Fraktionale Flussschätzer zur Regelung axialer Magnetlager unter dem Einfluss von Wirbelströmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336061848

Im Streben nach nachhaltigen Industrielösungen in der heutigen Zeit gewinnen die öl- und wartungsfreien aktiven Magnetlager weiter an Bedeutung. Durch stetig sinkende Kosten für die benötigte Elektronik gewinnt die Technologie an Attraktivität und viele neue Anwendungsfelder werden erschlossen. Eine besondere Herausforderung stellt die hochdynamische Regelung von magnetischen Axiallagern dar, wie sie u. a. in modernen Werkzeugspindeln zum Einsatz kommen. Prinzipbedingt können die Magnetkerne nicht geblecht werden und die wirbelstrombedingte Feldverdrängung beeinträchtigt in hohem Maße die Kraftdynamik. Mit Hilfe eines fraktionalen Flussschätzers als Ergänzung zur konventionellen dezentralisierten und kaskadierten Lageregelung konnte in der ersten Projektphase eine Lösung erarbeitet werden. Der Schätzer berechnet in Echtzeit aus dem gemessenen Spulenstrom den unmittelbar kraftbildenden Fluss, womit die Beeinträchtigungen durch die Wirbelströme kompensiert werden können. Ziel des Vorhabens in dieser zweiten Projektphase ist die Erweiterung des Anwendungsbereichs des Flussschätzers auf Zustandsregelungen und –beobachter. Diese sind in der Forschung bereits seit vielen Jahren bekannt, gewinnen aber erst jetzt durch die zunehmende Verbreitung von leistungsstarken FPGA-Controllern auch praktische Bedeutung. Die Berücksichtigung des durch den Flussschätzer abgebildeten fraktionalen Systemverhaltens zu Beginn dieser neuen Entwicklung ist essentiell. Die Implementierung erfolgt über eine effiziente Filterkaskade, der vorangehende Berechnungsgang ist jedoch noch sehr aufwendig. Er erfordert die Anwendung von Langzahlarithmetik und zusätzliches Wissen zur Vermeidung von Koeffizienten-Quantisierungsfehlern in den auftretenden Polynomen hoher Ordnung. Deshalb ist ein neuer Berechnungsgang zu entwickeln, der ausschließlich auf numerisch unkritischen Übertragungsgliedern in einer faktorisierten Pol-Nullstellen-Form basiert. Mit den neuen Erkenntnissen und einem optimierten experimentellen Versuchsaufbau sollen neue dynamische Grenzbereiche für magnetische Axiallager ausgelotet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen