Resultados em Malha Fechada

No acionamento em malha fechada, foram consideradas as se- guintes especificações: Tensão de barramento: 350𝑉𝑑𝑐, Velocidade de re-

ferência: 1080𝑟𝑝𝑚 (0, 6𝑝𝑢), rampa de aceleração: 180𝑟𝑝𝑚/𝑠 e tempo de atualização do estimador batch: 200𝑚𝑠. Para o controle vetorial indireto tem-se: Fluxo rotórico de referência: 0, 5𝑊 𝑏 (0, 57𝑝𝑢). O fator esqueci- mento utilizado em malha fechada foi o mesmo mencionado nos resulta- dos em malha aberta.

A Figura 6.10 apresentam a aceleração e o fluxo rotórico durante a partida do motor. Pode-se observar que o fluxo de eixo em quadratura de rotor (ã𝑟

𝑞), apresenta uma leve oscilação, tão logo a velocidade se es-

tabiliza. Entretanto, em seguida, seu valor volta à se anular, garantindo assim o bom funcionamento do controle vetorial indireto. O fluxo rotórico de eixo direto (ã𝑟

𝑑), apresenta uma oscilação na região de acomodação

6.2. RESULTADOS 119

Figura 6.10: Fluxo rotórico e Velocidade do rotor: ã𝑟 𝑑 =

(CH1:0, 0875𝑊 𝑏/𝑉 ), ã𝑟

𝑞 = (CH2:0, 0875𝑊 𝑏/𝑉 ), æ𝑟=(CH3:180𝑟𝑝𝑚/𝑉 ) e æ𝑟𝑒𝑓 = (CH4:180𝑟𝑝𝑚/𝑉 ).

Na Figura 6.11 nota-se que o transitório de partida é pior em malha fechada durante os primeiros instantes do transitório. Porém, as variáveis de fluxo e corrente tendem a estabilizar a medida que o rotor é acelerado. Isso ocorre, principalmente, por que o estimador de fluxo

Figura 6.11: Variáveis utilizadas na identificação dos parâmetros do mo- tor: Fluxo de Estator: (CH1 e CH2: 0, 08753𝑊 𝑏/𝑉 ) Corrente de estator: (CH3 e CH4: 0, 7𝐴/𝑉 ).

utilizado possui desempenho prejudicado em baixas velocidades durante acionamento, utilizando o controle vetorial (NOVOTNY; LIPO, 1996).

6.2.2.1 Estimador em Batelada

De maneira análoga ao procedimento adotado em malha aberta, a identificação dos coeficientes discretos e contínuos do modelo do motor são apresentados na Figura 6.12.

(a) Coeficientes Discretos: Pólo Discreto ( ˆf ):

(CH1), Zero1discreto ( ˆb0): (CH2), Zero2dis-

creto ( ˆb1): (CH3).

(b) Coeficientes Contínuos: Pólo contínuo (ˆa): (CH1), Zero1 contínuo ( ˆd0): (CH2) e

Zero2contínuo ( ˆd1): (CH3).

Figura 6.12: Estimação dos coeficientes discretos e contínuos do modelo do motor usando o método em batelada com acionamento em malha fe- chada.

Nota-se que não houve alteração na estimação dos coeficientes do modelo. Na Figura 6.13 pode-se verificar que a estimação dos parâ- metros do motor convergiu para os valores referência.

6.2.2.2 Estimador Recursivo

A Figura 6.14 apresenta a identificação dos coeficientes discre- tos do modelo do motor em malha fechada. Nota-se que os coeficientes levaram o mesmo tempo para convergir que no acionamento em malha aberta, aproximadamente, 15 segundos.

6.2. RESULTADOS 121

Figura 6.13: Estimação dos parâmetros do motor pelo método batch em malha fechada: 𝐿𝑠=(CH1: 0, 10𝐻/V), 𝐿𝑟=(CH2: 0, 10𝐻/V), 𝐿𝑠𝑟=(CH3:

0, 10𝐻/V), 𝑅𝑟=(CH4: 1, 0Ω/V)

Figura 6.14: Estimação dos coeficientes contínuos do modelo do motor pelo método RLS com acionamento em malha aberta: Pólo discreto ( ˆ𝑓 ):

(CH1), ( ˆ𝑏0): (CH2) e ( ˆ𝑏1): (CH3)

A estimação dos parâmetros do motor são apresentados na Fi- gura 6.15. Nota-se que o transitório se apresenta com uma distorção li- geiramente elevada, estabilizando a identificação dos parâmetros em um tempo superior à 20 segundos. Ademais, a resistência de rotor possui uma oscilação maior que as indutâncias, e consequentemente, um tempo

Figura 6.15: Estimação dos parâmetros do motor pelo método RLS com acionamento em malha fechada: 𝐿𝑠=(CH1: 0, 10𝐻/V), 𝐿𝑟=(CH2:

0, 10𝐻/V), 𝐿𝑠𝑟=(CH3: 0, 10𝐻/V), 𝑅𝑟=(CH4: 1, 0Ω/𝑉 )

de estabilização maior, visto que o estimador de fluxo de estator utilizado era com base no modelo em corrente da máquina, isto é, depende de parâmetros do motor que variam com o tempo.

Pôde-se observar através dos resultados experimentais obtidos nesse trabalho, que a plataforma preparada para os ensaios apresentou uma performance satisfatória no que diz respeito a capacidade de proces- samento e utilização dos recursos de memória disponíveis. Além disso, os resultados mostraram a boa aplicabilidade dos métodos de identifica- ção apresentados, mesmo com a limitação numérica dos processadores de ponto fixo. O método em batelada se comportou de maneira satisfa- tória tendo em vista a modificação adotada neste trabalho no intuito de reduzir o consumo de memória a ser utilizada pelo algoritmo.

123

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O objetivo principal do trabalho foi a implementação de um sis- tema de identificação paramétrica aplicado ao motor de indução em ma- lha fechada, mais precisamente, acionado pelo controle vetorial indireto.

Primeiramente foi desenvolvido um levantamento bibliográfico do estado da arte das técnicas de identificação presentes na literatura atual, aplicado às máquinas elétricas rotativas. Além disso, para melhor com- preensão do modelamento do motor de indução, foi realizado um breve estudo sobre a história dos motores em geral. Em seguida, foi apresen- tada a modelagem completa do motor, tanto em coordenadas trifásicas quanto em coordenadas bifásicas, aptas para as técnicas de controle ve- torial.

Em uma fase inicial, foram desenvolvidos algoritmos de simula- ção do motor de indução trifásico, visando realizar os testes necessários para acionamento do motor e implementar experimentos iniciais nas téc- nicas de estimação estudados. As primeiras simulações foram realizadas através do Matlab, a fim de validar o modelo estudado do motor de in- dução. Em seguida, através do software CodeBlocks1_{, foram escritos e}

simulados os algoritmos necessários para os ensaios experimentais. Em um segundo momento, foram desenvolvidas as técnicas e o estudo da influência das variações paramétricas no controle vetorial indireto. A meta principal nesse ponto, era identificar relações lineares importantes que auxiliariam na composição dos algoritmos de estimação. Analizando-se de forma conjunta aos capítulos da modelagem do motor, estudos das técnicas de controle e influência da variação para- métrica em malha fechada, analisou-se as diferentes técnicas de identifi- cação de sistemas, baseadas no modelo de mínimos quadrados. Durante a implementação das técnicas de identificação, juntamente com o estudo

da plataforma experimental, observou-se que a técnica de estimação em batelada, na sua forma genérica, apresentava um consumo de memória elevado durante seu processamento. Tendo em vista essa desvantagem, adotou-se uma técnica de atualização matricial, que minimizaria o con- sumo de memória deste algoritmo.

A partir dos resultados de simulação, apresentou-se o bom fun- cionamento das técnicas de identificação pelo método de mínimos qua- drados, tanto pelo método recursivo, quanto pelo método em batelada modificado.

Um estudo mais aprofundado da plataforma de acionamento re- velou, além da limitação de memória, a necessidade de conversão dos dados do controle para uma aritmética de ponto fixo adequada na opera- ção do DSP. Desta forma, evidenciou-se um problema numérico relativo ao método de discretização considerando um sinal de entrada senoidal, apresentado em (FERRARI, 2005), que possui alta complexibilidade de implementação nesse tipo de hardware. No entanto, para contornar tal inconveniência, adotou-se a utilização da técnica de discretização pela transformação bilinear de Tustin, na qual apresenta certa facilidade de implementação e é mais robusto à problemas numéricos causados pela conversão de dados para ponto fixo.

Os resultados experimentais de ambos os métodos se mostra- ram consistentes, em especial o método em batelada modificado. A pla- taforma de desenvolvimento, conforme Figura 7.1, apresentou boa res- posta no acionamento do motor, tanto em malha aberta quanto em malha fechada. O método recursivo se mostrou aplicável nesta plataforma, ape- sar de ter um desempenho inferior em relação ao batelada modificado. Entretanto, devido à relação range x resolução escolhida para o trabalho, o uso de um fator de esquecimento com valor fixo, apresenta ligeira des- vantagem neste tipo de acionamento em função do baixo valor inicial com o qual a matriz de covariância é iniciada, isso é necessário de modo que seja evitado um overflow dos elementos da matriz. Para melhorar a res- posta dinâmica do estimador recursivo, foi adotado o uso de uma técnica

125

de variação exponencial do fator de esquecimento, com isso, pode-se ob- ter uma velocidade de convergência ligeiramente melhor se comparado com o fator de esquecimento fixo.

Figura 7.1: Plataforma de Ensaios

A principal fonte de erro encontrada nos resultados do trabalho foi relativo aos parâmetros do motor utilizados como referência. Os dados foram obtidos em trabalhos passados, como Zipf (2001), entretanto não se sabe exatamente em que condições esses parâmetros foram calcu- lados, em termos de temperatura, condição de carga, tensão de alimen- tação, etc. Portanto, deve-se considerá-los como valores de referência e não como valores exatos.

Outra fonte de erro que deve ser levada em conta, é o estimador de fluxo de estator utilizado. Ele é baseado no modelo de corrente da equação de fluxo e depende de parâmetros do motor que são hipóteses de valores reais, portanto, podem acumular erros e offsets indesejados na reconstrução das variáveis de fluxo de estator. Uma forma de melhorar o estimador, é utilizando o modelo em tensão da equação de fluxo, porém, esta depende da tensão de alimentação de estator que, em muitos casos, não é medida.

tisfatórios. Infelizmente, devido à limitação do J-Tag utilizado, que não possui a opção de leitura dos dados diretamente do DSP, não foi pos- sível fazer uma análise quantitativa dos dados. Por outro lado, a análise qualitativa mostrou que o algoritmo converge para valores de referência muito próximos do que se espera ser os valores reais dos parâmetros do motor. Acredita-se que com diferentes abordagens com relação aos mé- todos de discretização e observação de fluxo de estator, juntamente com um hardware mais elaborado, possa-se refinar a precisão dos resultados apresentados nesse trabalho.

7.1 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS

Abaixo apresentam-se algumas sugestões para trabalhos futu- ros.

• Utilização de diferentes hardwares e técnicas de modulação PWM, que permitam a geração de uma componente homopolar, através de desequilíbrio das tensões de estator e acesso ao terminal de neutro do sistema de alimentação.

• Utilização de uma plataforma de ensaios com um processador de ponto flutuante, de forma a eliminar algumas dificuldades encontra- das na implementação desse sistema em um processador de ponto fixo.

• Implementação de um algoritmo mais complexo de discretização de sistemas contínuos. Tendo em vista, que a técnica de discretização para entradas senoidais, inicialmente prevista para o trabalho, não pode a priori, ser implementada por dificuldades numéricas ocasio- nadas por tal algoritmo. Um estudo mais aprofundado sobre o tema pode trazer melhores resultados.

• Parametrização do estimador recursivo utilizando técnicas de múl- tiplos fatores de esquecimento e/ou fatores de esquecimento variá- vel.

7.1. PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS 127

• Experimentação dos algoritmos de estimação em outros tipos de motores, como o Servo ou o motor de indução monofásico, por exemplo.

• Aquisição dos parâmetros do motor através de ensaios clássicos, e identificação em condições idênticas, para fins de validação. • Implementação de um estimador de fluxo de estator mais robusto

e menos dependente do conhecimento preciso de parâmetros do motor.

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