Industrieprojekte

Anm.: Nach Projektabschluss entstanden teilweise Veröffentlichungen [ ] zum Projektthema. Durch die Beteiligung der Kunden an der Erstellung deckten die Artikel die ganze Bandbreite von der Theorie bis zum praktischen Nutzen ab.

1987 [1] Regelung einer statischen unterbrechungsfreien Spannungsversorgung. (Piller)

1989 [2] Master/Slave-Antrieb für die Speichertrommel eines vollständig digital arbeitenden Röntgengerätes mit zeitoptimaler Lageregelung und aktiver Dämpfung im Antriebsstrang. (Philips Medizin Systeme)

1991 [3] Regelung eines 30 kW Direktantriebes in der C-Achse einer CNC-Drehmaschine. (Gildemeister)

1993 [4] Rückspeisefähige Spannungsversorgung für Personenaufzüge, die auch unter den extrem schlechten Netzbedingungen in Fernost stabil funktioniert. (Schindler Aufzüge, Schweiz)

1995 Regelung für einen Asynchron-Fahrmotor im Gabelstapler, die auch bei einer sehr stark schwankenden, vom Dieselgenerator kommenden, Zwischenkreisspannung stabil funktioniert. (Still GmbH)

1997 [5] Regelung eines doppelt-gespeisten Asynchrongenerators für eine 2 MW Windkraftanlage ohne Lagegeber.
(Vestas Wind Systems A/S, Dänemark)

1998 Regelung eines Gleichstrommotors für eine Lenkhilfe im Automobil. (Auftraggeber vertraulich)

1998 [6] Aktive Reduzierung der vom Generator verursachten Harmonischen für eine 2 MW Windkraftanlage.
(Vestas Wind Systems A/S, Dänemark)

1999 Aktive Dämpfung der Triebstrangschwingungen über den Stromregelkreis für eine 2 MW Windkraftanlage.
(Vestas Wind Systems A/S, Dänemark)

2000 [6] Drahtzugregelung ohne Ziehkraftmessung (Dissertation TU Braunschweig und TU München)

2000 Drehzahlregelung eines am Stator kurzgeschlossenen, nur rotorgespeisten Asynchrongenerators für den Servicebetrieb. (Vestas Wind Systems A/S, Dänemark)

2000 Sich an schnell veränderliche Netzfrequenzen und Netzspannungsamplituden anpassende Leistungsregelung für eine 2 MW Windkraftanlage. (Vestas Wind Systems A/S)

2001 Regelung eines Klauenpolsynchronmotors ohne Lagegeber, um ihn im Automobil sowohl als Anlasser als auch als Lichtmaschine zu nutzen. (DaimlerChrysler AG)

2002 Matlab S-Function-Modell des doppelt-gespeisten Drehstromgenerators mit Magnetisierungs- kennlinie (optional). Bei dem sehr wenig Rechenzeit benötigenden Modell kann während der Simulation der Stator zwischen Stern/Dreieck und Netzbetrieb/Netztrennung umgeschaltet werden und erlaubt so u.a. die komfortable Entwicklung von Netzsychronisationsalgorithmen.(Vestas Wind Systems A/S)

2002 Entwicklung einer hochdynamischen Leistungsregelung über Winkel und Amplitude für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator unter Verzicht auf feldorientierte Vektoroperationen (Skalarregelung). Die Stromregelung erfolgt mit Wechselgrößen und trennt nicht mehr Blind- und Wirkstrom. Diese Lösung in Verbindung mit einem geänderten Umrichterdesign ermöglichte den Einstieg in den durch Patente blockierten amerikanischen Markt. Inzwischen hat der Auftraggeber eine skalar geregelte 3 MW Version in Amerika erfolgreich installiert. (Vestas Wind Systems A/S)

2003 Entwicklung eines virtuellen Prüfstandes für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator in Matlab/Simulink. Der Prüfstand besteht aus dem bereits oben unter 2002 beschriebenen kontinuierlich gerechneten Generatormodell, einem Netzmodell und der in einer Matlab S-Function mit 5 kHz diskret gerechneten statorfeldorientierten Leistungsregelung für Windkraftanlagen. Die Leistungsregelung schließt die Ablaufsteuerung mit Synchronisierung, Netztrennung, Netzbetrieb und Stern-Dreieck-Umschaltung während der Simulation ein. Die Simulation ist sehr schnell und erreicht mit aktuellen Prozessoren teilweise Echtzeit. Der C-Code der Regelung ist vollständig und kann mit geringsten Schnittstellenanpassungen in das Zielsystem und dessen Betriebssystem integriert werden. Die mit der Regelung arbeitende 850 kW Windturbine hat bereits den Feldtest bestanden. (Gamesa Eolica)

2004 Im Rahmen des virtuellen Prüfstandes für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator Entwicklung einer Zwischenkreisspannungsregelung mit nahezu vollständiger Kompensation (ca. 95%) der vom Generator verursachten Harmonischen. Es werden sowohl die Schlupfharmonischen als auch die Überharmonischen zur Netzfrequenz bis maximal 600 Hz kompensiert. Die Anzahl der reduzierbaren Harmonischen ist beliebig und wird lediglich durch die Rechenleistung begrenzt. Da die Harmonischenreduzierung vollständig entkoppelt vom Leistungs- und vom Zwischenkreisspannungsregelkreis arbeitet, findet auch im dynamischen Fall mit seinen hohen Transienten in den Strömen keine wechselseitige Beeinflussung zwischen diesen Regelkreisen und der Harmonischenreduzierung statt. (Gamesa Eolica)

2004/2005 Anpassung der unter 2004 beschriebenen Regelung des doppel-gespeisten Drehstromgenerators und der Harmonischenreduzierung für den Betrieb ohne Rotorlagegeber. Auch unter diesen erschwerten Bedingungen erreicht die Harmonischenreduzierung eine nahezu vollständige Kompensation der Schlupf- und Netzharmonischen (80% - 95%). (Gamesa Eolica)

2005 Entwicklung eines Rechteckgebermodells mit Nullpuls als C-Programm. Das Modell ist kompatibel zu den Steuer- und Statuswortschnittstellen des dSMC bzw. VeCon Signalprozessors. Es unterstützt die hochauflösende Drehzahlberechnung, welche den Inkrementalzähler CNTLTx und den Zeitzähler TCNTLTx auswertet sowie die Lageberechnung mit Überlaufauswertung und Nullpulskorrektur. (ESR Pollmeier GmbH)

2005 Entwicklung eines SinCos-Gebermodells mit Z-Spur und Nullpuls als C-Programm. Das Modell ist kompatibel zu den Steuer- und Statuswortschnittstellen des dSMC bzw. VeCon Signalprozessors. Es berechnet für jeden Regelungstakt die Registerinhalte der digitalen und analogen Schnittstelle (CNTLTx, Ax_ANA, Bx_ANA). Die Zeitverzögerung zwischen dem Speichzeitpunkt des Analogwertes und dem des Inkremetalzählerstandes ist parametrierbar. Zusätzlich kann das Gebersignal mit im Labor aufgezeichneten Rauschmustern gestört werden. Die sich ergebenden Quadrantenfehler beim Zusammenführen des Analog- und Digitalanteils der Lage innerhalb der Software entsprechen den am Motorprüfstand auftretenden Fehlern. (ESR Pollmeier GmbH)

2005 Drehzahlregelung für Servoantriebe mit permanenterregter Vollpolsynchronmaschine und Rechteckgeber . Die Drehzahl wird hochaufgelöst durch Division der Pulsdifferenz durch die Zeit berechnet. Entwicklung und Test erfolgten im dSMC-Vision Simulator mit Hilfe des dort implementierten PWM-, Synchronmotor- und Rechteckgebermodells. Die gefundene Lösung wurde per E-Mail an den Auftraggeber gesandt und konnte dort am Motorprüfstand in Betrieb genommen werden. Die Anwesenheit des Entwicklers war nicht erforderlich. (ESR Pollmeier GmbH)

2005 Drehzahlregelung im VeCon für eine Vollpolsynchronmaschine mit sehr stark gestörten SinCos-Gebersignalen. Der nicht alle Quadrantenfehler erkennende CNTCOR-Befehl (VeCon, dSMC) wurde durch einen neu entwickelten Algorithmus ersetzt. Dieser Algorithmus entspricht einem angepassten nichtrekursiven Filter und eliminiert alle Quadrantenfehler über dem gesamten Drehzahlbereich ohne eine zusätzliche Zeitverzögerung in der Drehzahlberechnung. Entwicklung und Test erfolgten im dSMC-Vision Simulator mit Hilfe des dort implementierten PWM-, Synchronmotor- und SinCos-Gebermodells. Die gefundene Lösung ging per E-Mail an den Auftraggeber und konnte dort am Motorprüfstand in Betrieb genommen werden. Die Anwesenheit des Entwicklers war nicht erforderlich. (ESR Pollmeier GmbH)

2005/2006 Hochdynamische Drehzahlregelung für rotatorische Direktantriebe mit permanenterregter Vollpolsynchronmaschine. Die Stromregelung erfolgt mit 16 kHz in Rotorfeldkoordinaten. Der Kommutierungsstartwinkel wird automatisch ermittelt. Die Ermittlung ist nach ca. 100 ms abgeschlossen ohne dass der Antrieb sich dabei merklich bewegt. Verfahrensbedingt muss jedoch eine minimale Bewegung zulässig sein. Die Hochauflösung der Drehzahl kann maximal 10 Bit/rpm betragen und ist frei einstellbar. Durch Adaptionen in der Numerik der Drehzahlberechnung, des Drehzahlreglers und der automatischen Startwinkelermittlung kann die Drehzahlregelung sowohl für Servoantriebe ab einer Rotorträgheit von 0,06 kgcm2 als auch für Direktantriebe mit Rundtisch bis zu einer Rotorträgheit von 5 kgm2 eingesetzt werden. Numerisch können SinCos-Geber ab 1 Periode/U bis 360.000 Perioden/U ausgewertet werden. Dazu kommen noch maximal 11 Bit aus der Arcustangesberechnung der Sinus- und Cosinusspur des Gebers. Theoretisch liesse sich damit eine mechanische Umdrehung mit über 737.000.000 Inkrementen auflösen. Durch Adaptionen in der Drehzahlberechnung treten über dem gesamten zulässigen SinCos-Geberbereich nahezu gleichbleibende sehr geringe numerische Verluste auf. Die beim Zusammenführen von digitaler und analoger Lagekomponente üblicherweise auftretenden Quadrantenfehler werden zuverlässig erkannt und kompensiert. Der Regelungscode wurde in 16/32-Bit Festkommaarithmetik am Simulator entwickelt und konnte beim Kunden ohne Anwesenheit von Control Design erfolgreich in das System integriert werden. Der Regelkreis wurde in der Simulation mit dem unter 2005 erwähnten Motor- und SinCos-Gebermodell geschlossen. (ESR Pollmeier GmbH)

2006 Modelle eines permanenterregten Linearmotors, eines linearen Rechteckgebers, eines linearen SinCos-Gebers und eines Sixstep-Gebers als Basis für die Entwicklung der Regelung. Die Modelle wurden in C erstellt (ESR Pollmeier GmbH).

2006 Hochdynamische Lage- und Drehzahlregelung für Linearantriebe nach dem Prinzip der permanenterregten Synchronmaschine. Die Regelung erlaubt den Betrieb mit Rechteckgeber, Sixstep-Geber und SinCos-Geber und ermittelt bei Bedarf den Kommutierungsstartwinkel automatisch. Der Regelungscode wurde am Simulator entwickelt und konnte beim Kunden ohne Anwesenheit von Control Design erfolgreich in das System integriert werden. (ESR Pollmeier GmbH)

2006 Virtueller Prüfstand für eine rückspeisefähige Spannungsversorgung.  (Schindler Aufzüge, Schweiz)

2006/2007 Weiterentwicklung der rückspeisefähigen Spannungsversorgung für Personenaufzüge, die auch unter den extrem schlechten Netzbedingungen in Fernost stabil funktioniert. (Schindler Aufzüge, Schweiz)

2007 Hochauflösende Drehzahlregelung von DC-Motoren für Personenaufzüge. Die Berechnung der Stromregelungsparameter erfolgt aus den Motordaten. (Schindler Aufzüge, Schweiz)

2007 Einstellbare Bandsperre nach Butterworth für eine hochauflösende Drehzahlregelung im Servoantriebsbereich.
(ESR Pollmeier GmbH)

2007 Kompensation der Umrichternichtlinearität im Servoantriebsbereich. Die Kompensation erlaubt bei festen Stromreglerparametern eine nahezu gleichbleibende Dynamik der Stromregler über dem gesamten Stellspannungsbereich.
(ESR Pollmeier GmbH)

2007 Hochdynamische Drehzahlregelung eines PMSM mit Resolver. Die Drehzahl wird mittels Kalman-Filter geglättet und erlaubt einen geräuschfreien Betrieb trotz dynamischer Parameterwahl. (ESR Pollmeier GmbH)

2007 Optimierung der Bandbreite eines mit 16 kHz gerechneten Stromregelkreises mit Hilfe genauer Modelle von PWM, Zwischenkreisspannungsumrichter, ADC und Stromfilter. Das Timing der Abtastung und der Schaltzeitübernahme wurde genau nachgebildet. Die Optimierung konnte beim Kunden am Motorprüfstand ohne weiteren Aufwand verifiziert und übernommen werden. (ESR Pollmeier GmbH)

2008 Virtueller Prüfstand für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator in Matlab/Simulink. Gegenüber der bereits unter 2003 beschriebenen Entwicklung konnte die Simulationsgeschwindigkeit mehr als verdoppelt werden.
(REnergy Electric Tianjin Ltd., China)

2008/2009 Leistungsregelung als C-Programm für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator einer 1.5 MW Windkraftanlage mit Lagegeber. Das Regelung wurde ohne persönliche Anwesenheit von Control Design in Betrieb genommen.
(REnergy Electric Tianjin Ltd., China)

2008/2009  Regelung der Zwischenkreisspannung als C-Programm für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator einer 1.5 MW Windkraftanlage mit Lagegeber. Das Regelung wurde ohne persönliche Anwesenheit von Control Design in Betrieb genommen.(REnergy Electric Tianjin Ltd., China)

2008/2009 Reduzierung der Harmonischen als C-Programm für den doppelt-gespeisten Drehstromgenerator einer 1.5 MW Windkraftanlage mit Lagegeber. Es werden die vom Schlupf abhängigen Harmonischen sowie die 5. und 7 der Netzharmonischen reduziert. Die Harmonischen werden auf 10 bis 20 Prozent ihres Ausgangswertes reduziert. Die Entwicklung baut auf die bereits 2004 gemachte Entwicklung auf. Die Reduzierung der Harmonischen wurde ohne persönliche Anwesenheit von Control Design in Betrieb genommen.  (REnergy  Electric Tianjin Ltd., China)

2010/2011 Verlustoptimale Regelung (MTPC) einer Schenkelpol-Synchronmaschine (IPMSM) mit sehr stark ausgeprägter Reluktanz für den Einsatz im Elektrofahrzeug. Das neuartige modellbasierte Suchverfahren erlaubt den verlustoptimalen Betrieb im Feldschwächbereich bis 12.000 U/min. Es ersetzt die bis dahin übliche Regelung, die auf einer sehr aufwändigen Kennfeldvermessung beruhte. Das modellbasierte Suchverfahren erfordert den gleichen, relativ geringen, Parametrierungsaufwand, wie er bei einer im Feldschwächbereich betriebenen Asynchronmaschine üblich ist. Die Lösung wurde vor der Systemintegration als in C geschriebene S-Funktion in Matlab/Simulink entwickelt und getestet. Sie basiert auf einem schnellen numerischen Ansatz in Verbindung mit einem nichtlinearen Motormodell. Das Suchverfahren berücksichtigt eine veränderliche Zwischenkreisspannung, frequenz- und flussabhängige Eisenverluste, ohmsche Ständerverluste und die Eisensättigung. Auf DSPs von TI können Abtastraten mindestens bis 16 kHz erreicht werden. (Volkswagen AG)

2012/2014 Erweiterung der Regelung eines doppelt-gespeisten Drehstromgenerators um die Fähigkeit, die von der E.ON Netz GmbH  spezfizierten Anforderungen bei Netzstörungen erfüllen zu können. Die Leistungsregelung arbeitet auch bei sehr schnellen  Netzfrequenzänderungen (>> 0.1 Hz/s) zwischen 45 und 55 Hz stabil. Während Netzspannungseinbrüchen bis auf 0 % der Nennspannung arbeitet die gesamte Regelung mindestens für die geforderte Zeit stabil, ohne dass der Generator vom Netz getrennt werden muss. Die Leistungsregelung arbeitet bei Überspannungen mindestens bis zu 130 % der Netzspannung stabil. Auch während  phasenweiser Netzspannungsunterschiede bis zu +/-15 % arbeitet die Regelung stabil. Die Netzspannung wird bei Netzschwankungen zwischen 50 % und 120 % der Nennspannung durch die Blindleistungsregelung  unterstützt. Die Verstärkung der Spannungsstützung ist einstellbar und der Eingriff kann  kontinuierlich oder erst ab einer einstellbaren Mindestabweichung erfolgen. Um den Zwischenkreis vor Schäden durch Überspannung zu  schützen, steuert die Regelung sowohl einen Rotorkreis- als auch einen Zwischenkreischopper an. Die Regelung wurde an einem speziell dafür aufgebauten Hochspannungsnetzprüfstand ohne die persönliche Anwesenheit von Control Design in Betrieb genommen und ist inwischen Teil der Produktpalette. (REnergy Electric Tianjin Ltd., China)