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Previous issue date: 2015-12-21 / Nesta dissertação apresentam-se o princípio de funcionamento do motor de indução trifásico
em regime permanente abordando os ensaios necessários para obtenção de seus parâmetros e
as diferentes possibilidades de variação de velocidade. A partir disso, efetuou-se uma análise
da modelagem dinâmica do motor, enfocando nas transformações de eixos, além de analisar
os tipos de controle, escalar, vetorial direto e indireto (orientado pelo fluxo do rotor, pelo
fluxo do estator e pelo fluxo do entreferro) e o controle direto de torque. Também se abordou
os conversores CC - CA utilizados para o acionamento do motor de indução trifásico,
juntamente com suas principais metodologias de modulação. Fez-se uma revisão do estado da
arte dos sistemas de acionamento e controle mais estudados nos últimos anos sobre o assunto.
Após, estudou-se os conceitos de estabilidade quadrática proposto por Lyapunov, juntamente
com o controle H∞, os quais foram a base para o desenvolvimento de controladores robustos
projetados no trabalho com desigualdade matriciais lineares (em inglês Linear Matrix
Inequalities (LMIs)). Desenvolveram-se cinco tipos de controladores robustos com LMIs: o
robusto, com taxa de decaimento (para sigma 1 e 10), H∞, H∞ com D-Estabilidade e H∞ com
D-Estabilidade e realimentação da integral do erro de saída sendo que em todos o motor de
indução trifásico foi orientado pelo fluxo do rotor. Os controladores foram projetados para
quatro diferentes configurações, sendo considerados, primeiro caso - variação da velocidade
(5 rad/s até a nominal); segundo caso - variação da velocidade e incerteza na resistência
rotórica (3%); terceiro caso - variação na velocidade e incerteza na constante de tempo do
rotor (5%); quarto caso - variação na velocidade e incertezas na constante de tempo do rotor
(15%) e do estator (10%). Em todos os controladores projetados foram analisadas a resposta
no tempo das saídas para uma entrada degrau unitário de distúrbio do torque de carga. Esta
análise objetivou avaliar o comportamento do sistema, porém, para emular o sistema com
maior fidelidade, foi montado no software Matlab/Simulink uma plataforma que contém o
conjunto completo de acionamento, sistema de potência e controle, com alimentação trifásica,
retificador de onda completa, barramento CC – CC, conversor CC – CA, motor de indução de
indução trifásico e sensores. Esta plataforma possibilita desenvolver diversos testes no
acionamento do motor de indução, além de facilitar a implementação e coleta de resultados
com outras topologias de controladores. Nesta plataforma foram desenvolvidas simulações
para o sistema sem carga e após 1,5 segundos aplicava-se um degrau de carga nominal no
motor. Nesta plataforma analisaram-se o sistema em malha aberta com intuito de entender o
comportamento do motor e, em malha fechada, foi simulado o sistema para os quatro casos de
análise considerando os seis controladores robustos e o sistema com o controle clássico PI.
Nas simulações foram observadas diversas formas de onda, as quais foram comparadas com
os resultados do sistema em malha aberta e do controle PI. Os melhores resultados foram
obtidos para os controladores H∞ com D-Estabilidade e H∞ com D-Estabilidade e
realimentação da integral do erro de saída, pois, seguiram a referência de velocidade
solicitada com um tempo de estabelecimento relativamente pequeno. Evidencia-se a
viabilidade dos controladores e a possibilidade da implementação em bancada e ambiente
industrial, os quais proporcionarão maior confiabilidade ao sistema de acionamento. / This research shows the steady state operating principle of triphasic induction motors to
approach the tests necessary to obtain their parameters and different speed variation
possibilities. After were performed an analysis of the dynamics of motor modeling, focusing
on the transformation of axes, and analyzing the types of control, scalar, direct and indirect
vector (guided by the rotor flux at the stator flux and flux air gap) and direct torque control.
The converters CC – AC used to drive the induction motor are also aborded, along with their
main methods of modulation. A review of the state of the art regarding the drives and control
systems most studied in recent years on the subject is presented. After were studied the
concepts of quadratic stability proposed by Lyapunov, together with the H∞ control, which
were the basis for the development of robust controllers based on Linear Matrix Inequality
(LMI). In this research were developed five types of robust controllers with LMI: the robust
controller, the controller with decay rate (for sigma 1 and 10), H∞ controller, H∞ controller
with D- Stability and H∞ controller with D- Stability and feedback the integral of output
error, considering in all cases that the triphasic induction motor is driven by rotor flux. The
controllers were designed for four different configurations and were considered the first case -
the speed variation (5 rad/s up to the rated); second case - the speed variation and uncertainty
in the rotor resistance (3%); third case - variations in speed and uncertainty in the rotor time
constant (5%); fourth case - variations in speed and uncertainties in the rotor time constant
(15%) and the stator (10%). In all researched controllers were analyzed the response time of
the outputs for a unit step input load torque disturbance. This analysis aimed to evaluate
system behavior, however, for a complete and rigorous analysis of the system, with greater
fidelity, was set up in Matlab/ Simulink software a platform that contains the full set of drive,
power and control system with three-phase power, full-wave rectifier, bus DC – DC,
converter DC – AC, three-phase induction motor and sensors. This platform allows the
simulation of various tests with induction motor drive, and also the implementation and result
analysis using a broad class of controllers. Simulations of the system without load and
considering a nominal engine load step applied after 1.5 seconds are presented. In this
program were analyzed the open-loop system with the aim of understanding the motor
behavior, and the closed loop system was simulated considering four cases, six robust
controllers and the classic PI controller. The simulations display the waveforms of triphasic
current and the line voltage of the MIT, the triggers for inverter drive, currents and voltages of
the direct-axis and quadrature, the electromagnetic torque and speed. The best results were
obtained for the H∞ controllers with D-Stability and H∞ with D-Stability and feedback of the
integral of output error. The feedback system with this controller tracked the speed reference
with a small setting time. Based on this results it is possible the application of this control
technique in industrial environments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unesp.br:11449/134247 |
| Date | 21 December 2015 |
| Creators | Ortunho, Tiago Veronese [UNESP] |
| Contributors | Universidade Estadual Paulista (UNESP), Teixeira, Marcelo Carvalho Minhoto [UNESP] |
| Publisher | Universidade Estadual Paulista (UNESP) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNESP, instname:Universidade Estadual Paulista, instacron:UNESP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 600 |
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