Dynamical analysis of three–phase systems controlled by ZAD-FPIC Techniques (2012)
El presente trabajo se enfoca en dos aspectos fundamentales en los cuales se han realizado diferentes aportes. El primero de ellos consiste en el modelado de los motores de inducción lineal (LIM), en el cual se han incluido los efectos de borde en su representación en el espacio de estados. Este fenómeno es altamente no lineal y resultados numéricos preliminares muestran oscilaciones no deseadas. Debido a la limitación del recorrido del LIM utilizado en este trabajo (1.5 metros), posteriormente, el comportamiento del sistema es analizado únicamente a nivel numérico. Otro aspecto importante desarrollado en la tesis está relacionado con la aplicación de la técnica de control ZAD-FPIC a sistemas de alto orden. Hasta ahora la técnica anteriormente propuesta sólo había sido desarrollada, probada y validada en sistemas de segundo orden. En este trabajo se ha generalizado la técnica ZAD-FPIC, aplicándose a un sistema que consiste en un convertidor conmutado para el manejo de diferentes cargas trifásicas, lo cual que constituye un sistema de orden superior. Las cargas utilizadas en esta investigación son cargas resistivas y cargas inductivas analizadas en el documento, como son el motor de inducción de desplazamiento lineal-LIM y el motor de inducción rotativo-RIM. Los motores de inducción de desplazamiento lineal se utilizan en sistemas de transporte masivo y en aplicaciones especiales en la industria e ingeniería aeroespacial, y los motores de inducción rotativos son utilizados ampliamente a nivel industrial. ZAD-FPIC es una estrategia de control conmutado que presenta la ventaja de imponer una frecuencia de conmutación ﬁja. Para el análisis del LIM se usó el modelo obtenido en la primera parte de la tesis; por el contrario, puesto que el modelado del RIM es ampliamente cubierto en la literatura, el control se diseñó usando el clásico circuito equivalente por fase. En la respuesta de estos sistemas se presentan comportamientos dinámicos complejos debido a su naturaleza no lineal. Así pues, como parte de los resultados obtenidos de la fase de modelamiento y control, en este trabajo también se muestra, a nivel experimental y con solución numérica, la posible presencia de fenómenos complejos que surgen cuando se alimentan cargas trifásicas con un convertidor conmutado trifásico controlado con la técnica ZAD-FPIC. En el documento se presentan los resultados experimentales que evidencian la coexistencia de atractores de órbitas periódicas y caóticas como resultado de las dinámicas no lineales en cada sistema estudiado. La estabilidad del sistema en lazo cerrado fue analizada usando diagramas de bifurcaciones y se mostró en forma numérica la importancia de los retardos en la estrategia ZAD-FPIC. Se observó que en un amplio rango de trabajo la aplicación de la técnica ZAD-FPIC fue exitosa. El desarrollo experimental consta de: un inversor conmutado trifásico que usa un módulo de IGBTs integrado, una tarjeta de control para prototipado rápido (RCP) basado en la plataforma dSPACE, algoritmos de control realizados en MATLAB/SIMULINK y las cargas trifásicas. Para cada una de las cargas se realizó una descripción del sistema propuesto (arquitectura), se diseñaron las estrategias de control y se presentaron los resultados numéricos y experimentales. Para el caso de los motores de inducción se llevó a cabo la identiﬁcación de parámetros, con el objetivo de realizar las simulaciones correspondientes. Para cada sistema en estudio se obtuvieron modelos continuos y discretos (mapas iterativos) del sistema convertidor-carga y se diseñaron las estrategias de control para el cálculo del ciclo útil del DPWM (Digital Pulse Width Modulation). Debido a que en la práctica no es posible disponer de medidas para las corrientes del rotor en el RIM, se diseñó un observador al cual se le analizó su convergencia con el método de Lyapunov y se comprobó su efecto en el desempeño del controlador. En el documento se muestran diagramas de bifurcaciones en forma numérica y experimental usando Ks, N y frecuencia del voltaje de referencia como parámetros de bifurcación