Technische Universität Dresden. Modellierung und Identifikation der Parameter des Linearantriebs der Magnetschwebebahn Transrapid

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1 Technische Universität Dresden Modellierung und Identifikation der Parameter des Linearantriebs der Magnetschwebebahn Transrapid Jens Rost von der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktoringenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Großmann Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Güldner Tag der Einreichung: Prof. Dr.-Ing. Stephan Tag der Verteidigung: Prof. Dr.-Ing. Hellinger

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3 Berichte aus der Elektrotechnik Jens Rost Modellierung und Identifikation der Parameter des Linearantriebs der Magnetschwebebahn Transrapid Shaker Verlag Aachen 2009

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2008 Copyright Shaker Verlag 2009 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 Inhaltsverzeichnis iii Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... iii Formelzeichen und Abkürzungen... v 1 Einführung Einleitung und Motivation Eigener Beitrag Gliederung der Arbeit Linearantriebe für spurgebundene Verkehrssysteme Lineare Antriebssysteme bei Magnetschwebebahnen Lineare Antriebssysteme für den Einsatz in Rad-Schiene-Systemen Antriebssystem der Magnetschwebebahn Transrapid Modellierung des linearen synchronen Langstatorantriebs Modellierung der Streckenkabel Differentialgleichung der Leitung Modelle des stationären Verhaltens der Leitung Physikalisches Modell der elektrischen Leitung Beschreibung des Systemverhaltens durch die Vierpoltheorie Modelle des dynamischen Verhaltens der Leitung Modellierung der Streckenkabelsysteme Modellierung der linearen Synchronmaschine Identifikation der Parameter des allgemeinen Streckenmodells Identifikation der Streckenkabelparameter im Inbetriebnahmemodus Berechnung der Modellparameter mit fehlerfreien Messwerten Schätzung der Modellparameter mit fehlerbehafteten Messwerten Adaption der Streckenkabelparameter im Betrieb Identifikation der Motorparameter im Inbetriebnahmemodus und im Betrieb. 103

6 iv Inhaltsverzeichnis 5 Parameteridentifikation des strukturierten Streckenkabelmodells Schätzung der Parameter bei Doppelspeisung ohne Stichleitung Schätzung der Parameter bei Doppelspeisung mit Stichleitung Schätzung der Parameter der Statorkabel Schätzung der Parameter bei Einfachspeisung Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang A Statorkonfiguration Anhang B Simulationsergebnisse Sechspolparameter Anhang C Simulationsbeispiele des strukturierten Modells Lebenslauf

7 Formelzeichen und Abkürzungen v Formelzeichen und Abkürzungen Die in den folgenden Beschreibungen verwendeten Formelzeichen, Symbole und Abkürzungen werden grundsätzlich an der Stelle des ersten Auftretens definiert. Allgemein gilt aber, dass unterstrichene Größen komplex sind, fett gedruckte Formelzeichen charakterisieren Matrizen und mit Dach gekennzeichnete Symbole stellen Schätzwerte dar. Aus diesem Grund enthält die folgende Aufstellung auch nur die wesentlichsten Formelzeichen und Abkürzungen. Formelzeichen und Symbole C Kapazitätsbelag einer Leitung f Frequenz F abs F max F rel absoluter Fehler, absolute Abweichung maximaler Fehler, maximale Abweichung relativer Fehler, relative Abweichung G Querleitwertsbelag einer Leitung Ausbreitungskonstante I Strom I r, I re Realteil des Stromes I I j, I im Imaginärteil des Stromes I k Laufvariable der Einzelmessung k f, a n, b n Polynomfaktoren K Kettenparameter K r, K re Realteil des Kettenparameters K K j, K im Imaginärteil des Kettenparameters K L Induktivitätsbelag einer Leitung L Induktivität l Länge Kreisfrequenz R Längswiderstandsbelag einer Leitung R Widerstand s Laplaceoperator t Zeit, Zeitschritt U Spannung

8 vi Formelzeichen und Abkürzungen U r, U re U j, U im Y Y r, Y re Y j, Y im Z Z r, Z re Z j, Z im Z 0 Realteil der Spannung U Imaginärteil der Spannung U Admittanz Realteil der Admittanz Y Imaginärteil der Admittanz Y Impedanz, Impedanzparameter Realteil der Impedanz Z Imaginärteil der Impedanz Z Wellenwiderstand Abkürzungen LSM MLM MWM Methode der kleinsten Fehlerquadrate, Least Square Method Maximum-Likelihood-Methode, iterative gewichtete Methode der kleinsten Fehlerquadrate Mittelwertmethode