Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

4.4 Identifikation des Umrichters 91
Da die Ausgangsgröße des Umrichters, das Luftspaltmoment der Maschine, nicht
direkt gemessen werden kann, muss die Mechanik der zugehörigen Synchronmaschine
ebenso betrachtet werden. Damit wird die messbare Winkelgeschwindigkeit bzw.
die Lage αI der unbelasteten Maschine die Ausgangsgröße des zu identifizierenden
Systems. Der Ausgangsfehler ergibt sich damit zu
e = αI − ˆαI
(4.7)
Der Eingang des zu identifizierenden Systems ist die Sollwertvorgabe (u = M ∗ I ) an
den PSfrag Umrichter. replacements
mit
Abbildung 4.7 zeigt die Struktur der Strecke, deren Parameter im Folgenden identifiziert
werden sollen.
u y
M Umrichter I Maschine I
∗ I MI
Abb. 4.7: Prinzipielle Streckenstruktur bei der Umrichteridentifikation
4.4.1 Umrichtermodellierung
In [Angerer, 2001] werden verschiedene Modelle untersucht, um das Verhalten
des in Abbildung 4.7 dargestellten Systems möglichst genau nachzubilden. Das im
Folgenden beschriebene Modell stellt sich hierbei als das am besten geeignete Modell
heraus, und wird im weiteren Verlauf dieses Kapitels verwendet.
In Abbildung 4.8 sind der Signalflussplan und das zugehörige rekurrente Netz der
Umrichtermodellierung mit maschinenlageabhängiger Nichtlinearität dargestellt.
Der Signalflussplan beruht auf der Annahme, dass der Momentenaufbau mit Hilfe
eines PT1-Gliedes mit der Zeitkonstante TAI modelliert werden kann. Da in dem
verwendeten Umrichter eine feldorientierte Drehmomentregelung implementiert ist,
wird diese Regelung mit Hilfe eines PI-Reglers mit der Verstärkung VI und der Zeitkonstanten
TnI im Modell angenommen. Zusätzlich wird eine maschinenlageabhängige
Nichtlinearität mit berücksichtigt. Zur Approximation dieser Nichtlinearität
wird ein HANN eingesetzt, da die Nichtlinearität periodisch mit einer Maschinenumdrehung
auftritt. Der Grund für die Annahme einer Abbhängigkeit des Motormomentes
von der Rotorlage ist wie folgt: Die im Umrichter implementierte feldorientierte
Regelung verwendet zur Approximation des nicht messbaren Luftspaltflusses
ein vereinfachtes Maschinenmodell. Stimmen der geschätzte und der tatsächlich
vorhandene Fluss (im speziellen die Flusslagen) nicht überein, kommt es aufgrund
des falsch berechneten Flusses zu einem Fehlverhalten des feldorientierten Drehmomentregelkreises.
Dieses Fehlverhalten drückt sich in einer maschinenlageabhängigen
Drehmomentschwankung aus, die durch das beschriebene HANN modelliert werden
kann.
αI