Drehgeberlose Regelung elektromechanischer Flugsteuerungsaktuatoren

Kurzfassung

Elektromechanische Aktuatoren gelten als vielversprechende Technologie für die künftige Betätigung von Steuerflächen. Bisher wird der serielle Einsatz in der primären Flugsteuerung allerdings durch die erhebliche Komplexität der neuen Antriebe erschwert, zu der auch die Sensorik beiträgt. Drehgeber messen den Rotorlagewinkel integrierter Elektromotoren und können bei einem Versagen schwerwiegende Fehlerfolgen hervorrufen. Diese Arbeit untersucht, ob elektromechanische Flugsteuerungsaktuatoren mit Hilfe drehgeberloser Regelungsverfahren auf diesen Sensor verzichten können. Alternativ könnte ein Rotorlageschätzer auch eine zusätzliche analytische Redundanz schaffen, um den Ausfall eines Positionssensors zu kompensieren. Es wird ein hybrides drehgeberloses Verfahren implementiert, welches bei hoher Drehzahl die Grundwelle des Permanentmagnet-Synchronmotors auswertet und nahe dem Stillstand seine Anisotropie ausnutzt. Die Methode wird an einem linearen Testaktuator validiert, der in einem Querruderprüfstand integriert ist. Das gesamte Stellsystem wird im Detail beschrieben und ein lineares Zustandsraummodell aufgestellt. Darüber hinaus wird die Eignung des verwendeten Motors durch die Bestimmung seiner Anisotropieeigenschaften mit Hilfe von Tests und Simulationen festgestellt. Das reale Schaltverhalten des Leistungsumrichters wird charakterisiert. Die drehgeberlose Regelung wird unter realitätsnahen Last- und Bewegungsprofilen demonstriert und die Reglerperformance bewertet. Zudem wird die erfolgreiche Kompensation von Positionssensorfehlern in einer fehlertoleranten Reglerarchitektur aufgezeigt.