Einsatz eines Kalman-Filters zum feldorientierten Betrieb einer Asynchronmaschine ohne mechanische Sensoren

Übersicht Die entkoppelte Regelung der fluß- und momentbildenden Stromkomponenten bei der feldorientierten Betriebsweise einer Asynchronmaschine erfordert die Bestimmung des Rotorflusses. Dies wird heute durch ein Flußmodell oder durch einen Beobachter realisiert. In dieser Arbeit wird der Einsatz eines Kalman-Filters vorgestellt, mit dessen Hilfe die elektrischen Zustandsgrößen der Maschine aus der Messung der Klemmengrößen bestimmt werden. Das Filter liefert zusätzlich die mechanische Drehzahl für die Drehzahlregelung der Maschine, so daß kein mechanischer Sensor für die Drehzahlmessung erforderlich ist.

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Field-oriented control of an induction motor without mechanical sensors using a Kalman-Filter

Contents The field-oriented control of the induction motor necessitates the identification of the rotor flux to control the flux and torque producing components of the current independently. This can be achieved either by a flux model or by an observer. This paper presents a Kalman-Filter which is used to determine the electrical state variables by measuring the terminal voltage and current. The Kalman-Filter additionally estimates the rotational speed which is fed into the speed control and makes a mechanical sensor superfluous.

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Formelzeichen A Systemmatrix im zeitdiskreten Zustandsraum - B Eingangsmatrix im zeitdiskreten Zustandsraum - C Ausgangsmatrix im zeitdiskreten Zustandsraum - F Systemmatrix im zeitkontinuierlichen Zustandsraum - G Eingangsmatrix im zeitkontinuierlichen Zustandsraum - h Ausgangsfunktion im zeitdiskreten Zustandsraum - H Ausgangsmatrix im zeitkontinuierlichen Zustandsraum - i Strom - I _N Nennstrom - I Einheitsmatrix - J Trägheitsmoment - k ₁ Konstante - K Kalman-Matrix - L Induktivität - M Moment - P Kovarianzmatrix des Zustandsvektors - Q Kovarianzmatrix des Systemrauschens - R Ohmscher Widerstand - R Kovarianzmatrix des Meßrauschens - T Abtastzeit, Zeitkonstante - u Spannung - u Eingangsvektor - v Meßrauschen - W Systemrauschen - x Zustandsvektor - y Ausgangsvektor - Transformationswinkel - Lagewinkel - Eingangsmatrix für das Systemrauschen - Streuziffer - Übertragungsfunktion - Flußverkettung - Drehzahl, Kreisfrequenz Indices I Ständergröße, ständerfest - II Rotorgröße, rotorfest - 1 Ständergröße - 2 Rotorgröße - 1 Streuziffer des Ständers - 2 Streuziffer des Rotors - A, B Bezeichnung der Achsen im Zweiachsensystem - Größen im rotierenden System - h Haupt(induktivität) - k Koordinatensystem - M Mechanische Größe - N Nennwert - T transponiert - u, v, Strangbezeichnung - Magnetisierungsstrom