Simulation eines Antriebsstranges mit Drehzahlregelung mithilfe von Matlab

Inhaltsverzeichnis

• Danksagung
• Inhaltsverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• 1 Einleitung
• 2 Elektrische Antriebe
• 2.1 Allgemein
• 2.2 Asynchronmotor
• 2.2.1 Aufbau
• 2.2.2 Eigenschaften
• 2.2.3 Drehzahlregelung
• 2.3 Frequenzumrichter
• 2.3.1 Funktion
• 2.3.2 Aufbau
• 2.3.2.1 Überblick
• 2.3.2.2 Gleichrichter
• 2.3.2.3 Zwischenkreis
• 2.3.2.4 Wechselrichter
• 2.3.2.5 Steuerkarte
• 3 Regelungstechnik
• 3.1 Allgemein
• 3.2 Regelung und Steuerung
• 3.3 Grundstruktur des Regelkreises
• 3.4 Das Zeitverhalten von Regelstrecken
• 3.5 Verzögerungsglieder
• 3.6 Das Zeitverhalten von Reglern
• 3.6.1 P-Regler
• 3.6.2 I-Regler
• 3.6.3 D-Anteil
• 3.6.4 Der PID-Regler
• 3.7 Stabilität und Instabilität von Reglern
• 4 Literaturüberblick zu Drehschwingungen und deren Dämpfung
• 5 Berechnungsmodell des Antriebsstranges einer Papiermaschine
• 5.1 Aufbau
• 5.2 Aufstellen der Systemgleichungen
• 5.2.1 Allgemein
• 5.2.2 Steuerung mit vorgegebenem Momentverlauf
• 5.2.3 Regelung mit P-Regler
• 5.2.4 Regelung mit PI-Regler
• 5.2.5 Regelung mit PID-Regler
• 6 Lösen der Systemgleichungen
• 6.1 Das Matlab-Programm
• 6.2 Allgemeine Lösung
• 6.3 Steuerung mit vorgegebenem Momentverlauf
• 6.4 Regelung mit P-Regler
• 6.5 Regelung mit PI-Regler
• 6.6 Regelung mit PID-Regler
• 7 Ergebnisse
• 7.1 Plausibilitätsprüfung
• 7.2 Steuerung mit vorgegebenem Momentverlauf
• 7.3 Regelung mit P-Regler
• 7.3.1 Stabile Regelung
• 7.3.2 Instabile Regelung
• 7.4 Regelung mit PI-Regler
• 7.4.1 Stabile Regelung
• 7.4.2 Instabile Regelung
• 7.5 Regelung mit PID-Regler
• 7.5.1 Stabile Regelung
• 7.5.2 Instabile Regelung
• 8 Erweiterungen des Modells mit Totzeit
• 8.1 Geändertes Modell
• 8.2 Lösen der Systemgleichungen
• 8.3 Ergebnisse
• 9 Zusammenfassendes Fazit und Ausblick
• Abbildungsverzeichnis
• Literaturverzeichnis
• Anhang A
• A.1 PMAntrieb-Datei
• A.2 M_M-Datei
• A.3 PMAntrieb2-Datei
• A.4 PMAntrieb-Haupt-Datei
• A.5 PMAntrieb3-Datei
• Anhang B
• B.1 PMAntrieb-Datei
• B.2 PMAntriebhistory-Datei
• B.3 PMAntrieb-Haupt-Datei

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation eines Antriebsstranges für eine Papiermaschine mit Hilfe von Matlab. Ziel ist es, die dynamischen Eigenschaften des Antriebsstranges unter verschiedenen Regelungsansätzen zu analysieren und zu optimieren. Die Arbeit soll somit einen Beitrag zum Verständnis der komplexen Zusammenhänge im Antriebssystem einer Papiermaschine leisten.

• Modellierung des Antriebsstranges
• Simulation der Drehzahlregelung
• Analyse der Systemdynamik unter verschiedenen Regelungsansätzen
• Optimierung der Reglerparameter
• Untersuchung des Einflusses von Totzeiten auf das Systemverhalten

Zusammenfassung der Kapitel

• Kapitel 2 führt in die Thematik der elektrischen Antriebe ein und beleuchtet den Aufbau und die Eigenschaften des Asynchronmotors. Der Fokus liegt dabei auf der Drehzahlregelung und der Funktionsweise des Frequenzumrichters.
• Kapitel 3 widmet sich den Grundlagen der Regelungstechnik. Es werden verschiedene Regelungsarten sowie die Stabilität und Instabilität von Reglern behandelt.
• Kapitel 4 gibt einen Überblick über die relevanten Forschungsarbeiten zu Drehschwingungen und deren Dämpfung in Antriebssystemen.
• Kapitel 5 beschreibt das Berechnungsmodell des Antriebsstranges einer Papiermaschine. Die Systemgleichungen werden unter verschiedenen Regelungsansätzen aufgestellt.
• Kapitel 6 befasst sich mit der Lösung der Systemgleichungen mithilfe von Matlab. Es werden die Ergebnisse der Simulationen für die verschiedenen Regelungsansätze präsentiert.
• Kapitel 7 analysiert die Ergebnisse der Simulationen und bewertet die Stabilität und Performance der verschiedenen Regelungsansätze.
• Kapitel 8 erweitert das Modell um die Berücksichtigung von Totzeiten und zeigt die Auswirkungen auf das Systemverhalten.

Schlüsselwörter

Asynchronmotor, Frequenzumrichter, Drehzahlregelung, Regelungstechnik, PID-Regler, Stabilität, Instabilität, Drehschwingungen, Totzeit, Simulation, Matlab, Papiermaschine, Antriebsstrang.

Häufig gestellte Fragen

Welches Ziel verfolgt die Simulation des Antriebsstranges mit Matlab?

Ziel ist es, in einem virtuellen Modell eines Papiermaschinen-Antriebsstranges Instabilitäten der Regelung zu erzeugen und deren Ursachen zu analysieren.

Welchen Einfluss hat das Totzeitglied auf die Stabilität?

Das Totzeitglied bringt eine künstliche Verzögerung in das Modell, die bei bestimmten Werten (z. B. 0,025s) zu einer instabilen PI-Regelung und zum Aufschaukeln von Schwingungen führt.

Welche Reglerarten wurden in der Bachelorarbeit untersucht?

Es wurden P-Regler, I-Regler, PI-Regler sowie PID-Regler auf ihr Zeitverhalten und ihre Stabilität im Antriebssystem untersucht.

Warum sind Drehschwingungen in einem Antriebsstrang problematisch?

Drehschwingungen können zerstörerische Kräfte entwickeln und verursachen Lärm, was sowohl die mechanische Integrität als auch den Komfort beeinträchtigt.

Welche Rolle spielt das Trägheitsmoment bei der Stabilität?

Das Motorträgheitsmoment beeinflusst die Eigenfrequenz des Systems, während das Walzenträgheitsmoment im untersuchten Modell keinen direkten Einfluss auf die Instabilität mit Totzeit hatte.