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M. Zauner, S. Jakubek, C. Hametner:
"Flachheitsbasierte diskrete Regelung eines Batterieemulators für Lasten mit konstanter Leistungsaufnahme";
Vortrag: 54. Regelungstechnisches Kolloquium in Boppard, Boppard (eingeladen); 04.03.2020 - 06.03.2020; in: "54. Regelungstechnisches Kolloquium in Boppard Programm", (2020), S. 23 - 24.

Die Elektrifizierung des Antriebstrangs von Fahrzeugen ist ein Forschungsthema das in letzter
Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Mit den verstärkten Aufkommen von hybriden
bzw. vollelektrischen Fahrzeugen kam auch eine verstärkte Nachfrage an Prüfständen für
leistungselektronische Fahrzeugkomponenten, Motoren und Batterien, [1]. Um bei der Entwicklung
neuer Komponenten Zeit und Geld zu sparen, werden diese gerne in "power hardware-
in-the-loop" Umgebungen getestet. Hierbei wird ein Großteil des Fahrzeuges virtuell
emuliert um realistische Belastungen für die zu prüfenden Komponenten zu erzeugen. Speziell
werden gerne Batterien emuliert, da sowohl der Umgang mit ihnen umständlich ist (Batterien
müssen vorgeladen sowie vorkonditioniert werden), als auch ihre Lebensdauer beschränkt
ist, und diese eine Brandgefahr darstellen.Derartige Batterieemulatoren werden gerne als bidirektionale step-down Convertern ausgeführt.
Für den Batterieemulator verhält sich ein geregelter nachgeschalteter Motor als Last mit
konstanter Leistungsaufnahme (constant power load - CPL). Dieses nichtlineare Verhalten
verursacht eine instabile Systemdynamik welche, gekoppelt mit den diskreten Schaltern im
Converter, es schwierig macht eine geeignete Regelungsstrategie zu entwerfen, [2]. Normalerweise
wird die Schaltfrequenz im Converter als schnell genug im Vergleich zur Systemdynamik
angenommen, um sie zu vernachlässigen. Wenn aber die gewünschte Systemdynamik
sich an die Schaltfrequenz annähert, kann diese Vereinfachung nicht mehr getroffen werden.Um dennoch schnellere Sytemdynamiken zu erreichen werden Regelungskonzepte benötigt
die geeignete stückweise konstante Stellgrößen liefern. Bei nichtlinearen Systemen ist eine
zeitliche Diskretisierung der beschreibenden Differentialgleichungen nicht immer exakt möglich,
wodurch Näherungen verwendet werden müssen.
In diesen Vortrag wird ein neuartiger Ansatz präsentiert, um einen diskreten Regler für ein
differentiell flaches System zu entwerfen. Dabei wird die Eigenschaft der differentiellen Flachheit
genützt, um mithilfe eines linearisierten Systems einen Stellgrößenverlauf zu generieren,
welcher stückweise konstant ist.

nichtlineare Regelung, differentielle Flachheit, zeitliche Diskretisierung, Batterieemulator

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_288769.pdf