Harald Daxberger,
"Nichtlineare Beobachter für Drehfeldmaschinen"
, 10-2007
Original Titel:
Nichtlineare Beobachter für Drehfeldmaschinen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem Beobachterentwurfsverfahren für eine spezielle Klasse von nichtlinearen Mehrgrößensystemen und dessen Anwendung auf die Asynchronmaschine (ASM). Dazu werden einleitend das mathematische Modell der ASM, die Eingangs/Ausgangs-Linearisierung und die überlagerten Regelkreise für Fluss-, Moment und Drehzahlregelung vorgestellt. Für eine Unterklasse der nichtlinearen Systeme, zu der auch das mathematische Modell der Asynchronmaschine zählt, werden eine Beobachterstruktur für einen vollständigen und einen reduzierten Beobachter aufgestellt. Weiters
wird ein Kriterium für exponentielle Stabilität nichtlinearer Systeme behandelt, welches zusammen mit den Strukturen des vollständigen bzw. des reduzierten Beobachters zu
einem Beobachterentwurfsverfahren führt. Die nach diesem Entwurfsverfahren entworfenen
Beobachter werden in der Simulation und am Labormodell getestet. Dabei hat sich gezeigt, dass die reduzierten Beobachter zusammen mit der E/A-Linearisierung zu schlechteren Ergebnissen führen als der triviale Beobachter. Auch der vollständige Beobachter führt am Labormodell im Vergleich zum trivialen Beobachter zu keinem wesentlich besseren Ergebnis. An Hand eines Beispiels wird jedoch gezeigt, dass das hier vorgestellte
Beobachterentwurfsverfahren auch bei instabilen Systemen angewendet werden kann, bei welchen der Einsatz eines trivialen Beobachters nicht möglich ist. Darüber hinaus werden die Entstehung Elektromagnetischer Störungen (EMS) am Maschinenstand und Maßnahmen zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV) behandelt. Im Zuge dessen wird der Maschinenstand vorgestellt und ein Modell zur Entstehung der EMS aufgestellt. Weiters werden die im Rahmen dieser Arbeit getroffenen
Maßnahmen zur Verbesserung der EMV er¨ortert, welche die Störungen der Strommessung reduzieren und das Ausmaß der Drehzahlschwankungen im stationären Betrieb verringern.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Kurzfassung:
This thesis deals with observer design methods for a certain type of nonlinear systems and its application to the induction machine. Therefore, the mathematical model of the
induction machine, the controller design for the exact input/output linearisation and the controllers for magnetic flux, torque and speed are discussed. The mathematical structures of a full- and a reduced-order state observer are introduced and the error systems are
derived. Then a criterion for exponential stability of nonlinear systems is discussed. The
application of this criterion to the mathematical structure leads to a new method of observer design. Finally, this method is used to derive observers for the induction machine. These observers are tested in simulation and on the test bench. The tests show, that
the reduced observers combined with the i/o linearisation lead to poorer results than the trivial observer. The full-order observers show hardly better results than the trivial observer. Nevertheless, an example shows that the discussed method of observer design can be applied to unstable systems for which a trivial observer fails.
In addition, electromagnetic disturbance and measures to improve electromagnetic compatibility
(EMC) of the test bench are discussed. Thus, the test bench, a model for electromagnetic
disturbance and measures to improve EMC are explained. Tests on the testbench show, that the effect of the disturbance on the current measurements is reduced by those
measures. Finally, the control of power electronics considering free-wheel currents is discussed.