Dr.-Ing. Fernando David Ramirez Figuera

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der prädiktiven Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine mit Pulsweitenmodulation und variabler Schaltfrequenz. Das vorgestellte Regelkonzept nutzt eine Modell basierte prädiktive Regelung wobei eine Pulsweitenmodulation verwendet wird, due während des Betriebs rekonfiguriert werden kann. Konventionelle, digitale PI-Regler, die auch in der feldorientieren Regelung Verwendung finden, werden während der Prädiktionsphase mit verschiedenen Abtastzeiten so modifiziert, dass es zu keiner Sättigung der Regler kommt.

Mittels einer begrenzten Anzahl von Schaltfrequenzen kann die Kostenfunktion optimiert werden. Die zu minimierende Kostenfunktion beinhaltet unter anderem das Drehmoment und die flussbildende Komponente des Raumzeigers der permanenterregten Synchronmaschine. Während der Minimierung können die Schaltverluste reduziert werden, wobei eine minimal geforderte Leistungsfähigkeit erhalten bleibt, welche in der Regel durch die maximal erlaubte Drehmomentwelligkeit begrenzt wird. Die Überabtastung der Sollwerte erlaubt die Adaptierung der Schaltfrequenz während transienter Vorgänge um die Verzögerung in der Reaktion des Systems zu reduzieren.

Das vorgeschlagene Regelungsverfahren fordert eine hohe Flexibilität und eine schnelle Signalverarbeitung, die Implementierung erfolgt darum mittels eines FPGAs. die meisten notwendigen Regelungsalgorithmen werden in Silizium ausgeführt und parallel verarbeitet werden. Die Messdatenerfassung der analogen Signale wurde mittels SD ADCs durchgeführt, die eine sehr kurze Umsetzungszeit haben und damit die Überabtastung der Signale mit höherer zeitlicher Auflösung ermöglichen. Als Ergebnis hat das vorgeschlagene Regelungsverfahren ein hervorragendes dynamisches Verhalten mit hoher Bandbreite, was es ermöglicht z.B. Stromharmonische zu betrachten.

Der vorgeschlagene Ansatz der prädiktiven Regelung eliminiert einen Großteil der Nachteile der herkömmlichen feldorientierten Regelung sowie einige der Nachteile der gewohnten modellprädiktiven Regelung. Insbesondere wird eine gute Dynamik im Drehmomentverhalten erreicht, wobei die parallele Verarbeitungsmöglichkeit und hohe Rechenleistung durch die FPGA-Implementierung ausgenutzt wird. Eine sensorlose Implementierung vervollständigt das vorgestellte prädiktive Regelungsverfahren. Die hohe Rechenleistung des FPGAs erlaubt den sensorlosen Betrieb des Antriebs bei niedrigen Geschwindigkeiten ohne zusätzliche Signaleinprägung