Kleines Update zum Beobachterthema

Demnächst ist wieder das PRAXISFORUM ELEKTRISCHE ANTRIEBSTECHNIK und in den angekündigten Vorträgen finden sich einige sehr schöne Themen. Für mich ist zum Beispiel der Vortrag:

"Herausforderungen und Lösungsansätze für die geberlose Regelung von Synchronmaschinen: aktuelle Probleme in der Anwendung und Lösungen u.a. mittels Quadratinjektion, die eine sehr recheneffiziente Anisotropiedetektion ermöglicht"

sehr interessant. Für reine Hobbyzwecke ist mir jedoch die Teilnahme-Gebühr etwas hoch. Aber die Ausgründung Bitflux der TUM liefert auf ihrer Seite ein paar nähere Infos. Zum Beispiel unter der Rubrik: Team :)  den CEO und CFO kann man gleich in den Skat drücken aber die beiden CTOs haben gegebenenfalls schöne Veröffentlichungen geschrieben. Google ist hier sehr hilfreich.

So findet man z.B. dieses Paper: Silent and parameter independent Hybrid SensorlessControl for SPMSM based on Current Oversampling  oder noch besser die Dissertation des Herrn Dr.-Ing. Peter Landsmann Sensorless Control of Synchronous Machines byLinear Approximation of Oversampled Current.

Gerade die Dissertation werde ich mir mal zu Gemüte führen und anschließend Matlab Simulink drauf ansetzten, Dann kann ich sicherlich mehr berichten!

Direct Flux Control

Ich bin kürzlich auf einen aktuelleren Beobachteransatz für permanent erregte Synchronmaschinen gestoßen. Der Ansatz wird in dieser Publikation als Direct Flux Control beschrieben.

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.

Direct Flux Control

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.