Regelungsverfahren für Langstator-Synchron-Linearmotoren ohne mechanische Geschwindigkeits- oder Lagegeber
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um elektrische Antriebe zu regeln, wird die Lage bzw. der Winkel des Läufers als Rückführgröße benötigt. Diese kann direkt über einen Lagegeber oder indirekt über die Messung nur elektrischer Größen, z.B. Motorstrom und -Spannung, ermittelt werden. Da Lagegeber aufwendig sind und zur Störanfälligkeit des Systems beitragen, werden die indirekten Methoden, auch als sensoriose Methoden bekannt, oftmals bevorzugt. Zur Durchführung von translatorischer Bewegung werden meistens rotierende Motoren mit Gewindespindeln oder Zahnriemenantriebe eingesetzt, um die drehende Bewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln. Zunehmend werden aber auch sogenannte Linearmotoren bevorzugt, die eine translatorische Bewegung direkt erzeugen können und somit viel besser regelbar sind. In rotierenden Motoren ist der Lagegeber ein einzelnes Teil, das an der Motorwelle angebracht ist. In Linearmotoren dagegen dehnt sich der Lagegeber über die gesamte Strecke aus. Dadurch ist er wesentlich kostenintensiver und leider auch störanfälliger und wird deshalb möglichst nicht eingesetzt. In diesem Forschungsvorhaben wurden die sensorlosen Regelungsmethoden gezielt für Linearmotoren untersucht. Dabei wurde eine neue Methode entwickelt, die die Nullkomponente der Spannung, eine Größe, die in Antriebssystemen eher als Störung betrachtet wird, als Erregungssignal nutzt. Die sich daraus ergebenden Ströme geben Informationen der Lage des Läufers wieder, die dann durch eine einfache Signalverarbeitung mit einem Mikrocontroller ermittelt werden können. Die meisten Ergebnisse dieses Forschungsvorhaben sind auch in rotierenden Motoren anwendbar. Gegenüber herkömmlichen sensoriosen Regelungsmethoden bietet das entwickelte Konzept u.a. eine einfachere Ausführung, höhere Empfindlichkeit und schnellere Dynamik. Obwohl die sensoriosen Regelungsmethoden nicht die Genauigkeit eines Lagegebers erreichen, sind sie für viele Anwendungen einsetzbar Gerade da, wo der Einsatz von Lagergeben nicht möglich ist, wie in Anwendungen mit rauen Umgebungsbedingungen, aber auch bei kostensensitiven Anwendungen, sind sie von besonderem Interesse. In sicherheitsrelevanten Systemen können die sensoriosen Methoden zusätzlich zu den Lagergebern eingesetzt werden, um Redundanz zu bieten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Sensoriess position estimation by using the high frequency zerosequence generated by the inverter," in Industrial Electronics, 2009. lECON '09. 35th Annual Conference of IEEE, 2009, pp. 1282-1287
R. Leidhold and P. Mutschler
- "Analysis of saturation-induced saliencies in PM synchronous motors," In Industrial Technology (ICIT), 2010 IEEE International Conference on, 2010, pp. 330-335
R. Leidhold and P. Mutschler
- "Specific features of Position-Sensortess Methods in Synchronous Linear Motors," in Internationat Conference for Power Electronics, Intelligent Motion and Power Quality (PCIM 2010), Nürnberg, Germany 2010, pp. 124-129
R. Leidhold and P. Mutschler
- "Position Sensorless Control of PM Synchronous Motors Based on Zero-Sequence Carrier Injection," Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 58, pp. 5371-5379, 2011
R. Leidhold
