Control predictivo directo de par usando inversores multi-nivel aplicado a máquinas de inducción - Olay Reyes, Guillermo Ivan (2019)
El control directo de par (DTC) es una técnica de control muy aceptada a nivel industrial para el control de máquinas eléctricas de corriente alterna de media y alta potencia. Entre sus características relevantes se tiene su excelente respuesta dinámica, eliminación del proceso de modulación y una buena robustez ante incertidumbre paramétrica del sistema. Por otra parte, los convertidores multinivel son actualmente la mejor opción para aplicaciones en media y alta tensión; es por eso que se pueden emplear ventajosamente en aplicaciones de control directo de par en media y alta potencia. Sin embargo, la complejidad del esquema de control aumenta - al existir un mayor número de vectores de tensión, el proceso de selección se vuelve mucho más complicado, además de que se debe controlar simultáneamente las variables internas del convertidor multinivel (i.e. tensiones de condensadores que sirven para definir los diferentes niveles de tensión disponibles). En este sentido, el control predictivo basado en modelo (MPC) con un número finito de entradas (FCS-MPC) ofrece una metodología de control que se adapta bien a la naturaleza híbrida del sistema formado por el convertidor estático multinivel y la máquina de inducción. Este enfoque se basa en evaluar la respuesta de las variables de interés ante todas las entradas posibles y entonces seleccionar la entrada que mejor convenga a los objetivos de control. Además, permite tomar en cuenta restricciones adicionales que difícilmente se podrían incorporar en otros esquemas de control. Sin embargo, a medida que aumenta el número de niveles de tensión del convertidor el proceso puede volverse muy demandante computacionalmente. En este trabajo de tesis se estudia un esquema de control directo de par (DTC) en una máquina de inducción alimentada por un convertidor estático de tipo multinivel. Para ello se emplea una metodología de control FCS-MPC y se propone un esquema eficiente para la selección de vectores (reducción del costo computacional). El desempeño del esquema MPC se evalúa a través de simulaciones numéricas. Las simulaciones se llevaron a cabo utilizando el software Matlab / Simulink. Esta tesis está estructurada en cinco capítulos, en el primer capítulo se hace un estudio bibliográfico de los trabajos previos relacionados con el tema de investigación, realizando una síntesis de sus desarrollos y las conclusiones a las que llegaron, también se plantean las hipótesis, además de los objetivos principales y conclusiones preeliminares de este trabajo. En el capítulo dos, se presenta el esquema de control FCS-MPC, donde se explican los requerimientos para su implementación. Después se presenta una sección acerca del motor de inducción donde se plantean las ecuaciones matemáticas que modelan el comportamiento del sistema; posteriormente se desarrolla el modelo discreto de este sistema. Al final, se valida el modelo discretizado y se compara con el modelo continuo. Después se da una breve explicación acerca del funcionamiento de los inversores multinivel y su modelado vectorial. Finalmente se presenta el problema de control en la máquina de inducción. En el capítulo tres, se presenta la implementación del FCS-MPC en la máquina de inducción alimentada por inversores de 2, 3, 4 y 5 niveles, realizando pruebas con diferentes objetivos de control. En el capítulo cuatro, se implementará la propuesta para la reducción de cálculos computacionales, que toma como enfoque evaluar diferentes subconjuntos de vectores y eliminación de estados redundantes, finalmente se realizan pruebas y se analizan los resultados. En el capítulo cinco, se presentan las conclusiones generales acerca de este trabajo, se hace un resumen de las aportaciones, y se plantean algunos trabajos que pudieran realizarse con base en el trabajo expuesto en esta tesis.