Optimierte Drehmomentregelung einer Asynchronmaschine basierend auf der Methode der Dynamischen Programmierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerd Griepentrog
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323850416

Zur Ansteuerung elektrischer Maschinen existieren heute Verfahren basierend auf einer Hysteresebandregelung von magnetischem Fluss und Drehmoment (z. B. Direct Torque Control oder Direct Self Control) oder PWM-basierte Verfahren. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile - so weist die Hysteresebandregelung typischerweise weniger Schalthandlungen im Wechselrichter auf, dafür ist jedoch die Regelgüte schlechter als bei PWM-basierten Verfahren, die dafür wieder eine vglw. hohe Anzahl von Schalthandlungen erfordern, was die Verluste im Wechselrichter erhöht. Mit diesem Antrag soll ein neuer Weg der Ansteuerung elektrischer Maschinen beschritten werden: Ob und welche Schalthandlung im Wechselrichter vorgenommen wird, wird anhand einer Optimierungsfunktion bestimmt, welche auf die folgende Trajektorie der Zustandsgrößen der elektrischen Maschine, der Last und des Wechselrichters angewandt wird. Es wird also nicht nur der gegenwärtige Zustand, sondern auch (einige) Zustände in der Zukunft so optimiert, dass ein insgesamt optimales Ergebnis erzielt wird. Für die Optimierung wird eine Kostenfunktion verwendet, die sich aus verschiedenen, gewichteten Parametern zusammensetzt. Z. B. können hierin die Abweichungen von Drehmoment und magnetischem Fluss vom Sollwert, Anzahl der Schalthandlungen des Inverters, Abweichung von einer zuerreichenden Solldrehzahl / Sollposition, Verlustleistung des Wechselrichters und der elektrischen Maschine etc. eingehen. Damit kann das Ergebnis auf die jeweiligen Erfordernisse der Antriebsaufgabe angepasst werden. Für die Optimierung der gegenwärtigen Zustandsgrößen und denen in der Zukunft entlang der Trajektorie wird das Verfahren der Dynamischen Programmierung eingesetzt. Damit kann das Optimierungsproblem überschaubar für eine definierte Anzahl zukünftiger Schalthandlungen (den Ereignishorizont) so gelöst werden, dass eine Implementierung auch auf Echtzeitsteuerungen von Antrieben und damit eine praktische Realisierung möglich ist. Das Verfahren wird daher Dynamic Programing Torque Control (DPTC) genannt. Innerhalb des Antrags soll das Potential von DPTC für die Ansteuerung von Asynchronmaschinen untersucht und nachgewiesen werden (Anm.:das Verfahren kann prinzipiell für jede elektrische Maschine eingesetzt werden). Erste Simulationsrechnungen zeigen, dass das DPTC Verfahren deutliche Vorteile gegenüber den bisherigen Verfahren in Bezug auf Einhaltung der Regelgüte und der Schaltverluste aufweist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen