Control de un motor de inducción sin sensores de velocidad con rechazo activo de perturbaciones para aplicaciones en vehículos eléctricos

Abstract

Los vehículos eléctricos (EV) deben cumplir con altos estándares de confiabilidad y seguridad. Una forma de cumplir con esos estándares es desarrollando estrategias de control sin sensores para motores de inducción (IM), atendiendo sus retos existentes alrededor de la estimación de velocidad y el control robusto. Esto incluye la distorsión introducida por esquemas de filtrado, los efectos de la saturación, la complejidad del modelo y las variaciones en sus parámetros. Los métodos algebraicos y los diseños de control por rechazo activo de perturbaciones (ADRC) pueden enfrentar esos desafíos gracias a capacidades de filtrado inherentes y a flexibilidades de diseño para abordar sistemas complejos de forma robusta. El objetivo de este documento es establecer un estimador algebraico y un diseño ADRC sin sensores para un IM en el contexto de los vehículos eléctricos. Nuestro enfoque es el siguiente, primero, desarrollamos y analizamos una estrategia de estimación algebraica para la velocidad del rotor partiendo de un modelo dinámico clásico del IM. Posteriormente, diseñamos un esquema ADRC para el seguimiento y manejo de saturación del IM basado en controladores proporcionales-integrales generalizados (GPI). Evaluamos con simulaciones y experimentos algunas propiedades y el desempeño del esquema de control sin sensores y su estimador de velocidad. Los estudios utilizan un ciclo de conducción y un par de carga dinámico estándar para emular el tren motriz de un EV a pequeña escala. La comparación con un método de estimación de velocidad basado en sistema adaptativo por modelo de referencia (MRAS) revela ventajas para nuestra propuesta. El diseño ADRC-GPI y su estimador algebraico evidencian errores de seguimiento menores al 1%. Por lo tanto, los resultados sugieren que nuestra estrategia de control sin sensores se destaca con facilidades de sintonización, funciona en un amplio rango de velocidades y provee un desempeño adecuado bajo el contexto de los EV. (Texto tomado de la fuente)

Electric vehicles (EVs) must meet high reliability and safety standards. One way to meet those standards is to develop sensorless control strategies for induction motors (IM), addressing its existing challenges around rotor speed estimation and robust control. That includes distortion introduced by filter schemes, saturation effects, the model complexity, and the variations in its parameters. Algebraic methods and Active Disturbance Rejection Control (ADRC) designs can meet those challenges given the inherent filtering capabilities and design flexibilities to face complex systems robustly. This paper aims to set forth an algebraic estimator and a sensorless ADRC design for an IM in the context of electric vehicles. Our approach is as follows. First, we develop and analyze an algebraic estimation strategy for the rotor speed from a classical IM dynamical model. Subsequently, we design an ADRC scheme for IM tracking and anti-windup tasks based on generalized proportional-integral controllers (GPI). We evaluate with simulations and experiments some properties and performance of the sensorless control scheme and its speed estimator. The studies use a standard drive cycle and dynamic torque load to emulate a small-scale EV power train. A comparison against another speed estimation method using the model reference adaptive system (MRAS) reveals advantages for our proposal. The ADRC-GPI design and its algebraic estimator show lower than 1% tracking error values. Thus, the results suggest that our sensorless control strategy stands out with tuning facilities, works over a wide speed range, and provides adequate performance in the EV context.