Elektrotechnisches Institut (ETI)

Entwurf und Implementierung einer FPGA basierten Regelung für Hochdrehzahlmaschinen

  • Motivation

    Am Elektrotechnischen Institut (ETI) werden hochleistungsfähige elektrische Antriebssysteme von der Signalverarbeitung und Regelung, über die Leistungselektronik bis hin zu elektrischen Maschinen ausgelegt, simuliert und aufgebaut. Insbesondere der Einsatz von Hochdrehzahlmaschinen (Drehzahlen > 100.000 1/min) stellen hohe Anforderungen an die Schaltfrequenz der Halbleiter sowie an die Dynamik und Ausführungsgeschwindigkeit des verwendeten Reglers. Um eine höchstmögliche Regelgüte zu erhalten, soll das Regelverfahren im FPGA (Field Programmable Logic Array) des Signalverarbeitungssystems implementiert werden.

    Aufgabenstellung

    Innerhalb der Arbeit soll ein Verfahren zur Strom- und Drehzahlregelung einer Hochdrehzahlmaschine im FPGA entworfen und implementiert werden. Im ersten Schritt sollen basierend auf einem bestehenden Motormodell verschiedene Stromregel- und Modulationsverfahren unter Berücksichtigung der entstehenden Verluste innerhalb des Motors in Matlab/Simulink simuliert und bewertet werden. Hierzu stehen bereits Ansätze aus vorangegangenen Arbeiten zur Verfügung. Ebenfalls soll untersucht werden, welchen Einfluss die Variation der Schaltfrequenz auf die Reglerauswahl ausübt. Anschließend soll die Regelstrecke um einen Drehzahlregler ergänzt werden. Nach erfolgreicher Simulation sollen die Verfahren mittels der VHDL-Codegenerierung im FPGA des Signalverarbeitungssystems implementiert und getestet werden.