Análisis de las estrategias de control de motores sincrónicos de imanes permanentes mediante el desarrollo de un modelo dinámico en simulink

Abstract

[ES] El presente trabajo final de máster tiene como principal objetivo el análisis y comparativa de técnicas de control aplicadas a un motor síncrono de imanes permanentes para observar las respuestas que presentan. El modelado de un motor y su control para su simulación es el primer paso antes de su implantación física. La etapa del modelado consiste en el diseño del motor y observar su comportamiento frente a unas características concretas y su posterior validación en el caso en el que funcione de la manera esperada. Para llevar a cabo todo el proceso de simulación se ha empleado la herramienta de Matlab, Simulink. Para llevar a cabo este modelado, en primer lugar, se ha construido un modelo dinámico del motor. En segundo lugar, se ha construido un modelo del convertidor, utilizando la técnica de modulación por vector espacial (Space Vector Modulation), con el fin de implementar la parte del inversor. Una vez implementado el convertidor y observando que funciona correctamente, entregando la tensión que indica el control, es el momento de la implementación de las diferentes técnicas de control. Las técnicas que se implementarán son: la técnica de control por orientación de campo, la técnica de minimización de pérdidas y la técnica de control sin sensor de velocidad mediante un observador. La técnica de control por orientación del campo será comparado con un ejemplo de Matlab. Una vez completados los distintos modelos, se han llevado a cabo las simulaciones necesarias para comprobar el buen funcionamiento de las técnicas de control presentadas. Se ha verificado que con cualquiera de las técnicas de control implementadas el motor es capaz de seguir las referencias marcadas y se ha observado que las tres técnicas de control consiguen su objetivo principal.

[CA] El present treball final de màster té com a principal objectiu l’anàlisi i comparativa de tècniques de control aplicades a un motor síncron d’imants permanents per tal d’observar les respostes que presenten. El modelat d’un motor i el seu control per a la seua simulació és el primer pas abans de la seua implantació física. L’etapa del modelat consisteix en el disseny del motor i observar el seu comportament front a unes característiques concretes i la seua posterior validació en el cas en el que funcione de la manera esperada. Per a dur a terme tot el procés de simulació s’ha emprat la ferramenta de Matlab, Simulink. Per a dur a terme aquest modelat, en primer lloc, s’ha construït un model dinàmic del motor. En segon lloc, s’ha construït un model del convertidor, utilitzant la tècnica de modulació per vector espacial (Space Vector Modulation), per tal d’implementar la part de l’inversor. Una vegada implementat el convertidor i observant que funciona correctament, entregant la tensió que indica el control, és el moment de la implementació de les diferents tècniques de control. Les tècniques que s’implementaran són: la tècnica de control per orientació de camp, la tècnica de minimització de pèrdues i la tècnica de control sense sensor de velocitat mitjançant un observador . La tècnica de control per orientació del camp es compararà amb un exemple de Matlab. Una vegada completats els distints models, s’han dut a terme les simulacions necessàries per tal de comprovar el bon funcionament de les tècniques de control presentades. S’ha verificat que amb qualsevol de les tècniques de control implementades el motor és capaç de seguir les referències marcades i s’ha observat que les tres tècniques de control consegueixen el seu objectiu principal.

[EN] The main objective of this master's thesis is the analysis and comparison of control techniques applied to a permanent magnet synchronous motor in order to observe the responses they present. Modelling an engine and controlling it for simulation is the first step before its physical implementation. The modelling stage consists of designing the engine and observing its behaviour with regard to specific characteristics and its subsequent validation in the case where it functions as expected. Matlab's tool, Simulink, has been used to carry out the entire simulation process. First, a dynamic model of the engine has been built to carry out this modelling. Secondly, a model of the converter has been built, using the space vector modulation technique, in order to implement the inverter part. Once the converter is implemented and observed that it works correctly, delivering the voltage that indicates the control, it is time to implement the different control techniques. The techniques to be implemented are field-orientation control technique, loss-minimization technique and sensorless control technique using an observer. The field orientation control technique will be compared to a Matlab example. Once the different models have been completed, the necessary simulations have been carried out to check the proper functioning of the control techniques presented. It has been verified that with any of the control techniques implemented the engine is capable of following the references marked and it has been observed that the three control techniques achieve their main objective.