Glossar: Antriebstechnik und Simulation

Begriffe: Active Short Circuit (ASC) · Arm / Disarm · BLDC · Blockkommutierung · CAN-Bus · CAN-Identifier (29 Bit) · Co-Simulation · Dauerleistung · Derating · d/q-Transformation · DroneCAN · ESC · esc.Status · Feldorientierte Regelung (FOC) · Feldschwächung · FMI / FMU · Gegen-EMK (Back-EMF) · Hall-Sensoren · Hardware-in-the-Loop (HiL) · Id / Iq · Inverter · Model-in-the-Loop (MiL) · Node-ID (DroneCAN) · NodeStatus · PersyCAN · Phasenstrom · PMSM · PWM / PPM · Raumzeigermodulation · Rekuperation · Safe Torque Off (STO) · Sättigung · Schaltrippel · Sensorloser Betrieb · Software-in-the-Loop (SiL) · Strukturerhaltende Integratoren · Telemetrie · Zwischenkreis

Active Short Circuit (ASC)

Sichere Reaktion eines Inverters im Fehlerfall: Die Motorphasen werden aktiv kurzgeschlossen, sodass der Motor bremst, ohne Spannung in den Zwischenkreis zurückzuspeisen. Beim INV-60V-120A als Alternative zu Safe Torque Off parametrierbar.

Arm / Disarm

Freigabe bzw. Sperre des Antriebs. Ein disarmierter Inverter setzt keine Sollwerte um. Beim INV-60V-120A per CAN oder Eingang.

BLDC

Bürstenloser Gleichstrommotor – üblicherweise ein permanenterregter Synchronmotor, der mit Blockkommutierung betrieben wird. Derselbe Motor lässt sich mit feldorientierter Regelung betreiben; dann spricht man meist von PMSM.

Blockkommutierung

Ansteuerung, bei der jeweils zwei der drei Phasen bestromt werden und alle 60 Grad elektrisch umgeschaltet wird („Six-Step“). Einfach, aber mit Drehmomentrippel und höheren Verlusten als feldorientierte Regelung.

CAN-Bus

Serieller Feldbus (Controller Area Network) mit zwei Leitungen (CAN High, CAN Low) und Abschlusswiderständen, an dem alle Teilnehmer parallel hängen. Grundlage von PersyCAN und DroneCAN.

CAN-Identifier (29 Bit)

Kennung einer CAN-Botschaft. Im Extended-Format (CAN 2.0B) 29 Bit lang. PersyCAN legt die Geräteadresse im Identifier ab: Befehle an 0x0n000000, Telemetrie von 0x1n0000xx.

Co-Simulation

Kopplung mehrerer Simulationswerkzeuge oder Modelle, die abwechselnd rechnen und Daten austauschen – zum Beispiel ein Fahrzeugmodell in CarMaker und ein Antriebsmodell als FMU.

Dauerleistung

Leistung, die ein Antrieb unter definierten Bedingungen (Kühlung, Umgebungstemperatur) unbegrenzt abgeben kann, ohne dass eine Schutzfunktion eingreift. Auslegungsgröße im Gegensatz zur Spitzenleistung.

Derating

Kontrolliertes Zurücknehmen der zulässigen Leistung mit steigender Temperatur, damit der Antrieb weiterläuft statt abzuschalten. Der INV-60V-120A arbeitet mit thermischer Derating-Logik.

d/q-Transformation

Rechnerische Umwandlung der drei Phasenströme in zwei Komponenten eines mit dem Rotor mitrotierenden Koordinatensystems: I_d (flussbildend) und I_q (drehmomentbildend). Kern der feldorientierten Regelung.

DroneCAN

Offenes CAN-Protokoll der ArduPilot- und PX4-Welt (früher UAVCAN v0) für Flugsteuerung, ESCs, Sensoren und Servos. Der INV-60V-120A meldet esc.Status mit 10 Hz und NodeStatus mit 1 Hz.

ESC

Electronic Speed Controller – Motorregler für bürstenlose Motoren, vor allem im Modell- und Drohnenbereich. Der INV-60V-120A ist ein Inverter mit feldorientierter Regelung, der die ESC-Rolle über DroneCAN oder PWM übernimmt.

esc.Status

DroneCAN-Botschaft mit den Betriebsdaten eines ESC, vom INV-60V-120A mit 10 Hz gesendet.

Feldorientierte Regelung (FOC)

Regelverfahren, bei dem der Statorstrom im mitrotierenden d/q-System geregelt wird. Ergebnis: sinusförmige Ströme, gleichmäßiges Drehmoment, präzise Drehmomentgrenze. Siehe Ratgeber FOC.

Feldschwächung

Betrieb oberhalb der Drehzahl, bei der die Gegen-EMK die verfügbare Spannung erreicht: Ein negativer I_d schwächt das Rotorfeld und erlaubt höhere Drehzahlen bei reduziertem Drehmoment.

FMI / FMU

Functional Mock-up Interface: Standard für den Austausch und die Kopplung von Simulationsmodellen. Eine Functional Mock-up Unit (FMU) ist ein Modellpaket nach diesem Standard. OverDrive wird als FMU geliefert und läuft in Simulink, CarMaker und anderen FMI-Umgebungen.

Gegen-EMK (Back-EMF)

Die vom drehenden Rotor in der Statorwicklung induzierte Spannung. Sie steigt mit der Drehzahl und begrenzt die Maximaldrehzahl bei gegebener Zwischenkreisspannung. Bei sensorlosem Betrieb dient sie zur Bestimmung der Rotorlage.

Hall-Sensoren

Magnetische Lagegeber im Motor, die die Rotorlage in groben Schritten liefern. Der INV-60V-120A arbeitet sensorlos oder mit sin/cos- bzw. Inkrementalgeber.

Hardware-in-the-Loop (HiL)

Teststufe, bei der ein reales Steuergerät gegen einen Echtzeitsimulator der Strecke läuft.

Id / Iq

Die beiden Komponenten des Statorstroms im d/q-System: I_q erzeugt Drehmoment, I_d beeinflusst den Fluss. Der INV-60V-120A sendet Ist- und Sollwerte beider Ströme als Telemetrie.

Inverter

Leistungselektronik, die die Gleichspannung des Zwischenkreises in die dreiphasige Wechselspannung für den Motor umsetzt – beim INV-60V-120A mit einem Transistorpaar pro Phase und feldorientierter Regelung.

Model-in-the-Loop (MiL)

Teststufe, bei der der Regelalgorithmus als Modell gegen ein Modell der Strecke gerechnet wird – Konzeptnachweis vor der Implementierung.

Node-ID (DroneCAN)

Adresse eines Knotens am DroneCAN-Bus. Der INV-60V-120A bekommt sie dynamisch zugewiesen; bis zu 20 ESC-Indizes pro Bus.

NodeStatus

DroneCAN-Botschaft, mit der ein Knoten seinen Betriebs- und Gesundheitszustand meldet (OK, Warning, Error, Critical). Vom INV-60V-120A mit 1 Hz gesendet.

PersyCAN

CAN-Protokoll der Persystems-Inverter für Sollwerte, Parameter, Telemetrie und Firmware-Update, mit 29-Bit-Identifiern und Geräteadresse; dynamische Adressvergabe über den Discovery-Mechanismus wie die Node-Allocation in DroneCAN. Siehe PersyCAN-Seite.

Phasenstrom

Strom zwischen Inverter und Motor in einer der drei Phasen. Bestimmt Drehmoment und Verluste; nicht zu verwechseln mit dem DC-Strom aus der Batterie.

PMSM

Permanenterregter Synchronmotor. Bauartgleich mit dem „BLDC“-Motor; die Bezeichnung betont den Betrieb mit sinusförmigen Strömen und feldorientierter Regelung.

PWM / PPM

Pulsweitenmodulation (PWM) bzw. Pulspositionsmodulation (PPM). Als Sollwertsignal die klassische ESC-Ansteuerung; als Modulationsverfahren die Art, wie der Inverter aus der Zwischenkreisspannung die Motorspannung bildet.

Raumzeigermodulation

Modulationsverfahren, das aus der gewünschten Statorspannung die Schaltmuster der sechs Transistoren berechnet. Standard bei feldorientierter Regelung.

Rekuperation

Betrieb des Antriebs als Generator: Bremsenergie fließt in die Batterie zurück, die Zwischenkreisspannung steigt dabei kurzzeitig.

Safe Torque Off (STO)

Sichere Reaktion im Fehlerfall: Die Leistungsstufe wird abgeschaltet, der Motor läuft frei aus. Beim INV-60V-120A als Alternative zu Active Short Circuit parametrierbar.

Sättigung

Nichtlinearer Effekt im Eisen des Motors: Bei hohen Strömen sinkt die Induktivität. Verändert die Reglerdynamik und muss in einem Modell für die Firmware-Validierung enthalten sein – OverDrive rechnet Sättigung mit.

Schaltrippel

Überlagerte Stromschwankung im Takt der Schaltfrequenz des Inverters. Kennfeldmodelle kennen ihn nicht; OverDrive löst ihn auf (im Benchmark ±0,2 A, deckungsgleich mit LTspice, PLECS und Simulink).

Sensorloser Betrieb

Bestimmung der Rotorlage ohne Lagegeber, aus dem Motormodell und der Gegen-EMK. Standard beim INV-60V-120A; alternativ sin/cos- oder Inkrementalgeber.

Software-in-the-Loop (SiL)

Teststufe, bei der die reale Firmware gegen ein Modell von Motor, Leistungsstufe und Last läuft – ohne Hardware, auf dem Entwicklungsrechner. Siehe Ratgeber SiL.

Strukturerhaltende Integratoren

Integrationsverfahren aus der geometrischen Mechanik, die die Struktur des physikalischen Systems bewahren und dadurch Energie, Impuls und Ladung erhalten. Numerische Grundlage von OverDrive.

Telemetrie

Zyklisch gesendete Betriebsdaten des Antriebs. Der INV-60V-120A sendet über PersyCAN alle 100 ms Ströme, Spannungen, Temperaturen, Drehzahl, Drehmoment und Status.

Zwischenkreis

Gleichspannungsseite des Inverters zwischen Batterie und Leistungsstufe, mit Kondensatoren gestützt. Zwischenkreisspannung und DC-Strom bestimmen die Belastung der Batterie.