Das Ziel des Regelungsverfahrens "FOC" ist, eine entkoppelte Regelung
von Fluss und Drehmoment zu erhalten,um ein Verhalten wie bei eine GNM
aufweisen.
die Entkopplung der d/q Achse kann über ein Entkopplungsnetzwerk am
Ausgang der Stromregler erfolgen, wie im Anhang Entkopplung.PNG gezeigt.
Im Anhang FOC_PMSM.PNG ist die allgemeine Struktur der FOC einer PMSM,
jetzt habe meine Frage, wo befindet sich das Entkopplungsnetzwerk in der
obigen Struktur der FOC einer PMSM? wird es durch andere Struktur
aufgehoben oder irgendwo versteckt?
Danke!
MfG!
Zu Deiner Frage: Im Bild links fehlt die Vorsteuerung, dafür fehlt im
Bild rechts die Transformation.
Das Entkopplungsnetzwerk ist nichts weiter als eine Vorsteuerung des
(statischen) Arbeitspunktes:
U1vorst = EMK + j*w*Ls*i1 + R*i1
entsprechend in D/Q aufgeteilt:
U1d = - w*Ls*iq + R*i1d + StromreglerD
U1q = psi*w + w*Ls*id + R*i1q + StromreglerQ
Zu den Vorsteuerspannungen werden dann noch die Reglerausgänge der
Stromregler in D/Q-Richtung dazuaddiert.
Je nach Geschmack können in die Vorsteuerspannungen dann noch dynamische
Spannungsanteile hinzuaddiert werden, daß macht die Steuerung schneller,
aufwändiger und instabiler.
Theoretisch funktioniert das ganze auch ohne Vorsteuerung, jedoch ist
das ganze nicht praktikabel, da viel zu undynamisch. In der Literatur
wird aber gerne die Vorsteuerung weggelassen, da meistens nur die reine
2-Komonenten-Regelei beschrieben wird.
OR schrieb:> Zu Deiner Frage: Im Bild links fehlt die Vorsteuerung, dafür fehlt im>> Bild rechts die Transformation.> Das Entkopplungsnetzwerk ist nichts weiter als eine Vorsteuerung des>> (statischen) Arbeitspunktes:> U1vorst = EMK + j*w*Ls*i1 + R*i1> entsprechend in D/Q aufgeteilt:>> U1d = - w*Ls*iq + R*i1d + StromreglerD>> U1q = psi*w + w*Ls*id + R*i1q + StromreglerQ> Zu den Vorsteuerspannungen werden dann noch die Reglerausgänge der>> Stromregler in D/Q-Richtung dazuaddiert.> Je nach Geschmack können in die Vorsteuerspannungen dann noch dynamische>> Spannungsanteile hinzuaddiert werden, daß macht die Steuerung schneller,>> aufwändiger und instabiler.> Theoretisch funktioniert das ganze auch ohne Vorsteuerung, jedoch ist>> das ganze nicht praktikabel, da viel zu undynamisch. In der Literatur>> wird aber gerne die Vorsteuerung weggelassen, da meistens nur die reine>> 2-Komonenten-Regelei beschrieben wird.
hallo OR,danke vorerst für deine Antwort.
ich glaube,die Vorsteuerung du meinst,ist: 1/(1+s*T_st)
und die dynamische Spannungsanteile sind :
-w*L_sq*i_sq und (w*L_sd*i_sd+w*psi)
wie im Bild rechts gezeigt.
aber ist das Entkopplungsnetzwerk verzichtbar für die FOC einer PMSM,wie
im Bild links gezeigt?
ich habe ein Modell wie im Bild links aufgebaut und die PI-Regler wie
bei GNM durch Kaskadenregelungsverfahren ausgelegt,dann das ganze System
funktioniert perfekt.
deswegen bin sehr unsicher:ist das Entkopplungsnetzwerk verzichtbar oder
es wird schon in der Struktur(im Bild links) integriert?
oder kann man so verstehen, dass das System durch die PI-Stromregler
schon vollständig entkoppelt wird?
Danke!
MfG!
Hi,
nein, sind einfach zwei unterschiedliche Darstellungen. Links eine
feldorientierte Regleung, in der die Vorsteuerung weggelassen wurde, und
rechts nur der Teil mit Regler und Vorsteuerung.
Der teil mit 1/(1+pT) ist die Nachbildung des Stellgliedes, also des
Leistungsteiles.
Wenn Du ein richtiges Bild der feldorientierten Regelung brauchst, dann
musst Du beide Bilder in eins reinmalen.
Grüße
OR
OR schrieb:> nein, sind einfach zwei unterschiedliche Darstellungen. Links eine> feldorientierte Regleung, in der die Vorsteuerung weggelassen wurde, und> rechts nur der Teil mit Regler und Vorsteuerung.> Der teil mit 1/(1+pT) ist die Nachbildung des Stellgliedes, also des> Leistungsteiles.
ja,das stimmt,der Teil mit 1/(1+s*T_st) ist das Stellglied.
aha,ich glaube,die Vorsteuerung du meinst ist das Entkopplungsnetzwerk
ich meine:
der Teil (-w*L_sq*i_sq) und (w*L_sd*i_sd+w*psi)
> Wenn Du ein richtiges Bild der feldorientierten Regelung brauchst, dann> musst Du beide Bilder in eins reinmalen.
das bedeutet,ein richtiges Bild der feldorientierten Regelung sollte die
Vorsteuerung (Entkopplungsnetzwerk) einschließen.
aber wie gesagt:
ich habe ein Modell wie im Bild links(ohne
Vorsteuerung/Entkopplungsnetzwerk) aufgebaut und die PI-Regler wie
bei GNM durch Kaskadenregelungsverfahren ausgelegt,dann das ganze System
funktioniert perfekt.
warum denn das? ist das Vorsteuerung/Entkopplungsnetzwerk verzichtbar?
Grüße!
Hi Kim,
Das Vorsteuernetzwerk ist verzichtbar. Es kann im statischen Fall über
die I-Anteile der Komponentenregler ausgeglichen werden.
Versuche bei Nenndrehzahl mal das Drehmoment schnell anzuregeln, dann
kippt Deine Regleung ohne Vorsteuerung (Entkopplung) aus den Latschen.
Dies liegt daran, das Du dann zeitweise "in die falsche Richtung"
regelts.
Aber nur Versuch mach Klug.
Viel Spaß weiterhin
Grüße
OR
btw: Was hast Du als Maschinensimulation verwendet? Zeig mal das ESB
Deiner Streckensimulation.
hi OR,
Danke vorerst mal für die Hilfe!
OR schrieb:> Das Vorsteuernetzwerk ist verzichtbar. Es kann im statischen Fall über> die I-Anteile der Komponentenregler ausgeglichen werden.
Gibt es eigentlich eine theoretische Erklärung? die feldorientierte
Regelung sollte auf eine Entkopplung von Fluss und Drehmoment basieren,
warum denn funktioniert das auch ohne Vorsteuerung/Entkopplungsnetzwerk?
> Versuche bei Nenndrehzahl mal das Drehmoment schnell anzuregeln, dann> kippt Deine Regleung ohne Vorsteuerung (Entkopplung) aus den Latschen.> Dies liegt daran, das Du dann zeitweise "in die falsche Richtung"> regelts.> Aber nur Versuch mach Klug.> Viel Spaß weiterhin> Grüße> OR> btw: Was hast Du als Maschinensimulation verwendet? Zeig mal das ESB> Deiner Streckensimulation.
ich habe das Modell in Simulink aufgebaut,aber leider habe es nicht
dabei(da die B6C-Brücke für die Spannungsversorgung der PMSM in PLECS
realisiert wird, ohne den kann sowieso von zuhause nicht arbeiten:-()
aber der Regelkreis sieht änhlich wie im Bild links aus,die Regler
werden mit dem Standard-Optimierungs-Verfahren (BO/SO) ausgelegt.
btw: Es wird oft jeweils einen „Saturation“-Block hinter dem PI-Regler
eingesetzt, um den Windup-Effekt zu unterdrücken.
weißt du wie man den oberen Wert und unteren Wert der Begrenzung
berechnen?
werden der Maximal- und Minimalwert des Ist_Stroms i*_q
beim Ausgang des Drehzahlreglers durch Clarke-/Park-Transformation von
Nennstrom der Maschine bestimmt?
Danke!
MfG!
Na, jetzt wird langsm interessant.
Zu 1) Wenn Du dass Entkopllungnetzwerk weglässt, dann hast Du genau die
Achsenverkopplung von D/Q wieder drin. Das ist im undynamischen Zustand
nicht sonderlich tragisch, da die Regler das meist wieder ausgleichen
können. Dynamisch wird allerdings tödlich, da dann ein gutgemeinter
D-Strom auf einmal einen Q-Strom über die Regler provoziert. -> probier
es aus!
Die Regler, die Du einsetzt, ersetzten immer nur Teiler Deiner
Streckegleichungen, bzw. korrigieren Streckenparameter.
Man köönte zb. auch den kompletten Blindflug hinlegen, und gar nicht
mehr regleln. Dazu muss man "nur" den Gleichungssatz der elektrischen
Maschine kennen und auf dem Controller umsetzten. Der komplette Ständer
gleichungssatz ist übrigens in Feldkoordinaten:
U1 = psi*w + Ls*j*w*i1 + R*i1 + Ls*di1/dt + dpsi/dt
Der letzten beiden Teile werden bei der klassischen FOR aber gerne
weggelassen. Die Fehler die dabei prodiziert werden sind nicht von
statischer Natur (da Ableitungen) und können ganz leicht vom P-Anteil
rausgeholt werden.
Zu 2) Die I-Anteile der Regler müssen immer begrenzt werden. hier würde
ich 20% der Nennspannung der Maschine empfehlen. Allerdings sollte Dein
Eintkopplungsnetzwerk so einestellt sein, dass statisch die Ausgänge der
I-Anteile null sind! -> Wichtig!!
Die maximalen Ströme bei elektrischen Maschinen liegen üblicherweise bei
200..300% vom Nennstrom. Ist für die Motoren nur eine thermische
Geschichte. Dafür gibts dann auch Temperatursensoren zur Übewachung.
Also sowohl den Feldstrom Id* und den Drehmomentstrom Iq* einfach auf
+-200% im Drehzahlregler und Feldregler begrenzen.
Um die nächste Frage gleich vorwegzumehmen -> ja ich weiss, Du hast eine
PEM, und da denkts Du, Du brauschst keinen Feldregler. Aber irgendwann
willst Du sicher mal eine Feldschwächung machen, und dann kannst Du die
Struktur auch gleich ordentlich bauen.
Was ist PLECS?
Grüße
OR
hi OR,
Danke vorerst mal!
OR schrieb:> Zu 1) Wenn Du dass Entkopllungnetzwerk weglässt, dann hast Du genau die> Achsenverkopplung von D/Q wieder drin. Das ist im undynamischen Zustand> nicht sonderlich tragisch, da die Regler das meist wieder ausgleichen> können. Dynamisch wird allerdings tödlich, da dann ein gutgemeinter> D-Strom auf einmal einen Q-Strom über die Regler provoziert. -> probier> es aus!> Die Regler, die Du einsetzt, ersetzten immer nur Teiler Deiner> Streckegleichungen, bzw. korrigieren Streckenparameter.> Man köönte zb. auch den kompletten Blindflug hinlegen, und gar nicht> mehr regleln. Dazu muss man "nur" den Gleichungssatz der elektrischen> Maschine kennen und auf dem Controller umsetzten. Der komplette Ständer> gleichungssatz ist übrigens in Feldkoordinaten:> U1 = psi*w + Ls*j*w*i1 + R*i1 + Ls*di1/dt + dpsi/dt> Der letzten beiden Teile werden bei der klassischen FOR aber gerne> weggelassen. Die Fehler die dabei prodiziert werden sind nicht von> statischer Natur (da Ableitungen) und können ganz leicht vom P-Anteil> rausgeholt werden.
ich werde mal ausprobieren, gucke mal wie sich die Maschine im
dynamischen Zustand verhält.
> Zu 2) Die I-Anteile der Regler müssen immer begrenzt werden. hier würde> ich 20% der Nennspannung der Maschine empfehlen.
20% der Nennspannung ?
> Allerdings sollte Dein Eintkopplungsnetzwerk so einestellt sein, dass> statisch die Ausgänge der I-Anteile null sind! -> Wichtig!!
stellt das Entkopplungsnetzwerk ein? Ein Entkopplungsnetzwerk sieht wie
im Bild rechts aus,wie kann man es noch einstellen?
> Die maximalen Ströme bei elektrischen Maschinen liegen üblicherweise bei> 200..300% vom Nennstrom. Ist für die Motoren nur eine thermische> Geschichte. Dafür gibts dann auch Temperatursensoren zur Übewachung.> Also sowohl den Feldstrom Id* und den Drehmomentstrom Iq* einfach auf> +-200% im Drehzahlregler und Feldregler begrenzen.
eigentlich suche die ganze Zeit nach Literatur zu diesem Thema,aber
leider immer nicht gefunden. stammt die obige Erklärung aus deiner
praktischen Erfahrung oder der Literatur?kann du mir einige Literaturen
über diesen Thema vorschlagen?
> Um die nächste Frage gleich vorwegzumehmen -> ja ich weiss, Du hast eine> PEM, und da denkts Du, Du brauschst keinen Feldregler. Aber irgendwann> willst Du sicher mal eine Feldschwächung machen, und dann kannst Du die> Struktur auch gleich ordentlich bauen.
Danke für den Vorschlag,aber der Betrieb im Feldschwächbereich wird
vorerst nicht berücksichtigt.
> Was ist PLECS?
PLECS ist ein Schaltungssimulator,guck mal hier:
http://www.plexim.com/de/
jetzt möchte der Drehzahlregler im FOC durch einen PI-Zustandregler
ersetzen (zur Vereinfachung werden die PI-Stromregler weiterhin
beibehalten).hast du Erfahrungen damit? kann ich die PI-Stromregler
weiterhin durch Betragsoptimum auslegen? mit welches Verfahren kann ich
die PI-Zustandregler am besten auslegen? Polzuweisung? LQR?
hast du eine Idee?
es gibt viele Regelungsverfahren oder Algorithmen,wie z.B.
FOC,DTC,Fuzzy,Neuro usw..welches/welcher hat bessere Aussicht? oder
welches/welcher passt am besten zu der digitalen Regelung?
Danke nochmals für die hinreichenden Vorschläge!
MfG!
-> Ja 20% der Maschinennennspannung
-> Das Entkopplungsnetzwerk enthält Ls,R1,psi,nist. Diese Werte müssen
alle stimmen. Wenn die nicht passen, dann bekommst Du Abweichungen im
statischen Arbeitspunkt, die der I-Anteil der Stromregler ausgleichen
muss. Man geht am besten so vor:
- einstellen des Leerlaufpunktes bei Nenndrehzahl -> Einstellen und
überprüfen vom Flussmodell
- Einstellen des Nennpunktes -> einstellen von Ls/R1 (R1 ist norm.
unwichtig, hängt aber von Deiner Maschinengröße ab.)
Zum Thema Literatur:
Hier kann ich Dir den Schröder empfehlen, sehr teuer und sehr gut:
("Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen Schröder,
Dierk")
Das Buch habe ich selber aber auch nicht.....
Falls Du mal sehen willst, wie die Profis sowas machen, kannst Du ein
bischen in der Doku zu Industriestromrichern auf die Suche gehen.
Noch ein kleiner Tipp zu Abschluss: Es ist nicht sehr weise, die Regler
so kompliziert zu machen. Die gesamte Steuer/Reglerstruktur muss sich an
der Physik orientieren. Falls Du Dynamikprobleme hast, ist normalerweise
nicht der Regler schuld, sondern Du hast ein Strukturproblem.
Normalerweise reicht ein PI-Regler völlig. Wenn Du einen PID-Regler
einsetzen willst, dann musst Du schon sehr viel über die Strecke wissen,
und dieses Wissen über die Strecke muss bei allen Arbeitspunkten (alle
Lastzustände, Umgebungstemperaturen, Rotortemperaturen,
Sättigungsverhalten) bekannt sein, ansonsten riskierst Du
Instabilitäten.
Ich lege die Regler übrigens immer nur nach "Gefühl" aus.
Trotzdem viel Spaß dabei
OR
-> für das Thema zur Bestimmung des oberen/unteren Werts der Begrenzung
bin immer noch nicht ganz klar...
der Buch von Schröder habe dabei,aber leider finde keine Info. für
dieses Thema.Wahrscheinlich kannst du nochmal ins Detail gehen?
leider muss schon wieder losgehen,die Reste lese ich heute Nacht wenn
ich wieder zuhause bin.
danke vielmals!
Grüße!
Die beiden Stromregler in D/Q Richtung sollen nur kleine Streckenfehler
ausgleichen (I-Anteil) und die Dynamik einstellen (P-Anteil). Wenn Du
den I-Anteil nicht begrenzt, dann führen Orientierungsfehler bzw. Fehler
im Vorsteuernetzwerk schnell dazu , dass sich der Regler "vollsaugt".
Wenn der I-Anteil erstmal bei 100% ist, dann hast Du sowieso schon die
maximale Motorspannung erreicht, also damit keinerlei Regelreserve mehr.
Ohne Regelreserve geht auch der P-Anteil nicht mehr -> dumm gelaufen ->
Maschinenregelung schmiert ab.
Gleichzeitig führt ein über die Zeit konstanter I-Anteil aber dazu, dass
Du einen Orientierungsfehler bekommst/hast. Ist auch sehr unschön, wenn
Du Drehmomentbildenden Strom denkst zu geben, und dabei aber auch noch
das Feld schwächst..
Ich habe mal angehängt, wie "mein" PI-Regler so grob ausschaut.
Du musst Dir darüber klar werden, für was Du die Regler eigentlich
benötigst!
Grüße
OR
Hi OR,
Danke vorerst mal für die detailierten Erklärungen!
jetzt habe nur noch eingie Fragen:
OR schrieb:> Die I-Anteile der Regler müssen immer begrenzt werden. hier würde> ich 20% der Nennspannung der Maschine empfehlen.
meinst du,u_d & u_q auf 20% der Nennspannung begrenzt werden?
wanrum denn 20%? findet man diseren Erfahrungswert in der Literatur?
> Die maximalen Ströme bei elektrischen Maschinen liegen üblicherweise bei> 200..300% vom Nennstrom. Ist für die Motoren nur eine thermische> Geschichte. Dafür gibts dann auch Temperatursensoren zur Übewachung.> Also sowohl den Feldstrom Id* und den Drehmomentstrom Iq* einfach auf> +-200% im Drehzahlregler und Feldregler begrenzen.
so hier meinst du Id* und Iq* auf +-200% des Nennstroms begrenzt.
zuerst muss ich das ganze System simulieren.
eigentlich müssen die Ströme bei elektrischen Maschinen(hier i_a, i_b,
i_c) auf die erlaubten Werte (hier Annahme: der maximale Strom
i_max=+-200% * i_nenn ) begrenzt werden.
so ich muss nur den i_max durch Park/Clark in i_d/i_q
transformieren,dann bekomme die Begrenzungswerte für die Ströme. oder?
dann wir bekommen auch die Begrenzungswerte für die Spannungen.(aber ich
finde,die Begrenzung für die Spannungen sind verzichtbar,da die Ströme
schon begrenzt werden,oder?)
PS:weißt du gibt es ein gutes Forum für Regelungstechnik / elektr.
Maschinen?ich möchte gerne noch wissen,welches/welcher
Regelungsverfahren oder Algorithmen eine gute Aussicht hat? oder
welches/welcher am besten zu der digitalen Regelung passt.
danke nochmals
Grüße!
Hallo,
ich befasse mich zur Zeit mit dem Thema der Feldorientierten Regelung,
da ich bisher nur die Theorie studiert habe und bisher keine Proktische
erfahrung sammeln konnte möchte ich hier nicht mit halbwissen um mich
werfen, daher zuerst zwei Buchempfehlungen.
Nguyen Phung Quang, Jörg-Andreas Diettrich - Praxis der feldorientierten
Drehstromantriebsregelungen
(Konnte es nur über die fernleihe bekommen, kaufen war nirgends möglich
allerdings ist dieses Buch auch in Englisch erschienen)
Nguyen Phung Quang, Jörg-Andreas Dittrich - Vector Control of
Three-Phase AC Machines
(Gleiches Buch, nur englisch, etwas neuer und ca. 50 Seiten mehr Inhalt,
kann allerdings nicht sagen ob wirklich mehr drinsteht)
Dierk Schröder - Elektrische Antriebe Regelung von Antriebssystemen
(Viel Mathematik und Theorie, allerdings auch sehr umfassend)
Soo, ich denke in diesen Büchern und dem Internet findet man alles was
man wissen muss, eventuell für die Herleitungen der Signalflusspläne der
PMSM noch Band 1 von Schröder - Elektrische Antriebe Grundlagen
Wenn ich die Informationen aus "Elektrische Antriebe Regelung von
Antriebssystemen" richtig Interpretiere entfällt die Entkopplung durch
die Annahme Ld=Lq=L1 sprich keine Reluktanzeinflüsse bei einer PMSM mit
Aufgesetzten Magneten (nicht eingebettet) und der Regelung von Id=0
dadurch erhält man einen vereinfachten Signalflussplan bei der die
Entkopplung nicht notwendig ist mit der Zusatzbedingung Ud=-w*L_sq*i_sq
Alles unter vorbehalt, ich arbeite mich selbst grade in das Thema.
MfG
Wilfried
Und nochmal ums vollständig zu machen,
Das oberste Bild rechts ist im statorfesten Koordinaten System und durch
die Umsetzung ins Läuferflussorientierte System mittels Park/Clarke ist
die entkopplung nicht mehr notwendig, das linke Bild ist somit
vollständig für eine Feldoreintierte Regelung.
Hey,
ich studiere nicht an der FH Aalen, sondern an der Stenden Hogeschool in
den Niederlanden.
Ich helfe gerne, allerdings könntest du mir eventuell auch weiter
helfen, ich wäre dir sehr dankbar wenn du mir auch dir nützlich
erscheinde Links oder Skripte zukommen lassen könntest oder eventuell
sogar ein paar deiner Untersuchungsergebnisse und Unterlagen, ich stecke
noch mitten in den vorbereitungen zu meiner Bachelor Thesis und kann
jede Information gebrauchen ;) Ich finde den Übergang von der Theorie
zur Umsetzung bzw. Dimensionierung der Regler etc. noch etwas schwierig,
das allgemeine Prinzip habe ich verstanden und werde mich auch bald
daran machen eine kurze abhandlung darüber zu schreiben, wenn sie fertig
ist werde ich sie gern zur verfügung stellen.
Gruß
Wilfried
zu Wilfried,
ich habe schon viele stoffe gelesen,und finde jetzt, nicht je mehr desto
besser, man braucht nur einen guten Buch,wie z.B.:
"Elektrische Antriebe – Regelung von Antriebssystemen"
ich glaube,du hast schon alles was du brauchst.lies mal deine
Stoffe,dann findest langsam deinen zum Ziel.
wenn du probleme hast,kann du hier aufstellen.viele leute sind
hilfsbereit.
zu OR,
danke OR,ich bekomme schon sehr gutes Ergebnis,jetzt muss nur noch
einigen Kleinigkeiten klären.
wie z.B. wie kann man den Puls-Umrichter exakt modellieren.(ich finde ja
die Modellbildung des Stromrichters für GM,aber leider noch keine für
die Drehstrommaschine)
letztes mal hast du erklärt, wie wird die Reglerausgangsbegrenzung
bestimmt, ich suche im Moment die theoretische Erklärung.
FOC_PMSM.PNG
(110 KB)
Entkopplung.PNG
(27 KB)
