Ein neues Konzept für die Optimierung intelligenter Aktoren im Bereich beweglicher elektrischer Verbraucher

Die Smart Factory, auch als intelligente Fabrik bezeichnet, steht als Synonym für die Schaffung von effektiven und flexiblen Produktionsumgebungen in der Industrie durch Digitalisierung und cyber-physische Systeme. Um Fertigungs- und Produktionsanlagen flexibel und effizient in den Produktionsablauf zu integrieren, spielt auch die Einbindung von mobilen Anwendungen im Bereich des Maschinenbaus und deren Komponenten eine wichtige Rolle. Ermöglicht wird die intelligente Fabrik u.a. auch durch die Verwendung kompakter mechatronischer Systeme und deren Teilkomponenten wie Sensoren, Aktoren und der dazugehörigen Mikroelektronik. Hier stellt sich die Frage, wie die Energiezuführung und die Datenanbindung flexibel zu solchen mobilen Anwendungen bzw. zu den intelligenten mechatronischen Systemen bereitgestellt werden kann.

Diese Dissertation liefert einen Beitrag zur Entwicklung eines intelligenten Aktors im Bereich der berührungslosen induktiven Energie- und Datenübertragung für mobile Anwendungen bzw. beweglichen elektrischen Verbrauchern. Das vorgestellte neue Konzept zeigt den Aufbau und die Realisierung des intelligenten Aktors. In einem ersten Schritt wird ein induktives kontaktloses Energieübertragungssystem an einem Funktionsmuster aufgebaut. ... mehrAuf Grundlage einer OFDM-basierten Datenkommunikation und durch die Integration eines entwickelten Zeitstempelverfahrens sind eine Kommunikation und Synchronisation am Funktionsmuster über das kontaktlose Energieübertragungssystem möglich. Dabei wird auch gezeigt, dass sich die Taktfrequenz für die Synchronisierungsvorgänge bei der Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern deutlich reduzieren lässt. Untersucht wird dabei die Ganggenauigkeit bzw. die Frequenzkonstanz von verschiedenen Oszillatorklassen. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden der Entwurf und die Entwicklung einer Hardware- und Regelungsplattform für einen intelligenten Aktor gezeigt und erarbeitet. Innerhalb eines SoPC-basierten Embedded Systems wird ein kompaktes und skalierbares Motorsteuerkonzept für den Betrieb einer PMSM vorgestellt. Im letzten Teil der Arbeit wird die Entwicklung und die Umsetzung eines prädiktiven Regelungsverfahrens in einer durchgeführten Simulation vorgestellt. In der Simulation werden die Vorteile und die Leistungsfähigkeit der MPC-Regelung im Vergleich zu einer klassischen PID-Kaskadenregelung für das Stör- und Führungsverhalten für den Betrieb einer PMSM aufgezeigt.