Modulares Motortestsystem für Klein- und Mikroantriebe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei dem „Modularen Motortestsystem für Klein- und Mikroantriebe“ handelt es sich um ein multifunktionales Großgerät, mit dem sich elektromagnetische Klein- und Mikroantriebe umfassend charakterisieren lassen. Elektromotoren können sowohl klassisch mittels Lastmaschine als auch mittels Parameteridentifikationsverfahren (PI), d.h. ohne Verwendung von externen Sensoren wie z.B. Drehmomentsensoren, analysiert bzw. ihre Parameter ermittelt werden. Darüber hinaus lassen sich mit Hilfe eines Temperaturmoduls Untersuchungen bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchten durchführen und mit einem spezifischen Teilmodul auch Lebensdaueruntersuchungen vornehmen. Ein Messsystem für Körperschall erlaubt die zerstörungsfreie Analyse von z.B. Reibvherhalten oder Lagerschäden. Gemäß der ursprünglichen Intension wurde und wird das Motortestsystem für unterschiedliche Messaufgaben zu Klein- und Mikroantrieben verwendet. Es ist hervorragend dafür geeignet, sich bei interessierenden Antrieben einen vergleichenden Überblick zu verschaffen, da Messungen insbesondere auch aufgrund der installierten Mess-Hard- und Software flexibel und schnell auf den jeweiligen Bedarf anpassbar und auch übertragbar sind. Somit hat das Motortestsystem für den Lehrstuhl die erhoffte strategische Bedeutung gewonnen, weil es einerseits selber immer wieder Gegenstand von Forschungsarbeiten war und ist, sowie andererseits, weil es als Ausgangspunkt für weiterführende wissenschaftliche Arbeiten fungiert. So führten die bei Messungen beobachteten starken Abhängigkeiten beim Motorverhalten von der jeweils verwendeten Ansteuerelektronik zu zwei derzeit noch laufende Promotionsarbeiten, die sich mit deutlicher Anlehnung an Fragestellungen aus der Informatik den Themen Kommunikation und Parallelisierung von Prozessen auf Prozessorebene widmen. Die Abschlussarbeiten waren sämtlich mit Optimierungen und Erweiterungen des bestehenden Motortestsystems befasst. Die weiteren wissenschaftlichen Veröffentlichungen haben sowohl sensorlose Ansteuerverfahren als auch spezifische Ansätze zur Parameteridentifikation zum Gegenstand und haben ausnahmslos ihren Ursprung bei Untersuchungen mit dem Motortestsystem. Rückblickend hat sich das modulare Motortestsystem für Klein- und Mikroantriebe als Dreh- und Angelpunkt für die gesamte Messtechnik am Lehrstuhl für Antriebstechnik etabliert. Neben Weiterentwicklungen am und zum Motortestsystem liegen hier die Wurzeln für die heutigen Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl in den Bereichen „Parameteridentifikation“, „Sensorlose Ansteuerverfahren“ – im Wesentlichen basierend auf der Ausnutzung von magnetischer Anisotropie – und den Arbeiten zu den Themen Kommunikation und Parallelisierung von Prozessen auf Prozessorebene, die dem dritten Forschungsschwerpunkt „Embedded Drive Systems“ zugeordnet sind. Als wesentliche Ergebnisse mit und ausgehend vom Motortestsystem lassen sich erarbeitete tiefergehende Erfahrungen und wissenschaftliche Erkenntnisse zu allen drei angeführten Forschungsschwerpunkten am Lehrstuhl für Antriebstechnik ausmachen. Letztlich trägt das Motortestsystem auch wesentlich zur mittlerweile umfassenden Ausstattung des Lehrstuhls bei und zieht Studenten für wissenschaftliche Abschussarbeiten und Interessenten für Promotionen an, so dass schon seit Jahren kein Nachwuchsmangel herrscht. Ebenfalls positiv ist die Außendarstellung, über die es bis jetzt gelungen ist, über eingeworbene Drittmittel eine auskömmliche Finanzierung der Doktoranden und studentischen Hilfskräften sicher zu stellen. Nicht zuletzt bei den Industrieprojekten spielt neben der fachlichen Kompetenz stets auch die Ausstattung eine wichtige Rolle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Sensorloses Ansteuerverfahren für elektronisch kommutierte Elektromotoren basierend auf der Rotorlageabhängigkeit der Stranginduktivitäten”. SPS IPC Drives Kongress, Nürnberg, Deutschland, November 2014
Nienhaus, M.; Strothmann, R.
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“Embedded Multi-Core Systems for the Integration of Multi-Axis Motor-Controllers for Sensorless Electrical Drives“. Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik (IKMT 2015) & IEEE Xplore, Köln, Germany, September 2015
Wagner, E.; Lehser, M.; Nienhaus, M.
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„Electrical symmetry measurement of coreless windings used in high precision electromagnetic drives“. Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik (IKMT 2015) & IEEE Xplore, Köln, Germany, September 2015
Schwartz, R.; Grasso, E.; Nienhaus, M.
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„Implementation of a Motion Control Measuring System for analyzing and comparing drive controls and control methods of small and micro drives, based on RTAI and Simulink“. Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik (IKMT 2015) & IEEE Xplore, Köln, Germany, September 2015
Becker, M.; Fritzen, K.; Nienhaus, M
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„Mechatronisches Antriebssystem eines zukunftsträchtigen Flugzeugs“. MECHATRONIK 2015, Dortmund, Deutschland, März 2015
May, C.; Schwartz, R.; Martini, T.; Nienhaus, M.
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„Simulation and analysis of the winding inductances of small electrical motors for a sensorless control method“. Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik (IKMT 2015) & IEEE Xplore, Köln, Germany, September 2015
Kleen, S.; Nienhaus, M.
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„Temperaturmessverfahren für piezoelektrische Aktoren in mechatronischen self sensing Systemen“. MECHATRONIK 2015, Dortmund, Deutschland, März 2015
Grasso, E.; Merl, D.; Nienhaus, M.
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“Erweiterte Funktionalität bei Kleinantrieben auf Basis eines sensorlosen Ansteuerverfahrens”. Fortschritte in der Antriebs- und Automatisierungstechnik (FAA 2016), Stuttgart, Deutschland, April 2016
Nienhaus, M.; Grasso, E.; Kleen, S.
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“Motor als Sensor – Ein modellbasierter Ansatz für die Zustandsüberwachung elektromagnetischer Antriebe”. Zeitschrift Technisches Messen, Oldenburg, 2016
Nienhaus, M., Grasso, E.; Kleen, S.
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“Noise-robust Online Parameter Identification of BLAC Machines Using Sliding Mode Differentiator”. Proceeding Actuator 2016, Bremen, Germany, Juni 2016
König, N.; Grasso, E.; Merl, D.; Nienhaus, M.
