Control Vectorial Motor Induccion Trifasico

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
2011

1. Modelo del motor
2. Diseño de los lazos de control
3. Implementación del control de velocidad

ÍNDICE

1. MODELO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN

2. DISEÑO DE LOS LAZOS DE CONTROL

3. IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE
VELOCIDAD

German Mauricio Neira Vargas CONTROL DE VELOCIDAD PARA UN MOTOR ASÍNCRONO DE 0.5 HP BASADO EN LOS CONCEPTOS DEL
Jhon Jairo Carreño Torres CONTROL POR ORIENTACIÓN DEL FLUJO DEL ROTOR

1. Modelo del motor
2. Diseño de los lazos de control 1. Transformar variables trifásicas al sistema de coordenadas
3. Implementación del control de velocidad dq0.
2. Definir ecuaciones matemáticas.
3. Normalizar el modelo del motor.

1. MODELO DEL MOTOR
4. Discretizar el modelo del motor.
5. Identificar los parámetros internos del motor

1. Transformar variables trifásicas al sistema de
coordenadas dq0.
2. Definir las ecuaciones matemáticas del modelo.
5. Identificar los parámetros internos del motor.


1. Modelo del motor
RESUMEN DE LAS TRANSFORMACIONES 4.
5.
Discretizar el modelo del motor.
Identificar los parámetros internos del motor
UTILIZADAS


1. Modelo del motor
TRANSFORMADA DE CLARKE 5. Identificar los parámetros internos del motor

Transf. Clarke: Transf. Inversa Clarke:


1. Modelo del motor
TRANSFORMADA DE PARK 5. Identificar los parámetros internos del motor

Transf. Park: Transf. Inversa Park:


1. Modelo del motor
ECUACIONES DEL MODELO DEL MOTOR 4.
5.
EN EL SISTEMA DQ0


1. Modelo del motor
ECUACIONES DE LOS ENLACES DE FLUJO 4.
5.
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.


1. Modelo del motor
ECUACIONES DE VOLTAJE DEL MODELO 4.
5.
DEL MOTOR

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


1. Modelo del motor
ECUACIÓN DE ESTADO DEL MODELO DEL 4.
5.
MOTOR

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

En donde:


1. Modelo del motor
ORIENTACIÓN AL FLUJO DEL ROTOR 5. Identificar los parámetros internos del motor

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


1. Modelo del motor
CÁLCULO DE LA POSICIÓN DEL FLUJO 4.
5.
DEL ROTOR

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:


1. Modelo del motor
RESUMEN DE LAS ECUACIONES DEL MODELO DEL 4.
5.
MOTOR ORIENTADO AL FLUJO DEL ROTOR

• Ecuación de estado del modelo del motor:

• Ecuación del torque eléctrico:

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

• Ecuación de la velocidad mecánica del motor:


1. Modelo del motor
CANTIDADES BASE PARA LA NORMALIZACIÓN 4.
5.
DEL MODELO DEL MOTOR


1. Modelo del motor
MODELO NORMALIZADO DEL MOTOR 5. Identificar los parámetros internos del motor

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


1. Modelo del motor
VARIABLES NORMALIZADAS DEL MODELO 5. Identificar los parámetros internos del motor

En donde las variables normalizadas son:


1. Modelo del motor
DISCRETIZACIÓN DEL MODELO DEL MOTOR 5. Identificar los parámetros internos del motor


1. Modelo del motor
MODELO DISCRETO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN 4.
5.
ORIENTADO AL FLUJO DEL ROTOR

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


1. Modelo del motor
IDENTIFICACIÓN DE LOS PARÁMETROS INTERNOS 4. Discretizar el modelo del motor.
UTILIZANDO UN ALGORITMO GENÉTICO

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


1. Modelo del motor
ADQUISICIÓN DE LAS SEÑALES EXPERIMENTALES 5. Identificar los parámetros internos del motor

Velocidad: Corriente:


1. Modelo del motor
ALGORITMO GENÉTICO 5. Identificar los parámetros internos del motor

Parámetros de configuración del algoritmo genético

Rango de Búsqueda:


1. Modelo del motor
RESULTADOS DEL ALGORITMO GENÉTICO 5. Identificar los parámetros internos del motor

Evolución del costo Parámetros identificados


1. Modelo del motor
COMPARACIÓN GRÁFICA ENTRE LA RESPUESTA DEL 4. Discretizar el modelo del motor.
MODELO Y LA RESPUESTA DEL MOTOR

Respuesta en corriente

Respuesta en velocidad


1. Modelo del motor
VALIDACIÓN DEL MODELO 5. Identificar los parámetros internos del motor

Respuesta en velocidad Respuesta en corriente

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

Se calculó el coeficiente de determinación y se encontró un valor de 0.9880 para la respuesta de la
corriente 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 la
respuesta en velocidad. En base al resultado obtenido se determino que el modelo sí representa de forma
válida al motor.


1. Modelo del motor

DISEÑO DE LOS LAZOS DEL CONTROL DE VELOCIDAD

1. Concepto del control orientado al flujo del rotor
2. 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 corriente
6. Diseño del control de velocidad.
7. Modulación por vectores espaciales.
8. Tratamiento de las limitaciones de voltaje
9. Calculo de la referencia de Isd
10. Implementación del control de velocidad en Simulink


1. Modelo del motor 1. Concepto del control orientado al flujo del rotor
2. Diseño de los lazos de control 3. Constantes de normalización.
3. Implementación del control de velocidad 5. Diseño del control de corriente
CONCEPTO DEL CONTROL ORIENTADO AL FLUJO DEL 8.
9.
Tratamiento de las limitaciones de voltaje
Calculo de la referencia de Isd
ROTOR 10. Implementación del control de velocidad en Simulink

Motor DC con excitación independiente Motor de inducción

El objetivo del control vectorial es controlar de forma
Conexiones del motor DC independiente las corrientes Isd e Isq . A través del control
de se busca mantener constante la corriente Imr (que es lo
mismo a mantener constante el flujo magnético del rotor) y
por medio de Isq se busca controlar linealmente el torque
del motor, semejante al control que se hace con la
corriente Ia en la máquina DC, de esta forma se logra
mejorar la respuesta dinámica del motor de inducción.


DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL DE VELOCIDAD 9.
10.
Implementación del control de velocidad en Simulink


CONSTANTES UTILIZADAS EN EL CONTROL DE 8.
9.
VELOCIDAD 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


ECUACIONES PARA DEL MODELO DE FLUJO DEL ROTOR 9.
10.

Desde las ecuaciones modelo discreto del motor y utilizando las constantes definidas
anteriormente, se obtuvieron las siguientes ecuaciones que se implementarón en el
dsPIC para realizar el cálculo de la velocidad angular del flujo rotórico, de la posición
angular del flujo del rotor y de la corriente de magnetización, todas en valores por
unidad.


TÉCNICA DE CONTROL DEAD-BEAT Y DE RESPUESTA 8.
9.
FINITA 10. Implementación del control de velocidad en Simulink

Sistema de control en tiempo discreto
Técnica de diseño directa

Control dead-beat: Control de respuesta finita:


PASOS PARA EL DISEÑO DEL CONTROLADOR DE 8.
9.
CORRIENTE 10. Implementación del control de velocidad en Simulink

Los pasos efectuados para su realización son:


MODELO DEL MOTOR EN TÉRMINOS DE LAS 8.
9.
CORRIENTES Isd E Isq 10. Implementación del control de velocidad en Simulink

Transformada Z del modelo del motor:

En donde:


REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL MODELO DEL MOTOR 9.
10.


DESACOPLO DEL MODELO DEL MOTOR 9.
10.


RESPUESTA DESEADA DE LAS CORRIENTES EN LAZO 8.
9.
CERRADO 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA EN LAZO CERRADO DEL 8.
9.
CONTROL DE VELOCIDAD 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


DISEÑO DIRECTO DEL CONTROL DE VELOCIDAD 9.
10.


ECUACIONES IMPLEMENTADAS EN EL DSPIC PARA EL 8.
9.
CONTROL DE LAS CORRIENTES 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


DISEÑO DEL CONTROL PI DE VELOCIDAD CON 8.
9.
ANTIWINDUP 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


ALGORITMO GENÉTICO PARA LA SINTONIZACIÓN DEL 8.
9.
CONTROLADOR PI DE VELOCIDAD 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


RESULTADOS DEL ALGORITMO GENÉTICO 9.
10.

Evolución de la función costo Respuesta en velocidad en lazo cerrado

Parámetros identificados por el algoritmo genético:


CONFIGURACIÓN DE UN INVERSOR TRIFÁSICO 9.
10.


VECTORES ESPACIALES 9.
10.


MODULACIÓN DEL VECTOR ESPACIAL 9.
10.


TRATAMIENTO DE LAS LIMITACIONES DE VOLTAJE 9.
10.

Representación gráfica de la estrategia limitación de los voltajes:


CÁLCULO DE LA REFERENCIA DE LA CORRIENTE Isd 9.
10.


DISEÑO EN SIMULINK DEL CONTROL DE VELOCIDAD 9.
10.


IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DEL FLUJO DEL 8.
9.
ROTOR 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROLADOR DE CORRIENTE 8.
9.
DE RESPUESTA FINITA 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


IMPLEMENTACIÓN DE LAS ECUACIONES DE 8.
9.
DESACOPLO DEL MOTOR 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL PI DE VELOCIDAD 9.
10.


IMPLEMENTACIÓN DEL ALGORITMO PARA LA 8.
9.
LIMITACIÓN DEL VOLTAJE 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


IMPLEMENTACIÓN DEL ALGORITMO DE MODULACIÓN 8.
9.
POR VECTORES ESPACIALES 10. Implementación del control de velocidad en Simulink


SIMULACIÓN DEL CONTROL DE VELOCIDAD 9.
10.

Respuesta en velocidad Respuesta en corriente


1. Modelo del motor

IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE VELOCIDAD

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


1. Modelo del motor 1. Descripción del hardware utilizado.
2. Diseño de los lazos de control 2. Medición de las corrientes.
3. Implementación del control de velocidad 3. Medición de la velocidad.
DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE 7. Resultados obtenidos


CONEXIÓN DEL SISTEMA DE DESARROLLO, EL 6. Interfaz gráfica desarrollada.
ENCODER Y EL MOTOR


DIAGRAMA A BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL 6. Interfaz gráfica desarrollada.
IMPLEMENTADO


MEDICIÓN Y ESCALAMIENTO DE LAS CORRIENTES 7. Resultados obtenidos

x4


MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DEL ROTOR 7. Resultados obtenidos

La velocidad angular se define como
la variación de la posición angular en
un periodo de tiempo determinado.


FILTRO DE LA VELOCIDAD DEL ROTOR 7. Resultados obtenidos

La velocidad obtenida debe ser filtrada para
eliminar las oscilaciones producidas por la
resta que existe en la medición de la
velocidad. Para ello se utilizo el siguiente
filtro pasa bajo de primer orden:

El valor seleccionado para fue 10, con él
cual se logro eliminar las oscilaciones de
la medición.


CALCULO DEL SENO Y COSENO DESDE UNA L.U.T 6. Interfaz gráfica desarrollada.
(LOOK UP TABLE)


IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE 7. Resultados obtenidos


INTERFAZ GRAFICA DESARROLLADA 7. Resultados obtenidos


SEGUIMIENTO DE UN PERFIL DE VELOCIDAD 7. Resultados obtenidos


SEGUIMIENTO DE UN PERFIL DE VELOCIDAD CON 6. Interfaz gráfica desarrollada.
CAMBIO EN EL SENTIDO DE GIRO


REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD ANTE 6. Interfaz gráfica desarrollada.
PERTURBACIONES EXTERNAS


1. Modelo del motor

CONCLUSIONES


1. Modelo del motor

PREGUNTAS Y COMENTARIOS


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