Control de campo orientado

Desarrolle algoritmos de control de campo orientado mediante la simulación

El control de campo orientado proporciona control del par máximo por amperio o del debilitamiento de campo para diversos tipos de motores, tales como máquinas de inductancia, máquinas síncronas de imanes permanentes (PMSM, por sus siglas en inglés) y motores de CC sin escobillas (BLDC, por sus siglas en inglés).

El diagrama de bloques de abajo muestra una arquitectura de control de campo orientado que incluye los siguientes componentes:

  • Controlador de corriente consistente en dos controladores proporcionales e integrales
  • Controlador opcional de velocidad del lazo externo y generador de referencias de corriente
  • Transformadas de Clarke y Park y transformada de Park inversa para la realizar la conversión entre los marcos estacionarios y síncronos rotatorios
  • Un algoritmo modulador por vector espacial para transformar los comandos vα y vβ en señales de modulación por ancho de pulsos aplicadas a los arrollamientos de estátor
  • Funciones de protección y auxiliares, tales como lógica de arranque y parada
  • Observador opcional para estimar la posición angular del rotor si se desea control sin sensores

Diagrama de bloques de control de campo orientado.

Los ingenieros de control de motores que diseñan un control de campo orientado realizan las siguientes tareas:

  • Desarrollo de la arquitectura del controlador con dos controladores PI para el lazo de corriente
  • Desarrollo de controladores PI para los lazos externos de velocidad y posición opcionales
  • Ajuste de las ganancias de todos los controladores PI para cumplir los requisitos de rendimiento
  • Diseño de un modulador por vector espacial para el control de PWM
  • Diseño de un algoritmo de observador para estimar la posición y la velocidad del rotor si se utiliza control sin sensores
  • Diseño de algoritmos de control de par máximo por amperio o del debilitamiento de campo para generar id_ref e iq_ref óptimos
  • Implementación de transformadas de Park y Clarke e inversa de Park eficientes desde el punto de vista computacional
  • Diseño de la lógica de detección de fallos y protección contra ellos
  • Verificación y validación del rendimiento del controlador en distintas condiciones de funcionamiento
  • Implementación de un controlador en punto fijo o flotante en un microcontrolador o una FPGA

El diseño de control de campo orientado mediante Simulink® le permite utilizar la simulación de velocidades múltiples para diseñar, ajustar y verificar los algoritmos de control, así como detectar y corregir errores en todo el rango de funcionamiento del motor antes de realizar las pruebas físicas. Mediante la simulación con Simulink, puede reducir el número de pruebas con prototipos y verificar la robustez de los algoritmos de control ante condiciones de fallo que no resulta práctico probar en hardware. Puede hacer lo siguiente:

  • Modelar diversos tipos de motores, tales como máquinas de tres fases síncronas y asíncronas. Puede crear modelos de distintos niveles de fidelidad y cambiar de uno a otro, desde modelos sencillos de primeros principios y suma agregada hasta modelos no lineales de alta fidelidad y basados en flujo creados mediante la importación desde herramientas FEA tales como ANSYS® Maxwell® y JMAG®.
  • Modelar controladores de corriente, controladores de velocidad y moduladores.
  • Modelar la electrónica de potencia de inversores.
  • Ajustar las ganancias de los sistemas de control mediante técnicas de diseño de control lineal tales como los diagramas de Bode y el lugar geométrico de las raíces, además de técnicas como el ajuste de PID automatizado.
  • Modelar los modos de arranque, parada y error de los modelos y diseñar la lógica de reducción de potencia y protección para garantizar un funcionamiento seguro.
  • Diseñar algoritmos de observador para estimar la posición y la velocidad del rotor.
  • Optimizar id_ref e iq_ref para garantizar las mínimas pérdidas de potencia, el funcionamiento por encima de la velocidad nominal del rotor y el funcionamiento correcto en caso de incertidumbres paramétricas.
  • Diseñar los algoritmos de acondicionamiento y procesamiento de señales para los canales de E/S.
  • Ejecutar simulaciones de lazo cerrado del motor y del controlador para probar el rendimiento del sistema en escenarios de funcionamiento normal y anormal.
  • Generar automáticamente código C optimizado para el procesador, ANSI o ISO y HDL para prototipado rápido, pruebas de tipo hardware-in-the-loop e implementación en producción.

Control de campo orientado con Simulink

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