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MA Jonas Maier
Master-Arbeit Jonas Maier, 2023
Flachheit und modellprädiktive Regelung für permanenterregte Synchronmotoren
Kurzfassung
Diese Arbeit behandelt den Entwurf einer modellprädiktiven Regelung (MPC) für permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) mit ausgeprägten Polen. Das elektrische Moment der PSM soll unter Aufnahme minimaler Wirkleistung entlang einer Referenz stabilisiert werden. Neben einem idealen Modell der PSM, wird auch ein Modell betrachtet, das magnetische Sättigungseffekte berücksichtigt. Die Modellgleichungen beider PSM werden hergeleitet und in ein feldorientiertes Referenzsystem transformiert. Ausgehend vom idealen Modell wird zunächst ein flachheitsbasierter Regler in Kombination mit einer optimalen Referenzplanung (offline) vorgestellt. Simulationsergebnisse zeigen, dass sich der Regler zwar für den Betrieb der idealen, nicht aber der gesättigten PSM eignet. Anschließend wird eine MPC auf Basis der idealen PSM entworfen. Besondere Beachtung kommt ihrer numerisch effizienten Formulierung zuteil, wozu zum einen lineare Nebenbedingungen des zugrunde liegenden Optimalsteuerungsproblems (OCP) angestrebt werden. In diesem Kontext wird das Modell der idealen PSM linearisiert, um es danach exakt zu diskretisieren. Zum anderen wird die Größe des OCP durch eine flachheitsbasierte Parametrierung reduziert. Die Ansätze wurden an der idealen PSM erfolgreich simulativ validiert. Die Ergebnisse werfen jedoch Zweifel daran auf, ob sich die vorgestellten Methoden dazu eignen, das Modell der gesättigten PSM zum Zwecke einer MPC angemessen zu diskretisieren.