Dierk Sehröder Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen

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1 Dierk Sehröder Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen

2 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 Dierk Sehröder Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen 2., überarbeitete und erweiterte Auflage 'Springer

4 Universităts-Professor Dr.-Ing. DIERK SCHRODER Technische Universităt MUnchen Lehrstuhl rur Elektrische Antriebssysteme ArcisstraBe MUnchen ISBN Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme SchrMer, Dierk: Elektrische Antriebe / Dierk SchrMer. - 2., fiberarb. und erw. Aufl ISBN DOI / ISBN (ebook) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiltzt. Die dadurch begrlindeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielflltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielflltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zuuissig. Sie ist grundsa.tzlich verglitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001 UrsprUnglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2001 Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 2001 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem ~rk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dafi solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten Wllren und daher von jedermann benutzt werden dlirften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert werden sein,so kann derverlag keine Gewahr fur Richtigkeit, Vollstllndigkeit oder Aktualitllt fibernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fur die eigenen Arbeiten die vollstllndigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gilltigen Fassung hinzuzuziehen. Einbandgestaltung: medio Technologies AG, Berlin Satz: Digitale Druckvorlagen des Autors SPIN: /3111xv GedrucktaufsllurefreiemPapier

5 Vorwort zur 2. Auflage Die erste Auflage des Buches "Elektrische Antriebe 2: Regelung von Antrieben" hat eine erfreuliche Aufnahme gefunden, so daß die Neuauflage erforderlich ist. Dies wurde als eine Chance und als Ansporn gesehen, dem neuen Buch erstens eine Neuordnung der Kapitel zu geben. So folgt nach den grundlegenden regelungstechnischen Kapiteln 1-5 nun das Kapitel6: Abtastsysteme. Weiterhin folgt dem Kapitel 7: Regelung der Gleichstrommaschine sowie den Kapiteln wie der regelungstechnischen Modellbildung von netzgeführten Stromrichter-Stellgliedern oder Fehlereinflüsse und Genauigkeit bei geregelten Systemen nun die Regelung der Asynchronmaschine und danach die Regelungsvarianten der Synchronmaschinen. Erst nach der Regelungen der Antriebe an sich erfolgt die Erweiterung um mechatronische Fragestellungen. Zweitens wurden einige Kapitel in sich neu geordnet und um neue Aspekte erweitert, um eine durchgängigere Folge der Darstellungen zu erzielen. Beispielsweise wurde eine neue und damit geschlossenere Darstellung des regelungstechnischen Verhaltens der netzgeführten Stromrichter-Stellglieder erarbeitet. In Kapitel werden von Herrn Prof. Kennel- in Erweiterung der nicht ausregelbaren und ausregelbaren Fehler sowie der erreichbaren Genauigkeiten von Regelungen - die Auswirkungen der absoluten und differentiellen Genauigkeiten von Drehzahlund Positionsgebern dargestellt. Weiterhin wurden drei typische Verfahren zur Stromeinprägung bei Drehfeldmaschinen bzw. für Stellglieder auf der Netzseite eingefügt. In Kapitel wurden außerdem von Herrn Prof. Steimel die Varianten der direkten Selbstregelung ausführlich dargestellt. Es liegt somit nun eine durchgängige Beschreibung der Stromeinprägungen bei den unterschiedlichsten Stromrichter-Stellgliedern vor. Drittens wurden neue Fragestellungen aufgenommen. Die selten angesprochene Problematik der Stellgrößen-Beschränkung bzw. der Sättigung und die entsprechenden Gegenmaßnahmen (Regler-Windup und Strecken-Windup) wird in Kapitel 5.6 von Herrn Dr. Hippe und Herrn Dr. Wurmthaler abgehandelt. Weiterhin wird in Kapitel 14 das sich noch in der Entwicklung befindliche Gebiet der geberlosen Regelung von Asynchronmaschinen dargestellt. Da diese Anforderungen auch für die anderen Drehfeldantriebe bestehen, wurden im Literaturverzeichnis zusätzlich die entsprechenden Veröffentlichungen für die anderen Drehfeldantriebe, d.h. der Synchronmaschinen und der Reluktanzmaschinen, angegeben.

6 VI In Kapitel 16.5 wird von Herrn Dr. Bauer die feldorientierte Regelung der Synchronmaschine beschrieben. Damit liegen nun die relevanten Regelverfahren sowohl für die Asynchronmaschine als auch für die Synchronmaschine geschlossen vor. Weiterhin folgt nach dem mechatronischen Grundkapitel 18: Drehzahlregelung bei elastischer Verbindung zur Arbeitsmaschine nun ausgehend von diesem Kapitel die Schwingungsdämpfung in Kapitel 19 von Herrn Dr. Filipovic. In Kapitel 19 werden ganz neue Ansätze wie der Linear Active Resonator (LAR) oder der Bandpass-Absorber (BPA) dargestellt. Ausgehend von diesen einfachsten mechatronischen Grundansätzen folgt in Kapitel 20 die Darstellung der objektorientierten Modeliierung von Antriebssystemen von Herrn Dr. Otter, so daß mit diesem Werkzeug beliebig komplexe Systeme mittels Simulation analysiert werden und die Reglerentwicklung sowie die Optimierung des Gesamtsystems erfolgen können. Abschließend folgt in Kapitel 21 die Darstellung der Regelung kontinuierlicher Fertigungsanlagen von Herrn Dr. Wolfermann; dies ist ein langjähriges spezielles Arbeitsgebiet des Lehrstuhls. Außer diesen grundlegenden Verbesserungen und Erweiterungen erfolgte mit großer Unterstützung der Mitarbeiter eine Vielzahl von zeitraubenden Detail Verbesserungen, die in ihrem Umfang hier nicht aufgezählt werden können. Ich bin sowohl meinen Mitarbeitern für die tatkräftige Unterstützung als auch den vielen externen Autoren außerordentlich dankbar, daß sie neben ihrer beruflichen Arbeitsbelastung meiner Bitte entsprochen haben und einen Beitrag für dieses Buch abgefaßt haben. Ein besonderer Dank gilt meiner Sekretärin, denn allen diesen Beiträgen mußte der entsprechende Rahmen gegeben werden. Ich hoffe sehr, daß unsere vereinten Anstrengungen allen Lesern dieses Buches die Chance gibt, sich in das komplexe Gebiet der Regelung elektrischer Aktaren und der mechatronischen Systeme effizient einzuarbeiten, erworbenes Wissen aufzufrischen und zu vertiefen sowie mit den dargestellten Werkzeugen einen Ansatzpunkt zu finden, die wachsenden Anforderungen an die zu regelnden Systeme erfüllen zu können. In Erweiterung des Ihnen vorliegenden Buches liegt inzwischen das Buch "Intelligent Observer and Control Design for Nonlinear Systems" vor, in dem insbesondere für nichtlineare mechatronische Systeme Verfahren zur Identifikation, Modellierung und Regelung dargestellt werden. München, im Frühjahr 2001 Dierk Sehröder

7 Vorwort Das vorliegende Lehrbuch ist das zweite Buch in der vierbändigen Reihe "Elektrische Antriebe". Die Schwerpunktthemen dieses Bandes sind die Regelungsvarianten sowohl der drehzahlvariablen Gleichstrom- als auch der Drehstrom-Antriebe. Der vorliegende Band baut auf dem ersten Band "Elektrische Antriebe 1, Grundlagen" auf. Dies bedeutet, daß Fragen zur Auslegung von Antriebssystemen, die Signalflußpläne für Gleichstrom- und Drehstrom-Maschinen, die Steuereingriffe und deren Wirkung sowie die Funktion der Stellgliedvarianten im Ansatz als bekannt vorausgesetzt werden. Dies gilt ebenso für die grundlegensten Kenntnisse der Regelungstechnik. Großer Wert wird auf die durchgängige Darstellung der mathematischen Behandlung von Regelkreisen, der Stabilität sowie der Optimierungskriterien und deren praktische Anwendung gelegt. Es wird deshalb nicht nur das Betragsoptimum und das symmetrische Optimum, sondern auch das allgemein anwendbare Dämpfungsoptimum ausführlich behandelt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Darstellung der Regelungen von Drehfeldmaschinen. Aufgrund der Bedeutung dieses Gebiets werden die grundlegenden Signalflußpläne der Asynchron- und Synchron-Maschine und deren Abwandlungen in den verschiedenen Koordinatensystemen und Orientierungen noch einmal kurz wiederholt. Erweitert werden die Darstellungen um die permanent erregten Drehfeldmaschinen. Es folgt eine ausführliche Darstellung von Entkopplungsverfahren zur Regelung von Drehfeldmaschinen. Diese Vorgehensweise hat zwei Vorteile: Erstens wird damit das komplexe Thema der Feldorientierung leichter verständlich und zweitens resultieren die Entkopplungsverfahren in relativ einfach zu realisierenden Regelverfahren. Es folgen die Erläuterungen zur feldorientierten Regelung einschließlich der Diskussion verschiedener Modelle und der Parameteradaption. In einem weiteren Kapitel werden die Rückwirkungen mechanischer Systeme auf den elektrischen Antrieb beispielhaft erläutert. Um die angestrebte Durchgängigkeit des Lehrbuchs zu erreichen wurden auch Sonderfragen wie Fehlereinflüsse, Genauigkeit sowie Schirmung oder Approximationen des dynamischen Stellglied-Verhaltens dargestellt. Das Ziel dieses Lehrbuches ist, sowohl eine Einführung zu geben für Studierende der elektrischen Antriebstechnik an den Fachhochschulen und den Techni-

8 VIII sehen Hochschulen als auch den in der Industrie Tätigen eine Auffrischung des Wissens zu ermöglichen. Wiederum möchte ich meiner Familie und meinen wissenschaftlichen Mitarbeitern danken für das Verständnis, die Unterstützung und die hilfreichen Diskussionen bei der Abfassung. Gedankt sei auch den Mitautoren von Lehrgängen des VDI-Bildungswerkes, mit denen ich vor vielen Jahren einen intensiven Gedankenaustausch über die industriell augewandten Regelungsverfahren hatte. München, im Frühjahr 1995 Dierk Sehröder

9 Regelungstechnische Grundbegriffe und Grundregeln Gegenüberstellung von Steuerung und Regelung.... Beschreibung des dynamischen Verhaltens durch Signalflußpläne Frequenzgang Ortskurvendarstellung in rechtwinkligen Koordinaten Frequenzkennlinien, Bode-Diagramm.... Rechenregeln, Umwandlungsregeln, Signalflußplan. Führungs- und Störungsübertragungsfunktion... Stabilisierung und Optimierung von Regelkreisen Stabilität..... Nyquist-Kriterium.... Frequenzkennlinien Stabilitätsprüfung anhand der Übertragungsfunktion Optimierung bei offenem Kreis (Bode-Diagramm) Standard-Optimierungsverfahren 3.1 Betragsoptimum (BO) Herleitung für Strecken ohne I-Anteil Verallgemeinerung und Anwendung des Betragsoptimums Mathematische Herleitung des Betragsoptimums Symmetrisches Optimum (SO) Herleitung für Strecken mit I-Anteil Verallgemeinerung und Anwendung des Symmetrischen Optimums Mathematische Herleitung des Symmetrischen Optimums Auswahl des Reglers und Bestimmung der Optimierung Optimierungstabelle Führungsverhalten bei rampenförmiger Anregung Verallgemeinerte Optimierungsverfahren Dämpfungsoptimum (DO)

10 X Herleitung der Doppelverhältnisse Standardfunktionen des Dämpfungsoptimums. 86 Reglerauslegung nach dem Dämpfungsoptimum 88 Beispiele zum Dämpfungsoptimum Zählerpolynom und äquivalente Sollwertglättung 97 Erweitertes Dämpfungsoptimum. 99 Kompensation des Zählerpolynoms Divisionsmethode Allgemeine Methode für Strecken mit Zählerpolynomen. 100 Reglerentwurf durch Gütefunktionale. 104 Reglerauslegung mit MATLAB Regelkreisstrukturen 112 Allgemein vermaschter Regelkreis 112 Begrenzungsregelung Störgrößenaufschaltung 113 Hilfsstellgrößen Kaskadenregelung Modellbasierte Regelungen. 119 Conditional Feedback Interna! Model Control (IMC). 120 Smith-Prädiktor Vorsteuerung Übertragungsfunktionen Auslegung der Vorsteuerübertragungsfunktion A(s) 124 Beispiel: Nachlaufregelung mit IT 1-Strecke Beispiel: Nachlaufregelung mit zwei PT 1-Strecken und PI-Regler 127 Zustandsregelung Zustandsdarstellung Normalformen Lösung der Zustandsdifferentialgleichung im Zeitbereich 134 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 134 Entwurf einer Zustandsregelung Zustandsbeobachter Beobachtung mit Differentiation und Parallelmodell. 140 Luenberger-Beobachter Zustandsregelung mit Beobachter 143 Kaiman-Filter Zusammenfassung Stellbegrenzungen in Regelkreisen. 147 Dr. P. Hippe, Dr. C. Wurmthaler Allgemeine Vorbemerkungen Regler-Windup bei PI- und PID-Reglern 148 Beschreibung des Phänomens

11 XI Maßnahmen zur Vermeidung des Regler-Windup bei PI- und PID-Reglern Systematisches Vorgehen zur Beseitigung von Regler- und Strecken-Windup Abtastsysteme Grundlagen der z-'ifansformation. Abtastvorgang.... z-transformation Gesetze und Rechenmethoden der z-'ifansformation 'Ifansformationstabelle Übertragungsfunktionen von Abtastsystemen... Stabilität und Pollagen Übertragungsverhalten von zeitdiskreten Systemen Frequenzkennlinien-Darstellung von Abtastsystemen Systeme mit mehreren nichtsynchronen Abtastern. Einschleifige Abtastregelkreise.... Aufbau von digitalen Abtastregelkreisen Elementare zeitdiskrete Regler..... Quasikontinuierlicher Reglerentwurf... Optimierung des Reglers bei Abtastregelkreisen Realisierungsverfahren von Abtastregleni.... Parameteroptimierung des Reglers nach einem Gütekriterium Entwurf als Kompensationsregler Entwurf zeitdiskreter Regelkreise auf endliche Einstellzeit Reglerentwurf ohne Stellgrößenvorgabe.... Reglerentwurf mit Stellgrößenvorgabe..... Wahl der Abtastzeit bei Dead-Beat-Reglern. Beispiel zum Dead-Beat-Regler... Regelung der Gleichstrommaschine Geregelte Gleichstromnebenschlußmaschine im Ankerstellbereich Stromregelkreis... EMK-Kompensation.... EMK-Bestimmung.... Ausführung der EMK-Aufschaltung Optimierung des Stromregelkreises. Optimierung des Stromregelkreises mit Meßwertglättung Drehzahlregelkreis Optimierung des Drehzahlregelkreises mit Meßwertglättung Regelkreise mit Stromsollwertbegrenzung. Direkte Drehzahlregelung. Strombegrenzungsregelung

12 XII Lageregelung Geregelte Gleichstromnebenschlußmaschine im Feldschwächbereich Erregerstromregelung Schaltungsvarianten Sammelschienenantrieb Contiflux-Regelung Spannungsabhängige Feldschwächung Fehlereinflüsse und Genauigkeit bei geregelten Systemen Ausregelbare Fehler Nicht ausregelbare Fehler Abschätzung der Auswirkung der Fehler 274 Statische Fehler Fehler des Operationsverstärkers 275 Laständerungen. 277 Sollwertgeber. 278 Tachogenerator 279 Istwertteiler Erreichbare Genauigkeit analog drehzahlgeregelter Antriebe 280 Fehler in Systemen mit digitaler Erfassung von Position und Drehzahl Digitale Positionsmes~1,1ng. 282 Digitale DrehzahlerfasSung. 283 Geber Strommessung Spannungsmessung Gegenüberstellung von Drehzahl- und Positionsgebern 289 Prof. Dr. R. Kennel Drehzahlregelung Positionsregelung EMV, störsichere Signalübertragung und Störschutzmaßnahmen 301 Oberschwingungen, EMV und Normen 301 Störsichere analoge Signalübertragung 303 Störschutzmaßnahmen Netzgeführte Stromrichter 307 Prinzipielle Funktion netzgeführter Stellglieder Vereinfachte Approximation Untersuchung des dynamischen Verhaltens netzgeführter Stromrichterstellglieder Analyse des Stromrichterstellglieds bei einer Zündwinkelverstellung in Richtung abnehmendem Steuerwinkel

13 XIII Analyse des Stromrichterstellglieds bei einer Zündwinkelverstellung in Richtung zunehmendem Steuerwinkel Diskussion der Ergebnisse Laufzeitnäherung für das Großsignalverhalten, Symmetrierung Großsignal-Approximationen für netzgeführte Stromrichterstellglieder Zusammenfassung Untersuchung von Regelkreisen mit Stromrichtern mit der Abtasttheorie o Untersuchung des Steuergerätes ohne dynamische Symmetrierung 344 Untersuchung des Stromrichters Stromrichterstellglied bei lückendem Strom 351 Adaptive Stromregelung 356 Allgemeine Betrachtung Praktische Realisierung Prädiktive Stromführung Zusammenfassung Beschreibungsfunktion des Stromrichters mit natürlicher Kommutierung Allgemeine Einführung Diskussion der Ergebnisse Untersuchung von Regelkreisen mit der Beschreibungsfunktion Grenzen des Verfahrens Vergleich verschiedener Approximationen für netzgeführte Stromrichter Ermittlung von G1(z, m), Sprungfähigkeit Berechnung der ersten Ableitung der Steuersatzeingangsspannung Überprüfung der Stromrichterstellglied-Approximationen Synthese von Regelkreisen mit Stromrichter-Stellgliedern Asynchronmaschine Grundlagen Funktionsprinzip der Drehfeld-Asynchronmaschine Raumzeigerdarstellung Definition eines Raumzeigers Rücktransformation auf Momentanwerte Koordinatensysteme Differentiation im umlaufenden Koordinatensystem Bestimmung der Raumzeiger aus Motordaten

14 XIV Signalflußpläne der Asynchronmaschine Beschreibendes Gleichungssystem Verallgemeinerter Signalflußplan der spannungsgesteuerten Asynchronmaschine Signalflußplan der stromgesteuerten Asynchronmaschine 437 Stationärer Betrieb der Asynchronmaschine. 439 Umrechnung für Stern- und Dreieckschaltung 441 Steuerverfahren der Asynchronmaschine 444 Signalflußplan bei Statorflußorientierung Signalflußplan bei Rotorflußorientierung Signalflußplan bei Luftspaltflußorientierung 453 Regelungsverfahren der Asynchronmaschine 459 Entkopplungsregelung der Asynchronmaschine. 459 Entkopplung bei Umrichtern mit eingeprägter Spannung 461 Entkopplung bei Umrichtern mit eingeprägtem Strom. 470 Feldorientierte Regelung der Asynchronmaschine 477 Modellbildung der Asynchronmaschine 485 h-modell (Strommodell) ßL-Modelle und hsh-modelle 491 U 1h-Modell U 11 1Sh-Modell U 1fh-Modell Zusammenfassung der Modelle 507 Modellnachführung Ansätze zur Parameternachführung. 509 Parameteradaption Asynchronmaschine in normierter Darstellung 517 Feldschwächbetrieb der Asynchronmaschine. 522 Einschränkungen bei der Realisierung der Regelung von Drehfeldantrieben Abtastender Regler Sättigungseffekte Realisierbare Entkopplungsstruktur. 527 Zusammenfassung Regelung von Drehfeldmaschinen ohne Drehzahlsensor 530 Einführung Prinzipielle Grundgleichungen Grundlegendes nichtadaptives Verfahren 539 Nichtadaptive Verfahren: Statorspannungsgleichungen. 543 Nichtadaptive Verfahren: Flußgleichungen 547 Nichtadaptive Verfahren: Sollgrößenansatz 549 Direkte Schätzung der Rotordrehzahl. 551 Adaptive Verfahren

15 MRAS-Verfahren. Problematik bei tiefen Frequenzen. MRAS-Verfahren: EMK~Berechnung MRAS-Verfahren: Flußberechnung. MRAS-Verfahren, basierend auf Blindleistungsberechnung Verfahren mittels Zustandsschätzung.... Verfahren auf Basis eines Luenberger-Beobachters. Verfahren auf Basis eines Kaiman-Filters Schätzverfahren mit neuronalen Netzen.... Auswertung von Harmonischen.... Auswertung von hochfrequenten Zusatzsignalen Bewertende Zusammenfassung XV Stromregelverfahren für Drehfeldmaschinen Regelstrecke und Stellglied der Statorstromregelung. Indirekte Verfahren der Statorstromregelung. Modulationsverfahren.... Grundfrequenztaktung Nicht synchronisierte Pulsweitenmodulation Synchronisierte Pulsverfahren Wahl der Pulszahlen, erzielbare Ausgangsfrequenzen Optimierte Pulsverfahren Spannungsraumzeigermodulation... On-line optimierte Pulsmustererzeugung Raumzeiger-Hystereseverfahren... Prädiktive Stromregelung mit Schalttabelle Dead-Beat-Pulsmustererzeugung Direkte Regelungen Prof. Dr. A. Steimel Direkte Selbstregelung Indirekte Statorgrößen-Regelung Direct Torque Control Synchronmaschine Synchron-Schenkelpolmaschine ohne Dämpferwicklung Beschreibendes Gleichungssystem.... Synchron-Schenkelpolmaschine in normierter Darstellung. Signalflußplan bei Spannungseinprägung Signalflußplan bei Stromeinprägung Ersatzschaltbild der Synchron-Schenkelpolmaschine.. Synchron-Schenkelpolmaschine mit Dämpferwicklung. Beschreibendes Gleichungssystem und Signalflußplan. Ersatzschaltbild der Schenkelpolmaschine mit Dämpferwicklung

16 XVI Synchron-Vollpolmaschine Beschreibendes Gleichungssystem und Signalflußpläne Ersatzschaltbild der Synchron-Vollpolmaschine... Feldorientierte Darstellung der Synchron-Vollpolmaschine mit Dämpferwicklung.... Steuerbedingungen der Vollpolmaschine ohne Dämpferwicklung Regelung der Synchronmaschine durch Entkopplung.. Regelung der Synchronmaschine durch Feldorientierung. Dr. F. Bauer Modelle zur Flußermittlung Spannungsmodell (U 1J 1-Modell).... Spannungsmodell als Wechselgrößenmodell. Polares Spannungsmodell Spannungsmodell als Gleichgrößenmodell. Strommodell der Schenkelpolmaschine.. Regelung der Synchronmaschine.... Berechnung des Erregerstroms mit dem Strommodell Ablösung verschiedener Modelle... Flußregelung.... Flußführung im Feldschwächbereich Steuerung des cos cp der fremderregten Synchronmaschine. Permanentmagneterregte Synchronmaschine (PM-Maschine) Signalflußplan der PM-Maschine Regelung der PM-Maschine ohne Reluktanzeinflüsse.... Rechteckförmige Stromeinprägung ohne Reluktanzeinflüße. Vergleich der sinus-und rechteckförmig gespeisten PM-Maschine Feldschwächbereich der PM-Maschine PM-Maschine mit Reluktanzeinflüssen Steuerverfahren für Ankerstell- und Feldschwächbetrieb Geschaltete Reluktanzmaschine Überlappende Bestromung von Statorwicklungen Leistungselektronische Stellglieder. Drehmoment-Welligkeit Geberloser Betrieb Drehzahlregelung bei elastischer Verbindung zur Arbeits maschine 802 Regelung der Arbeitsmaschinendrehzahl. Streckenübertragungsfunktion G s 1 ( s)... Analyse der Übertragungsfunktion G 81 ( s) Einfluß der elastischen Kopplung auf den Drehzahlregelkreis Regelung der Antriebsmaschinendrehzahl

17 XVII Streckenübertragungsfunktion G s 2 ( s) Analyse der Übertragungsfunktion G s 2 ( s) Einfluß der elastischen Kopplung auf den Drehzahlregelkreis Simulative Untersuchung der Arbeitsmaschinendrehzahl Bewertung der konventionellen Kaskadenregelung Zustandsregelung des Zweimassensystems Zustandsdarstellung.... Zustandsregelung ohne I-Anteil.... Auslegung einer Zustandsregelung nach dem Dämpfungsoptimum Zustandsregelung mit I-Anteil.... Verallgemeinerung: Mehrmassensysteme Schwingungsdämpfung Allgemeine Problemstellung Local Absorption of Vibrations Dr. D. Filipovic Introduction Resonant Absorbers: Linear Active Resonator (LAR) Design of the LAR Single-rnass Multi-frequency Resonator.... Comments.... Absorbers with Local Feedback in Multi-mass Systems Analysis of the Primary System... Combined System with the Absorber Related Problems Verification of Results Comments.... Bandpass Absorber (BPA) Concept of the BPA.... A Case Study: Paper Mill Vibrations Simulation Results of the Paper Mill Model Comments Conclusion Objektorientierte Modeliierung von Antriebssystemen Dr. M. Otter Modulare Signalflußpläne Objektdiagramme.... Vollständiges Beispiel.. Modelica - Kontinuierliche Systeme Komponenten-Schnittstellen. Transformationsalgorithmen..... Lineare Deskriptorsysteme.... Manuelle Transformation in die Zustandsform

18 XVIII Direkte Behandlung als Deskriptorsystem Numerische Transformation in die Zustandsform... Sonderfälle bei der Transformation in die Zustandsform. Singuläre Deskriptorsysteme. Index einer DAE Einführendes Beispiel Strukturell inkonsistente Deskriptorsysteme Fantelides-Algorithmus... Dummy-Derivative-Methode Modelica - Hybride Systeme Strukturvariable Systeme.. Ideale elektrische Schaltelemente Coulomb-Reibung Reibungsbehaftete Komponenten Regelung kontinuierlicher Fertigungsanlagen Dr. W. Wolfermann 21.1 Einführung Modellierung des Systems Technologisches System Stoffbahn Linearisierung Verhalten der Mechanik Elektrische Antriebe Linearer Signalflußplan des Gesamtsystems Systemanalyse Regelbarkeit der Bahnkräfte Stillstand der Maschine Dynamik des ungeregelten Teilsystems Drehzahlregelung mit PI-Reglern in Kaskadenstruktur Nicht schwingfähiges ungeregeltes System Schwingfähiges ungeregeltes System. Regelung ohne Entkopplung.... Regelung mit Entkopplung..... Bahnkraftregelung mit PI-Reglern Registerfehler bei Rotationsdruckmaschinen Einführung Ableitung des Registerfehlers.... Linearisierung des Registerfehlers...,.. Zusammenhang der Registerfehler aufeinanderfolgender Druckwerke.... Linearisierter Signalflußplan Dynamisches Verhalten des Registerfehlers. Druckmaschine mit Drehzahlregelung

19 Druckmaschine mit Winkelregelung. Druckmaschine mit Registerfehlerregelung Zustandsregelung des Gesamtsystems. Dezentrale Regelung.... Regelung des isolierten Teilsystems Dezentrale Entkopplung... Grundlagen des Verfahrens... Mathematische Beschreibung... Modaltransformation des Teilsystems. Berechnung der Rückführkoeffizienten Algorithmus. Beispiel.... Beobachter..... Zentrale Beobachter Dezentrale Beobachter Allgemeines Approximation durch Störmodelle. Beispiel: Dezentraler Beobachter für zwei Teilsysteme Parameteränderungen Informationsaustausch zwischen den Teilbeobachtern Zustandsregelung mit dezentralen Beobachtern... Beinflussung von dezentralen Reglern und Beobachtern Zusammenfassung.... Variablenübersicht XIX Literaturverzeichnis Grundlagen.... Stellbegrenzungen in Regelkreisen. z-transformation Antriebstechnik und benachbarte Gebiete Leistungshalbleiter Leistungselektronik Ansteuerung, Beschaltung, Kühlung Leistungselektronik Simulation, CAE Gleichstromsteller, DC-DC-Wandler.... Netzgeführte Stromrichter: Schaltungstechnik, Auslegung. Netzgeführte Stromrichter: Regelung Direktumrichter Untersynchrone Kaskade (USK)... Stromrichtermotor Stromzwischenkreis-U mrichter (I-Umrichter) Spannungszwischenkreis-Umrichter (U-Umrichter) Regelung von Asynchron- und Synchronmaschine

20 XX Direkte Selbstregelung von Drehfeldmaschinen. Geberlose Asynchronmaschinen-Regelung... Reluktanzmaschine Geschaltete. Reluktanzmaschine: Auslegung und Regelung Geschaltete Reluktanzmaschine: Optimierter Betrieb... Geschaltete Reluktanzmaschine: Geberloser Betrieb.... Geschaltete Reluktanzmaschine: Synchron-Reluktanzmotor. Systemintegration elektrischer Antriebe Schwingungsdämpfung Objektorientierte Modellierung, Deskriptorsysteme Kontinuierliche Fertigungsanlagen Stichwortverzeichnis