Antriebstechnik

Permanentmagnet-Motoren in nur 45 Sekunden kalibrieren

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Orientierung des Magnetfluss-Vektors des Permanentmagneten

Die Steuerwerte für Drehmoment und magnetischen Fluss werden mithilfe von Referenz-Systemtransformationen entkoppelt. Ein großer Teil des Algorithmus besteht aus den Referenz-Systemtransformationen. Dies ist die Transformation zwischen der mit dem Stator verknüpften zweidimensionalen System-Referenz und dem mit dem Rotor verbundenen zweidimensionalen System.

Erstere ist stationär, die zweite befindet sich in der Regel in einer Drehbewegung. Als Transformation kommt eine PARK-Transformation zum Einsatz, die die Winkelposition des Rotors in Bezug auf den Stator benötigt. Diese Position entspricht der Orientierung des Magnetfluss-Vektors des Permanentmagneten. Um diesen Wert in einem sensorlosen System zu ermitteln, werden eine Reihe von Berechnungen anhand der Motor-Modellgleichungen ausgeführt.

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Die Regelschleifen zur Steuerung des Stroms sind mit einer normalen PI-Steuerung (Proportional-Integral) implementiert. Diese Funktion ist ein wichtiger Bestandteil des Motorsteuerungsalgorithmus und dient zur Steuerung des Stroms, der an die Motor-Phase geliefert wird. Der PI-Controller ist so ausgelegt, dass er ein zusammengesetztes Ausgangssignal einschließlich Fehlerkompensation erzeugt. Die beiden mathematischen Ausdrücke für den Controller sind abhängig vom Proportional-Koeffizienten Kp und dem Integral-Koeffizienten Ki.

Manuelle Arbeiten und aufwändiges Probieren vermeiden

Der vom PI-Regler erzeugte Spannungsverlauf wird so gesteuert, dass der daraus folgende Strom der gewünschten Wellenform folgt. Dabei vergleicht die Schaltung das tatsächliche System-Ausgangssignal mit dem gewünschten Ausgangssignal, und leitet aus dem Fehler zwischen beiden ein passendes Eingangssignal für das System ab. Das Eingangssignal zur Ansteuerung des Systems besteht aus zwei mathematischen Ausdrücken, wobei der eine proportional zum Fehler und der zweite proportional zum Integral über den Fehler ist.

Für die Feinabstimmung eines beliebigen bürstenlosen Wechselstrommotors müssen die Koeffizienten Kp und Ki ermittelt werden. In diesem Fall besteht die Ersatzschaltung des gesteuerten Systems aus einem RL-Kreis. Daher besteht das Motor-Modell in Bild 2 aus einer Spannungsquelle v(t), die durch den PI Controller gebildet wird, sowie aus einer Induktivität und einem Widerstand.

Die Reaktion der Schaltung auf die stufenförmige Ansteuerung ist auf der linken Seite dargestellt. Die zwei Quotienten "L/R" und "1/R" müssen zur Ermittlung der Koeffizienten Kp und Ki gemessen werden. Die erwartete Reaktion der Schaltung auf die stufenförmige Ansteuerung ist gut bekannt. Damit wird es möglich, die zwei Koeffizienten Kp und Ki aus dem System mit geschlossener Regelschleife durch eine Messung zu ermitteln: die Verstärkung im stationären Zustand sowie die Zeitkonstante der RL-Ersatzschaltung.

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