Diseño de un sistema de control vectorial de posición del eje del motor de inducción trifásico, mediante la orientación del campo magnético y la observación del flujo

Abstract

Cuando empezó el desarrollo de los brazos robóticos industriales, se comenzó a usar el motor DC como actuador en las articulaciones, pero el inconveniente es que son, mecánicamente, de mayor tamaño (además de requerir mayor y más costoso mantenimiento) y afecta la dinámica ya que se monta sobre las articulaciones móviles. Por otro lado, están los motores de inducción trifásicos, tipo jaula de ardilla, muy robustos por su mecánica sencilla y menor tamaño; pero requieren de controladores de velocidad y posición más complejos que solo ha sido posible utilizando potentes procesadores conocidos como procesadores digitales de señales (DSP). Para resolver el problema de la necesidad de un sistema de control de posición del motor más robusto, el presente proyecto tiene como objetivo diseñar un Sistema de Control Vectorial de Posición del Eje del Motor de Inducción Trifásico, mediante la Orientación del Campo Magnético y la Observación del Flujo“ El Sistema de control se basa en el principio del Control Vectorial Directo, el cual consiste en controlar el motor de inducción tal como si fuese un motor de corriente continua, y se simula en el software Microsoft Visual Studio 2012, utilizando el lenguaje de programación C#. El programa requiere como datos de entrada la posición del eje del rotor y las corrientes del estator. A su vez se implementa un observador de flujo, con él cual es posible obtener el Control Vectorial Directo del motor de inducción, con el fin de seguir un perfil de posición determinado. Los resultados obtenidos de la simulación de la dinámica del motor y del comportamiento del esquema de control de posición para diferentes condiciones, muestran un control adecuado del perfil de posición. Adicionalmente, dado que el control de flujo del rotor es independiente de la variación de la constante del rotor (α), el sistema se hace más robusto en cuanto a la sensibilidad y estabilidad, con lo que resulta suficiente para posicionar el eje del rotor donde se desee (referencia).

When the development of industrial robotic arms began, the DC motor was started as an actuator in the joints, but the disadvantage is that they are mechanically larger (in addition to requiring more and more expensive maintenance) and affect the dynamics since is mounted on the mobile joints. On the other hand are three-phase induction motors, squirrel cage type, very robust because of their simple mechanics and smaller size; But require more complex speed and position controllers that have only been possible using powerful processors known as digital signal processors (DSPs). To solve the problem of the need for a more robust motor position control system, the present project aims to design a Vector Control System of Axis Position of the Three Phase Induction Motor, through the Magnetic Field Orientation and Observation of the Flow” The control system is based on the principle of Direct Vector Control, which consists of controlling the induction motor as if it were a DC motor, and is simulated in Microsoft Visual Studio 2012 software, using the programming language C#. The program requires as input data the position of the rotor shaft and the stator currents. In turn, a flow observer is implemented, with which it is possible to obtain the Direct Vector Control of the induction motor, in order to follow a determined position profile. The results obtained from the simulation of the engine dynamics and the behavior of the position control scheme for different conditions show adequate control of the position profile. In addition, since the flow control of the rotor is independent of the variation of the rotor constant (α), the system becomes more robust in terms of sensitivity and stability, so that it is sufficient to position the rotor shaft where if desired (reference).