Projeto e Implementação de um Controlador Digital Preditivo para Regular as Correntes de um Motor Bldc

Authors

  • Rodolfo L. Valle Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil
  • André A. Ferreira Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil
  • Janaína G. de Oliveira Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil
  • Vinícius F. Montagner Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria - RS, Brasil
  • Pedro G. Barbosa Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2015.2.215224

Keywords:

Controle Preditivo, Motor BLDC, Veículo Elétrico

Abstract

Este artigo apresenta as etapas do projeto e implementação de um controlador digital preditivo para regular as correntes de um motor CC de ímãs permanentes sem escovas (BLDC - Permanent Magnets Brushless DC Motor) trifásico à três fios. O projeto e sintonia de controladores lineares, como o PI-SRF (PI no sistema de coordenadas síncrono), é uma tarefa difícil devido às formas de onda não senoidais das FEM internas e das correntes de acionamento dos motores BLDC. A complexidade desta tarefa aumenta quando se considera a faixa de variação de velocidade dos motores usados nos veículos elétricos. Os controladores digitais preditivos têm sido utilizados com sucesso para regular correntes de conversores CC-CC. Será mostrado que pode-se usar um controlador digital preditivo para regular as correntes do sistema de acionamento. Resultados experimentais e de simulação para uma aplicação em um motor BLDC trifásico de 5 kW / 48 V são apresentados para demonstrar a viabilidade da proposta. O algoritmo de controle do sistema de acionamento do motor BLDC foi implementado em um DSP TMS320F28335 da Texas Instruments. Será apresentada uma metodologia para compensar os atrasos dos circuitos de disparo e amostragem, bem como as quedas de tensão do inversor no algoritmo do controlador proposto.

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Author Biographies

Rodolfo L. Valle, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil

recebeu os títulos de Engenheiro de Controle e Automação pelo CEFET-MG em 2010 e o de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Juiz de Fora em 2013, onde atualmente é aluno de doutorado. Desde de 2014 atua como professor EBTT no CEFET-MG, Unidade Leopoldina.

André A. Ferreira, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Juiz de Fora em 2000 e os títulos de Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica em 2002 e 2007, respectivamente pela Universidade Estadual de Campinas. Desde novembro de 2009 é professor adjunto do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Juiz de Fora.

Janaína G. de Oliveira, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil

recebeu o título de Engenheira Eletricista pela Universidade Federal de Juiz de Fora (2007), Licentiated in technology (2009) e doutorado em tecnologia (2011) pela Universidade de Uppsala, Suécia. Atualmente, é professora adjunta na Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Juiz de Fora, Minas Gerais.

Vinícius F. Montagner, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria - RS, Brasil

recebeu os títulos de Engenheiro Eletricista (1996) e mestre (2000) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria, RS, e doutor (2005) em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas. Desde de 2012 atua como professor nos cursos de Graduação e Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFSM.

Pedro G. Barbosa, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora - MG, Brasil

recebeu os títulos de Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Juiz de Fora em 1986 e os títulos de mestre e doutor em Engenharia Elétrica pela COPPE/UFRJ, em 1994 e 2000, respectivamente. Desde de 1999 atua como professor nos cursos de Graduação e Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFJF.

References

D. D. Hanselman,Brushless Permanent Magnet MotorDesign. Magna Physics Publishing, 2006.

R. Krishnan,Permanent Magnet Synchronous andBrushless DC Motor Drives. CRC Taylor & Francis,2010.

S. Bentouati, Z. Zhu, D. Howe, "Permanent magnetbrushless dc motors for consumer products," inInternational Conference on Electrical Machines andDrives., pp. 118-122, 1999. https://doi.org/10.1049/cp:19991001 DOI: https://doi.org/10.1049/cp:19991001

B. Singh S. Singh, "State of the art on permanentmagnet brushless dc motor drives,"Journal of PowerElectronics, vol. 9, no. 1, pp. 1-17, 2009.

C. C. Chan K. T. Chau, "An overview of powerelectronics in electric vehicles,"IEEE Transactions onIndustrial Electronics, vol. 44, no. 1, pp. 3-13, Feb.1997. https://doi.org/10.1109/41.557493 DOI: https://doi.org/10.1109/41.557493

A. Emadi,Handbook of Automotive Power Electronicsand Motor Drives. CRC Taylor & Francis, 2006.

Y. Gao, M. Ehsani, J. Miller, "Hybrid electric vehicle:Overview and state of the art," inProceedingsof the IEEE International Symposium on IndustrialElectronics., vol. 1, pp. 307-316, Jun. 2005. https://doi.org/10.1109/ISIE.2005.1528929 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2005.1528929

R.Krishnan, "A novel single-switch-per-phase convertertopology for four-quadrant pm brushless dc motordrive,"IEEE Transactions on Industry Applications,vol. 33, no. 5, pp. 1154 -1161, Sep./Oct. 1997. https://doi.org/10.1109/28.633791 DOI: https://doi.org/10.1109/28.633791

R. Krishnan P. Vijayraghavan, "A new power convertertopology for pm brushless dc motor drives," inProceedings of the 24th Industrial ElectronicsConference, vol. 2, pp. 709-714, Aug./Sep. 1998. https://doi.org/10.1109/IECON.1998.724180 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.1998.724180

R. Krishnan S. Lee, "Pm brushless dc motor drive with anew power converter topology," inConference Record ofthe 1995 IEEE Industry Applications Conference, vol. 1,pp. 380-387, Oct. 1995. https://doi.org/10.1109/28.605739 DOI: https://doi.org/10.1109/28.605739

T. Gopalarathnam H. A. Toliyat, "A new topologyfor unipolar brushless dc motor drive with highpower factor,"IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 18, no. 6, pp. 1397-1404, Nov. 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.818873 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.818873

F. Blaabjerg, D. O. Neacsu, J. K. Pedersen, "Adaptivesvm to compensate dc-link voltage ripple forfour-switch three-phase voltage-source inverters,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 14,no. 4, pp. 743 -752, Jul. 1999. https://doi.org/10.1109/63.774214 DOI: https://doi.org/10.1109/63.774214

B. kuk Lee, T.-H. Kim, M. Ehsani, "On the feasibility offour-switch three-phase bldc motor drives for low costcommercial applications: topology and control,"IEEETransactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp.164-172, Jan. 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807125 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807125

L. C. Brasão, D. A. Andrade, L. C. Gomes, V. R.Bernadelli, A. F. V. Silveira, "Acionamento do motorde corrente contínua a ímã permanente sem escovasem regime permanente utilizando estratégia a quatrochaves,"in XIX Congresso Brasileiro de Automática,pp. 1392-1399, 2012.

D.-H. Lee J.-W. Ahn, "A current ripple reduction ofa high-speed miniature brushless direct current motorusing instantaneous voltage control,"IET Electric PowerApplications, vol. 3, no. 2, pp. 85-92, Mar. 2009. https://doi.org/10.1049/iet-epa:20070490 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa:20070490

L. Malesani P. Tenti, "A novel hysteresis controlmethod for current-controlled voltage-source pwminverters with constant modulation frequency,"IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 26, no. 1,pp. 88-92, Jan. 1990. https://doi.org/10.1109/28.52678 DOI: https://doi.org/10.1109/28.52678

R. L. Valle, J. G. de Oliveira, A. A. Ferreira,P. G. Barbosa, "Controlador de corrente com múltiplosintegradores aplicado ao acionamento de um motorpmbldc," inProceedings of 11th IEEE IAS InternationalConference on Industry Applications, pp. 1-8, 2014.

J. Chen P.-C. Tang, "A sliding mode current controlscheme for pwm brushless dc motor drives,"IEEETransactions on Power Electronics, vol. 14, no. 3, pp.541-551, May 1999. https://doi.org/10.1109/63.761698 DOI: https://doi.org/10.1109/63.761698

M. do C. B. P. Rodrigues, J. G. de Oliveira, A. A.Ferreira, P. G. Barbosa, H. A. C. Braga, "Conexão deveículos elétricos à rede de energia elétrica para recargade baterias: Uma visão geral,"Eletrônica de Potência, vol. 19, no. 2, pp. 193-207, Mar./Maio 2014. https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.194207 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.194207

A. de Caux Henriques Damasceno, H. A. C. Braga, P. G.Barbosa, "Battery charge system based on bidirectionaldc-dc converter employing a digital current-modecontroller for photovoltaic applications," inProceedingsof Brazilian Power Electronics Conference, vol. 1, pp.388-394, 2007.

J. Chen, A. Prodic, R. Erickson, D. Maksimovic,"Predictive digital current programmed control,"IEEETransactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp.411-419, Jan. 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807140 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807140

A. de Caux Henriques Damasceno, "Controle preditivode corrente aplicado a um controlador de carga debaterias baseado em conversor cc-cc bidirecional,"Dissertação de mestrado, Universidade Federal de Juizde Fora, 2008. https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/2867

J. W. Dixon L. Leal, "Current control strategy forbrushless DC motors based on a common DC signal,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 17, no. 2,pp. 232-240, Mar. 2002. https://doi.org/10.1109/63.988834 DOI: https://doi.org/10.1109/63.988834

D. M. B. Brod D. Novotny, "Current control of vsi-pwminverters,"IEEE Transactions on Industry Applications,vol. 21, no. 3, pp. 562-570, May 1985. https://doi.org/10.1109/TIA.1985.349711 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1985.349711

B. Vural, S. Dusmez, M. Uzunoglu, E. Ugur,B. Akin, "Fuel consumption comparison of differentbattery/ultracapacitor hybridization topologies forfuel-cell vehicles on a test bench,"IEEE Journal ofEmerging and Selected Topics in Power Electronics,vol. 2, no. 3, pp. 552-561, Sept. 2014. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2297702 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2297702

K. Ogata,Engenharia de Controle Moderno. EditoraPearson, 2011.

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Published

2015-05-31

How to Cite

[1]
R. L. Valle, A. A. Ferreira, J. G. de Oliveira, V. F. Montagner, and P. G. Barbosa, “Projeto e Implementação de um Controlador Digital Preditivo para Regular as Correntes de um Motor Bldc”, Eletrônica de Potência, vol. 20, no. 2, pp. 215–224, May 2015.

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Vol. 20 No. 2 (2015)

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