Hofer’s 16. Buch erschienen

Das  350-seitige Werk trägt den Titel "Drive Control" und richtet sich an Studierende der Elektrotechnik und Automatisierungstechnik an Fachhochschulen und Universitäten sowie an Ingenieurinnen/Ingenieure und technische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der industriellen Praxis.

Zum Inhalt
Elektrische Antriebe sind leise, sauber, vielseitig und robust. Unermüdlich sorgen sie als elektromechanische Muskeln in allen Bereichen einer Industriegesellschaft für Bewegung, Dynamik und Komfort. Das Einsatzspektrum elektrischer Antriebe reicht vom Rührer, Fön und Staubsauger über Förderbänder, Fahrstühle und Elektrofahrzeuge bis hin zu Werkzeugmaschinen, Industrierobotern und vollautomatisierten Fertigungsstraßen. Einen Meilenstein in der Entwicklungsgeschichte dieses umfangreichen Fachgebiets markiert der Übergang von der analogen zur digitalen Regelung elektrischer Antriebe, Anfang der achtziger Jahre. Auslöser war die fortschreitende Automatisierung mit der Forderung nach Vernetzbarkeit der Antriebskomponenten über Feldbussysteme. Abgesehen von einfachsten Anwendungsfällen, werden heutzutage praktisch alle elektrischen Antriebe von Mikroprozessoren geführt und geregelt. Die Innovation der elektrischen Antriebstechnik liegt derzeit in der Erhöhung der Systemintelligenz durch die Implementierung unkonventioneller Regeltheorien in schnelle Mikrocontroller. Dabei geht der Trend zu modellgestützten Antriebsregelungen, bei denen teure Sensorhardware durch billige Beobachtersoftware ersetzt wird. Parallel dazu findet eine monolithische Verschmelzung der leistungselektronischen und mikroelektronischen Halblei-terelemente auf Chipebene statt, wodurch die gesamte Antriebselektronik im Klemmkasten oder Anschlussstecker der Maschine Platz findet. Diese intelligenten und kompakten Low-Cost Elektroantriebe lassen sich in allen Feldern der industriellen Prozess- und Produktautomation bis hin zu Industrie 4.0, der Elektrotraktion auf Schiene und Straße, sowie in allen Applikationen für Gewerbe und Haushalt (Internet der Dinge) vorteilhaft einsetzen.

Der optimale Einsatz moderner Antriebsregelungen gelingt allerdings nur dann, wenn fundierte Kenntnisse über die Theorien der Regelungstechnik, die Komponenten der Leistungselektronik, die Besonderheiten der Digitaltechnik und die mechanischen Gegebenheiten an der Motorwelle vorhanden sind. Auf diesen antriebstechnischen Randbedingungen beruht das vorliegende Werk. Ausgehend von den elektromechanischen Grundlagen für rotatorische und translatorische Bewegungsabläufe werden die Übertragungsfunktionen, Frequenzkennlinien und Stabilitätskriterien elektrischer Antriebe der Reihe nach hergeleitet. Für die klassische Kaskadenstruktur werden die Parameter der PI-Regler im Bodediagramm komplett konstruiert und die dynamischen Ergebnisse vorgestellt. Die analoge Realisierung der Regler mit Ope-rationsverstärkern und die digitale Variante mit Mikroprozessoren werden aufgezeigt und einander gegenübergestellt, wobei auf das Softwaretiming und die Störsicherheit der Hardware (EMV) ausführlich eingegangen wird. Danach werden die modernen Begriffe, wie Beoachtbarkeit, Steuerbarkeit und Polvorgabe am Beispiel eines Drehzahlbeobachters demonstriert und durchgerechnet. Mit der Theorie der Binären Beobachter wird dann gezeigt, dass auch die elektrischen Zustandsgrößen in Stromrichterantrieben mit hoher Genauigkeit geschätzt werden können. Dies führt auf sensorlose Elektroantriebe, bei denen Spannungen, Ströme und Drehzahlistwerte von Beobachterkaskaden online gebildet und den Reglern als Istwertersatz zugeführt werden. Die Substitution von Sensorhardware durch Beobachtersoftware bildet einen wichtigen Schwerpunkt dieses Buchs, da auf diesem Sektor ein riesiges Wachstumspotential der Antriebstechnik mit erheblichen Wettbewerbsvorteilen für den Anwender liegt. Die Vorgehensweise wird am Entwurf eines sensorlosen Vierquadrant-Gleichstromantriebs Schritt für Schritt erläutert und anhand von Oszillogrammen dokumentiert. Als weitere modellgestützte Regelkonzepte der modernen Antriebstechnik kommen die Raumzeigerdarstellung für Drehstromantriebe mit Feldorientierung sowie die auf Expertenwissen basierende Fuzzy-Regelung umfassend zur Sprache. Wegen der internationalen Bedeutung antriebstechnischer Komponenten, sind in einem Sonderkapitel die wichtigsten englischen Fachausdrücke der Regelungs- und Antriebstechnik aufgeführt. Den Abschluss bilden Testfragen und Übungsaufgaben zur Vertiefung des Stoffs und zur Vorbereitung auf mündliche und schriftliche Prüfungen.