Modellbildung, Parameteridentifikation und einheitliche modellbasierte Trajektorienregelung für Drehfeldmaschinen

Der steigende Bedarf an effizienten, flexiblen und ressourcenschonenden elektrischen Antriebssystemen erfordert Regelungsverfahren, die für unterschiedliche Maschinentypen gleichermaßen einsetzbar sind. Die vorliegende Arbeit entwickelt hierfür ein einheitliches Modellierungs- und Regelungskonzept für Drehfeldmaschinen, das Asynchronmaschinen, permanenterregte und fremderregte Synchronmaschinen sowie synchrone Reluktanzmaschinen in einer gemeinsamen Systembeschreibung integriert. Die Grundlage bildet ein allgemeines, nichtlineares Maschinenmodell, das sowohl magnetische Sättigung einschließlich Kreuzsättigung als auch räumliche Oberwellen der Flussverkettungen über mehrdimensionale Kennfelder beschreibt. ... mehrDarauf aufbauend wird ein modellprädiktiver Trajektorienregler im Flussraum entworfen, der Strom- und Flussgrößen unter Berücksichtigung physikalischer Systemgrenzen mit hoher Dynamik und Genauigkeit regelt.

Der wesentliche Beitrag der Arbeit liegt in der Vereinheitlichung von Modellbildung, Parameteridentifikation und Regelstruktur, wodurch bisher getrennte Ansätze für verschiedene Maschinentypen in einem gemeinsamen Modellierungs- und Regelungsframework zusammengeführt werden. Dies ermöglicht eine durchgängige Softwarebasis für unterschiedliche Antriebe und reduziert den Entwicklungsaufwand sowie die Komplexität deutlich. Experimentelle Untersuchungen an repräsentativen Prüflingen belegen, dass die erzielte Regelgüte und Dynamik trotz der Generalisierung dem Niveau spezialisierter Regler entsprechen. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Flexibilisierung elektrischer Antriebssysteme und zur Verringerung der Abhängigkeit von kritischen Magnetwerkstoffen in der Antriebstechnik.

The increasing demand for efficient, flexible, and resource-conserving electric drive systems requires control strategies that can be applied universally across different machine types. This work presents a unified modeling and control concept for rotating field machines that integrates induction machines, permanent-magnet and electrically excited synchronous machines, and synchronous reluctance machines within a common system framework. The foundation is a general nonlinear machine model that represents magnetic saturation, cross-saturation, and spatial harmonics of flux linkages by means of multidimensional lookup tables. ... mehrBased on this, a model-predictive trajectory controller is developed in the flux domain, enabling fast and precise control of current and flux variables while respecting system constraints.

A key contribution of this work is the unification of modeling, parameter identification, and control structure, allowing previously separate approaches for different machine types to be combined within a single framework. This provides a consistent software basis for various drive systems, while significantly reducing development effort and complexity. Experimental investigations in representative test setups demonstrate that, despite its generalized structure, the proposed approach achieves control performance and dynamics comparable to those of specialized controllers. Thus, the work contributes to the flexibility of electric drive technology and to reducing dependence on rare-earth materials in modern drive systems.