INFORM-Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine : C-Codegenerierung mittels MATLAB/Simulink

Abstract

Die Diplomarbeit behandelt die sensorlose Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine mittels einer Kombination der am Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe entwickelten INFORM-Methode und des EMK-Modells. Beide Verfahren dienen der sensorlosen Ermittlung des Rotorflusswinkels der Maschine, jedoch in unterschiedlichen Drehzahlbereichen.<br />Der Quellcode des digitalen Signalprozessors wird hierbei, anders als bei bisherigen Projekten am Institut, nicht herkömmlich zeilenbasiert programmiert, sondern mit Hilfe des Entwicklerwerkzeugs MATLAB/Simulink aus einem Regelungsmodell generiert. Dieser Ansatz wird neben der Übersichtlichkeit der verwendeten Blockstrukturen auch durch die Unabhängigkeit bezüglich der eingesetzten Hardware gestützt: Anhand mitgelieferter Bausteine der Simulink-Bibliotheken ist ein Wechsel auf eine unterschiedliche Rechnerarchitektur leicht möglich. Ohne detailliertes Wissen über den gewählten Prozessor kann das Regelungsmodell über Dialogfenster umfangreich konfiguriert werden.<br />Trotzdem bleiben in der Flexibilität in Spezialbereichen, wie es die INFORM-Methode darstellt, bei alleiniger Verwendung der mitgelieferten Funktionalitäten Lücken bestehen, welche durch Einbindung benutzerspezifischer C-Quellcode-Fragmente geschlossen werden können.<br />Neben der eben erwähnten Integration von benutzereigenem Code über sogenannte S-Funktionen wird die schrittweise Umsetzung der Regelstruktur in MATLAB/Simulink dargestellt: Ausgehend von der Inbetriebnahme der verwendeten Hardware wird die Ansteuerung des Zwischenkreisumrichters, die Implementierung des Stromreglers und in Folge die Umsetzung des INFORM-Verfahrens dokumentiert. Abschließend sind die Ergebnisse der Codegenerierung denen der konventionellen Programmierung gegenübergestellt.<br />

The thesis outlines the sensorless control of a permanent synchronous motor by combining the results of the INFORM method, which was developed at the Institue of Electrical Drives and Energy Systems, and the EMF-model.<br />Both techniques achieve a sensorless identification of the current rotor position for the electrical drive, but are intentionally designed for different speed levels.<br />Instead of programming the source code for the digital signal processor the usual way, as it had been done in many preceeding projects at the institute, the source files emerge directly from the control model by means of the engineering tool MATLAB/Simulink. The use of this approach is based on the fact that accessing a block structure is much easier to grasp as well as the independence from being bound to certain hardware:<br />Using predesigned functions from Simulink block libraries permits a fast and simple changeover to another processor architecure. Even without detailled knowledge about the chosen processor, the control model can be configured extensively using the provided dialogue forms. Even though a high level of flexibility is given, some gaps remain open as soon as only pre-built blocks are utilised, especially whilst dealing with special topics such as the INFORM method. This drawback can be overcome by embedding user-specific source code fragments into the control model.<br />Besides the integration of existing code, namely S-functions, the stepwise implementation of the control mechanism in MATLAB/Simulink will be described: Beginning from the startup of the involved hardware, the paper documents the electrical actuation for the frequency converter, the realisation of both the current control structure and the INFORM-method. For a final conclusion, results of code generation are compared to conventionally programming the source code.