En primer lugar quisiera agradecer a la Universidad Autónoma de la Ciudad de México por brindarme una formación académica en ingeniería de sistemas electrónicos industriales en el campus San Lorenzo Tezonco, por brindarme la oportunidad de participar de esta institución, por el hecho de que me ha permitido completar un ciclo de desarrollo personal, pero sobre todo porque me he desarrollado como Ingeniero Electrónico. A la coordinación de Servicios Estudiantiles de la Universidad Autónoma de la Ciudad de México por el apoyo para la impresión y pegado de este trabajo de recepción.
Antecedentes
Por tanto, la energía eléctrica se puede convertir en energía mecánica. Son máquinas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica, en las que desarrollan el movimiento de un devanado en un campo magnético.
Motivaci´ on
Son máquinas que convierten la energía eléctrica en energía mecánica, realizando la acción de introducir una corriente en la máquina a través de una fuente de energía. Externamente, esta corriente al interactuar con un campo magnético da como resultado un par de potencia de origen magnético que se produce en el mismo. al mismo tiempo el movimiento angular de la máquina. Son máquinas que convierten la energía eléctrica de entrada de corriente alterna (CA), con un voltaje y una corriente específicos para convertirla en otra energía eléctrica de CA con posiblemente diferente voltaje y magnitud de corriente, pero aislada entre la entrada y la salida.
Planteamiento del problema
Más precisamente, el control se basa enteramente en la medición de la corriente en la armadura y los devanados. Se encuentran disponibles fuentes de alimentación de voltaje variable independientes para los devanados de campo y de armadura.
Objetivos generales y espec´ıficos
La velocidad angular deseada para el motor de CC se define como una función acotada con la primera y segunda derivada. Habiendo dicho lo anterior, se desea la implementación de un control no lineal sin sensores para un motor de CC en una configuración de excitación particular, que tenga un monitoreo simultáneo asintótico de la velocidad angular y el flujo de campo.
Organizaci´ on de la Tesis
De esta manera, se puede disponer de la velocidad real del motor de CC. En la Figura 5.6 se puede ver la simulación de respuesta de velocidad con la referencia de par de carga mencionada anteriormente.
Motor DC de excitaci´ on separada 9
Constituci´ on general de un motor DC
- Armadura y campo
- Conmutador
En una máquina de CC, el nombre de estator se le da a la parte fija de la máquina y de forma regular. La parte interna y giratoria de la máquina de CC se llama Rotor y va dentro del estator.
Clasificaci´ on de un motor DC y sus configuraciones
El motor de CC con esta configuración recibe este nombre porque el devanado de campo está conectado a la línea de alimentación en paralelo con el devanado del inducido, como se muestra en el diagrama esquemático de la Figura 2.4. Un motor en configuración en paralelo tiene la propiedad de que el campo se enrolla con el mayor número de vueltas de hilo conductor delgado para generar un campo magnético lo suficientemente fuerte como para mantener la velocidad del aquino prácticamente constante.
Modelo matem´ atico no lineal de un motor DC en configuraci´ on exci-
- Efectos-Relaci´ on del flujo magn´ etico (Flux linkage)
- Circuito de campo
- Circuito de armadura
- Circuito mec´ anico
- Modelo matem´ atico no lineal del motor DC
Por lo tanto, se puede modelar una función lineal relacionando el flujo magnético φf con la corriente como eje. Se puede decir que la fuerza que ejerce el campo magnético sobre los devanados del inducido.
Propiedades del modelo no lineal
Es posible medir las señales de corriente del inducido y de los devanados de campo. La Figura 4.2 muestra un diagrama de bloques de las características de la tarjeta dSPACE DS1103 mencionada anteriormente. En la Figura 5.5 se puede ver la gráfica de la segunda derivada dada por (5.3), de la señal de referencia de la velocidad angular.
Como puede ver, la corriente está dentro de los límites permitidos de la máquina.
Control Sensorless no lineal simult´ aneo de velocidad y flujo 27
Propuesta y dise˜ no del controlador
Todos los parámetros (eléctricos y mecánicos) del modelo de motor de corriente continua con excitación independiente se conocen con precisión. La velocidad angular deseada del rotor del motor ωd es una función acotada y dos veces diferenciable, con una primera y una segunda derivada acotadas. La corriente deseada para los devanados del inducido se obtiene mediante la siguiente ecuación.
En realidad no se mide el flujo de campo real, pero si consideramos que la máquina trabaja en la región lineal de la curva de magnetización, tenemos la relación dada en (2.1).
Dise˜ no del control
- Estimador de velocidad
Considerando la ecuación matricial definida en (3.12) y utilizando la definición de error de estado definida en (3.7), la ecuación se puede manipular para obtener. Iz˙ +Re+C(x1)e=−Q+Dx˙d+Rxd+C(x1d)xd+C(ef)xd (3.14) Podemos ver que el último término de la ecuación (3.14) se encuentra en términos del error de estado de la corriente de campo y los estados deseados, por lo que con un poco de manipulación y reordenamiento de las matrices podemos obtener una representación de la ecuación (3.14) en términos del vector de error. Se considera que el sistema de bucle cerrado dado por la ecuación (3.15) proporciona una sugerencia de controlador sin medir la posición o la velocidad angular.
Debido a que la ecuación (3.3) tiene el flujo de campo deseado en el denominador, para evitar singularidades, el flujo de campo deseado debe ser φf d 6= 0, y debido a que φf es una variable de entrada de referencia, el flujo de campo se puede imponer siempre que φf d >0 y con caminos suaves y acotados.
Prueba de estabilidad del controlador
El cumplimiento de las condiciones establecidas en el resultado principal para las constantes dadas en (3.6) garantiza que la función de almacenamiento ˙He tenga una definición negativa, lo que garantiza la estabilidad asintótica en bucle cerrado. Uno de los principales objetivos de este proyecto es utilizar una estrategia de control no lineal para un motor de CC. En base a lo anterior, se trata de proponer un sistema electrónico, alguna tarjeta de adquisición de datos o algún microcontrolador capaz de interactuar con la tarjeta de control dSPACE e interpretar las señales de control para enviarlas de la manera más eficiente y adecuada al motor.
En este capítulo se discutirán todos los temas relacionados con la construcción de los sistemas electrónicos necesarios.
Especificaciones y caracter´ısticas del motor DC
- Par´ ametros del motor DC
En la hoja de datos del motor DC modelo D5505P proporcionada por el fabricante, se puede ver el diagrama de conexión que se puede aplicar al circuito de campo, donde los terminales F1, F2, F3 y F4 se refieren al circuito de campo y los terminales A1 y A2 son . para el circuito de armadura. Cuando se presenta la situación en la que no se tiene ninguna información sobre el motor DC (o no toda la información está disponible), es recomendable obtener la información restante mediante pruebas experimentales. El esquema de control que se diseñó e implementó consideró la estructura del modelo matemático con el supuesto de conocimiento preciso de los parámetros del motor DC.
La Tabla 4.2 muestra los valores de los parámetros eléctricos y mecánicos del motor DC con el que trabajamos.
Tarjeta controladora dSPACE DS1103
Las mediciones se realizaron directamente con equipos de medición de laboratorio como multímetro, puente de impedancia y osciloscopio. También permite crear plantillas con bloques proporcionados por la tarjeta controladora dSPACE para, junto con SIMULINK, configurar y manipular la recepción de señales y manipulación de las señales de salida propias de la tarjeta. Los fabricantes de la tarjeta controladora dSPACE proporcionan un software para visualizar las señales generadas o leer señales provenientes del exterior, así como para manipular en tiempo real los experimentos realizados por el diseñador, este software se denomina ControlDesk.
Vale la pena señalar que para construir una plantilla para la adquisición, visualización y manipulación de.
Sensores de Corriente
- Sensor Magnetorresistivos
- Instrumentaci´ on y acondicionamiento de los sensores de corriente 45
Aunque los amplificadores operacionales tradicionales también tienen esta característica, el alcance del amplificador de instrumentación es mayor que el de la mayoría. Como se mencionó, el amplificador de instrumentación se compone de tres amplificadores operacionales y siete resistencias. La Figura 4.9 muestra la respuesta a una carga inductiva del sensor de corriente magnetorresistivo modelo NT-5 en conjunto con un amplificador de instrumentación modelo INA114 configurado para obtener una salida proporcional, es decir generar un voltio por cada amperio.
También se puede ver en la figura 4.9 la presencia de un retraso de la señal amplificada con respecto a la señal actual real, esto se debe al funcionamiento del amplificador de instrumentación y al ser mínimo el retraso se puede despreciar.
Codificador ´ optico
En la mayoría de los trabajos reportados sobre control de velocidad para un motor DC, la estructura de control se basa en la obtención de la medición de la velocidad angular y/o la posición angular debido a que se dispone de un transductor óptico. Para confirmar que tanto la velocidad estimada como la velocidad real del motor son correctas, se utiliza un codificador óptico marca DYNAPAR, modelo HS35R-1024A105PS. También proporciona tres señales cuadradas, dos de las cuales corresponden al canal A y al canal B. Estas señales están eléctricamente desfasadas 90◦ entre ellas, de esta manera es posible saber si hay un aumento o disminución en la posición angular.
Destacando que no se requiere la medición de velocidad para el diseño del esquema de control, ya que esta estructura se basa en la técnica Sensorless.
Fuentes de alimentaci´ on variable
- Etapa de Aislamiento y Acondicionamiento de se˜ nales
- Estructura del Gate Driver
- Circuito Integrado VLA106-15242 (DC-DC Converter) 56
- Selecci´ on de los transistores de potencia
- Circuito de Amortiguamiento (Red Snubber)
- Red Snubber de ayuda al apagado del transistor
En la Figura 5.3, puede ver el gráfico de referencia de velocidad dado por (5.1), donde puede ver que es una función suave y acotada. El diagrama general del esquema de control para la implementación en tiempo real se muestra en la figura 5.14. Como se puede observar en la figura 5.17, la corriente está dentro de los límites permitidos.
Debido a la estructura de la corriente de armadura deseada, el voltaje requerido a través de los devanados de la armadura también es variable con una magnitud pequeña, como se puede ver en la Figura 5.18.
Presentaci´ on de resultados 63
Resultados experimentales en tiempo real
En la Figura 5.17 se puede ver la corriente deseada dada por la Ecuación (3.3), de la misma manera también se observa la corriente real en los devanados del inducido. El hecho de que el esquema de control no sea completamente en tiempo real puede atribuirse a varias circunstancias. Cabe mencionar que ya existen resultados de una implementación en tiempo real de una estrategia de control simultáneo de flujo de campo y velocidad angular teniendo en cuenta la medición de la posición angular [Márquez Valdez, 2019] muy similar a la presentada en esta tesis ser ofrecido.
Otra preocupación que se puede mencionar tiene que ver con lo aprendido a lo largo de nuestra carrera en la UACM.