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

85 Pages·2013·5.17 MB·English

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