Hochschule Rosenheim: Schnelle Regelung von Drehstrom-Synchronmotoren mit EnDat-2.2-Schnittstelle auf der MicroLabBox

Im Labor für elektrische Antriebstechnik der Hochschule Rosenheim werden unter anderem Regelungs- und Steuerungsverfahren für Servoantriebe untersucht. Die Entwicklung der Algorithmen erfolgt vollständig modellbasiert auf Basis von MATLAB^®/Simulink^®. Für das Rapid Control Prototyping werden unterschiedliche dSPACE Systeme eingesetzt. Ein Teilprojekt beschäftigt sich mit der Regelung permanenterregter Drehstrom-Synchronmotoren.

Bislang wurden hier im Rahmen vorhandener dSPACE Systeme Motoren verwendet, in denen Drehgeber verbaut waren, die analoge sinusförmige Ausgangssignale mit Signalpegeln von 1 V_ss liefern. Positionsmessgeräte mit serieller Schnittstelle haben im Vergleich zu Geräten mit analoger Signalübertragung eine Vielzahl von Vorteilen. Die EnDat-2.2-Schnittstelle weist viele Vorteile auf, zum Beispiel sehr kurze Zeiten zur Positionswertermittlung und -übertragung, automatische Inbetriebnahme, umfangreiche Diagnose und funktionale Sicherheit. Daher wurden nun Drehgeber mit EnDat-2.2-Schnittstelle in bestehende Versuchseinrichtungen integriert, um einen Vergleich zwischen analoger und digitaler Signalübertragung von Positionsinformationen in Servoantrieben mit sehr hohen Regelungsbandbreiten zu ermöglichen.

Mit Hilfe der dSPACE MicroLabBox und des EnDat-Blocks aus dem RTI Electric Motor Control Blockset konnten die Positionswerte dieser Drehgeber nach kurzer Zeit erfolgreich mit der maximalen Datenrate von 16 MHz ausgelesen werden. Auf Basis dieser Positionswerte wird derzeit eine feldorientierte Stromregelung für permanenterregte Drehstrom-Synchronmotoren in Betrieb genommen.

Die anwenderspezifische Motorregelung wurde auf dem frei programmierbaren FPGA der MicroLabBox implementiert, um eine schnellstmögliche Reglerabtastrate zu erreichen. Dabei war es der Hochschule Rosenheim möglich, sowohl den prozessorbasierten Teil der Regelung als auch die Regelungsanteile, die auf dem FPGA ausgeführt werden, in kürzester Zeit modellbasiert zu entwickeln. Das RTI Electric Motor Control Blockset kann zu diesem Zweck gemeinsam mit dem RTI FPGA Programming Blockset verwendet werden.

Durch den Einsatz der MicroLabBox inklusive des RTI Electric Motor Control Blocksets und des RTI FPGA Programming Blocksets war es der Hochschule Rosenheim möglich, ihre Laboraufbauten in kürzester Zeit um die moderne EnDat-2.2-Schnittstelle zu ergänzen und sehr schnell erste Vergleichsmessungen zwischen analogen und digitalen Drehgebern in einer realen Umgebung durchzuführen.

Alexander Kiermayer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für elektrische Antriebstechnik an der Hochschule Rosenheim.