sternpunkt braucht.
AntwortenLöschenIch habe mich mittlerweile damit abgefunden, bei niedrigen Drehzahlen entweder blind oder mit eingeprägtem d-Strom und definierten maximalen Drehmoment zu fahren.
Bei mir steht single Shunt noch ganz weit oben auf der Liste.
Dafür muss ich aber zuerst mein Monitoring Programm fertig bauen.
Danke für den Beitrag :-)
Bitte.
AntwortenLöschenDer Sternpunkt ist ein echtes Problem, ansonsten ist die Methode schön simpel. Aber mit dem Thema werde ich mich erst wieder näher beschäftigen, wenn ich mit Linux usw. meinem Größenwahn genug gefröhnt habe.
Wenn du dein Programm vorzeigbar hast sagt bescheid, ich bin gespannt. Gerade für Single Shunt ist eine gute Visualisierung extrem wichtig. Wenn da mal ein Messpunkt im Pattern nicht passt läuft der Motor wie ein Sack Schrauben.
Gruß
Alex
Werde ich machen.
AntwortenLöschenAllerdings ist kein Capture Mode geplant, sprich, es kann nicht jeder Wert eine bestimmte Zeit lang aufgezeichnet werden und dann an den Computer übertragen werden. Die Variablen Werte werden vergleichsweise langsam aber durchgehend übertragen.
Für kritische Echtzeitwerte greife ich auf die Methode mit dem DAC + Scope zu.
Ich habe die DFC Methode noch nicht durchgelesen, Klausuren, Abschlussarbeit, usw.
Da du von der Achsigkeit sprichst: wird auch hier ein Testsignal eingespeist? Eine andere Methode fällt mir nicht ein, außer Maschine in die beobachtete Lage mit d-Strom zu zwingen oder eben Testsignal.
Bei Testsignal - Methode, egal ob Sinus Signal oder INFORM gefällt mir nicht, dass man doch ziemlich viel Teststrom (=Geräusch) benötig um einigermaßen saubere Messungen zu machen. Hier wird deine neue Brücke mit den ADCs interessant. Allerdings wird man wohl auch hier klar die Geräusche hören.
Bei der neuen Hardware ist genug RAM vorhanden um auch recht lange mit Regelfrequenz aufzuzeichnen, dann kann man die Daten in einem Rutsch nach dem Trigger hochsenden.
AntwortenLöschenDFC arbeitet ähnlich wie INFORM. Es wird die PWM so modifiziert das man die Üblichen Kombinationen 100, 010 , 001, usw. einmal sieht. Nur die Auswertung ist anders.
Ich bin da immer noch für die Einprägung von sinusförmigem d-Strom. Mit einem sehr scharfen Bandpass und der hochgenauen Strommessung sollte, die notwendige Amplitude geringer ausfallen.
Interessant wäre es mal, auf 100kHz PWM zugehen, was natürlich eine viel größere Leistungsstufe und viel mehr Rechenzeit als mein 64MHz STM32 benötigt. Dann könnte man auf den d-Strom einen 16kHz Sinus aufmodullieren und den HF Beobachter unhörbar betreiben, und auch bei viel höheren Geschwindigkeiten.
AntwortenLöschenAus elektrotechnischen-, emv-, wirkungsgrad- und wirtschaftlichen Sicht aber vermutlich extrem sinnfrei.
Gruß
Andreas
100kHz PWM ist bis auf die Schaltverluste und die geringe Auflösung der Spannung kein Problem. Du musst ja nicht mit 100kHz regeln. Aber ich habe gerade eine viel bessere Methode gefunden. Siehe der Post vom 02.02.17. Da lese ich mich gerade ein.
AntwortenLöschenDie Methode ist in jedem Fall leise. Und scheint Parameter unempfindlich zu sein.
Gruß
Alex