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controle de posic¸ ˜ao do motor de induc¸ ˜ao por modos deslizantes, uma an ´alise comparativa PDF

85 Pages·2013·5.17 MB·English
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Preview controle de posic¸ ˜ao do motor de induc¸ ˜ao por modos deslizantes, uma an ´alise comparativa

UNIVERSIDADEFEDERAL DOCEARA´ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAELE´TRICA PROGRAMADEPO´S-GRADUAC¸A˜O EMENGENHARIAELE´TRICA DALTON DEARAU´JOHONO´RIO ˜ ˜ CONTROLE DE POSIC¸AO DO MOTOR DE INDUC¸AO POR MODOS ´ DESLIZANTES, UMA ANALISE COMPARATIVA FORTALEZA 2013 DALTON DEARAU´JO HONO´RIO CONTROLE DE POSIC¸A˜O DO MOTORDEINDUC¸A˜OPOR MODOSDESLIZANTES, UMAANA´LISE COMPARATIVA Dissertac¸a˜o de Mestrado apresentada ao Pro- gramadePo´s-Graduac¸a˜oemEngenhariaEle´trica, da Faculdade de Engenharia Ele´trica da Univer- sidade Federal do Ceara´, como requisito parcial para obtenc¸a˜o do T´ıtulo de Mestre em Engenha- ria Ele´trica. A´rea de concentrac¸a˜o: Eletroˆnica de PoteˆnciaeAcionamentos deMa´quinas Orientador: Profa. Dra. Laurinda Lu´ciaNogueira dosReis Co-Orientador: Prof. Dr. Luiz Henrique Silva ColadoBarreto FORTALEZA 2013 A Deus, Ao meu irma˜o, Paulo, Aos meus pais, Paulo e Liduina, A minha amada, Adayla Suellen, A todos meus amigos e familiares. Nem ta˜o longe que eu na˜o possa ver, Nem ta˜o perto que eu possa tocar, Nem ta˜o longe que eu na˜o possa crer que um dia chego la´. (Humberto Gessinger) i AGRADECIMENTOS A Universidade Federal do Ceara´, particularmente ao Departamento de Engenharia Ele´trica, pela a oportunidade que me concederam de desenvolver este projeto e cursar o mes- tradoem EngenhariaEle´trica. Ao professor Dr. Luiz Henrique Silva Colado Barreto, pela sua acolhida como coo- rientador, onde sempre me apoiou, incentivando e ajudando nas resoluc¸o˜es dos problemas e superac¸a˜o das dificuldades. A minha orientadora, Profa. Dra. Laurinda Lu´cia Nogueira dos Reis, pela confianc¸a em mim depositada, pela transmissa˜o de novos conhecimentos e pela competeˆncia com a qual orientoutodoodesenvolvimentodestadissertac¸a˜o. A todos os professores e funciona´rios do Departamento de Engenharia Ele´trica, pelo ensinamento e ajuda repassados que de forma valiosa contribu´ıram no desenvolvimento deste trabalho,pelosmomentosdedescontrac¸a˜o eamizade. Ao amigo Dr. Tobias Rafael Fernandes Neto pelas valorosas contribuic¸o˜es a esse tra- balho. Aos meus pais Paulo Hono´rio Ferreira e Liduina de Arau´jo Hono´rio, a meu irma˜o Paulo Hono´rio Filho e a minhanamorada AdaylaSuellen Gonc¸alvesRocha, pelo ajuda ecom- preensa˜o. AoCNPq (ConselhoNacional deDesenvolvimentoCient´ıfico eTecnolo´gico)pelosu- portefinanceiro. Aosamigos,quefizerampartedestahisto´ria: EberDiniz,VeniciosSoares,DaviNunes, Fernando Sobreira, Samuel Jo´, Socorro, E´dina, Ma´rio Se´rgio, Rafael Gomes, Rafael Oliveira, Rodrigo Paulino, Herm´ınio, Danilo Nobre, Jana´ına Almada, Ronny Cacau, Cesar Orellana, RoˆmuloNunes,WilkleyBezerra,SamuelVieira,AdsonBezerra,Se´rgioLima,JulianoPacheco, Marcos Antoˆnio, Bruno Almeida, Francisco Ju´nior, Wellington Assunc¸a˜o, Andre´ (Empre´sas), Je´ssica(Elemento); Atodososquecontribu´ıramdiretaouindiretamenteparaarealizac¸a˜odessetrabalhoe queeu tenha, poralgummotivo,esquecido decitar. ii Ah! Ao “COLEGA DE TRABALHO” Me. Eng. Antoˆnio Barbosa de Souza Ju´nior pelo conv´ıvio , amizade, conselhos, bons e maus exemplose todaa ajuda durante o per´ıodo de mestrado. iii RESUMO Modernos processos industriais requerem rigorosos requisitos, tais como, eficieˆncia, desempenho dinaˆmico, caracter´ısticas de funcionamento flex´ıveis, facilidade de diagno´stico e comunicac¸a˜o com um computador principal. Com a evoluc¸a˜o da micro-eletroˆnica e dos dis- positivos de poteˆncia notou-se uma tendeˆncia no uso de controladores digitais a fim se obter as caracter´ısticas supracitadas. Nestes processos, a utilizac¸a˜o da conversa˜o eletromecaˆnica da energia dar-se de forma intensa, assim e´ comum a utilizac¸a˜o de motores ele´tricos em diversos tipos de acionamentos. O presente trabalho utiliza uma metodologia de controle do motor de induc¸a˜o trifa´sico do tipo “gaiola de esquilo” com a te´cnica de controle por modos deslizan- tes. Aplicou-se, enta˜o, a metodologia para controle de posic¸a˜o do motor. O trabalho propo˜e, ainda, um comparativo da te´cnica proposta com outra ja´ implementadaem trabalhos precurso- res, sendo uma teoria cla´ssica para acionamentos desse tipo de motor denominado de controle por orientac¸a˜o de campo. Programou-se ambas as te´cnicas em um Digital Signal Controller (DSC) e aplicou-o no posicionamento do motor de induc¸a˜o. Com a realizac¸a˜o do comparativo observou-seodestaquedoSlideModeControl(SMC)emrelac¸a˜oaocontrolepororientac¸a˜ode campo nos ensaios feitos na plantade aplicac¸a˜o. Tanto em desempenho computacional quanto no controle das posic¸o˜es do motor, a te´cnica de controle deslizante se mostrou mais eficiente e robusta, apresentando uma reduc¸a˜o nos erros de corrente do motor, bem como um melhor rastreiodaposic¸a˜o derefereˆncia. Palavras-chave: Mododecontroledeslizante. Motordeinduc¸a˜o. DSC.Acionamento dema´quinas. Controlepororientac¸a˜o decampo. iv ABSTRACT Modern industrial processes require stringent requirements, such as efficiency, per- formance dynamic, flexible operating characteristics, diagnosticsfacilities and communication witha maincomputer. With thedevelopmentof micro-electronicsand powerdevices therehas been a trend in the use of digital controllers to obtain the characteristics mentioned above. In thoseprocesses, the use of eletromechanical energy conversion are shown in many type of dri- ver’s machine. Thus it is commom to find electric motors in this aplications. Then, this work uses a methodology of control for a three phase induction motor of type “squirrel cage” using thetechniqueSliding ModeControl (SMC). After that, It was applied themethodologyforpo- sition control of the motor. This work, also proposes a comparison of the proposed technique withotherclassicaltechniqueforthistypeofaplications. Thenameoftheclassicaltechniqueis Field Oriented Control (FOC). Therefore, a Digital Signal Controller (DSC) was programmed forbothtechiniquesandappliedinthepositioningoftheinductionmotor. Afterthecomparative analyse, it’s noted that SMC technique was better than FOC technique. Both in computational performance as in the control of motor positions the Slide Mode Control technique has been shown more efficient and robust. Also a reduction in errors of the motor’s current and a better trackingofthereference positionwas obtainedwiththistechnique. Keywords: Sliding Mode Control. Induction Motor. DSC. Drive machine. Field OrientedControl. v LISTA DEABREVIATURASE SIGLAS CA CorrenteAlternada CC CorrenteCont´ınua CSI Current Source Inverter DSC DigitalSignal Controller FOC FieldOriented Control GPAR GrupodePesquisaemAutomac¸a˜o eRobo´tica ISMC IntegralSlideModeControl MIT MotordeInduc¸a˜oTrifa´sico MRAC ModelReference AdaptiveControl NI NationalInstruments PI ProporcionaleIntegral PID Proporcional,Integrale Derivativo PSO ParticleSwarm Optimization RBF Radial Basis Function SMC SlideModeControl SVPWM Space VectorPulseWidthModulation VSC VariableStructureControl USB UniversalSerial Bus vi LISTA DE SI´MBOLOS eq erro deposic¸a˜o; ew erro develocidade; F Forc¸a Magnetomotriznoeixo S ; mma a F Forc¸a Magnetomotriznoeixo S ; mmb b F Forc¸a Magnetomotriznoeixo S ; mmc c Fmma Forc¸a Magnetomotriznoeixo Sa ; Fmmb Forc¸a Magnetomotriznoeixo Sb ; G (s) controladordeposic¸a˜o; C1 G (s) controladordevelocidade; C2 i corrente nafasea; a i sinaldecomando decorrente dafasea; ∗a i corrente nafaseb; b i sinaldecomando decorrente dafaseb; ∗b i corrente nafasec; c i sinaldecomando decorrente dafasec; ∗c is corrente doestatordeeixodiretocom referencial s´ıncrono; ds is sinaldecomando decorrente doestatordeeixodireto comreferencial s´ıncrono; d∗s is corrente dorotordeeixodiretocom referencial s´ıncrono; dr is corrente doestatordeeixoem quadraturacomreferencial s´ıncrono; qs is sinaldecomando decorrente doestatordeeixoem quadraturacomreferencial s´ıncrono; q∗s is corrente dorotordeeixoem quadraturacomreferencial s´ıncrono; qr ie corrente doestatordeeixoa comreferencial estaciona´rio; a s ie sinaldecomando decorrente doestatordeeixoa comreferencial estaciona´rio; a ∗s ie corrente doestatordeeixob comreferencial estaciona´rio; b s ie sinaldecomando decorrente doestatordeeixob comreferencial estaciona´rio; b ∗s i corrente noeixo S ; Sa a i corrente noeixo S ; Sb b i corrente noeixo S ; Sc c i corrente noeixo S ; Sd d i corrente noeixo S ; Sq q

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Aos amigos, que fizeram parte desta história: Eber Diniz, Venicios Soares, uses a methodology of control for a three phase induction motor of type H.; MATSUSE, K. Speed sensorless field-oriented control of induction motor
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