Control Predictivo de Torque con Inversor Multinivel Virtual y Compensación de Retardo para una Máquina Eléctrica de Inducción

Abstract

Resumen: En el presente trabajo se desarrolla un control predictivo de torque aplicado a una máquina eléctrica de inducción, asumiendo un inversor multinivel virtual y utilizando un modulador de ancho de pulsos (PWM) convencional. Por medio del modelo matemático de la máquina y en base a las mediciones de la corriente y posición angular del eje del motor y a la referencia de Torque y flujo, se realiza una primera estimación del fasor espacial de voltaje que se debe aplicar al inversor. El patrón de conmutación se calcula asumiendo que el inversor tiene un alto número de niveles. A continuación se selecciona una malla de puntos de fasores espaciales de voltaje cercanos a la primera estimación dentro del plano del inversor multinivel virtual, los cuales se los utiliza en el control predictivo. El fasor espacial de la malla de puntos que minimice la función de costo del control predictivo será usado para el cálculo de la señal de conmutación de un inversor de dos niveles por medio de un modulador de fasores espaciales. Los retardos debidos al control digital son compensados por medio de un observador. La implementación del esquema propuesto es sencilla y demuestra una alta respuesta dinámica en el par electromagnético de la máquina. Abstract: The present paper presents a predictive torque control that assumes a virtualmultilevel inverter and utilizes a conventional pulse width modulator (PWM) for feeding aninduction machine. A first estimation of the voltage space phasor that has to be synthesizedby the inverter is computed by using the equations of the mathematical model of the machinebased on the measured currents, shaft position and on the reference value for the torque and theflux. The switching patterns are calculated by assuming that the inverter has an arbitrary highnumber of levels. By selecting a mesh of voltage space phasors close to the first calculated valueaccording to the “virtual” multilevel inverter, a cost function in a predictive control scheme isminimized. The voltage space phasor selected in this way is then used for the calculation of theswitching signals in a conventional space phasor modulator and sent to the two-level inverter.The proposed scheme results in an easy implementation and delivers good dynamics in the torque behavior.