“Estimación de velocidad/posición en accionamientos eléctricos
de alterna mediante el rastreo de sapiencias espaciales (CVS)”, referencia:
DPI2004-00527.
Entidad financiadora:
Ministerio de Ciencia y Tecnología, Programa Nacional de I+D orientada, Programa
Nacional de Diseño y Producción Industrial.
Entidades participantes:
Universidad de Oviedo.
Duración: 13 de Diciembre de
2004 hasta 13 de Diciembre de 2007.
Investigador responsable:
Fernando Briz del Blanco.
El proyecto aborda el análisis de técnicas de estimación
de velocidad/posición en accionamientos eléctricos de alterna mediante rastreo
de saliencias (asimetrías) espaciales. Estas técnicas utilizan la respuesta del
motor ante alguna forma de excitación de alta frecuencia para obtener la
posición de la saliencia, y su ventaja esencial, frente a las técnicas que
utilizan la excitación fundamental del motor, es su capacidad para funcionar a
muy baja velocidad y velocidad cero, permitiendo el control de posición.
Durante los
últimos años se han propuesto varias técnicas basadas en el rastreo de
saliencias espaciales, las diferencias esenciales entre ésta técnicas son:
·
El tipo de señal de excitación de alta frecuencia a
utilizar. Entre las alternativas propuestas están la inyección de un vector
giratorio/modulado en amplitud de tensión/corriente de alta frecuencia, la
inyección de una señal portadora intermitente, la utilización de los estados de
conmutación del inversor o de patrones especiales de modulación en el inversor.
·
Las señales a realimentar. Así, se han propuesto técnicas
que realimentan las dos/tres corrientes de fase, la corriente de secuencia
cero, tensiones de fase, y/o tensiones de secuencia cero.
A pesar de que
todas estas técnicas comparten un mismo principio físico, el rastreo de una
saliencia espacial, no existe sin embargo un criterio unificado para su
evaluación, no solo en aspectos de implementación (p.e.
precisión de la estimación, respuesta dinámica, o complejidad de la
implementación de cada técnica), sino en aspectos esenciales (p.e. que características ha de tener una saliencia espacial
para ser detectable).
El objetivo del proyecto es
proporcionar un marco teórico unificado, así como criterios de evaluación,
válidos para todas las técnicas de estimación de velocidad/posición en máquinas
de alterna basadas en el rastreo de saliencias espaciales. A lo largo del
proyecto se analizarán los siguientes aspectos:
1.-
Desarrollo de los modelos teóricos
2.- Análisis mediante
elementos finitos
3.- Inyección de la señal de
alta frecuencia
4.-
Sensores, adquisición de señal
5.- Procesamiento de señal
6.- Saliencias espaciales en
motores de inducción.
7.- Saliencias espaciales en
motores de imanes permanentes.
8.- Influencia de factores
adicionales
9.- Prestaciones finales del
sistema de control
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Motores de imanes permanentes montados en la bancada de
ensayos. |
Motores de imanes permanentes. |
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Simulación mediante elementos finitos de un motor de imanes
permanente enterrados, en vacío y a plana carga, para el análisis del
comportamiento de las saliencias espaciales. |
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Accionador
eléctrico, incluyendo etapa de potencia, control y sensores, construido para el
desarrollo del proyecto. |
Resultados experimentales de control
sensorless de posición de un motor de inducción. Posición estimada y real a),
y error de posición b), durante la respuesta a un escalón en la posición de
referencia de 180 grados. |
Publicaciones previas en revista
relacionadas (únicamente se incluyen aquellas con índice de impacto JCR)
1.- Fernando Briz, Alberto B. Diez, Michael W. Degner, “Dynamic Operation of Carrier Signal Injection
Based, Sensorless, Direct Field Controlled AC Drives”, IEEE Transactions on
Industry Applications, vol.: 36, nº5, pp. 1360-1368, Sept. 2000.
2- Fernando Briz, Michael W. Degner, Alberto B. Diez, R. D. Lorenz, “Measuring, Modeling and Decoupling of Saturation
Induced Saliencies in Sensorless, Vector Controlled, AC Drives”, IEEE
Transactions on Industry Applications, vol.: 37, nº5, pp. 1356-1364, Sep. 2001.
3.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Alberto B. Diez, R. D. Lorenz, “Static and Dynamic Behavior of
Saturation Induced Saliencies and Their Effect on Carrier Signal Based
Sensorless AC Drives”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol.: 38, nº
3, pp. 670-678, May 2002.
4.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Antonio Zamarrón, Juan M. Guerrero, “On-Line Stator Winding Fault
Diagnosis in Inverter-Fed AC Machines Using High Frequency Signal Injection”,
IEEE Transactions on Industry Applications, vol.: 39, nº 4, pp. 1109-1117, Jul.
2003.
5.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Pablo García,
Robert .D. Lorenz, “Comparison of Saliency-Based Sensorless Control Techniques
for AC Machines”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol.: 40, nº 4,
pp. 1107-1115, Jul. 2004. 2005 IEEE IAS Transactions
Third Prize Paper Award.
6.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Alberto Diez, Juan M. Guerrero, “On-Line Diagnostics in
Inverter-Fed Induction Machines Using High Frequency Signal Injection”, IEEE
Transactions on Industry Applications, vol.: 40, nº 4, pp. 1153-1161, Jul.
2004.
7.- Juan .M. Guerrero, Michael Leetmaa, Fernando Briz, Antonio Zamarrón,
Robert D. Lorenz, “Inverter Nonlinearity Effects in High Frequency Signal
Injection-Based, Sensorless Methods”, IEEE Transactions on Industry
Applications, vol.: 41, nº 2, pp. 618-626, Mar. 2005.
8.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Pablo García,
Juan M. Guerrero, “Rotor Position Estimation of AC Machines Using the Zero
Sequence Carrier Signal Voltage”, IEEE Transactions on Industry Applications,
vol.: 41 nº 6, pp. 1637-1646, Nov. 2005.
Publicaciones en revista derivadas del
proyecto
1.- Fernando Briz, Michael W. Degner, Pablo García,
Alberto .B. Diez, “Rotor and Flux Position Estimation
in Delta-Connected AC Machines Using the Zero Sequence Carrier Signal Current”,
IEEE Transactions on Industry Applications, vol.: 42 nº 2, pp. 495-503, Mar.
2006.
2.- Michael W. Degner,
Juan M. Guerrero, Fernando Briz, “Induction Slip Gain Estimation in Field
Orientation Controlled Induction Machines Using the System Transient Response”,
IEEE Transactions on Industry Applications, vol.: 42 nº 3, pp. 709-711, May.
2006.
3.- Pablo García, Fernando Briz, Dejan Raca, Robert D. Lorenz, “Saliency Tracking-Based,
Sensorless Control of AC Machines using
Structured Neural Networks”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol.:
43 nº 1, pp. 77-86, Jan. 2007.
4.- Pablo García,
Fernando Briz, Michael W. Degner,
David Díaz-Reigosa, “Accuracy and Bandwidth Limits of
Carrier Signal Injection-Based Sensorless Control Methods”, IEEE Transactions on
Industry Applications, aceptado, pendiente
de publicación.
Publicaciones en conferencias
internacionales derivadas del proyecto
1.- F.
Briz, M.W. Degner, P. García, A. Diez, “Induction
Machine Diagnostics Using Zero Sequence Components”, IEEE Industry Applications
Society Annual Meeting IAS’2005, Hong Kong, China, Oct. 2005.
2.- J.M. Guerrero, M.W. Degner, F. Briz, “Slip Gain
Estimation for Indirect Field Controlled Drives Using Stator Transient
Signals”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting IAS’2006,
3.- P. García, F. Briz, M.W. Degner, D. Díaz-Reigosa,
“Accuracy and Bandwidth Limits of Carrier Signal Injection-Based Sensorless
Control Methods”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting IAS’2006,
4.- Pablo García,
David Reigosa, Fernando Briz,
Dejan Raca, Robert D.
Lorenz, “Automatic Self-Commissioning for Secondary-Saliencies Decoupling in
Sensorless-Controlled AC Machines Using Structured Neural Networks”, IEEE
International Symposium on Industrial Electronics, ISIE’07, Vigo, Spain, aceptado,
a presentar en Junio de
2007.
5.- F. Briz,
M.W. Degner, J.M. Guerrero, A. Diez,
“Temperature Estimation in Inverter Fed Machines Using High Frequency Carrier
Signal Injection”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting IAS’2007,
New Orleans, USA, aceptado, a presenter en Octubre de 2007.
6.- D. Diaz-Reigosa,
P. García, D. Raca, F. Briz, R.D. Lorenz, “Measurement and Adaptive Decoupling of
Cross-Saturation Effects and Secondary Saliencies in Sensorless-Controlled IPM
Synchronous Machines”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting
IAS’2007, New Orleans, USA, aceptado, a presenter en Octubre de 2007.
7.- F. Briz,
M.W. Degner, P. García, D. Bragado, “Broken Rotor Bar Detection in Line-fed Induction
Machines Using Complex Wavelet Analysis of Startup Transients”, IEEE Industry
Applications Society Annual Meeting IAS’2007, New Orleans, USA, aceptado, a presenter en Octubre
de 2007.
8.- M.C. Harke, J.M. Guerrero, M.W. Degner, F. Briz†, R.
D. Lorenz,
“Current Measurement Gain Tuning Using High Frequency Signal Injection”, IEEE
Industry Applications Society Annual Meeting IAS’2007, New Orleans, USA, aceptado, a presenter en Octubre
de 2007.