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Optimierung und Stabilitätsuntersuchung des Maschinenmodells eines Hardware-in-the-Loop Prüfstands für hochausgenutzte Synchronmaschinen

Optimierung und Stabilitätsuntersuchung des Maschinenmodells eines Hardware-in-the-Loop Prüfstands für hochausgenutzte Synchronmaschinen
type:Masterarbeit
tutor:

Dipl.-Ing. Alexander Schmitt

Image:

Simon Stützle

Aufgabenstellung

Vorbemerkung

Um elektrische Antriebssysteme zeit- und kosteneffizient entwickeln zu können, werden die Einzelkomponenten des Antriebs innerhalb des gesamten Entwicklungsprozesses in entsprechenden Simulationsumgebungen validiert. Die dabei verwendeten Simulations-Werkzeuge bzw. Umgebungen werden im Wesentlichen in drei Kategorien unterteilt: Mit Software-in-the-Loop Simulation (SIL) wird die rein PC basierte Simulation, beispielsweise  einer Regelung oder Ablaufsteuerung, bezeichnet. Die der SIL-Simulation überlagerte verifikationsebene ist die Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulation. Hier wird bereits die vollständige Hardware des Signalverarbeitungssystems mit in die Simulationsumgebung eingebettet. Abschließend wird der vollständige Antrieb entweder auf einem Motorprüfstand oder mit Hilfe eines Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) Emulators geprüft, um die korrekte Funktion sowie die Leistungsfähigkeit des Antriebssystems nachzuweisen. Ein PHIL-Prüfstand entspricht dabei im Wesentlichen einem HIL-Simulator welcher um ein entsprechendes leistungselektronisches Stellglied erweitert ist.

 

Aufgabe

Im Rahmen eines Forschungsprojekts am ETI soll ein Power Hardware-in-the-Loop Emulator aufgebaut werden. Der Aufbau des Leistungsteils dieses PHIL-Emulators ist dabei bereits weitestgehend abgeschlossen. Darüber hinaus wurde im Rahmen der Masterarbeiten von Uli Jurkewitz sowie Thomas Wersal bereits ein erster HIL Prüfstand für hochausgenutzte Synchronmaschinen aufgebaut. Dieser soll als Ausgangspunkt der Arbeit dienen. Da die bisherige Implementierung des HIL-Prüfstand bei Parameteränderungen sehr aufwendig mithilfe des Matlab Fixed-Point-Tools neu erstellt werden muss, soll das Synchron- als auch das Asynchronmaschinemodell zunächst auf eine normierte Darstellung überführt werden um die Implementierung der Maschinenmodelle unabhängig von den jeweiligen Maschinenparametern zu gestalten. Die Auswahl geeigneter Normierungsparameter ist dabei von zentraler Bedeutung.

Da zudem die Diskretisierung der Maschinemodelle mithilfe der Rechteckregel vorwärts durchgeführt wurde muss darüber hinaus für jeden Parametersatz die Stabilität der Emulation überprüft werden. Dies soll zukünftig ebenfalls automatisiert durchgeführt werden. In der dann noch zur Verfügung stehenden Zeit sollen die Maschinenmodelle abschließend noch um eine Soundemulation erweitert werden. Hierfür müssen zunächst die dominanten Geräuschquellen am Prüfstand identifiziert und anschließend nachgebildet werden. Des Weiteren steht die Validierung des Asynchronmaschinemodells am Prüfstand ebenfalls noch aus. Abgeschlossen wird die Arbeit schließlich durch die Dokumentation der Ergebnisse.