Drehgeberlose Identifikation schwingungsfähiger Mehrmassensysteme und Diagnose von Lagerfehlern im Antriebsstrang durch Frequenzgangmessung
Final Report Abstract
Bei dem durchgeführten Projekt konnte die Implementierung eines drehgeberlosen Regelungskonzeptes für die zuverlässige Identifikation von Zweimassensystemen erfolgreich durchgeführt werden. Die Identifikation mechanischer Systeme mit unterschiedlichen Charakteristika verdeutlicht die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Routine. Es stellte sich heraus, dass der drehgeberlose Ansatz über den klassischen Luenberger drehzahladaptiven Beobachter zwar ausreichend gute Identifikationsergebnisse und damit eine ausreichend gute Drehzahlschätzung für mechanische Einmassensysteme liefert. Wenn allerdings die Elastizität der Welle in die Betrachtungen für ein schwingungsfähiges Zweimassensystem mit einbezogen werden muss, ist die geschätzte Drehzahlinformation für hochdynamische Vorgänge und für die angestrebte Identifikation nicht mehr ausreichend. Abhilfe schafft hier eine Erweiterung des Schätzalgorithmus mit einem mechanischen Modell. Dieses kann durch die vorgeschlagene Zwei-Schritt-Identifikation erfolgreich implementiert werden und liefert sehr gute Identifikationsergebnisse, was auch auf eine verbesserte Schätzung der Motordrehzahl bei einem komplexeren mechanischen System schließen lässt. Die Untersuchungen zu den Diagnosemöglichkeiten von Lagerfehlern über eine Frequenzgangmessung mit dem erweiterten Beobachter stellten sich zweigeteilt dar. Während die Schadensarten, die eine konstante Fehleramplitude liefern, wie z.B. Außenring- und Breitbandschäden auch im drehgeberlosen Betrieb sicher zur Diagnose kommen, gelang die Erkennung von Innenringschäden mit variabler Fehleramplitude nicht. Damit sind dem untersuchten Konzept im Gegensatz zur Struktur mit Drehgeber an dieser Stelle Grenzen gesetzt, die der fehlenden Information des gemessenen Drehzahlsignales zu schulden sind. Folgende Ziele der Untersuchungen wurden erreicht: 1) Die Identifikation von schwingungsfähigen Zweimassensystemen gelingt zuverlässig mit der angegebenen Zweischritt-Identifikation im drehgeberlosen Betrieb des Systems. 2) Außenringschäden und Breitbandschäden der Wälzlager wurde erfolgreich mittels des drehgeberlos gemessenen Frequenzganges diagnostiziert. 3) Die Parameterstudien haben dargestellt, dass die Identifikation drehgeberlos im offenen ebenso wie im geschlossenen Beobachter erfolgen kann. Die Untersuchungen zur Auflösung der Strommessung haben gezeigt, dass 6Bit ausreichend sind, um eine Identifikation mit dem erweiterten Beobachter erfolgreich durchzuführen. Damit kann das Verfahren mit einer industriellen Standardmessung von 8Bit zur Anwendung kommen. Bei der Parametrierung des Testsignals konnten die gleichen Grundvoraussetzungen nachgewiesen werden, die auch bei der Identifikation mit Drehgeber Gültigkeit hatten. Folgende Ziele konnten nicht erreicht werden: 1) Die Identifikation von Innenringschäden gelingt nicht im drehgeberlosen Antriebssystem. 2) Eine echte online-Identiflkationsroutine konnte nicht realisiert werden. Allerdings war es möglich, eine vollautomatisierte Messung zu implementieren, deren Berechnung auf der CPU des Bedienrechners erfolgte.
Publications
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"A method for speed-sensorless identification of two-mass-systems," Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2010 IEEE , pp. 4461-4468, 12-16 Sept. 2010
Zoubek, H.; Pacas, M.
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"An identification method for multi-mass-systems in speed-sensorless operation," Industrial Electronics (ISIE), 2011 IEEE International Symposium, pp. 1895-1900, 27-30 June 2011
Zoubek, H.; Pacas, M.
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"Bearing Damage Detection in Speed-sensorless Operated Multi-Mass-Systems," PCIM 2011, Nürnberg, 17-19 Mai 2011
Zoubek, H.; Pacas, M.
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"Bearing fault detection capability of frequency response measurement in speed-sensorless operated two-mass-systems," Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE, pp. 2528-2535, 17-22 Sept. 2011
Zoubek, H.; Pacas, M.
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"Two steps towards speed estimation and encoderless identification of two-mass-systems with extended speed adaptive observer structure," IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 2072-2077, 7-10 Nov. 2011
Zoubek, Henning; Pacas, Mario
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"Parameter Sensitivity of Extended Adaptive Observer for the Encoderless Identification of Two-Mass-Systems," PCIM 2012, Nürnberg, 08-10 Mai 2012
Zoubek, H.; Pacas, M.
