Control No Lineal Basado en Pasividad de Motores de Inducción para Alto Desempeño Dinámico

Abstract

[EN] Position and velocity tracking control with high dynamic performance of induction motors has generated great interest in the control community, due to the advantageous characteristics that this rotating machine exhibits. Unfortunately, the results reported in the specialized literature about this topic are mainly focused on the study of the stability properties of the control scheme, leaving the dynamic performance as a secondary issue. In this paper, the analysis of a nonlinear controller designed using passivity concepts is presented. This analysis is mainly oriented towards the performance evaluation of the induction motor when highly variable velocity profiles are imposed. Following a Root–Cause analysis, it is evaluated the implementation facility of this control scheme and the required implementation issues that improve its dynamic response. Special attention is given to the necessity of differentiate signals that appears in the control structure and several alternatives to carry this operation out are evaluated. The results are presented in simulation, as well as, in an experimental setup. In both cases the analysis is validated by key indicators of performance that identify the scenario with the best behavior under different operation conditions. The results show that the scenario with the best performance corresponds to the basic structure considered in the literature but incorporating suitable modifications that define a tuning strategy that allows to reach excellent dynamic performance.

[ES] El control de seguimiento de posición y velocidad con alto desempeño dinámico para el motor de inducción ha generado gran interés en la comunidad de control, debido a las características favorables que presenta esta máquina rotatoria. Desafortunadamente, los resultados presentados en la literatura especializada del área están enfocados principalmente a estudiar las propiedades de estabilidad de los esquemas de control y no al desempeño dinámico que estos pueden lograr. En este artículo se presenta el análisis orientado principalmente a evaluar el desempeño que puede alcanzar un motor de inducción con perfiles de velocidad altamente variables, cuando se utiliza un controlador no lineal diseñado a partir de conceptos de pasividad. Específicamente, se evalúa la facilidad que ofrece este controlador para su implementación y los procedimientos para mejorar su respuesta dinámica, estos últimos obtenidos como resultado de un análisis causa-raíz. En particular, se estudian diferentes posibilidades para abordar la necesidad de derivar señales que aparecen en la estructura del controlador. Se presentan resultados tanto en simulación como en una plataforma experimental, ambos apoyados por indicadores clave de desempeño que identifican los escenarios con los que se obtienen mejores desempeños en distintas condiciones de operación. Se muestra que el escenario de mejor desempeño facilita la implementación y relaja las condiciones impuestas en la literatura del área sobre el perfil de velocidad deseado y el par de carga. Adicionalmente, se establece una política de sintonía del controlador que permite alcanzar alto desempeño dinámico.