Comunicación distribuida activada por eventos para la sincronización de velocidad angular de motores BLDC en red

Abstract

[EN] This work presents the design and implementation of a collaborative and decentralized control for synchronizing the angular velocity of a group of spatially distributed brushless direct current (BLDC) motors. Via an Active Disturbance Rejection Control (ADRC), acting as an internal-loop, the dynamics of the BLDC can be assimilated to that of a first-order integrator, which is considered an agent. Then, a decentralized collaborative control strategy with event-triggered communication is proposed, which solves the problem of leader-follower consensus for the multi-agent system and thus speed synchronization. The communication topology between agents is modeled using an undirected and connected graph. The decentralized control law incorporates an event function, which indicates the instant at which the i-th agent transmits the angular velocity information to its neighbor. An experimental platform using two BLDC and a virtual leader was developed to validate the proposed approach. The experimental results show excellent performance for angular velocity consensus for regulation tasks, while the bandwidth usage is only 1.25 % regarding a periodic communication implementation.

[ES] Este trabajo presenta el diseño e implementación de un control colaborativo descentralizado para la sincronización de velocidad angular de un conjunto de motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) distribuidos espacialmente. Apoyándose de un control por rechazo activo de perturbaciones, actuando como un bucle interno, la dinámica del BLDC puede asimilarse a la de un integrador de primer orden y el cual será considerado un agente. Se propone entonces una estrategia de control colaborativo descentralizado con una comunicación activada por eventos, que resuelve el problema del consenso líder-seguidor del sistema multi-agente y, con ello, la sincronización de velocidades entre motores. La topología de comunicación entre agentes se modela usando un grafo conectado y no dirigido. La ley de control descentralizado incorpora una función de evento, que indica el instante en el que $i$-ésimo agente transmite la información de velocidad angular a su vecino. El intercambio asíncrono de información permite reducir el tráfico de datos en la red de comunicaciones, lo que permite aprovechar el ancho de banda. Al analizar la dinámica de la trayectoria del error del sistema, se establece que el vector de error del sistema multi-agente tiende de forma exponencial y permanece confinado a una vecindad del origen del espacio de estados de error. Aunque la estrategia está diseñada para n-agentes, se desarrolló una plataforma experimental compuesta por dos motores y un líder virtual, permitiendo validar la estrategia. Los resultados experimentales muestran un excelente desempeño del consenso de velocidad angular de ambos motores BLDC para tareas de regulación, mientras que el uso del ancho de banda es de solamente 1.25 % con respecto a una implementación de comunicación periódica.