Mathias Schnarrenberger, Michael Braun

MATLAB EXPO 2014 Deutschland

Im Bereich der Regelung von elektrischen Antrieben wird zur Entwicklung und Simulation von Regelkreisen MATLAB-Simulink eingesetzt. Je nach Detaillierungsgrad der Simulation werden ebenfalls taktende leistungselektronische Schaltungen inklusive nichtlinearen Motormodellen simuliert.

In dem Beitrag soll zunächst die herkömmliche Weise eines Pulsweitenmodulators mit einer Dreieckssignalquelle sowie einem Vergleicher erläutert werden. Hieraus wird dann auf die Problematik verwiesen, dass bei Solvern mit variabler Schrittweite nicht alle Schaltzeitpunkte erfasst werden. Abhilfe schafft hier ein Solver mit fester Schrittweite, wobei man durch die Wahl der Schrittweite die Geschwindigkeit und die Auflösung der PWM (Pulsweitenmodulation) beeinflussen kann.

Ausgehend hiervon wird das neue Design des PWM-Modulators vorgestellt. Dieser basiert auf einer Level-2 MATLAB S-Function mit variabler Berechnungsschrittweite. Hierzu wurde eine State-Machine implementiert, welche die Eingangssignale abtastet, die Schaltzustände für die leistungselektronischen Schalter erzeugt und den Zeitpunkt der nächsten Schalthandlung an Simulink übergibt. Hierdurch wird dem Solver mitgeteilt, zu welchem Zeitpunkt der nächste Berechnungsschritt spätestens zu erfolgen hat. Hierdurch kann der Solver nun anhand des Modells die Schrittweite selbstständig bestimmen und wird durch den Modulator an den entsprechenden Zeitpunkten angewiesen einen Berechnungsschritt durchzuführen.

Der Vorteil des neuen Modulators ist, dass sich die Geschwindigkeit im Vergleich zu einer Simulation mit fester Schrittweite bei entsprechend hoher Auflösung des Modulators um mehr als den Faktor 100 beschleunigen lässt.