Control Fuzzy supervisado de velocidad de motores de inducción trifásicos

Abstract

El control de motores de inducción es considerablemente complejo comparado al control de motores DC. Esto se debe, en parte, al acople que presentan las ecuaciones dinámicas de las máquinas AC. Existen métodos escalares y vectoriales para el control de este tipo de motores, y la naturaleza de la aplicación general- mente permite determinar el método a aplicar. La ventaja del control vectorial es la rápida respuesta temporal ante cambios en el torque de carga aplicado al eje del motor, [1]. El método de control vectorial, permite obtener un modelo matemático del motor de inducción referido a un sistema de coordenadas rotativo, que gira para alinearse en todo instante al fasor campo magnético del rotor. Esta orientación del sistema de referencia depende del conocimiento correcto de la constante de tiempo real del rotor. En la práctica, este parámetro puede variar por múltiples razones como el cambio de temperatura del motor y la saturación de los elementos magnéticos de la máquina, [2]. En este escenario, la presente tesis plantea la aplicación de técnicas de inteligencia computacional para reducir los efectos de variación de la constante de tiempo del rotor y los cambios en el torque de carga, mediante sistemas de lógica fuzzy que ajustan en tiempo real los parámetros del controlador de velocidad del motor, utilizando el método de control vectorial. Este trabajo de tesis es dividido en cinco capítulos, además de las conclusiones y bibliografía consultada, conforme se describe a continuación. En el Capítulo 1 se exponen los antecedentes, justificación, hipótesis y objetivos del presente estudio, y se definen el alcance y las limitaciones de la tesis. En el Capítulo 2 se presentan los fundamentos teóricos necesarios para modelar matemáticamente un motor de inducción. El análisis comienza con la descripción de las consideraciones para la formulación dinámica de las ecuaciones del motor. Luego, se desarrollan las ecuaciones fundamentales de los flujos magnéticos, voltajes, torque electromagnético y las ecuaciones mecánicas que rigen el funcionamiento del motor. El siguiente tópico aborda el tema de las transformaciones lineales, necesarias para obtener un modelo lineal desacoplado del motor a partir de las ecuaciones fundamentales obtenidas previamente. Por último, se presentan tres modelos en variables de estado, obtenidos aplicando transformaciones lineales al modelo matemático fundamental del motor, de los cuales, uno es utilizado para realizar la implementación del modelo digital del motor de inducción. En el Capítulo 3 se describe la técnica de control vectorial (o control por campo orientado), ampliamente utilizada para el control de motores de inducción. Los principios y métodos en los que se basa esta técnica de control son presentados en seguida. Y por último, se muestran la formulación y el diagrama de bloques genérico para el control de velocidad de un motor de inducción. En el Capítulo 4 se introducen los conceptos de inteligencia artificial y computacional. Luego, se desarrolla brevemente la teoría de los sistemas de lógica fuzzy, y se muestra su aplicación en sistemas de control. En el Capítulo 5 se aborda la implementación del sistema de control pro- puesto en esta tesis. Se inicia con el desarrollo del modelo discreto del motor de inducción, a partir del modelo obtenido previamente. Luego, se presentan las técnicas de control clásico y propuesta que serían utilizadas para realizar las simulaciones, obtener resultados, comparar y validar el sistema de control propuesto en este trabajo. La tesis termina con la descripción de las conclusiones, que analiza los resultados obtenidos y establece las recomendaciones para trabajos futuros. El Apéndice A, muestra los códigos de simulación en MATLAB para la implementación del modelo discreto del motor de inducción y de los sistemas de control de velocidad, basados en la técnica de control clásico y la estrategia de control propuesto. Los resultados de las simulaciones en el tiempo, presentan una serie de cambios en el torque de carga aplicado al eje del motor y una variación en la constante de tiempo del rotor. Esto permite comparar el desempeño de ambas estrategias de control, que es calculado de manera cuantitativa a traves de indicadores.