Avaliação de controle de velocidade por PLL no motor Brushless DC

Abstract

Motores elétricos fazem parte de forma considerável das tecnologias utilizadas atualmente, estando presentes nos mais diversos tipos de aplicação, e, consequentemente, representando também uma parte significativa do consumo de energia elétrica. Por razões de eficiência energética, e de controle de torque e velocidade de forma mais precisa, tem-se buscado pelo desenvolvimento de novas topologias de motores. Atualmente, uma das topologias mais utilizadas e mais promissora é a do motor BLDC (Brushless DC). Como exemplo, os motores BLDC são os empregados nos carros elétricos atuais, carregando consigo a possibilidade de redução da emissão dos gases do efeito estufa devido à substituição da utilização de combustível fóssil pela energia elétrica. Os BLDC também são os utilizados na propulsão de drones, aplicação que vem crescendo a cada dia devido ao seu grande potencial na automatização dos mais diversos tipos de serviços. No intuito de aprimorar e desenvolver novas formas de controle de velocidade para motores BLDC, buscando-se melhorar a sua eficiência, precisão e otimização das novas técnicas de implementação, apresenta-se como solução viável, o controle por PLL (Phase-Locked Loop). Neste trabalho, implementa-se o controle por PLL em um motor BLDC e compara-se com o método de controle PID, por ser o método mais largamente utilizado no controle de motores. Estudos utilizando métodos de controle por PLL em motores têm mostrado que este apresenta maior precisão no controle de velocidade em detrimento de um tempo maior para se alcançar a referência. Por este motivo, a investigação de um método de controle híbrido também é feita, objetivando-se juntar as melhores características de ambos. Esta junção é chamada de controle dual-PLL. Para a implementação dos controladores PLL, se utilizou a sua forma em software, sendo escolhido o código do modelo de PLL digital, já descrito em outras referências, porém com algumas modificações para que este opere com um motor dentro do laço de realimentação.

Electric motors are a considerable part of the technologies used today, they are present in the most diverse types of applications, and, consequently, also represent a considerable part of the electrical energy’s consumption. Motivated by reasons of energy efficiency, and more accurate torque and speed control, the development of new motor topologies have been made. Currently, one of the most used and most promising topologies is that the BLDC (Brushless Motor DC) motor, which has been widely applied in electric cars, carrying with it the hope of the emission of greenhouse gases reducing, due to the replacement of fossil fuel by electric energy. BLDCs have still been used in the drones’s propulsion, an application that has been growing every day due to its great potential for automating too many kinds of services. In order to improve and develop new forms of speed control for these motors, seeking to improve their efficiency, precision and optimization of new implementation techniques, PLL (Phase-Locked Loop) control is presented as an interesting solution. In this work, PLL control is implemented in a BLDC motor, and it is compared with the PID control method, because this is currently the most widely used method in motor control. Studies using PLL control methods in motors have shown that it has better precision in the speed control at the expense of a long time to reach the reference. For this reason, the investigation of a hybrid control method is also carried out, aiming to join the best characteristics of both. This junction is called dual-PLL control. For the PLL controllers implementation, it was used in its software form, being chosen the code of the linear PLL model, one already well know code in other references, but including some modifications, like operating it with a motor inside the feedback loop.