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CONTROL DE VELOCIDAD PARA UN MOTOR ASÍNCRONO DE 0.5 HP BASADO EN LOS CONCEPTOS DEL CONTROL POR

ORIENTACIÓN DEL FLUJO DEL ROTOR

Autores:

GERMAN MAURICIO NEIRA VARGAS

JHON JAIRO CARREÑO TORRES

INGENIERÍA EN CONTROL ELECTRÓNICO E INSTRUMENTACIÓN

UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER EN CONVENIO CON LA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

1. MODELO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN

2. DISEÑO DE LOS LAZOS DE CONTROL

3. IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE VELOCIDAD

ÍNDICE

1. Modelo del motor

2. Diseño de los lazos de control

3. Implementación del control de velocidad

German Mauricio Neira Vargas

Jhon Jairo Carreño Torres

CONTROL DE VELOCIDAD PARA UN MOTOR ASÍNCRONO DE 0.5 HP BASADO EN LOS CONCEPTOS DEL CONTROL POR ORIENTACIÓN DEL FLUJO DEL ROTOR

1. Transformar variables trifásicas al sistema de coordenadas dq0.

2. Definir las ecuaciones matemáticas del modelo.

3. Normalizar el modelo del motor.

4. Discretizar el modelo del motor.

5. Identificar los parámetros internos del motor.

1. MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

2. Definir ecuaciones matemáticas.3. Normalizar el modelo del motor.4. Discretizar el modelo del motor.5. Identificar los parámetros internos del motor

RESUMEN DE LAS TRANSFORMACIONES UTILIZADAS

1. Modelo del motor

TRANSFORMADA DE CLARKE

1. Modelo del motor

Transf. Clarke: Transf. Inversa Clarke:

TRANSFORMADA DE PARK

1. Modelo del motor

Transf. Park: Transf. Inversa Park:

ECUACIONES DEL MODELO DEL MOTOR EN EL SISTEMA DQ0

1. Modelo del motor

ECUACIONES DE LOS ENLACES DE FLUJO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

Para obtener el modelo en ecuaciones de estado se debe eliminar las corrientes del rotor y los flujos magnéticos del estator, los cuales no son necesarios en el diseño del control orientado al flujo del rotor.

ECUACIONES DE VOLTAJE DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

Sustituyendo las ecuaciones del flujo del estator y de las corrientes del rotor en las ecuaciones de voltaje del motor se obtiene:

ECUACIÓN DE ESTADO DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

Reordenando la anterior expresión en forma de ecuación de estado se obtiene:

En donde:

ORIENTACIÓN AL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

Teniendo en cuenta la alineación del flujo del rotor, se obtiene la siguiente ecuación de estado que representa el modelo del motor :

CÁLCULO DE LA POSICIÓN DEL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

Desde la ecuación de estado del motor se obtiene la siguiente expresión:

Dado que el flujo del rotor en el eje q y su derivada es cero, entonces la velocidad del flujo del rotor se despeja como:

Conociendo que la velocidad es la derivada de la posición, entonces:

RESUMEN DE LAS ECUACIONES DEL MODELO DEL MOTOR ORIENTADO AL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

• Ecuación del torque eléctrico:

• Ecuación de la velocidad y posición del flujo del rotor:

• Ecuación de estado del modelo del motor:

• Ecuación de la velocidad mecánica del motor:

CANTIDADES BASE PARA LA NORMALIZACIÓN DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

MODELO NORMALIZADO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

Normalizando las ecuaciones del modelo del motor por las cantidades bases definidas anteriormente se obtiene el modelo normalizado del motor:

VARIABLES NORMALIZADAS DEL MODELO

1. Modelo del motor

En donde las variables normalizadas son:

DISCRETIZACIÓN DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

MODELO DISCRETO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN ORIENTADO AL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

Aplicando el método de integración numérica de Forward sobre el modelonormalizado del motor, se obtiene el modelo discreto del motor de inducciónorientado al flujo del rotor en valores por unidad:

IDENTIFICACIÓN DE LOS PARÁMETROS INTERNOS UTILIZANDO UN ALGORITMO GENÉTICO

1. Modelo del motor

Representación grafica del proceso de identificación de los parámetros del motor usando el algoritmo genético

ADQUISICIÓN DE LAS SEÑALES EXPERIMENTALES

1. Modelo del motor

Velocidad: Corriente:

ALGORITMO GENÉTICO

1. Modelo del motor

Rango de Búsqueda:

Parámetros de configuración del algoritmo genético

RESULTADOS DEL ALGORITMO GENÉTICO

1. Modelo del motor

Evolución del costo Parámetros identificados

COMPARACIÓN GRÁFICA ENTRE LA RESPUESTA DEL MODELO Y LA RESPUESTA DEL MOTOR

1. Modelo del motor

Respuesta en velocidad

Respuesta en corriente

VALIDACIÓN DEL MODELO

1. Modelo del motor

Respuesta en velocidad Respuesta en corriente

Se calculó el coeficiente de determinación y se encontró un valor de 0.9880 para la respuesta de lacorriente y 0.975 para la respuesta de velocidad.

Esto indica que el modelo del motor expresa el 98.8% de la respuesta en corriente y el 97.5% de larespuesta en velocidad. En base al resultado obtenido se determino que el modelo sí representa de formaválida al motor.

Para la validación del modelo se utilizó el coeficiente de determinación R2:

DISEÑO DE LOS LAZOS DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

1. Concepto del control orientado al flujo del rotor2. Diagrama de bloques del control de velocidad.3. Constantes de normalización.4. Cálculo de la posición angular del flujo rotórico.5. Diseño del control de corriente6. Diseño del control de velocidad.7. Modulación por vectores espaciales.8. Tratamiento de las limitaciones de voltaje9. Calculo de la referencia de Isd10. Implementación del control de velocidad en Simulink

CONCEPTO DEL CONTROL ORIENTADO AL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

Conexiones del motor DC

Motor DC con excitación independiente Motor de inducción

El objetivo del control vectorial es controlar de formaindependiente las corrientes Isd e Isq . A través del controlde se busca mantener constante la corriente Imr (que es lomismo a mantener constante el flujo magnético del rotor) ypor medio de Isq se busca controlar linealmente el torquedel motor, semejante al control que se hace con lacorriente Ia en la máquina DC, de esta forma se logramejorar la respuesta dinámica del motor de inducción.

DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

CONSTANTES UTILIZADAS EN EL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

ECUACIONES PARA DEL MODELO DE FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

Desde las ecuaciones modelo discreto del motor y utilizando las constantes definidasanteriormente, se obtuvieron las siguientes ecuaciones que se implementarón en eldsPIC para realizar el cálculo de la velocidad angular del flujo rotórico, de la posiciónangular del flujo del rotor y de la corriente de magnetización, todas en valores porunidad.

TÉCNICA DE CONTROL DEAD-BEAT Y DE RESPUESTA FINITA

1. Modelo del motor

Técnica de diseño directa

Sistema de control en tiempo discreto

Control de respuesta finita:Control dead-beat:

PASOS PARA EL DISEÑO DEL CONTROLADOR DE CORRIENTE

1. Modelo del motor

Los pasos efectuados para su realización son:

MODELO DEL MOTOR EN TÉRMINOS DE LAS CORRIENTES Isd E Isq

1. Modelo del motor

Transformada Z del modelo del motor:

En donde:

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

DESACOPLO DEL MODELO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

RESPUESTA DESEADA DE LAS CORRIENTES EN LAZO CERRADO

1. Modelo del motor

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA EN LAZO CERRADO DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

DISEÑO DIRECTO DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

ECUACIONES IMPLEMENTADAS EN EL DSPIC PARA EL CONTROL DE LAS CORRIENTES

1. Modelo del motor

DISEÑO DEL CONTROL PI DE VELOCIDAD CON ANTIWINDUP

1. Modelo del motor

ALGORITMO GENÉTICO PARA LA SINTONIZACIÓN DEL CONTROLADOR PI DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

RESULTADOS DEL ALGORITMO GENÉTICO

1. Modelo del motor

Evolución de la función costo Respuesta en velocidad en lazo cerrado

Parámetros identificados por el algoritmo genético:

CONFIGURACIÓN DE UN INVERSOR TRIFÁSICO

1. Modelo del motor

VECTORES ESPACIALES

1. Modelo del motor

MODULACIÓN DEL VECTOR ESPACIAL

1. Modelo del motor

TRATAMIENTO DE LAS LIMITACIONES DE VOLTAJE

1. Modelo del motor

Representación gráfica de la estrategia limitación de los voltajes:

CÁLCULO DE LA REFERENCIA DE LA CORRIENTE Isd

1. Modelo del motor

DISEÑO EN SIMULINK DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DEL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROLADOR DE CORRIENTE DE RESPUESTA FINITA

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DE LAS ECUACIONES DE DESACOPLO DEL MOTOR

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL PI DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL ALGORITMO PARA LA LIMITACIÓN DEL VOLTAJE

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL ALGORITMO DE MODULACIÓN POR VECTORES ESPACIALES

1. Modelo del motor

SIMULACIÓN DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

Respuesta en velocidad Respuesta en corriente

IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

1. Descripción del hardware utilizado.2. Medición de las corrientes.3. Medición de la velocidad.4. Cálculo de los senos y cosenos.5. Implementación del software.6. Interfaz gráfica desarrollada.7. Resultados obtenidos

DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE

1. Modelo del motor

CONEXIÓN DEL SISTEMA DE DESARROLLO, EL ENCODER Y EL MOTOR

1. Modelo del motor

DIAGRAMA A BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL IMPLEMENTADO

1. Modelo del motor

MEDICIÓN Y ESCALAMIENTO DE LAS CORRIENTES

1. Modelo del motor

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DEL ROTOR

1. Modelo del motor

La velocidad angular se define comola variación de la posición angular enun periodo de tiempo determinado.

FILTRO DE LA VELOCIDAD DEL ROTOR

1. Modelo del motor

La velocidad obtenida debe ser filtrada paraeliminar las oscilaciones producidas por laresta que existe en la medición de lavelocidad. Para ello se utilizo el siguientefiltro pasa bajo de primer orden:

El valor seleccionado para fue 10, con élcual se logro eliminar las oscilaciones dela medición.

CALCULO DEL SENO Y COSENO DESDE UNA L.U.T(LOOK UP TABLE)

1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE

1. Modelo del motor

INTERFAZ GRAFICA DESARROLLADA

1. Modelo del motor

SEGUIMIENTO DE UN PERFIL DE VELOCIDAD

1. Modelo del motor

SEGUIMIENTO DE UN PERFIL DE VELOCIDAD CON CAMBIO EN EL SENTIDO DE GIRO

1. Modelo del motor

REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD ANTE PERTURBACIONES EXTERNAS

1. Modelo del motor

CONCLUSIONES

1. Modelo del motor

CONCLUSIONES

1. Modelo del motor

CONCLUSIONES

1. Modelo del motor

CONCLUSIONES

1. Modelo del motor

PREGUNTAS Y COMENTARIOS

1. Modelo del motor

FIN DE LA PRESENTACIÓN

1. Modelo del motor

GRACIAS

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