Session: 1 Entwicklung eines HiL-Prüfstandes zum modellbasierten Entwurf und zur Analyse selbstoptimierender Steuerungsund Regelungsalgorithmen dezentraler Antriebsumrichter (MSF-Vathauer Antriebstechnik) 06. Juli 2016 Bielefeld www.its-owl.de
SPS Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Antriebsumrichter Motorprüfstand Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 2
Einführung MSF- Vathauer Antriebstechnik GmbH & Co. KG 1978 gegründetes inhabergeführtes Unternehmen Hauptsitz in Detmold (Entwicklung und Produktion) Mitarbeiter: 120 3 Produktion- und Konfigurationsstandorten 18 Vertriebsstandorte Produkte und Kompetenzen in den Bereichen Dezentrale Antriebstechnik Dezentrale Antriebsautomatisierung Motoren und Getriebe Energierückgewinnung Branchen Transport und Intralogistik Energierückgewinnung Bahntechnologie it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 3
Einführung Forschungspartner Fraunhofer-Einrichtung für Entwurfstechnik Mechatronik IEM Start im März 2011 als Projektgruppe des Fraunhofer IPT, Aachen Seit Januar 2016 eigenständige Fraunhofer- Einrichtung für Entwurfstechnik Mechatronik IEM Derzeit 71 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (Stand 18. Januar 2016) Heinz Nixdorf Institut Forschungszentrum der Universität Paderborn, gegründet 1987 Derzeit ca. 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 9 Professuren it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 4
Einführung Ausgangssituation für das Transferprojekt Motivation Trends aus der Intralogistik zeigen eine zunehmende Individualisierung von Produkten mit hoher Variantenvielfalt Produkte selbst werden aktives Steuerungselement Schnelle und autonome Entscheidungen auf unterster Feldebene Hochflexible dezentrale Antriebsautomatisierung mit adaptiven Funktionsumfang Verarbeitung von Sensor- und Umgebungseinflüssen im Antriebsmanagement?? it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 5
SPS Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Antriebsumrichter Motorprüfstand Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 6
Entwicklung eines HiL-Prüfstandes zum modellbasierten Entwurf und zur Analyse selbstoptimierender Steuerungs- und Regelungsalgorithmen dezentraler Antriebsumrichter Zielsetzung Modellbasierte Entwicklung neuer intelligenter Algorithmen für die dezentrale Motorsteuerund regelung Hardware-in-the-Loop Entwicklungsumgebung 1) Identifikation des Anwendungsszenarios Rollenbahn Modellanforderungen Prozesseigenschaften 2) HiL-Entwicklungsumgebung Konzept für Prüfstand Sensorik Datenverarbeitung Inbetriebnahme newctrl(); SPS Motorprüfstand Antriebsumrichter it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 7
Vorgehensweise 1. Phase: Entwicklung HiL-Prüstand Systemanforderungen des HiL-Prüfstandes Konzeptionierung des HiL-Prüfstandes Aufbau und Inbetriebnahme des HiL-Prüfstandes Laufzeit: Okt. 2015 - Juni 2016 2. Phase: Modellbasierte Entwicklung Anforderungen an die Entwicklungsumgebung System -identifikation und Modellierung Toolchain, Nutzbarkeit, Anwendung und Synthese 3. Phase: Wissenstransfer Einführung modellbasierte Entwicklung it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 8
SPS Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Antriebsumrichter Motorprüfstand Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 9
Ergebnisse Modellparametrisierung 1. Auswahl Asychronmaschine entsprechend der Anwendungsanforderungen aus herkömmlichen Datenblatt 2. Eingabe von Leistungsdaten 3. Berechnung von elektrischen Parametern auf Basis empirischer Daten 4. Berechnung liefert Fehlerabschätzung der Parameter 5. Parametrisierung der Simulink-Modelle 6. Modell kann für Simulation und Entwicklung neuer Algorithmen genutzt werden. 3. 5. 1. 2. 4. it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 10 6.
Ergebnisse Simulation mit Modellen unter MATLAB/SIMULINK Solldrehzahl Istdrehzahl Drehzahl / min -1 Lastmoment = 0 Nm Lastmoment = 2 Nm Zeit / s Reaktion des FU und Motormodells auf einen Drehzahlsprung von 0 min-1 auf 3000 min-1 Bei ca. t=30 s wird ein Lastmoment von 2 Nm aufgeschaltet it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 11
Drehmoment / Nm Ergebnisse Simulation mit Modellen unter MATLAB/SIMULINK Lastmoment = 0 Nm Lastmoment = 2 Nm Einschwingvorgang Zeit / s Reaktion des FU und Motormodells auf einen Drehzahlsprung von 0 min-1 auf 3000 min-1 Bei ca. t=30 s wird ein Lastmoment von 2 Nm aufgeschaltet it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 12
FU-Prototyp Schnittstelle HiL Schnitstelle Ergebnisse Entwicklung des HiL-Prüfstandes SPS Datenaustausch n(t), i(t), M(t), x(t) u(t), f(t), P(t), newfucontrol(, ) { dothis dothat } Realer Prüfstand Modell it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 13
Ergebnisse Entwicklung des Prüfstandes I/O Klemmen Umrichter Strommessung Drehzahl- und Drehmomentmessung Antriebsmotor Lastmotor SPS it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 14
Ergebnisse Test von Algorithmen am Prüfstand it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 15
SPS Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Antriebsumrichter Motorprüfstand Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 16
Zusammenfassung Resümee Konzipierung einer Werkzeugkette zur Weiterentwicklung der Umrichterfunktionen Abbildung von grundlegenden Modellen z.b. Umrichter u. Motor Entwicklung eines HiL-Prüfstandes für die modellbasierte Entwicklung Wissenstransfer modellbasierte Entwicklung zur Fa. MSF- Vathauer Antriebstechnik newctrl(); Ausblick Einführung der modellbasierten Entwicklung bei der Fa. MSF-Vathauer Antriebstechnik Prüfung der Übertragbarkeit auf andere und neue Produkte Weiterbildung und Qualifizierung der Mitarbeiter Folgeprojekte im Bereich neuer Technologien Schaffung neuer Arbeitsplätze it s OWL Clustermanagement GmbH 07.07.2016 17
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www.its-owl.de