Motores continua

Control de motores

Análisis de tres métodos para la detección de la velocidad de giro de un motor DC, sin el empleo de sensores externos
Por Ernesto Vázquez Sánchez y Jaime Gómez Gil
Ernesto Vázquez Sánchez, Jaime Gómez Gil. Departamento de teoría de la señal y Comunicaciones e Ingeniería Telemática, Universidad de Valladolid, España. e-maiL: rnstvaz@gmail.com, jgomez@tel.uva.es

Para lamedición de la velocidad en motores DC sin el empleo de sensores, existen las técnicas basadas en la componente ripple de la corriente. Estas técnicas estiman la frecuencia de dicha componente, que está relacionada con la velocidad del motor. En este trabajo se describen tres métodos para la medición de la velocidad basados en la técnica anterior que son, Análisis Espectral vía FFT, FiltradoAdaptativo con Doble Derivador, y Detección de Conmutación vía Comparador. También se evaluará la precisión de cada método y se realizará un análisis comparativo entre ellos. Los resultados muestran claramente que el método que mejores prestaciones presenta es el Análisis Espectral vía FFT, mientras que los otros dos presentan diferentes limitaciones en la detección de la velocidad. Con el avance de latecnología y la automatización de numerosas tareas que antes se hacían de una manera manual, se ha incrementado el empleo de motores en multitud de aplicaciones. Por ejemplo, la simple tarea de subir o bajar la ventanilla de un coche de forma manual ha sido sustituida por la pulsación de un botón, en dicha tarea, el encargado de subir o bajar la ventanilla es un motor. Las aplicaciones en las quees primordial la precisión, tanto en velocidad como en posicionamiento, y no lo es tanto la eficiencia o las altas potencias, está siendo dominada por los motores DC en sus diferentes configuraciones, paso a paso, servomotor, sin escobilla, etc. Este dominio es debido en parte a la gran ventaja que presentan los motores dc en la simplicidad en el control. En muchas aplicaciones con motores DC, esnecesario el control de la velocidad en lazo cerrado, el cual, necesita un observador de velocidad [2]. Los observadores convencionales, conocidos como sensores de velocidad angular, son: tacómetros, encoders, sensores de efecto hall, etc. Éstos presentan la desventaja de ser

un elemento independiente que debe acoplarse en el eje del motor, en un lugar en el que preferiblemente debería estar lacarga. Al ser un elemento diferente del motor incrementa los fallos y los costes del sistema [1]. También existen, otros observadores de velocidad que no están compuestos de elementos mecánicos externos acoplados al motor. Éstos, conocidos como sensorless speed, estiman la velocidad a partir de la tensión y/o corriente del motor DC. Dentro de ellos existen dos grupos [2]. Los primeros estánbasados en el modelo dinámico del motor DC [4]. Para la detección de la velocidad utilizan principalmente la fuerza electromotriz (EMF). Estimadores de este tipo los podemos encontrar en [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11] y [12]. El modelo utilizado en estos trabajos es lineal y dependiente de parámetros del motor. Dichos parámetros, tienen el inconveniente de que varían según las condiciones detrabajo del motor, lo que introduce cierta incertidumbre en la medida. Aunque, dichos parámetros pueden ser estimados dinámicamente, según se extrae de [13], esto suele dar lugar a un modelo no lineal que incrementa el coste computacional. La segunda clase de observadores de velocidad sin elementos mecánicos, son los basados en la componente alterna (ripple del término en inglés) de la corriente.La componente de ésta, que da la información sobre la velocidad se suele conocer en la literatura como current ripple. La corriente en un motor DC, está compuesta por una componente de continua, sobre la que se superpone una componente alterna o ripple. Las características de la componente ripple dependen de la velocidad de giro del rotor y de parámetros del motor. La característica de interés...