3 Estimação da Velocidade do Motor de Indução

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1 3 Etmação da Vlocdad do oto d Indução Um do poblma do contol toal cont m conhc xatamnt a poção do fluxo paa qu o contol tabalh na foma cta. uta pqua tm do alzada paa congu t objto. O contol tm qu utlza um bom método paa dtmna a locdad do moto pod obt d foma confál a locdad do fluxo do oto am ua poção dção Dta da Vlocdad Ext na atualdad uma gand quantdad d tanduto d locdad ou d poção qu foncm, dnto d alguma condçõ, alo confá d locdad ou d poção, ma qu também apntam alguma dantagn. São apntado a gu Tacogado O tacogado ão pquno gado d cont contínua, qua mp com xctação fxa ataé d magnto pmannt. Como o fluxo é mantdo contant, a foça ltomotz é popoconal a ua locdad: f..m k * φ * ω φ kt f..m k 2 * ω (43) Indutalmnt ão ncontado tacogado com contant d popoconaldad nt 1 1V / 1.p.m. A ua pncpa caua d o podm o fto d caga, a dmagntzação d u mâ ao longo do tmpo, a quda d tnão na ua coa, a dgadação do conjunto coa colto, tc. Uma aant do cao anto é a utlzação d um altnado com xctação po oto d mâ pmannt, aocado a um tfcado a dodo. É uma olução muto conômca muto utlzada, ma tm o poblma d undconal, ou ja, a tnão d aída mp tá o mmo ntdo qualqu qu ja a otação da máquna.

2 O Rol O ol é um tanduto d poção cláco, cujo funconamnto baa no fto d tanfomado com lação d tanfomação aál com a poção. Dcto na fgua 11, o nolamnto pncpa têm dtbução pféca nodal, ndo um pmáo, tuado no oto, do cundáo m quadatua, no tato. Ao pmáo é aplcada, ataé d um tanfomado otato auxla (com lação fxa), uma tnão altnada d alta fqüênca. A ampltud fa da tnõ nduzda no do nolamnto cundáo ão funçõ da poção angula do oto, ndo dtctada po um condconado d nal qu laboa, com ba na nolnt do pco, o do na d aída m quadatua. Sua dantagn ão manutnção, alnhamnto, tc. Fg. 11 Tanduto Rol Tanduto d Vlocdad Dcto com Dtcto Induto Et tanduto d locdad dcto cont numa oda mtálca com alênca um no nduto d poxmdad. Com t dpoto a mdção d locdad baa- num d do pncípo: a contagm do númo d mpulo po undad d tmpo, ou a mdção do píodo d mpulo. O pmo método é ma xato m locdad méda alta, o gundo tona antajoo a baxa locdad. Et quma tão mpl não pmtm

3 36 a dtção do ntdo d otação apntam poblma d taxa d amotagm, tc. Fg. 12 Tanduto d locdad dcto com no nduto d poxmdad. Extm também outo tanduto do tpo dcto ta como: codfcado ou ncod ncmnta, baado m dodo mo d luz, tanduto ou ncod aboluto qu pmtm obt nfomação dta da poção, dtmna a locdad o ntdo dla. Todo l apntam a dantagn d baxa taxa d amotagm, calbação, alnhamnto, tc Etmação da Vlocdad do oto d Indução A pqua ob o contol do moto d ndução no últmo 2 ano têm cntado no mlhoamnto do quma d contol d campo ontado ou contol toal paa ol o poblma apntado pla utlzação d no acoplado ou ntalado pto do oto. uto tabalho m ndo alzado paa dmnu a nbldad do tma d contol com o paâmto tmado da máquna. A tmação ma utlzada é a tmação do fluxo do oto ou locdad a pat da tnõ tmna a cont. Potanto, é lmnado o no d fluxo ou locdad é mplmntado am o contol m no (nol contol). O tmado ão também conhcdo como obado. A fgua 13 apnta um quma gal d contol m no d locdad /ou poção, ond o na d tnão cont almntam ao obado paa a tmação da magntud ângulo do fluxo, a locdad. A quantdad tmada ão agoa compaada com o alo fnca dpo ntoduzda no contolado paa, logo, m nado ao cono ltônco d potênca.

4 λ * ω * Contolad d Fluxo locdad Cono λ ω Etmado a b u a u Fg. 13 Contol m no do moto d ndução A gu á fta uma dcção d algun algotmo ma utlzado Etmação Baada na Intlgênca Atfcal A tmação da locdad do moto d ndução m ndo fta ataé da mplmntação d algotmo qu utlzam ntlgênca atfcal, ndo a d nua a lógca fuzzy a ma utlzada. A d nua ão uada paa apoxma funçõ não lna muto complcada, ndo uma apoxmação unal, poém pouco pcífca. Também podm uada paa ajut d funçõ conhcda apna po pa ntada-aída (gão não-lna), ma, po ua pópa dfnção, não ão adaptada à pntação d tma dnâmco (no u luga podm uada, com a mma gnaldad, a é d Volta-Wn ua alzaçõ blna). Já o contolado fuzzy cont um conjunto d ga lngüítca, baado num conhcmnto pcalta, m uma tatéga d contol automátco. Et contolado ó ão compaá ao contolado conncona quando a nfomação tá ndo pocada d foma lngüítca.

5 38 A gu ão apntado ultado obtdo na tmação d locdad do moto d ndução ataé dta dua famnta, utlzando o pogama d mulação do capítulo anto Etmação com Rd Nua Paa a tmação da locdad do moto d ndução, utlza- uma d nual atfcal (RNA) do tpo fdfowad com um algotmo d apndzagm d topopagação (backpopagaton), como é motado na fgua 14. Eta RNA apnta uma camada d ntada, uma camada d aída, plo mno, uma camada condda. A camada d ntada da RNA cb toda a nfomaçõ obtda plo dpoto d aqução d dado ou no ntga ta nfomação paa a undad ntna da RNA. A camada d aída da RNA colh a nfomação ntgu pla undad ntna da d poduz um ou áo na d aída. O nó da camada condda d uma RNA ão a undad d pocamnto da RNA ua tutua é apntada na fgua 15, ond a undad j é qualqu undad da camada d aída ou da camada condda. Fg. 14 Rd Nual ond: W j : é o po da undad paa a undad j F : Função, nomalmnt gmodal Y j : aída

6 39 Fg. 15 Etutua do nó j A aída da d é dfnda po: Y 1 (44) ( 1+ ) j x j Paa uma d nual atfcal (RNA) (4 ntada, 1 camada condda uma camada d aída), alza- o tnamnto da d com o dado obtdo com ajuda do pogama d mulação utlzado no capítulo anto, ond a ntada ão o to d cont o to d tnão do tato do moto d ndução. Da totaldad d ponto obtdo pla mulaçõ, utlzou- ó 3% do dado, paa dxa 7% paa a gnalzação. Na camada condda foam ttada dfnt quantdad d nuôno dfnt época paa obt o mlho apndzado da d. Foam adotado, apó o tt, 11 nuôno na camada condda 3 época paa o cao d almntação nodal. Já paa o cao d almntação PW, fo ncáo aumnta o númo d nuôno da camada ddo ao fto do hamônco. Chgou a 15 nuôno 4 época, o qu lou a um tmpo mao d computação, ma com mlho ultado Equaçõ do oto Paa a mplmntação do algotmo d d nual é ncáo t mplmntado a quaçõ do moto com o xo d fênca colocado no campo magnétco gatóo, paa mlhoa a pota do algotmo.

7 4 A quação do moto na foma gal m dfnda pla gunt quação: d q p ω + R ω + R ω ω p ( ω ω ) ( ) p + R ω ω d ( ω ω ) p ( ω ω ) p + R p p p d q q (45) ond: p: é o opado t Paa a condção do xo d fênca alnhado com o campo magnétco gatóo á: d q p ω + R ω + R p ( ω ) ( ) ω p + R ω ω d ( ω ω ) p ( ω ω ) p + R p ω p ω p d q q (46) ond ω ω ) é a locdad d cogamnto. Com a d tnada ( off-ln, fo mulada a condção ond o moto d ndução tm uma patda m azo dpo d 1,3 oco um ncmnto d caga (ocaonando uma dmnução da locdad). Fg. 16 Vlocdad al do oto com almntação nodal

8 41 A fgua apntam o ncmnto d caga paa o do cao: almntação nodal almntação PW. Fg. 17 Vlocdad al do moto com almntação PW A fgua 18 apnta a pota da mulação utlzando 9 nuôno na camada condda 3 época no tnamnto. Pod- oba qu, paa a condção d almntação nodal, a pota do algotmo fo actál; ma, quando é aplcado o modlo com almntação PW, a pota é um, como pod obado na fgua 19. Fg. 18 Etmação d locdad paa a condção nodal, 9 nuôno 3 época

9 42 Paa mlhoa a pota da condção PW, fo aplcado um tatamnto d nal, com a ncluão d flto dgta paa mlhoa o na d cont, além d aumnta o númo d nuôno na camada condda o númo d época do tnamnto. Fg. 19 Etmação da locdad paa a condção PW, 9 nuôno 3 época A fgua 2 apnta t ultado, paa a condção d 15 nuôno na camada condda com 4 época d tnamnto. Paa alo d nuôno acma dt, a d fcou ob-tnada, poduzndo tmação po à fgua 2. Fg. 2 Etmação da locdad com PW com 15 nuôno 4 época d tnamnto

10 43 Nta mulação fo ncluído, d popóto, a faxa do tantóo do moto, com a ntnção d nla tuda tma a locdad. Paa condçõ d caga aál oba qu a d não pod gu ta aaçõ u ultado não ão atfatóo. A pota obtda, na fgua 21, quando é modfcada a locdad paa uma condção ma dnâmca, mota qu o algotmo não congu gu a aaçõ da locdad. Potanto é ncáo ua uma d nual ma complxa, além d um foço computaconal mao no tnamnto, paa mlhoa ta pota. Fg. 21 Etmação da locdad com d nual paa uma caactítca ma dnâmca Etmação Baada no odlo da áquna Et algotmo qu utlzam o modlo da máquna ão uado paa tma a locdad do oto do moto, quando ão utlzado contolado com ontação do campo, ão aplcado paa dntfca a poção angula do to do fluxo. uto modlo d máquna têm do utlzado pa t fn, dpndndo do poblma qu tnha. O modlo da máquna é mplmntado

11 44 no pocado do contolado paa ol o conjunto d quaçõ dfnca utlzando o na mddo como na d ajut ao contol. Na utlzação do algotmo baado no modlo da máquna, podm xt dfnça nt o modlo da máquna a máquna a contolada. Pom, apa da xtênca d método paa tablc tutua d modlo da máquna aíncona actá, a modfcaçõ d paâmto podm la a dfnça no contol, poqu t paâmto podm aa plo aumnto d tmpatua ou plo ponto d opação da máquna étodo baado no odlo do Roto O algotmo baado no modlo do oto utlzam a quação dfncal do oto da máquna d ndução podm mplmntado tanto m coodnada do tato quanto m coodnada do campo. O bom dmpnho do contol é dtmnado plo ajut cto do paâmto da máquna, ndo a contant do oto (T ) o paâmto ma cítco na hoa da tmação do ângulo do campo. O outo paâmto mpotant nt algotmo é a ndutânca mútua (), poqu la atua como um fato d ganho, ma não afta o ângulo do campo étodo Baado no odlo do Etato O algotmo qu utlzam o modlo do tato tmam o to d nlac do fluxo do tato ou o to d nlac do fluxo do oto m pcfca o nal d locdad. Et algotmo ão dfíc d mplmnta na pátca poqu o o na mdção no na d tnão d cont, o offt, nt outo, poduzm dtúbo no contol, t dtúbo ão galmnt dconhcdo plo pojtta. Como no modlo do oto, no modlo do tato é a tênca do tato qu apnta aaçõ quando acontcm aaçõ d tmpatua no nolamnto. Eta aação é ma fot m baxa locdad, poém m alta fqüênca o fto do R* é baxo. Potanto o contol m alta fqüênca é obuto a ptubaçõ no paâmto do modlo do tato, ma apnta dantagn pla pnça do ntgado pla nbldad do modlo quando ocom aaçõ da tênca do tato.

12 étodo Baado na Ontação do Campo Et método baado no contol toal ou ontação do campo pmtm a tmação d locdad uando o modlo da máquna. Apntam o mlho dmpnho qu o método anto. O método ma utlzado ão: Stma Adaptato com odlo d Rfênca (RAS) Flto Etnddo d Kalman Fundamnto da Toa do Obado odlando um tma pla quaçõ d tado, tmo: dx dt ( t) ( t) + Bu( t) + Gd( t) Ax (47) ( t) Cx( t) Du( t) y + (48) ond: x(t) to d tado u(t) to d ntada conhcdo y(t) to d aída A,B,C,G,D matz d dmnão apopada. Uando um obado antótco d tado é poíl fonc uma tmata m tmpo al do tado x(t) a pat da mdda d u(t) y(t) [28] Stma Adaptato com odlo d Rfênca (RAS) O contol adaptato tm do uma olução na mplmntação d tma d contol d alto dmpnho, pcalmnt quando a caactítca dnâmca da planta ão pouco conhcda ou tm gand aaçõ não pí.

13 46 O Stma Adaptato com odlo d Rfênca (RAS) poum bom dmpnho, ão obuto ua pncpal noação é a pnça d um modlo d fênca qu pcfca o dmpnho djado [29]. A aída d modlo d fênca é compaada com a aída do modlo ajutál. O o almnta um mcanmo d adaptação qu é pojtado paa agua a tabldad do RAS, como é motado na fgua 22. ntada odlo Saída atual Rfêncal y o odlo ^ y Ajutál Saída ajutál Equma d Adaptação da locdad Fg. 22 Equma do odlo RAS uto tabalho com RAS têm apntado modfcaçõ paa mlhoa o dmpnho do contol m no. uto contolado com modlo do moto mplfcado tm do utlzado paa tma a locdad do moto d ndução [11]. A fgua 23 apnta um modlo d tnão, utlzado paa tma o fluxo do oto, qu é utlzado fqüntmnt como modlo d fênca. V dq p λ dq + - λ dq σ dq Fg. 23 odlo d tnão utlzado como modlo d fênca.

14 47 A fgua 24 mota o modlo d cont qu é uado como modlo ajutál, mp qu la dpnda da locdad do oto. dq p λ dq ω ω Fg. 24 odlo d cont utlzado como modlo ajutál A mplmntação do do modlo m dfnt xo d fênca afta a complxdad obutz do quma RAS [11], cntmnt, têm do dnoldo contolado d malha fchada qu combnam o mlho atbuto do modlo d tnão cont com o RAS, outo contolado aumntando a pqua no contolado baado m ontação d campo dto m compaação como o contolado baado no contol do campo ndto connconal [3] [31]. A quação do moto d ndução, com o xo d fênca fxado no tato, é dada po: d q p + R p ω p + R ω p p p + R ω p p ω + R d q d q (49) Dnotando: I m I I + I' T T [, ] I [, ] I [, ] T d q d q m md mq (5)

15 48 a noa quação do moto fcaá: d p α + R q T p α + R T p p + ω 2 T 2 p ω p + T d q md mq (51) ond: 2 α 1 (52) O tma ajutál copond ao modlo matmátco (modlo d tmação do oto) do moto d ndução com contol toal, ond a locdad é opada plo algotmo d adaptação da locdad do oto ncagado d tma a locdad do oto. O modlo d fênca pcfca a aída colhda (). No modlo ajutál, a locdad tmada ˆ ω ) é um do paâmto dconhcdo. Na fgua 22, y é o to d aída do modlo d fênca ŷ é o to d aída do tma ajutál. Sua dfnça é o to d o d tado. Et o é uado plo mcanmo d dntfcação da locdad do oto paa modfca a locdad do oto do tma ajutál am la a zo a dfnça nt y ŷ (método d o d aída). ( Quando a locdad do oto tmada ω ˆ ) é mudada no modlo ajutál paa anula a dfnça da aída do tma (y ŷ ), o alo tmado da locdad do oto tona- gual à locdad atual do oto (ω ). O nal d o ata o algotmo d dntfcação d locdad do oto faz com qu o o tnda antótcamnt a zo. O dntfcado d locdad do oto é pojtado d foma tal qu ja obtda uma pota ápda tál. Na fgua, D é chamado compnado lna ( D ) é o o gnalzado. O compnado D é uado paa obt uma pota tál. (

16 49 Da pma dua lnha d (51) têm-: [ ] m 2 m T q d m p, p R + + α (53) Da tca quata lnha têm-: R R p m m m + ω (54) Colocando m dênca m, na quação (53): p R R q d q d q d mq md α α (55) a m também pod cta com ajuda da quação (54) + ω ω q d mq md mq md 2 mq md m 2 m R R R R p (56) Paa dntfca a locdad do oto, utlza- m. Paa o modlo d fênca aplca- a quação (55), qu é ndpndnt da locdad do oto. Paa o modlo ajutál aplca- a quaçõ (54) (56), qu ão dpndnt da locdad do oto ω. O o nt a aída do do obado é utlzado como ntada do mcanmo d adaptação. (Fg. 25)

17 5 Fg. 25 Etutua do RAS paa a tmação da locdad do oto O Flto d Kalman O algotmo do flto d Kalman ua modfcação tndda pntam obado obuto fcnt paa tma lna não lna pctamnt, ob a hpót d mdda na coompdo po uído tocátco (gauano). O obado uam o conhcmnto ob o tma dnâmco popdad tatítca do tma a font d uído paa poduz uma tmação d tado ótmo, mnmzando a coaânca do o [22]. O flto d Kalman nomal tnddo têm do utlzado paa a tmação d locdad do oto no contolado do moto d ndução[22 25], complmntando a mtodologa já apntada. O flto d Kalman tnddo á uado nta t como uma da pça pncpa do algotmo a apntado, poém aplcado ob o modlo d paço d tado a tmpo dcto. A gu á apntada uma ápda dcção d ua tutua. A fgua 26 mota uma tutua típca do flto d Kalman. A ntada da planta fíca ão também ntada do modlo d pdção, a aída do modlo d pdção é compaada com a aída da planta fíca. O o calculado dta compaação, junto com o tado tmado, fonc a nfomação ao bloco d coção do flto d Kalman qu pmt duz o o d pdção d tado.

18 51 Ruído d tma Entada Planta Fca Ruído d mdda Saída atual Saída tmada o odlo d Pdção Etado tmado Eo d tado cogdo Coção do flto d Kalman Vlocdad tmada Fg. 26 Etutua do flto d Kalman Paa a mplmntação do algotmo do flto d Kalman é ncáo pcfca a matz da quaçõ d tado ( obtda a pat do modlo da máquna) d t conhcmnto da coaânca do uído do tma d mdda. S um flto tá baado no conhcmnto ncomplto d alguma dta matz, á dto ub-ótmo. Em noo cao á tudada uma olução ótma paa o flto d Kalman quando não há conhcmnto da matz d coaânca do uído do tma d mdda Q R. No póxmo captulo á fto um tudo ma pofundo dtalhado do flto d Kalman, dnolndo po complto ua quaçõ.