Control sin sensores del motor BLDC en régimen de baja velocidad

Abstract

En este trabajo se propone un esquema de control de velocidad sin sensores de posición y velocidad de un motor de corriente directa sin escobillas (motor BLDC por sus siglas en inglés), modelo SG/F14 de la marca FreeGoPower, con una potencia nominal de 800 W. El objetivo principal de este trabajo es diseñar un controlador de velocidad que muestre un buen desempeño en la operación y control sin sensores de posición y velocidad del motor BLDC en un régimen de baja velocidad, en este caso, por debajo de los 60 RPM. La metodología utilizada consiste en la determinación de la posición del rotor a partir de las FEM inducidas línea a línea del motor y de la construcción de unas funciones, denominadas funciones G. Originalmente las funciones G eran reconstruidas directamente con las mediciones de voltajes, corrientes y derivadas de corrientes de línea a línea en el motor. En el régimen de baja velocidad, las señales necesarias para construir las funciones G contienen un alto contenido armónico y ruido, por lo que la determinación de derivadas en el tiempo de estas señales provoca errores significativos en la estimación. El principal aporte de este trabajo es el uso de observadores de estado extendido de las FEM para mejorar los resultados de la estimación de posición a baja velocidad en el motor utilizado por debajo de los 60 RPM, con resultados experimentales que demuestran su potencial aplicación en vehículos eléctricos. Una vez que la estimación de la posición se realiza de manera adecuada en lazo abierto, se diseña un controlador de velocidad basado en rechazo activo de perturbaciones, utilizando la propiedad de planitud diferencial y observadores GPI. Este controlador de lazo cerrado se diseña para la regulación de velocidad, obteniéndose buenos resultados a baja velocidad tanto con el uso de sensores de velocidad y posición como sin estos. Para obtener el esquema completo de control sin sensores físicos, se propone un estimador de velocidad utilizando la misma estimación de posición. Por lo tanto, el esquema propuesto es capaz de controlar al motor BLDC a partir de una posición inicial conocida, en un régimen de baja velocidad haciendo uso solo de los 3 cables de alimentación del motor y no de los 8 habituales que se utilizan en una aplicación normal. Adicionalmente se presenta un avance en la estimación de la posición inicial del rotor basado en la variación de inductancias en el estator. Sin embargo no se ha podido aún automatizar esta identi cación. Poder identi car de forma automática la posición inicial del rotor permitiría arrancar correctamente el motor sin depender de colocar al rotor en una posición conocida o provocar movimientos indeseados para su identi cación inicial. El funcionamiento del esquema propuesto se prueba mediante simulaciones en el programa Matlab-Simulink y pruebas experimentales con el motor en cuestión y los elementos necesarios para su operación (inversor trifásico y sensores). Los resultados experimentales demuestran el funcionamiento del esquema de control sin sensores implementado en una tarjeta DSP con modelo TMS320F28335 Del número de Texas Instruments, en la cual se modela el esquema propuesto operando el motor a velocidades menores a 60 RPM con variaciones de carga.