CONCLUSIONES GENERALES

La tesis comprendió principalmente tres campos de estudio para lograr los objetivos, estos son: control del motor de inducción, diagnóstico de fallas en parámetros y reconfiguración de fallas en sensores. Las conclusiones se organizan en el orden mencionado, sin embargo cabe mencionar que un resultado también importante, fue la obtención de un modelo bifásico del motor de inducción que contempla de manera explícita los valores de las resistencias de los devanados y no englobados en un sólo término como el modelo bifásico de uso común.

El control vectorial utilizado se basa en la orientación de campo magnético del rotor, el cual presenta algunas ventajas como corto tiempo de simulación y simplicidad de implementación. La desventaja que presenta es que sólo logra un desacoplamiento asíntotico entre las variables de entrada, en este caso la velocidad y el flujo. El uso de observadores hace más complejo el esquema de control llevando a tiempos de simulación más largos e introduciendo errores debido a la convergencia de los observadores.

En cuanto al diagnóstico de fallas, la estrategia empleada se basó en el desacoplamiento de perturbaciones y para ello se utilizó el teorema de Frobenius. El procedimiento para desacoplar es complicado y tedioso para matrices de perturbación no lineales, sin embargo, en el caso del motor de inducción, todas las matrices de perturbaciones son lineales con respecto a los estados, lo que llevó a desarrollar un programa computacional que realizara todo el proceso. En general, el desacoplo es prácticamente difícil o incluso imposible cuando se desea desacoplar más de una perturbación, por ello sólo se desacopló una función a la vez, dando por resultado observadores sensibles a todas las fallas menos a una. La ventaja de este enfoque radica en la robustez ante falsas alarmas, sin embargo una desventaja es que sólo es posible localizar fallas únicas.

a) Diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias implícitas. Este primer esquema se basa en el modelo de uso común del motor de inducción el cual expresa las resistencias de las tres fases del motor agrupadas en un sólo término. La estrategia de detección y localización consistió en diseñar 3 observadores sensibles a todas las fallas menos a una, con lo que se obtiene un esquema de diagnóstico robusto ante falsas alarmas. Mediante este esquema es posible detectar y localizar fallas en estator, rotor e inductancia mutua y además aporta información cuando se presentan variaciones del par de carga, el coeficiente de fricción viscosa y la inercia total. La desventaja de este esquema es que sólo es posible localizar fallas, ya sea en el rotor o estator, pero no es posible localizar el devanado en el cual se produjo la falla.

A partir del modelo del motor de inducción con resistencias explícitas, se desarrollaron dos esquemas de diagnóstico: Diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias

explícitas y diagnóstico de fallas utilizando la teoría del marco de referencia.

Al utilizar el modelo del motor con resistencias explícitas, se tiene la ventaja de detectar y localizar fallas en los devanados del estator y del rotor del motor de inducción de rotor devanando. No es posible con el motor de inducción jaula de ardilla, puesto que tiene barras y no devanados, sin embargo, si se realiza la transformación de fases a barras cabe la posibilidad de localizar fallas en barras, pero este estudio se deja como trabajo futuro.

b) Diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias explícitas. Bajo este esquema se desarrolla un observador por cada fase de estator y rotor. La desventaja encontrada en este esquema, es que al diseñar el observador de la fase C del estator, la transformación correspondiente también desacopla los efectos debidos a las fases A y B. Como consecuencia el observador resultante es insensible ante cualquier falla en el estator. Lo mismo ocurre con la fase C del rotor. A pesar de éste hecho, los residuos encontrados son diferentes para cada falla y permiten su localización. Se hace la aclaración de que la transformación cumple la función de desacoplar las fallas en la fase C, sin embargo no se profundizó en hallar la razón por la cual se desacoplan las demás fallas. Una explicación puede ser la simetría del sistema físico pero este análisis se deja para su posterior estudio. c) Diagnóstico de fallas utilizando la teoría del marco de referencia. Este otro esquema

desarrollado se basa en el modelo del motor de inducción con resistencias explícitas y la teoría del marco de referencia. Bajo este esquema es posible obtener más observadores a partir de uno que se toma como base. Con este esquema, se supera el problema presente en la estrategia dada en el inciso b), es decir, se logra obtener una matriz de residuos con una diagonal de ceros y por lo tanto la estrategia de diagnóstico es robusta ante falsas alarmas. Otra ventaja que se tiene con este enfoque es la posibilidad de decidir el diseño de los demás observadores, por ejemplo, es posible seleccionar como observador base, aquél que dé residuos más sensibles a las fallas o el que sea más fácil de estabilizar.

En la tabla 7.2 se muestra un resumen de las características de cada esquema de diagnóstico de fallas utilizado.

Tabla 7.1 Resumen de características de los enfoques utilizados

Esquema de diagnóstico de fallas Características

a) Diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias implícitas

• La matriz de residuos es robusta ante falsas alarmas, pues contiene una diagonal de ceros.

• No es posible localizar específicamente la fase en la cual se produjo la falla, sólo es posible saber si ocurrió ya sea en el estator o rotor.

b) Diagnóstico de fallas utilizando el modelo con resistencias explícitas

• No se obtiene una matriz diagonal de ceros, por lo cual no se puede asegurar que la estrategia de diagnóstico sea robusta ante falsas alarmas.

• Es posible detectar y localizar exactamente la fase en la cual se produjo la falla, es decir, es posible saber si la falla ocurrió en el estator o rotor y además saber en cual de las tres fases

c) Diagnóstico de fallas utilizando la teoría del marco de referencia

• La matriz de residuos es robusta ante falsas alarmas, pues contiene una diagonal de ceros.

• Es posible detectar y localizar exactamente la fase en la cual se produjo la falla

• Existe libertad en la selección del comportamiento de los observadores, es decir, se pueden diseñar observadores muy sensibles a fallas u observadores fáciles de estabilizar, etc.

También se llevó a cabo el control vectorial en conjunto con el esquema de diagnóstico que utiliza el modelo con resistencias implícitas. El principal resultado es que el diagnóstico de las fallas se realiza sólo en determinados rangos, establecidos por la estabilidad del control vectorial respecto a las fallas. Se tiene que el control es muy sensible a fallas en la resistencia del rotor e inductancia mutua. La inductancia mutua sólo puede tener fallas menores al 5% de su valor nominal y la resistencia del rotor no debe reducirse más del 60%; en ambos casos si no se cumplen las condiciones establecidas, el control se vuelve inestable. Dentro de los límites establecidos, el diagnóstico de fallas se realiza satisfactoriamente. Todas las pruebas realizadas se hicieron con una referencia de velocidad variable y se concluye que el diagnóstico de fallas en parámetros diseñado cumple con las condiciones de detectabilidad y de localización requeridas, pero solo en límites precisos.

En cuanto a la reconfiguración de fallas en sensores de corriente, las pruebas muestran que la estrategia utilizada logra el seguimiento de la velocidad con respecto a una referencia variable en presencia de falla (sensor desconectado), esto se debe a que la señal obtenida a partir de bloques de estimación, guarda las características principales de la señal faltante, su magnitud y frecuencia, por lo tanto, existe un observador que estima las variables de forma correcta. Las variables estimadas por el observador insensible a la desconexión son introducidas al control.

El estudio de reconfiguración trató con desconexiones súbitas y permanentes de sensores. También se realizaron pruebas de falla con sensores que entregan señales alteradas por una ganancia. Se tiene que el esquema de detección de la falla continúa siendo válido, pero la localización tarda más tiempo en realizarse, esto debido a las bandas de seguridad establecidas. Para mejorar el cambio del observador erróneo al observador insensible a la falla, se debe establecer una nueva banda de seguridad.