Abgeschlossene Studienarbeiten

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Erstellt: Thu, 11 Apr 2024 23:01:51 +0200 in 0.0757 sec


Regelung, Stabilität und Passivität einphasiger DC/DC- Steller. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der umfassenden Untersuchung von Gleichspannungswandlern, insbesondere in Bezug auf Modellierung, Simulation und Regelung. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines dynamischen Modells, das die Passivität und Stabilität des Systems berücksichtigt. Die Untersuchung bezieht sich auf sechs verschiedene Lastarten, darunter konstante positive und negative Lastströme, Nullstromzustand, Widerstandsfall sowie konstante positive und negative Lastleistungen. Zudem werden verschiedene Regelungstechniken untersucht, wie zum Beispiel die Regelkreise, die nach Betragsoptimum und symmetrisches Optimum ausgelegt sind, sowie die Kaskadenregelung mit unterlagertem Stromregelkreis und überlagertem Spannungsregelkreis. Die Implementierung erfolgt durch Simulationen mit MATLAB/Simulink, wobei die Auswirkungen von Reglerparametern auf die Stabilität und Passivität des Systems analysiert werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden zusammengefasst und diskutiert. Es zeigt sich, dass die Verwendung unterschiedlicher Regelungstechniken dazu beitragen kann, die Passivität von Gleichspannungswandlern zu verbessern.



Coraiu, Vlad;
Synchronmaschinenemulation : Blindleistungskompensation und Bereitstellung von Momentanreserve mittels virtuellen Phasenschiebers. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Als Ziel stellt sich die vorliegende Arbeit das Verhalten eines, am elektrischen Versorgungsnetz angeschlossen, synchronen Phasenschiebers durch ein leistungselektronisches Betriebsmittel zu emulieren. Dabei werden die typischen Charakteristiken der Synchronmaschine (SM) mit der neuartigen Realisierung verglichen, bspw. das Trägheitsdrehmoment oder die Blindleistungskompensation und die damit verbundenen Betriebsgrenzen. Als Berechnungsgrundlage für die mathematischen Modelle wird DIgSILENT-PowerFactory-Software eingesetzt, um die Dynamik der symmetrischen Komponenten im Nennzustand bzw. Fehlerfall zu betrachten. Die Vorteile die man von der leistungselektronischen Ausführung erwarten könnte sind einstellbare Streckenparameter und damit beliebige Flexibilität innerhalb der Einhaltung des maximalen Stromscheitelwertes. Die beiden Realisierungen der Blindleistungskompensationsanlagen werden bei maximaler Auslastung, d.h. bei Nennscheinleistung übererregt bzw. untererregt untersucht. Schlagwörter: Synchronmaschine, Emulation, Spannungswechselrichter, Phasenschieber, Blindleistungskompensation, Reglerentwurf, transiente Stabilität



Döge, Alexander;
Entwicklung eines Kommunikationskonzepts zur Echtzeitvisualisierung und Bedienung eines Rapid-Control-Prototyping-Systems. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die Anforderungen an leistungselektronische Systeme wachsen stetig, wodurch die Steuerung und Regelung dieser Anlagen komplexer wird. Diese Aufgabe wird von Plattformen mit Mikrocontroller, Digitalem Signal Prozessor oder frei programmierbarer Logik, übernommen. Eine solche Plattform ist der Zynq-7000 System on Chip, welcher einen Prozessor und eine programmierbare Logik besitzt. Die Abwesenheit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle bei eingebetteten Systemen lässt ohne Weiteres keine Echtzeitvisualisierung oder Vorgabe von Parametern zu. Das Ziel dieser Arbeit ist es, über Ethernet eine Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Prozessor und einem Computer zu realisieren, welche einen Austausch ausgewählter Daten ermöglicht. Zu Beginn der Arbeit wird ein Kommunikationskonzept erarbeitet und eine Recherche geeigneter Internet Protokollstapel durchgeführt. Der ausgewählte Protokollstapel wird in einem abstrakten Modulbaustein gekapselt und ist für die Kommunikation zuständig. Für die Datenverarbeitung wurde mit Augenmerk auf Abstraktion, Wiederverwendung und Effizienz ein eigenständiges Datenpuffer Modul entwickelt. Zur Interaktion mit der Kommunikationsschnittstelle wurden Funktionen formuliert und in einer Programmierschnittstelle bereitgestellt. Zum Testen der entwickelten Schnittstelle wird eine Testumgebung entworfen, an der die Einbindung und Funktionsweise der Schnittstelle erprobt wird. In einem Interrupt werden Testdaten äquidistant abgetastet und an den Computer gesendet, während computergenerierte Testdaten empfangen und für die Weiterverarbeitung zur Laufzeit bereitgestellt werden. Durch eine geeignete Messung der Interrupt Rechenzeit erfolgt die Bewertung der Schnittstelle, welche sich durch hohe Ressourceneffizienz auszeichnet. Abschließend werden Optimierungsmöglichkeiten diskutiert, die sich positiv auf die Laufzeit auswirken könnten. Eine Weiterentwicklung des Protokolls der Kommunikationsschnittstelle wird durch die Dokumentation und Versionsverwaltung des Quelltextes möglich. Damit können zukünftig bestehende Computeranwendungen zur Visualisierung von Signalen des eingebetteten Systems adaptiert werden.



Kusebauch, Manuel;
Entwicklung eines Konzepts für die Kommunikation zwischen Prozessor und programmierbarer Logik innerhalb eines System-on-Chip. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Diese Arbeit ist Teil eines Hochleistungs-Steuerungssystems mit mehreren verteilten Knoten und einer Zentraleinheit, die auf einem Zynq UltraScale+ System-on-Chip (SoC) aufbaut. Dieses SoC besteht aus zwei Domänen: der Prozessor- und der Logik-Domäne. In einer zukünftigen Anwendung müssen beide Domänen Daten miteinander austauschen. Gefordert ist dabei eine äquidistante Abtastung und eine flexible Anbindung der Signale innerhalb der Logik. Zur Umsetzung dieses Datenaustauschs werden mehrere Optionen vorgestellt. Eine Lösungsmöglichkeit, die auf der Nutzung von Registern und des Advanced eXtensible Interface (AXI)-Bus basiert, wurde ausgewählt und implementiert. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Transfer die zeitlichen Anforderungen einer schnellen Interrupt-Routine erfüllen muss, werden Leistungsbewertungen vorgestellt.



Jandesek, Marvin;
Entwicklung einer Steuerung für die Wasserkühlung von modularen Umrichtersystemen mit Fokus auf die Taupunktregelung. - Ilmenau. - 41 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Für den Anschluss erneuerbarer Energien an das Energienetz werden immer mehr Umrichter verwendet, deren Anspruch es ist, hohe Leistungsdichten zu ermöglichen. Das bedeutet, dass die Verlustleistungsdichte und damit der Anspruch an bessere Kühlsysteme steigt. Ein häufig auftretendes Problem ist hierbei eine Betauung an den Zuleitungen der Kühlmedien. In dieser Arbeit soll ein Kühlsystem entwickelt und getestet werden, welches einen leistungsstarken Umrichter ausreichend kühlen soll und gleichzeitig eine Betauung verhindern kann. Hierbei wird ein Microcontroller verwendet, der über verschiedenste Sensorik einen Systemzustand abbilden kann und Stellgrößen für entsprechende Aktoren wie Lüfter und Kühlmittelpumpen stellt. Messungen zeigen, dass so ein System erstellt werden konnte, welches auch auf dynamische Veränderungen reagieren und einen Zustand innerhalb der gewünschten Systemgrenzen halten kann. Aufgrund der erhobenen Messdaten kann eine kalorimetrische Verlustleistungsmessung für die Umrichter in Aussicht gestellt werden.



Wandji, Junior;
Programmierung eines Controllers (MSP4130FR4133) als Station einer Single Pair Ethernet (SPE) Verbindung. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Mikrocontroller sind in vielen Geräten vom Alltag bis hin zu Hightech-Anlagen zu finden, neben den normalen Computern meist für Datenverarbeitung. Ihre Leistung und Ausstattung können je nach Bedarf angepasst werden. Mikrocontroller und Sensoren sind meist in Bereichen angesiedelt, die von den Datenverarbeitungsbereichen entfernt sind. Die Kommunikation zwischen den beiden Bereichen sollte auf sichere und schnelle Weise erfolgen. Die Single-Pair-Ethernet-Schnittstelle (SPE) ist eine Lösung dafür, da sie mit einfachem Aufwand einen drahtgebundenen Datenaustausch entweder bis zu 5 GBit/s über eine Distanz von 15 Metern ermöglicht, oder mit 10 MBit/s über 1000 m in Industrieanlagen. Im Rahmen der Abschlussarbeit soll der Mikrocontroller MSP430FR4133 von Texas-Instrument als Single-Pair-Ethernet-Station für die Kommunikation programmiert werden. In dieser Arbeit soll SPE mit einer Datenrate von 10 MBit/s aber für schnelle Abtastzeiten bis zu 50 [my]s ausgenutzt werden. Dazu müssen zunächst Grundlagen untersucht werden. Zu Beginn wird der Timer und das Interrupt von dem Controller MSP430FR4133 dargestellt. Dabei werden die verschiedenen Register vom Timer_A gezeigt und gleichzeitig wird eine Instanz davon mit einem konkreten Beispiel konfiguriert. Anschließend wird das Konfigurieren des LCDs vom MSP430FR4133 dargestellt. Schließlich befasst die Arbeit sich erstens mit der Enhanced Universal Serial Communication Interfaces (eUSCI) im Synchron oder Asynchron Modus und zweitens soll die eUSCI im SPI Modus programmiert werden. Hier werden die Stärken und Schwächen von jedem Modus vorgestellt. Nachdem die eUSCI im SPI-Modus programmiert wurde, soll das Programm auf dem MSP430FR4133 geladen und ausgeführt werden. Das Ziel ist, die Datenrate des Controllers zu ermitteln sie sollte für die Datenrate für eine SPE-Verbindung (mindestens 10 Mbits/sec) ausreichen. Dafür werden die Signale an den entsprechenden Pins mithilfe eines Oszilloskops erfasst und veranschaulicht, die Signalverläufe können durch eine Messung verifiziert werden. Die Programmierung der eUSCI im SPI-Modus wird ausschließlich für die Programmierung des SPE-Adapters [SPA] verwendet. Hinweis: SPE-Station besteht aus dem MSP430FR4133 und einem SPE-Adapter mit einem FPGA versehen. In dieser Arbeit wird ausschließlich die Programmierung von MSP430FR4133 im SPI-Modus behandelt, die SPE-Karte soll bereitgestellt werden.



Das, Paulami;
Commissioning of an electric grid controller in Simulink in embedded control programming in C++ along with distributed processing on several microcontrollers with Single Pair Ethernet on FPGA. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Leistungselektronik ist heute eine verbreitete Technologie. Die Kommunikation zwischen Teilen in einer Anlage wird immer wichtiger. Kommunikation bedeutet nicht nur "alle Daten in die Cloud", sondern sie ist insbesondere auch für einen schnellen Datenaustausch zwischen den System in einer Anlage notwendig. Für die Kommunikation ist Ethernet heute Stand der Technik.Auch für die industrielle Kommunikation wird das Ethernet immer wichtiger, nicht nur für Feldbusse, sondern auch als Ersatz von analoge und binären Leitungen. Hierfür rückt das Single Pair Ethernet (SPE) mehr und mehr in den Fokus. In dieser Arbeit wird die Kommunikation über SPE im Zusammenhang mit den Aspekten der Regelung von elektrischen Netzen gezeigt.Für ein effizientes Kommunikations-system in schnellen Abtastraten muss diese zuverlässig und robust sein, mit kurzen Zeitverzögerungen.



Control concepts for current ripple emulation with parallel-cascaded voltage source inverters. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Regelungsverfahren zur Last-Emulation von parallel-kaskadierten Zweipunktspannungswechselrichtern. Ziel ist es, den Stromrippel eines zu prüfenden Umrichters so zu regeln, dass das Verhalten einer virtuellen Impedanz emuliert wird. Aufgrund der Topologie des Emulationsumrichters können Kreisströme entstehen, diese werden durch die vorgestellte Regelungsstruktur vollständig unterdrückt, ohne den Ausgangsstrom zu beeinflussen. Zur Nachbildung einer virtuellen Impedanz wird ein entsprechendes Last-Modell erläutert, welches die Sollwerte für den Emulationsumrichter generiert. Alle Strukturen werden in Matlab/Simulink umgesetzt und mit dem HDL-Coder in einen FPGA überführt. Dadurch kann das System in Echtzeit simuliert und untersucht werden.



Dyshyn, Danylo;
Modellbasierte Entwicklung von Regelungsstrukturen und leistungselektronischen Systemen für digitale Signalprozessoren. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Ziel der Arbeit ist die Umsetzung einer Netzstromreglung eines dreiphasigen Zweipunktspannungswechselrichters mit Simulink Coder im Mittelwertmodell. Hierbei soll validiert werden, ob es möglich ist, Reglungsalgorithmen für Stromrichter modellbasiert zu entwickeln. Durch die gleichzeitige Umsetzung der Regelstrecke im Controller wird die Validierung durch Echtzeitsimulation im DSP möglich.



Nachbildung von ein- und dreiphasigen gepulsten IGBT-Stromrichtern incl. Freilaufdioden am DC-Spannungszwischenkreis mit idealen Bauelementen mittels Zustandsgrafen in Matlab/Simulink. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Nach der Modellierung und Simulation von 4 Schaltung habe ich ein tieferes Verständnis für das von Zustandsgraf erstellte Modell. Durch Simulink-Modell zur Simulation der Schaltung können Sie die verschiedenen Schaltzustände der Schaltung besser verstehen. Bei der Gestaltung diese Arbeit nahm die Schwierigkeit allmählich zu, die Modellierung beginnt mit einem Tiefsetzsteller und einem Hochsetzsteller, um zuerst das Modellierungsprinzip des Simulink-Modells zu verstehen. Für die Modellierung des Simulink-Modells besteht die Grundidee der Modellierung darin, den Schaltungszustand gemäß verschiedenen Schaltzuständen zu bestimmen und dann die Differentialgleichung gemäß der Ersatzschaltung zu berechnen, und das mathematische Modell der Schaltung kann gemäß gebildet werden auf die mathematische Beziehung der Gleichung, dann können gemäß verschiedenen Beurteilungsbedingungen verschiedene Zustände ausgegeben werden, um ein vollständiges Simulink-Modell zu erhalten. Der wichtigste Teil des Simulink-Modells ist das Design von Zustandsgrafen, der zustandsgraf enthält verschiedene Ausgangsschaltungszustände, die Beurteilungsbedingungen des Schaltungszustands, es besteht im Allgemeinen aus Schaltzuständen. Zum Beispiel kann ein Tiefsetzsteller umfasst das Zustandsgraf 3 Schaltzustände, so dass es bis 3 Schaltungszustände entspricht. Bei der Modellierung ein bidirektionales Tief/Hochsetzsteller werden als Schaltelemente IGBTs und antiparallele Dioden verwendet, wenn zwei IGBTs gleichzeitig ausgeschaltet werden, wird die Diode eingeschaltet, so dass die Leitungssituation in einer Periode komplizierter ist, was hier beachtet werden muss, ist die Bestimmung der Beurteilungsbedingungen für jeden Arbeitszustand, um das Simulink-Modell mit dem Modell im SimuPowerSystem konsistenter zu machen. Bei der Modellierung eines Bidirektionalen Dreiphasenstromrichters, die Entwicklung der erläuterten Modelle besteht in Allgemeinen aus zwei Teilen, der Dimensionierung des Stromkreises und dem Entwurf des Regelverfahrens. Während im detaillierten Modell die Brückenschaltung des SRs komponentenweise dargestellt wird, lässt sie sich im Mittelwertmodell durch eine Spannungsquelle ersetzen. Die Regelung der SRs wird aus vier Bestandteilen gebildet. In Bestandteil 1 werden die Zwischenkreisspannung, die Netzspannung und der Netzstrom erfasst. Mithilfe der Phasenregelschleife lässt sich der Netzwinkel ermitteln, womit der Netzstrom in dq-Größen transformiert werden kann. Im Bestandteil 2 werden die kaskadengeordneten Regler ausgeführt. Die daraus ermittelten Regelgrößen in dq0-Koordinaten werden in Bestandteil 3 in natürliche Koordinaten zurücktransformiert. Die so generierten dreiphasigen Größen sind ideal sinusförmig und werden direkt für das Mittelwertmodell eingesetzt. Wenn das SimuPowerSystem-Modell modelliert wird, können zuerst verschiedene Situationen im SimuPowerSystem-Modell simulieren, dann analysieren den Schaltzustand gemäß dem Strom in der Schaltung und die Spannung an den elektronischen Komponenten. Bei der Modellierung des Simulink-Modells wird das Dreiphasenmodell als drei Einphasenmodelle zur Modellierung betrachtet. Und der Hilfszustand wurde wegen der algebraischen Schleife in den Modellierungsprozess eingeführt, daher werden im Modellierungsprozess 6 Zustandsgraf benötigt, gleichzeitig wurde Nullspannung u_(y )für die Modellierung eingeführt und die Nullspannung in verschiedene Schaltzustände berechnet. Obwohl die Einführung des Hilfszustands die algebraische Schleife beseitigt, ergibt sich auch eine Abweichung gegenüber dem richtigen Zustand, die Zeit der Abweichung beträgt etwa einen Schritt, bei einer variablen Schrittweite kann die Abweichung ignoriert werden. Nach mehreren Simulationen erfüllen die Ergebnisse die erwarteten Anforderungen. In Zukunft können diese Modelle verwendet werden, um verschiedene Schaltzustände von Schaltkreisen zu untersuchen, es kann auch zum Einlernen verschiedener Schaltungen verwendet werden. Das Simulink-Modell kann den Schaltzustand der Schaltung unter verschiedenen Leitungsbedingungen besser analysieren. Wenn die Modellierungsmethode in Simulink während der nachfolgenden Recherche ändern können. Natürlich kann diese Methode in Zukunft auch zur Modellierung anderer elektronischer Schaltungen verwendet werden.