Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...
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3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 33 Drehzahlsollwert Taktgeber Zähler Tabelle DAC arg( is ) * Bild 3.9: Vorgabe des Sollstromwinkels durch zyklisches Auslesen der Winkeltabelle mit einstellbarer Geschwindigkeit Zum Hochlaufen wird ein fester Drehmomentwert vorgegeben. Über den Drehzahlsollwert wird die Taktfrequenz für den Zähler von null an stetig erhöht. Die Maschine erhält so einen rotierenden Stromzeiger und kann beschleunigen. Bei ausreichend hoher Drehzahl kann die induzierte Spannung ausgewertet werden und über die Flussvorzeichen wie beschrieben der Stromsollwert am Fluss orientiert werden. Zum Anhalten der Maschine wird der Vorgang umgekehrt. Bild 3.10 zeigt den prinzipiellen Aufbau der feldorientierten Regelung ohne Signalrechner. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird entsprechend Bild 3.10 der Sollstromwinkel mit arg(is) und die 3-Bit Vorzeichensignale des Ständerflusses mit sign(Ψs) bezeichnet. �* � Drehzahlmessung i s * i s * u s * i s * arg( ) � i s sign( ψ s) 2 3 2 3 PWM Bild 3.10: Struktur einer feldorientierten Regelung die ohne Signal- rechner betrieben werden kann (mit Hochlaufgeber) ψ s 6 = ~ M 3~
3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 34 3.3.3 Anforderungen an Signalerfassung und Signalverarbeitung Zur Erfassung des Maschinenflusses ist die Ständerspannung der Maschine nach Gleichung (3.6) zu integrieren. Üblicherweise ist bei dreiphasigen Maschinen der Sternpunkt nicht herausgeführt. Der Sternpunkt ist jedoch als Bezugspunkt für die Messung der Phasenspannung der Maschine erforderlich. Durch die kleine Spannung der Maschine ist es möglich, den Sternpunkt mit einem Netzwerk aus Präzisionswiderständen sehr exakt nachzubilden. Dieser „künstliche Sternpunkt“ dient dann als Bezug für die Spannungsmessung und Integration. Damit sich die Spannung am künstlichen Sternpunkt frei einstellen kann, darf die Flusserfassung keinen galvanischen Kontakt zum Rest der Frequenzumrichterelektronik haben. Die Vorzeichensignale sind daher galvanisch getrennt zu übertragen. 3.4 Zusammenfassung der Zwischenergebnisse Üblicherweise werden Reglerstrukturen für hochdynamische Servoantriebe mittels eines DSP (Digital Signal Prozessor) in Rotorkoordinaten realisiert. Neben der möglichen Entkopplung der feld- und drehmomentbildenden Komponenten ist die Regelung von Gleichgrößen im stationären Fall ein Vorteil. Der Drehgeber kann durch ein erweitertes Maschinenmodell ersetzt werden. Hochfrequenzspindeln haben aus Gründen der mechanischen Stabilität eine geringe Rotormasse. Der Rotor bildet mit den Luftlagern ein schwingfähiges System mit hohen Eigenfrequenzen. Die zur Regelung erforderliche hohe Lageauflösung kann mit rechnergestützten Regelsystemen in Rotorkoordinaten nicht realisiert werden. Es ist daher eine Regelung ohne Signalrechner erforderlich. Aufgrund der fehlenden Rechenleistung können Rotorkoordinaten nicht verwendet werden. Die Regelung wird daher in Ständerkoordinaten ausgeführt. Die sehr speziellen Betriebsarten eines Bohrantriebes in der Leiterplattenfertigung werden in das Regelkonzept einbezogen. Als Lageinformation wird die Approximation des Ständerflusses genutzt. Die Rotorlage steht als zeit- und ortsdiskrete Information durch Auswertung der Flussvorzeichen zur Verfügung. Aus dieser Information kann
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3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 34<br />
3.3.3 Anforderungen an Signalerfassung und Signalverarbeitung<br />
Zur Erfassung des Maschinenflusses ist die Ständerspannung der Maschine<br />
nach Gleichung (3.6) zu integrieren. Üblicherweise ist bei dreiphasigen<br />
Maschinen der Sternpunkt nicht herausgeführt. Der Sternpunkt ist jedoch<br />
als Bezugspunkt <strong>für</strong> die Messung der Phasenspannung der Maschine erforderlich.<br />
Durch die kleine Spannung der Maschine ist es möglich, den Sternpunkt<br />
mit einem Netzwerk aus Präzisionswiderständen sehr exakt nachzubilden.<br />
Dieser „künstliche Sternpunkt“ dient dann als Bezug <strong>für</strong> die Spannungsmessung<br />
und Integration. Damit sich die Spannung am künstlichen Sternpunkt<br />
frei einstellen kann, darf die Flusserfassung keinen galvanischen<br />
Kontakt zum Rest der Frequenzumrichterelektronik haben. Die Vorzeichensignale<br />
sind daher galvanisch getrennt zu übertragen.<br />
3.4 Zusammenfassung der Zwischenergebnisse<br />
Üblicherweise werden Reglerstrukturen <strong>für</strong> hochdynamische Servoantriebe<br />
mittels eines DSP (Digital Signal Prozessor) in Rotorkoordinaten realisiert.<br />
Neben der möglichen Entkopplung der feld- und drehmomentbildenden<br />
Komponenten ist die Regelung von Gleichgrößen im stationären<br />
Fall ein Vorteil. Der Drehgeber kann durch ein erweitertes Maschinenmodell<br />
ersetzt werden.<br />
Hochfrequenzspindeln haben aus Gründen der mechanischen Stabilität<br />
eine geringe Rotormasse. Der Rotor bildet mit den Luftlagern ein<br />
schwingfähiges System mit hohen Eigenfrequenzen. Die zur Regelung<br />
erforderliche hohe Lageauflösung kann mit rechnergestützten Regelsystemen<br />
in Rotorkoordinaten nicht realisiert werden. Es ist daher eine Regelung<br />
ohne Signalrechner erforderlich.<br />
Aufgrund der fehlenden Rechenleistung können Rotorkoordinaten nicht<br />
verwendet werden. Die Regelung wird daher in Ständerkoordinaten ausgeführt.<br />
Die sehr speziellen Betriebsarten eines Bohrantriebes in der Leiterplattenfertigung<br />
werden in das Regelkonzept einbezogen. Als Lageinformation<br />
wird die Approximation des Ständerflusses genutzt.<br />
Die Rotorlage steht als zeit- und ortsdiskrete Information durch Auswertung<br />
der Flussvorzeichen zur Verfügung. Aus dieser Information kann
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