Modellbasierte geberlose Positions- und Drehzahlschätzung für permanentmagneterregte Synchronmaschinen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines modellbasierten Verfahrens zur Schätzung der Rotorposition und Rotordrehzahl für die geberlose Regelung von permanentmagneterregten Synchronmaschinen im niedrigen Drehzahlbereich. Beim Einsatz dieses Schätzverfahrens wird kein zusätzliches Injektionssignal im Betrieb der Maschine benötigt. Die geberlose Regelung soll mit möglichst geringem Rechenaufwand und wenigen Hardwareanforderungen auf Basis dieses Verfahrens implementiert werden.

Der Ansatz der vorliegenden Arbeit besteht darin, anstelle von injizierten Signalen ein präziseres Beobachtermodell gegenüber dem allgemeinen Grundwellenmodell zu erstellen. Dafür ist eine detaillierte mathematische Beschreibung des elektromagnetischen und mechanischen Verhaltens der Maschine erforderlich. So wird zusätzlich der Einfluss parasitärer Effekte auf die Maschinenparameter wie z.B. die Induktivität, der ohmsche Widerstand und die Flussverkettung in dem Modell berücksichtigt. Da die Auswirkungen dieser parasitären Effekte vom jeweiligen Betriebspunkt der Maschine abhängen, variieren die Maschinenparameter je nach Betriebspunkt. Somit ist es möglich, anhand dieser zusätzlichen Informationen auf die Rotorposition und -drehzahl zurück zu schließen.

Die Ermittlung der betriebspunktabhängigen Maschinenparameter wird durch die bereits bei der Maschinenauslegung eingesetzte Finite-Element-Methode (FEM) ermöglicht. Zur Erweiterung werden diese veränderlichen Maschinenparameter in das Beobachtermodell integriert. Durch die online Übertragung von Klemmenstrom und -spannung kann durch das entwickelte Beobachtermodell einzig anhand dieser zwei Größen die Rotorposition und -drehzahl berechnet werden und somit die Regelung der Maschine sensorlos erfolgen.