Control para máquinas de CA de imanes permanentes con FEM arbitraria, sin sensores mecánicos

Abstract

En este trabajo de tesis se proponen nuevas soluciones a dos problemáticas de control de máquinas de corriente alterna con imanes permanentes: la minimización del ripple de par y la eliminación de sensores mecánicos de posición y/o velocidad. Para minimizar el ripple de par, producido por formas de onda de fem inducida no sinusoidales ni trapezoidales, se propone una nueva técnica para realizar la regulación de las corrientes de la máquina, basado en las ideas de control vectorial, lo que permite realizar el control de corriente en variables continuas del mismo modo que para máquinas sinusoidales. Con el fin de eliminar los sensores de posición y/o velocidad en el control de máquinas con forma de onda de fem arbitraria, se proponen dos nuevas estrategias, basadas en observadores de estado, que permiten estimar la fem inducida de la máquina, y a partir de ella obtener la velocidad y/o la posición del rotor. Una de las propuestas incluye una aproximación por series de Fourier de las formas de onda de la fem, que permite modelar máquinas con cualquier forma de onda de fem inducida. La segunda propuesta emplea un observador de orden reducido combinado con un observador de alta ganancia. Además, para compensar las perturbaciones producidas por el par de carga desconocido, se propuso extender el vector de estados para estimar dicho par de carga. El principal aporte de este trabajo radica en el uso de observadores que no se limitan únicamente a máquinas con fem sinusoidal o trapezoidal. Se presentan resultados de simulación y experimentales que validan las estrategias propuestas.

New solutions for two permanent magnet AC machines control issues are proposed in this thesis. These issues are: ripple torque minimization and elimination of mechanical speed and/or position sensors. In order to minimize the ripple torque that is produced by neither sinusoidal nor trapezoidal induced emf, a new current control technique is proposed. The proposal is based on vector control ideas, and it allows to perform the current control in DC variables, in the same way as in sinusoidal PM machines. Two new reduced-order state-observer based strategies are proposed with the aim of eliminating position and/or speed sensor, for the control of arbitrary emf waveform machines. The proposals allow the estimation of machine induced emf. Rotor speed and/or position can be obtained from the estimated emf. One of the proposals includes a Fourier series approximation of the induced emf waveform that allows the modeling of machines with any emf waveform. The second one employs a reduced order observer combined with a high gain observer. In addition, a state vector extension is proposed for load torque estimation, in order to compensate the perturbations produced by the unknown load. The most important contribution of this work is the use of observers that are not limited only to sinusoidal or trapezoidal emf machines. Simulation and experimental results that validate the proposed strategies are presented.