Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

7. Zusammenfassung 102
7. Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird ein Antriebssystem mit drehgeberloser
feldorientierter Regelung vorgestellt, mit dem eine permanenterregte
Synchronmaschine bei Drehzahlen von über 600.000 Umin -1 betrieben
werden kann. Auf den Einsatz eines Signalrechners im Regelungszweig
wird vollständig verzichtet. Das Antriebskonzept ist speziell für den Einsatz
in Hochgeschwindigkeitsbohrstationen der Leiterplattenfertigung gedacht.
Die Anforderungen an die Dynamik der Maschine und das Drehzahlprofil
des Produktionsprozesses werden als vereinfachende Randbedingung
in die Regelstrategie einbezogen.
Aufgrund der fehlenden Rechenleistung können Regelstrategien, die auf
Rotorkoordinaten basieren, nicht verwendet werden. Die Regelung wird
daher in Ständerkoordinaten ausgeführt. Als Lageinformation wird die
Approximation des Ständerflusses genutzt. Als einfaches Maschinenmodell
wird ein passiver Tiefpass als Integrator genutzt. Wegen der Randbedingungen
des speziellen Einsatzgebietes des Antriebes ist der durch das
vereinfachte Modell verursachte Winkelfehler bei der Flusserfassung nur
von der Drehzahl und von den Parametern der Maschine abhängig. Daher
kann bei bekannten Maschinenparametern ein drehzahlabhängiger Korrekturwinkel
offline bestimmt und im Antrieb mitgeführt werden.
Der Ständerfluss wird nicht als kontinuierliches Signal ausgewertet, sondern
nur in seinem Vorzeichen betrachtet. Das Vorzeichensignal enthält
die Information über die absolute Lage und die Drehgeschwindigkeit. Um
bereits bei möglichst kleinen Drehzahlen feldorientiert arbeiten zu können,
ist die Eckfrequenz des Tiefpasses zur Integration der Ständerspannung
sehr klein zu wählen. Daher ist auch der Signalpegel des Flusssignals
sehr klein. Eine konventionelle Nulldurchgangserkennung mit Hysterese
würde dieses Signal unzulässig verfälschen. Daher wurde eine zustandsbewertete
Nulldurchgangserkennung entworfen, die eine frequenzunabhängige
Detektion ohne Phasenfehler erlaubt.
Zur Rekonstruktion der Lage des Flussraumzeigers ist dessen Winkelgeschwindigkeit
innerhalb des aus dem Vorzeichen bereits bestimmbaren
Maschinensektors zu ermitteln. Dies geschieht mittels eines digitalen
Phasenregelkreises (PLL). Der Durchstimmbereich eines konventionell
aufgebauten PLL ist für diese Aufgabe nicht ausreichend. Mittels Mittenfrequenzregelung
und frequenzadaptivem Schleifenfilter konnte der