Ondulações de torque devido à comutação de fases é apontada como a principal desvantagem do método de controle 6 pulsos convencional do motor síncrono de ímã permanente no rotor com força contra-eletromotriz trapezoidal. Para reduzir essas ondulações, diferentes estratégias de controle vetorial dessa máquina são apresentadas na literatura. Nesse trabalho é proposto e analisado o controle vetorial dessa máquina utilizando uma malha de controle de corrente baseada no Finite Control-Set Model-based Predictive Control (FCS-MPC). Como resultado, a estrutura de controle vetorial proposta é capaz de reduzir as ondulações de torque de comutação e também aquelas provenientes de imperfeições da força contraeletromotriz trapezoidal. Esse resultado é atingido sem a alteração da estrutura do conversor, adição de circuito ou alteração na tensão de barramento. Em termos de desempenho dinâmico, são demonstradas a rápida dinâmica de torque sem necessidade de sintonia ou projeto de ganhos de controlador e dinâmica desacoplada das variáveis de controle sem necessidade de cálculo de termos de desacoplamento. Esses resultados apontam vantagens sobre recentes propostas na literatura baseada em controladores lineares. Também é implementado uma estratégia de melhoria de desempenho do FCS-MPC baseado na inclusão do conceito de ciclo de trabalho. Essa abordagem permite reduzir significativamente, em baixa velocidade, a banda de ondulação da corrente de estator e torque da máquina, demonstrando uma melhoria em relação ao FCS-MPC sem ciclo de trabalho. / Torque ripples due to phase commutation are pointed to the main drawback of 120 degree 6 step control of synchronous motor with trapezoidal back electromotive force (back EMF). To reduce these ondulations, different vector control strategies are presented in the literature. This study proposes and analyzes the application of the Finite Control-Set Model-based Predictive Control in the current loop of vector control strategy of permanent magnet synchronous motor with trapezoidal back EMF. As a result, the control structure reduces the torque ripple comming from phase commutation and back EMF shape imperfections. This result is achieved without changing the converter topology, the DC link voltage or including aditional circuit. Concerning to dynamic response, the proposed control strategy offers fast torque dynamics without gain tunning needed and decoupled dynamic of variable control. Furthermore, it is implemented an improvement approach to FCS-MPC based on duty-cycle concept. This strategy reduces significantly the torque ripple in low speed range, demonstrating an advance over conventional FCS-MPC.

Ondulações de torque devido à comutação de fases é apontada como a principal desvantagem do método de controle 6 pulsos convencional do motor síncrono de ímã permanente no rotor com força contra-eletromotriz trapezoidal. Para reduzir essas ondulações, diferentes estratégias de controle vetorial dessa máquina são apresentadas na literatura. Nesse trabalho é proposto e analisado o controle vetorial dessa máquina utilizando uma malha de controle de corrente baseada no Finite Control-Set Model-based Predictive Control (FCS-MPC). Como resultado, a estrutura de controle vetorial proposta é capaz de reduzir as ondulações de torque de comutação e também aquelas provenientes de imperfeições da força contraeletromotriz trapezoidal. Esse resultado é atingido sem a alteração da estrutura do conversor, adição de circuito ou alteração na tensão de barramento. Em termos de desempenho dinâmico, são demonstradas a rápida dinâmica de torque sem necessidade de sintonia ou projeto de ganhos de controlador e dinâmica desacoplada das variáveis de controle sem necessidade de cálculo de termos de desacoplamento. Esses resultados apontam vantagens sobre recentes propostas na literatura baseada em controladores lineares. Também é implementado uma estratégia de melhoria de desempenho do FCS-MPC baseado na inclusão do conceito de ciclo de trabalho. Essa abordagem permite reduzir significativamente, em baixa velocidade, a banda de ondulação da corrente de estator e torque da máquina, demonstrando uma melhoria em relação ao FCS-MPC sem ciclo de trabalho. / Torque ripples due to phase commutation are pointed to the main drawback of 120 degree 6 step control of synchronous motor with trapezoidal back electromotive force (back EMF). To reduce these ondulations, different vector control strategies are presented in the literature. This study proposes and analyzes the application of the Finite Control-Set Model-based Predictive Control in the current loop of vector control strategy of permanent magnet synchronous motor with trapezoidal back EMF. As a result, the control structure reduces the torque ripple comming from phase commutation and back EMF shape imperfections. This result is achieved without changing the converter topology, the DC link voltage or including aditional circuit. Concerning to dynamic response, the proposed control strategy offers fast torque dynamics without gain tunning needed and decoupled dynamic of variable control. Furthermore, it is implemented an improvement approach to FCS-MPC based on duty-cycle concept. This strategy reduces significantly the torque ripple in low speed range, demonstrating an advance over conventional FCS-MPC.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Thesis proposes sensorless vector control schemes that combine designed observers in the discrete-time domain to estimate the rotor position and speed for a permanent magnet synchronous generator of non-salient poles. Two control schemes are proposed. The first scheme is based on a discrete sliding mode current observer in series with an adaptive electromotive force observer. Then, the sliding conditions that assure the sliding motion around the sliding surface are derived to ensure the stability of the current observer as well as an innovative design procedure is proposed for it. Moreover, the electromotive force observer is designed using Lyapunov s Discrete Direct Method, which provides the estimated rotor position and speed. The second scheme extends the developed methodology for the former, considering the parametric uncertainties and eliminating the high frequency components of chattering. The second scheme uses a discrete sliding mode current observer as in the first scheme. However, the electromotive force observer is replaced by a phase-locked loop in series with a discrete sliding mode robust differentiator, which follows the proposed methodology for the discrete sliding mode current observer. Experimental results validate the theoretical analysis and demonstrate the performance of the proposed control schemes considering a small scale wind energy conversion system. In addition, proposed schemes are compared with others of the literature. It should be noticed that the whole approach is carried out in discrete time domain making it suitable for a microcontroller or digital signal processor implementation. / Esta Tese propõe esquemas de controle vetorial sem sensores mecânicos de posição e de velocidade que combinam observadores projetados no domínio de tempo discreto para estimar essas variáveis para um gerador síncrono a ímãs permanentes de polos não salientes. Dois esquemas de controle são propostos. O primeiro esquema baseiase em um observador de corrente por modos deslizantes discretos em série com um observador adaptativo de força eletromotriz. Então, as condições de deslizamento que asseguram os modos deslizantes em torno da superfície de deslizamento são estabelecidas no domínio de tempo discreto para garantir a estabilidade do observador de corrente e um inovador procedimento de projeto para ele é proposto. Em seguida, o observador de força eletromotriz é projetado usando o método direto de Lyapunov discreto, que fornece a posição e a velocidade rotóricas estimadas. O segundo esquema estende a metodologia desenvolvida para o primeiro, considerando as incertezas paramétricas bem como eliminando as componentes de alta frequência de chattering. O segundo esquema usa um observador de corrente por modos deslizantes discretos como o primeiro. Entretanto, o observador de força eletromotriz é substituído por um retentor de fase em série com um diferenciador robusto por modos deslizantes discretos, que segue a metodologia proposta para o observador de corrente. Resultados experimentais validam a análise teórica desenvolvida e demonstram o desempenho dos esquemas de controle propostos considerando um sistema de conversão de energia eólica de pequeno porte. Além disso, os esquemas propostos são comparados com outros da literatura. Ressalta-se que a toda abordagem é desenvolvida no domínio de tempo discreto tornando-a apta para uma implementação em microcontroladores e em processadores digitais de sinais.