Flachheitsbasierte Regelung und Idendifikation von elektromagnetischen Aktuatoren

Abstract

In dieser Arbeit wird eine Methode erarbeitet, welche die dynamische Modellierung von elektromagnetischen Aktuatoren mit Sättigungsverhalten ermöglicht. Beginnend mit den physikalischen Grundlagen, aus denen anschließend das nichtlineare magnetische Ersatzschaltbild abgeleitet wird. Dieses Ersatzschaltbild wird in einen Graphen umgewandelt, welcher, in Kombination mit dem Knotenpotentialverfahren, eine systematische Herleitung des nichtlinearen Differentialgleichungssystems ermöglicht. Diese Vorgehensweise wird anhand einer skalierten Version eines dreiphasigen magnetohydrodynamischen Antriebs gezeigt. Der Antrieb besitzt insgesamt sechs Spulen, welche paarweise zusammengefasst werden. Auf die genaue Funktionsweise des Antriebs wird im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht eingegangen. Mithilfe von Methoden aus der nichtlinearen Regelungstechnik wird eine Stromregelung für diesen Antrieb entwickelt. Die Regelung soll nur durch Messen der Ströme funktionieren. Damit das prinzipielle Konzept gezeigt werden kann, wird der Antrieb in einem ersten Versuch nur einphasig betrieben. Im einphasigen und im dreiphasigen Fall, werden für die vollständige Identifikation die magnetischen Flüsse benötigt. Diese können aus den aufgeschalteten Spannungen und den gemessenen Strömen berechnet werden. Im Gegensatz zur einphasigen Regelung, werden für die dreiphasige Regelung die aktuellen Flüsse auch während der Regelung benötigt. Aus diesem Grund wird für die dreiphasige Regelung, mithilfe der identifizierten Kennlinien, ein nichtlinearer Beobachter implementiert. Die einphasige Regelung wird, ohne vorherigem Test in der Simulation, am realen Versuchsaufbau implementiert. Die dabei erhaltenen Messungen zeigen, dass die Nichtlinearität im einphasigen Fall gut kompensiert werden kann. Die Regelung des dreiphasigen Aktuators wird zuerst in einer Simulation getestet und anschließend am echten Versuchsaufbau implementiert. Dabei stellt sich heraus, dass die für die dreiphasige Regelung notwendigen Annahmen und Vereinfachungen von der Simulation besser erfüllt sind als vom realen Modell. Dementsprechend funktioniert die dreiphasige Regelung des realen Modells nicht so gut wie in der Simulation. Die genaue Ursache dieser Abweichung konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht festgestellt werden.

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Gernot Grabmair (Betreuer*in)