Controladores ressonantes escalonados para motores síncronos de imãs permanentes

Abstract

O presente trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação de controladores ressonantes para motores síncronos de ímãs permanentes visando a redução da oscilação da velocidade em regime permanente causadas por perturbações periódicas no sistema, tais como: conjugado, erros de medição da corrente do estator, harmônico de fluxo magnético, conjugado de carga e efeito de tempo morto, etc. Alguns desses distúrbios periódicos afetam a malha de velocidade do sistema de controle vetorial do MSIP os outros afetam o loop de corrente. Primeiramente, é feito um breve estudo sobre as características dos motores síncronos de imãs permanentes, além da obtenção do seu modelo matemático. A partir dessa discussão e da linearização do modelo do motor síncrono de imãs permanentes, é proposta a inserção de controladores ressonantes sintonizados nas frequências harmônicas de maior magnitude do distúrbio de velocidade. Além disso, visando a regulação dos valores nominais da velocidade e da corrente de eixo direto, são inseridos integradores na malha de controle. O projeto dos ganhos dos controladores é realizado através da solução de um problema de otimização com restrições na forma de desigualdades lineares matriciais (linear matrix inequalities - LMI). Estas restrições garantem a estabilidade e desempenho robusto do sistema em malha fechada. Também será avaliada a implementação de controladores ressonantes escalonados visando a compensação dos distúrbios em uma dada faixa de velocidade. A validação do controle proposto é feita em comparação com o controlador desenvolvido por (VALMORBIDA, 2018). Para obtenção dos resultados são realizadas simulações no MATLAB®/Simulink® para demonstrar a redução significativa da oscilação da velocidade em regime permanente e, com isso, validar o emprego do controlador proposto.

This present work presents a study on the application of resonant controllers for synchronous motors of permanent magnets aiming at the reduction of the steady state speed oscillation caused by periodic disturbances in the system, such as : conjugate, stator current measurement errors, harmonic of magnetic flux, charge conjugate and dead time effect, etc. Some of these periodic disturbances affect the speed mesh of the vector control system of the MSIP others affect the current loop. Firstly, a study is made on the characteristics of the permanent magnet synchronous motors, in addition to obtaining their mathematical model. From this discussion and the linearization of the synchronous motor model of permanent magnets, it is proposed the insertion of resonant controllers tuned to the harmonic frequencies of greater magnitude of the speed disturbance. In addition, aiming at the regulation of the nominal values of the speed and the axis current directly, integrators are inserted into the control mesh. The controller gains design is accomplished by solving an optimization problem with constraints in the form of linear matrix inequalities (LMI). These constraints ensure the stability and robust performance of the closed loop system. We will also evaluate the implementation of staggered resonant controllers in order to compensate for the disturbances in a given speed range. The validation of the proposed control is done in comparison with the controller developed by (VALMORBIDA, 2018). In order to obtain the results, simulations are performed in MATLAB® / Simulink® to demonstrate the significant reduction of the speed oscillation in a steady state and, with this, to validate the use of the proposed controller.