Estudo de observadores de estado combinados para acionamento sensorless de motores de indução trifásicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Taleires Filho, Jucelino
Orientador(a): Correia, Wilkley Bezerra
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60190
Resumo: State observers are dynamic models whose state variables are estimates of variables in a system. In a dynamic system not all states may be available for measurement. The cost of adding the necessary sensors may make the project unfeasible or it may be physically impossible to measure all the state variables. In this perspective, this work deals with the study and implementation of speed and flux observers applied to a three-phase induction motor with a 0.25 hp squirrel cage rotor (IM), aiming at speed sensorless control. The IM is driven by using the Indirect Field Oriented Control (IFOC) technique. Controllers are proportional-integral (PI) type tunned by pole allocation. Six distinct observers are implemented, three of which are classical observers in the literature, namely: MRAS; SMO; and EKF. The other three observers are obtained through combinations between the classical observers mentioned. The first of the combinations consists of using an SMO as a reference model for a classic MRAS observer. For the second combination, it is proposed to use an EKF observer combined with an MRAS observer. This combination results in excellent flux and speed responses, in addition to the simplification and elimination of an adaptation mechanism commonly found in MRAS topologies. For the third combination, it is proposed to use an EKF observer combined with an SMO, which shares the same advantages of the previous combination. The simulation results are auspicious, taking into account that the estimate resulting from the application of the proposed observers presents a negligible percentage error. The analysis of the quality of the output signal of the six observers is carried out by decomposing the signals into their frequency components (Fourier Transform). The observers proposed in this work have a low frequency content in the velocity variable. As a result, the robustness of the system becomes high, enabling the use of simpler controllers. The experimental results corroborate the analysis of the simulated results. The proposed observers (EKF combined with MRAS and EKF combined with SMO) present a reliable speed response to the identified system, in addition to better estimates of magnetic flux. The voltage sensor, necessary for the observers implementation, is replaced by the reconstructed voltages through the switching signal sent to the frequency inverter, thus achieving the elimination of the encoder and the voltage sensor.
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spelling Taleires Filho, JucelinoCorreia, Wilkley Bezerra2021-08-31T17:59:30Z2021-08-31T17:59:30Z2021TALEIRES Filho, Jucelino. Estudo de observadores de estado combinados para acionamento sensorless de motores de indução trifásicos. 2021. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Elétrica, Fortaleza, 2021.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60190State observers are dynamic models whose state variables are estimates of variables in a system. In a dynamic system not all states may be available for measurement. The cost of adding the necessary sensors may make the project unfeasible or it may be physically impossible to measure all the state variables. In this perspective, this work deals with the study and implementation of speed and flux observers applied to a three-phase induction motor with a 0.25 hp squirrel cage rotor (IM), aiming at speed sensorless control. The IM is driven by using the Indirect Field Oriented Control (IFOC) technique. Controllers are proportional-integral (PI) type tunned by pole allocation. Six distinct observers are implemented, three of which are classical observers in the literature, namely: MRAS; SMO; and EKF. The other three observers are obtained through combinations between the classical observers mentioned. The first of the combinations consists of using an SMO as a reference model for a classic MRAS observer. For the second combination, it is proposed to use an EKF observer combined with an MRAS observer. This combination results in excellent flux and speed responses, in addition to the simplification and elimination of an adaptation mechanism commonly found in MRAS topologies. For the third combination, it is proposed to use an EKF observer combined with an SMO, which shares the same advantages of the previous combination. The simulation results are auspicious, taking into account that the estimate resulting from the application of the proposed observers presents a negligible percentage error. The analysis of the quality of the output signal of the six observers is carried out by decomposing the signals into their frequency components (Fourier Transform). The observers proposed in this work have a low frequency content in the velocity variable. As a result, the robustness of the system becomes high, enabling the use of simpler controllers. The experimental results corroborate the analysis of the simulated results. The proposed observers (EKF combined with MRAS and EKF combined with SMO) present a reliable speed response to the identified system, in addition to better estimates of magnetic flux. The voltage sensor, necessary for the observers implementation, is replaced by the reconstructed voltages through the switching signal sent to the frequency inverter, thus achieving the elimination of the encoder and the voltage sensor.Os observadores de estados são modelos dinâmicos cujas variáveis de estado são estimativas das variáveis de um sistema. Em um sistema dinâmico nem todos os estados podem estar disponíveis para medição. O custo pela adição de sensores necessários pode inviabilizar o projeto ou, ainda, pode ser fisicamente impossível medir todas as variáveis de estado. Nessa perspectiva, este trabalho trata do estudo e da implementação de observadores de velocidade e de fluxo magnético aplicados a um motor de indução trifásico com rotor em gaiola de esquilo (MIT) de potência nominal 0,25 cv, visando ao controle de velocidade sem a utilização de sensor mecânico sensorless. O MIT é acionado utilizando-se da técnica de controle vetorial indiretamente orientado pelo campo (IFOC). Os controladores são do tipo proporcional-integral (PI) projetados por alocação de polos. São implementados seis observadores distintos, três dos quais são observadores clássicos da literatura, a saber: MRAS; SMO; e EKF. Os outros três observadores são obtidos por meio de combinações entre os observadores clássicos citados. A primeira das combinações consiste na utilização de um observador SMO como modelo de referência para um observador MRAS clássico. Para a segunda combinação, propõe-se a utilização de um observador EKF combinado com um observador MRAS. Tal combinação resulta em excelentes respostas de fluxo e de velocidade mecânica, além da simplificação e eliminação de um mecanismo de adaptação comumente encontrado em topologias MRAS. Para a terceira combinação, propõe-se a utilização de um observador EKF combinado com um observador SMO, a qual compartilha das mesmas vantagens da combinação anterior. Os resultados de simulação são auspiciosos, tendo em conta que a estimativa decorrente da aplicação dos observadores propostos apresenta erro percentual desprezível. A análise da qualidade do sinal de saída dos seis observadores é feita mediante decomposição dos sinais em suas componentes de frequência (Transformada de Fourier). Os observadores propostos neste trabalho apresentam baixo conteúdo de frequência na variável velocidade. Como consequência, a robustez do sistema torna-se elevada, possibilitando a utilização de controladores mais simples. Os resultados experimentais corroboram as análises dos resultados simulados. Os observadores propostos (EKF combinado com MRAS e EKF combinado com SMO) apresentam resposta de velocidade fidedigna à do sistema identificado, além de melhores estimativas de fluxo magnético. O sensor de tensão, necessário para implementação dos observadores, é substituído pelas tensões reconstruídas por meio do sinal de chaveamento enviado ao inversor de frequência, logrando assim, a eliminação do sensor de velocidade (encoder) e do sensor de tensão.Motor de induçãoControle vetorial orientado pelo campoObservadores de fluxoControle sem sensorEstudo de observadores de estado combinados para acionamento sensorless de motores de indução trifásicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/60190/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINAL2021_dis_jtfilho.pdf2021_dis_jtfilho.pdfapplication/pdf7337742http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/60190/1/2021_dis_jtfilho.pdf54eef53a26766c8ea9d040f4b616d60eMD51riufc/601902021-08-31 15:38:16.683oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2021-08-31T18:38:16Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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