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http://dx.doi.org/10.25673/36799
Title: | Regelung von direktangetriebenen elektrischen Maschinen für Verbrennungsmotoren |
Author(s): | Gerlach, Andreas |
Referee(s): | Leidhold, Roberto Rottengruber, Hermann |
Granting Institution: | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik |
Issue Date: | 2021 |
Extent: | 176 Seiten |
Type: | Hochschulschrift |
Type: | PhDThesis |
Exam Date: | 2021 |
Language: | German |
URN: | urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-370310 |
Subjects: | Regelungstechnik Steuerungstechnik |
Abstract: | Diese Arbeit handelt von der Regelung von elektrischen Maschinen, welche an einem
Verbrennungsmotor direkt gekoppelt sind. Zu Beginn werden einige Grundlagen
zur Regelung von permanent erregten Synchronmaschinen (PMSM) und die Funktionsweise
von Vier-Takt-Ottomotoren erläutert. Es folgen dann die verschiedenen
Versuchsaufbauten, die in dieser Arbeit genutzt wurden, um verschiedene mittelwertund
dynamikbasierte Regelverfahren zu validieren.
Zu den mittelwertbasierten Regelverfahren werden Verfahren gezählt, welche keine
hochdynamische Drehmomentänderung innerhalb der vier Takte des Verbrennungsmotors
benötigen. Hierzu gehört unter anderem die drosselklappenaktorlose Leistungsregelung.
Das zu regelnde System ist nichtlinear. Zur Regelung des Systems
wurde es zum einen mithilfe einer Taylorannäherung und zum anderen mit einer
Ausgangsrückführung linearisiert. Zu dem linearisierten System konnte anschließend
ein Regler ausgelegt werden. Ein weiteres mittelwertbasiertes Regelverfahren ist
die winkelgeberlose Regelung. Hierbei wurden verschiedene Winkelschätzverfahren
für die PMSM angewendet, um den elektrischen Winkel und das Drehmoment des
Verbrennungsmotors zu schätzen, welches mit einem theoretischen Kompressionsdrehmoment
verglichen wird, um den Kurbelwinkel zum elektrischen Winkel zu
referenzieren.
Die dynamikbasierten Regelverfahren sind Verfahren, welche innerhalb der vier
Takte den Drehmoment-/ Kraftverlauf der elektrischen Maschine stark verändern.
Hierdurch ist es unter anderem möglich, den Kolbenhubverlauf bei einem Verbrennungsmotor
mit Kurbelwelle und bei einem Freikolbenmotor anzupassen. Außerdem
kann die Einprägung eines hochdynamischen Drehmoments auf einer Nockenwelle
dazu genutzt werden, um die Ventilsteuerzeiten zu variieren. Weiterhin wird eine
hohe Regeldynamik benötigt, wenn eine nahezu konstante Drehzahl erforderlich ist.
Hierfür muss ein Drehmoment eingeprägt werden, was das Drehmoment des Verbrennungsmotors
kompensiert. Dies wird als Drehmomentdämpfung/-kompensation
bezeichnet. Es wurden verschiedene Drehmomentdämpfungsmethoden getestet und
die Ergebnisse nach Implementierungsaufwand und benötigten Sensoren verglichen This work deals with the control of electrical machines that are directly coupled to an internal combustion engine. At the beginning, some basics for the control of permanently excited synchronous machines and the functioning of four-stroke gasoline engines are explained. This is followed by the various test setups that were used in this work to validate various average and dynamics-based control procedures. The average value-based control methods include methods that do not require a highly dynamic change in torque within the four cycles of the internal combustion engine. This includes throttle actuator-free power control. The system is nonlinear. To control the system, it was linearized on the one hand by using a Taylor approximation and on the other hand by using a feedback linearization. A controller could then be designed for the linearized system. Another control method, based on average values, is the control without an angle encoder. Here, angle estimation methods for the PMSM were used to estimate the electrical angle and the torque of the internal combustion engine, which is compared with a theoretical compression torque in order to reference the crank angle to the electrical angle. The dynamics-based control methods are methods that change the torque / force curve of the electrical machine significantly within the four cycles. This makes it possible, among other things, to adapt the piston stroke in an internal combustion engine with a crankshaft and in a free piston engine. In addition, the injection of a highly dynamic torque on a camshaft can be used to adjust the valve timing. High control dynamics are also necessary when an almost constant speed is required. For this, a torque must be applied, which compensates the torque of the internal combustion engine. This is known as torque damping / compensation. Different torque damping methods were tested and the results compared according to implementation effort and required sensors |
URI: | https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/37031 http://dx.doi.org/10.25673/36799 |
Open Access: | Open access publication |
License: | (CC BY-NC-SA 4.0) Creative Commons Attribution NonCommercial ShareAlike 4.0 |
Appears in Collections: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik |
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