Abstract: |
Das Hauptgebiet dieser Arbeit ist die aktive Dämpfung mechanischer Schwingungen im Antriebsstrang und die Ertüchtigung der unterlagerten Drehmomentregelung als eine Voraussetzung hierfür. Es werden verschiedene Regelungen für einen Dreimassenschwinger bestehend aus Antriebsmaschine, Lastmaschine und Kupplung mit Resonanzfrequenzen bei 396,5 und 858 Hz entworfen, simuliert und am Teststand auf ihre Tauglichkeit untersucht. Mechanische Systeme mit so hohen Resonanzfrequenzen treten im Bereich der Servo-Antriebstechnik oder bei hochdynamischen Spindelantrieben auf. Eine einfache Struktur, mit der solch ein schwingungsfähiges System gedämpft werden kann, ist ein PI-Drehzahlregler für die Antriebsmaschine. Der hierfür nötige hochdynamische rausch- und störungsarme Drehzahlistwert mit geringer Phasenverschiebung wird ohne Kenntnis der schwingungsfähigen Strecke nur mit einem Beobachter für die Antriebsmaschine unter Verwendung eines Lage- und eines Ferraris-Beschleunigungsgebers ermittelt. Da es mit einem PI-Drehzahlregler nur möglich ist, Strecken mit geeigneten Trägheitsverhältnissen, d. h. das Trägheitsmoment der Last ist größer als das der Antriebsmaschine, zu dämpfen, muss mit einer Differenzdrehzahlaufschaltung die Dämpfung eventuell erhöht werden. Diese Reglerstrukturen bieten keine hohe Dynamik, sie sind aber einfach in der Auslegung und robust. Falls eine dynamischere Drehzahlregelung erwünscht ist, so bietet sich der Einsatz eines PI-Zustandsreglers an. Zur Auslegung des Reglers wird in dieser Arbeit neben dem klassischen Riccati-Entwurf noch eine spezielle Auslegungsart für Mehrmassenschwinger mit Hilfe der Polvorgabe vorgestellt. Damit eine dynamische Zustandsregelung funktioniert, muss ein entsprechender Beobachter hochdynamische rausch- und störungsarme Signale für alle benötigten Zustände des Dreimassenschwingers liefern. Sowohl zur Regler- als auch zur Beobachterauslegung müssen die Parameter der Regelstrecke sehr genau bekannt sein. Es wird deshalb in dieser Arbeit ein robuster Entwurf vorgestellt, welcher auch bei nicht ganz korrekten Streckenparametern noch ein gutes Regelverhalten garantiert. Eine sehr hochdynamische Drehzahlregelung macht nur Sinn mit einer ausreichend schnellen unterlagerten Drehmomentregelung. Bei der ursprünglichen Variante der direkten Drehmomentmittelwertregelung (DMTC) kann, bei Flussstützungen, ein Zyklus lang ein falsches Drehmoment eingestellt werden, was zu Anregung von unerwünschten Drehzahlschwankungen führt. In dieser Arbeit wurde deshalb ein komplett neuer Flussregler mit Zyklusdreiteilung entwickelt. Mit dieser Verbesserung ist es möglich, in jedem Zyklus den Fluss zu stützen und das gewünschte Drehmoment einzustellen. Um den Einsatz des DMTC-Verfahrens in der Praxis zu erleichtern, werden verschiedene Verfahren zur automatischen Bestimmung der elektrischen Parameter des Asynchronmaschinenmodells in dieser Arbeit vorgestellt. Diese Verfahren liefern die zum Betrieb der Drehmomentregelung nötigen elektrischen Parameter mit ausreichender Genauigkeit ohne zusätzliche Änderungen am Aufbau. Es ist mit modernen Drehmomentregelverfahren und IGBT-Pulsumrichtern möglich, hochfrequente Schwingungen aktiv zu dämpfen. Hierzu eignet sich ein PI-Zustandsregler, der noch zusätzlich eine sehr hohe Dynamik bei der Drehzahlregelung ermöglicht. |