MET118: Regelung elektrischer Antriebe

Kernmodule Elektrotechnik

MET118: Regelung elektrischer Antriebe

Kurzporträt MET118: Regelung elektrischer Antriebe
Worum geht es? In diesem Modul modellieren Sie Gleich- und Drehstrommaschinen dynamisch, insbesondere die Drehfeldmaschine über Raumzeiger, und entwerfen darauf aufbauend Regler, die vorgegebene Geschwindigkeits- oder Lageprofile einhalten. Von der klassischen Kaskadenregelung über Zustandsraum- und Beobachterentwurf bis zur feldorientierten Regelung von Asynchron- und Synchronmaschinen durchlaufen Sie die zentralen Regelungskonzepte moderner Antriebstechnik.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden gebraucht, um digitale Regel- und Beobachterstrukturen für stromrichtergespeiste Antriebe mit Mikroprozessoren oder -controllern zu realisieren – von der Werkzeugmaschine über Elektrofahrzeuge bis zu Industrierobotern. Sie versetzen in die Lage, mit der schnellen Weiterentwicklung der elektrischen Antriebstechnik Schritt zu halten und passende Regelungskonzepte begründet auszuwählen.
Wieso ist es interessant? Elektrische Antriebe sind das Herzstück der Elektromobilität, der Automatisierung und der Robotik, und ihre Leistungsfähigkeit hängt maßgeblich von der Güte der Regelung ab. Wer verstehen möchte, wie aus Raumzeigermodellen präzise, dynamische Antriebsregelungen entstehen, findet hier die theoretischen Grundlagen und den Bezug zur praktischen Implementierung.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Lehrperson(en)
  • Prof. Dr. Elmar Ahle
  • Prof. Dr. Andreas Waldhorst
Verwendbarkeit
  • Master Elektrotechnik
  • Master Mechatronik und Robotik
Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Sommersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Control of Electric Drives

Empfohlene Voraussetzungen

Elektrische Antriebe, Leistungselektronik, Regelungstechnik

Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden erklären die dynamische Modellierung von Gleich- und Drehstrommaschinen, insbesondere die systemtheoretische Beschreibung der Drehfeldmaschine mittels Raumzeigern. Sie sind in der Lage, für elektrische Antriebe Regler zu entwerfen, um ein vorgegebenes Geschwindigkeits- oder Lageprofil einzuhalten.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • die Modellierung der Komponenten des Antriebssystems im Zustandsraum aus den physikalischen Beziehungen und Ersatzschaltungen ableiten,
  • die klassische Kaskadenregelung des Gleichstromantriebs bestimmen und in einen digitalen Algorithmus überführen,
  • das Konzept der Zustandsraumdarstellung für den Regler- und Beobachterentwurf im Kontext der stromrichtergespeisten Antriebsmaschinen anwenden und dabei von Simulationswerkzeugen Gebrauch machen,
  • raumzeigerbasierte Modelle für Drehfeldmaschinen erörtern und damit Regelungskonzepte für Drehzahl, Drehmoment und Position begründen,
  • unterschiedliche Stromregelverfahren für Drehfeldmaschinen gegenüberstellen.
WOZU

Die in diesem Modul vermittelten Kenntnisse und Methoden unterstützen die Studierenden dabei, mit der rasanten Entwicklung des Fachgebietes der elektrischen Antriebstechnik Schritt zu halten. Sie befähigen sie u. a. dazu, Problemlösungen zu erarbeiten, die sich bei der praktischen Realisierung von digitalen Regel- und Beobachterstrukturen mit Mikroprozessoren oder -controllern stellen.

Inhalte
  • Modellbildung: Elektrische u. mechanische Komponenten, elektrische Maschinen und Stromrichter
  • Konventionelle Regelung im Frequenzbereich: Klassische Kaskadenregelung, überlagerte Positionsregelung, digitale Regelstruktur mit Mikroprozessoren
  • Regelung im Zustandsraum: Zustandsraumdarstellung, (reduzierter) Zustandsbeobachter, Zustandsrückführung, Reglerentwurf durch Polvorgabe
  • Beobachterentwurf für Antriebskonzepte mit Stromrichtern, Raumzeigermodulation
  • Asynchronmaschine: Raumzeigermodell, Steuerverfahren, Regelungsverfahren, feldorientierte Regelung
  • Stromregelverfahren für Drehstrommaschinen
  • Synchronmaschine: Modellierung der anisotropen Synchronmaschine, Strom- u. Spannungseinprägung, feldorientierte Regelung
Prüfungsvorleistung

Keine

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Dierk Schröder: Elektrische Antriebe: Regelung von Antriebssystemen. Springer Vieweg, 2015.
  • Andreas Binder: Elektrische Maschinen und Antriebe. Springer, 2017.
  • Germar Müller; Bernd Ponick: Grundlagen elektrischer Maschinen. Wiley-VCH, 2014.
  • Jan Lunze: Regelungstechnik 1: Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen. Springer Vieweg, 2020.
  • Jan Lunze: Regelungstechnik 2: Mehrgrößensysteme, digitale Regelungen. Springer Vieweg, 2021.
  • Uwe Nuß: Hochdynamische Regelung elektrischer Antriebe. VDE Verlag, 2025.