Titelaufnahme

Titel
Entwurf und Implementierung einer sensorlosen Positionsregelung für eine eindimensionale Magnetlagerung / von Mathias Blank
VerfasserBlank, Mathias
Begutachter / BegutachterinKugi, Andreas ; Glück, Tobias
Erschienen2011
UmfangIX, 88 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)sensorlose Positionsregelung / Least Square / kleinste Fehlerquadrate / Magnetlagerung / Identifikation / Zahlendarstellung / FPGA / Modellidentifikation / Positionsschätzung
Schlagwörter (EN)magnetic levitation system, self-sensing, position estimation, switching control
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-41479 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Entwurf und Implementierung einer sensorlosen Positionsregelung für eine eindimensionale Magnetlagerung [2.2 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Implementierung einer sensorlosen Positionsregelung für eine eindimensionale Magnetlagerung. Die mathematischeModellierung einer schwebenden Kugel für den Fall einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung stellt den Ausgangspunkt für den Entwurf der Schätzund Regelungsstrategie dar.

Basierend auf diesem mathematischen Modell erfolgt der Entwurf der Induktivitätsschätzung mithilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Das fundamentale Wirkprinzip der Positionsschätzung basiert dabei auf der Positionsabhängigkeit der Induktivität. Zur Stabilisierung der Kugelposition wird kurz der Entwurf eines Kaskadenreglers vorgestellt. Für eine effektive und echtzeitfähige Implementierung der Schätz- und Regelungsstrategie am Versuchsaufbau werden die Algorithmen in einen langsamen und einen schnellen Teilalgorithmus aufteilt. Die Implementierung des schnellen Teilalgorithmus erfolgt in einem FPGA und die des langsamen Teilalgorithmus in einem Gleitkommaprozessor. Die in einen schnellen und langsamen Teilalgorithmus aufgeteilte Schätz- und Regelungsstrategie wurde anhand von Simulationen getestet, verifiziert und erfolgreich am Versuchsaufbau einer schwebenden Kugel implementiert. Sowohl die Simulations als aauch die Messergebnisse der Positionsschätzung weisen eine hohe Schätzgüte und ein sehr gutes Rauschverhalten auf.

Zusammenfassung (Englisch)

The present diploma thesis deals with the design and the implementation of a self-sensing control algorithm for a one-dimensional magnetic bearing.

At the beginning, a detailed mathematical model of the magnetic bearing is derived and the properties of the system are analyzed for the case of a pulse-width modulated control. Based on the mathematical model, an estimation algorithm for the inductance of the magnetic bearing is introduced. The basic principle of this estimation algorithm relies on the dependency between the position and the inductance. Afterwards, the design of a cascaded position controller for the magnetic levitation system is briefly summarized. For an effective and appropriate real-time implementation of the estimation and control strategy on the test bench, the alogorithms are segmented into a fast and a slow part. The fast part is implemented on an FPGA and the slow part on a floating point processor.

Finally, the performance and the robustness of the proposed estimation and control strategy is demonstrated by means of simulation and measurement results on the test bench.