Control de velocidad de un motor de reluctancia variable de 4 fases y 6 polos, utilizando técnicas de control clásico

Abstract

En este trabajo se presenta el análisis y diseño de un sistema de control de velocidad de un motor de reluctancia variable de seis polos y cuatro fases. El modelo no lineal de motor incluye la no linealidad de la fricción de Coulomb más la fricción viscosa. Se lleva a cabo el análisis estructural del modelo no lineal el cual es linealizado en el punto de operación establecido a las 2000rpm. Tanto el modelo no lineal como el lineal son comparados tanto en su estructura como en sus respuestas mediante simulaciones digitales encontrándose que bajo ciertas condiciones ambos tienen comportamientos similares. Posteriormente, con base en el modelo lineal se diseña un controlador clásico PI y se somete a pruebas de regulación, seguimiento y variaciones del torque de carga. El diseño del controlador se realiza mediante la técnica de Bode shaping garantizando márgenes de ganancia y fase adecuados con un ancho de banda mayor al modo del subsistema mecánico. La robustez es verificada mediante la simulación digital del sistema de control utilizando el modelo no lineal, el cual es, además, sometido a variaciones de carga encontrándose que el controlador PI tiene excelente desempeño tanto en regulación como en seguimiento. Por último, se proponen dos controladores adicionales: el primero se trata de un controlador PII, cuyo objetivo es reducir el efecto de la no linealidad llamada zona muerta presente en el motor en el arranque o a bajas velocidades. El segundo es un controlador PI que agrega una nueva técnica para la reducción del rizo presente en las respuestas de velocidad y torque, características de este tipo motor.

In this work, the analysis and design of a speed control system of a variable reluctance motor with six poles and four phases is presented. The nonlinear motor model includes the nonlinearity of the Coulomb friction plus the viscous friction. The structural analysis of the non-linear model is carried out, which is linearized at the operating point established at 2000rpm. Both the non-linear and linear models are compared both in their structure and in their responses through digital simulations, finding that under certain conditions both have similar behaviors. Subsequently, based on the linear model, a classic PI controller is designed and subjected to regulation, tracking and load torque variation tests. The controller design is carried out using the Bode shaping technique, guaranteeing adequate gain and phase margins with a higher bandwidth than the mechanical subsystem mode. The robustness is verified by means of the digital simulation of the control system using the non-linear model, which is also subjected to load variations, finding that the PI controller has excellent performance in both regulation and tracking. Finally, two additional controllers are proposed: the first is a PII controller, the objective of which is to reduce the effect of the non-linearity called dead zone present in the motor at start-up or at low speeds. The second is a PI controller that adds a new technique for reducing the ripple present in the speed and torque responses, characteristics of this type of motor.