Circuito integrado ASIC para el control vectorial-borroso de un motor de inducción destinado a accionamiento de tráfico vertical

Ci cui o In eg ado ASIC pa a el Con ol Vec o ial-Bo oso de un Mo o de Ind ucción Des inado a Accionamien o de T á ico Ve ical J. L. Mo a, F. Colod o., F. Ba e o, A. To alba, E.Gal án y L. G. F anquelo (1), M.Ba anco (2) (1) Dp o de Ingenie ía Elec ónica, Uni . de Se illa, (2) Dp o 1 + D Mecanismos y Acceso ios, S.A. A da Reina Me cedes s/n, 41012-Se illa (SPAIN) phone: +34-5-4556873 ; ax: +34-5-4556849; e-mail: gal an@g ex02.us. es . .u. cd- Con es .e abajo ae desc ibe el dilJeiío de un ci cui o in eg ado As e pa a el Con ol Vec o ial-Bo oso de UD Mo o de Inducdón De .. inado a Accionamien o de T á ico Ve ical. Se p esen an, ademáa , algunos esul ados de .¡mu a ladón pa a la op imización del diseño desde el pun o de is a del núme o de pue as. Es as si- mulacion es se han ealizado median e lenguaje de al o ni el u ilizándose un modelo eal del mo o de inducción jun o con el in e 80 i úico enca gado de su accionamien o y se ha simulado el compo - amien o del diseño ASIe con odas IUI disc e i- laciones y e a dos. Es a ealización se enma ca den o de la acción GAME (acción especial del p og ama ESPRlT) y ha sido desa ollado en cola. bo ación con la emp esa Mecaniemos y Acceso io. MAC S.A . Pa a ello se ha hecho uso de la he a· mien as de diseño VHDL SINOPSYS y p og ama de placemen y oudng CADENCE . 1. INTRODUCTION La máquina de inducción es un sis ema obus o de poco o nulo man enimien o y bajo p ecio. Exis en ca ac e ís icas que la hacen ideal pa a su uso en di e en es ipos de accionamien os incluyendo los sis emas de á ico e ical. Sin emba go, en su isión más amplia, es a máquina es un sis ema no lineal con múl iples en adas y salidas, po lo que su con ol esul a complejo cuando se compa a con la máquina de co ien e con inua. Di e en es es a egias de con ol han sido p o- pues as Y. en suma, se han ob enido soluciones - 412- de comp omiso en e la complejidad del con ola- do y las p es aciones del sis ema. La es a egia que más popula idad ha alcanzado es el con ol denominado "Tensión-F ecuencia". En es e mé odo, la ensión y la e cuencia son a· iables de con ol básicas del mo o de inducción. No obs an e, el pa y el lujo, son unción de di- chas a iables. Es a dependencia en e las a- iables de con ol es la esponsable de la pob e espues a dinámica del mo o de inducción. Los mé odos de con ol ec o ial a an de elimi na es a limi ación median e un con ol elec ónico de las componen es de co ien e es- ponsables del pa y del lujo. De es a mane a, el con ol e x e no de la máquina de inducción se asemeja al con ol de la máquina de con inua en la que el pa y el lujo es án desacoplados de o ma na u a l. La dependencia del con ol ec o ial con los pa áme os de la máquina p o ocan la necesi· dad de emplea con olado es obus os. Dis in- os mé odos de con ol han sido p opues os, ales como: • Con olado es adap a i os. • Con olado es basados en mé odos deslizan- es. • Con olado es bo osos. Los p ime os equie en el empleo de es imado es de los pa áme os de con ol del mo o y, en ge- ne al, de un so wa e complejo de es imación y de adap ación. Loo con olado es basados en mé odos deslizan- es son concep ualmen e simples, pe o equie en un con ol odo-nada en o no al modo deslizan e que dan luga al conocido enómeno de "cha e- ing"( a iación b usca del pa en o no a su alo medio). Los con olado es bo osos son sencillos de imple- men a y p og ama . Poseen un compo amien o simila al azonamien o humano que les hace in- he en emen e obus os en e a a iaciones de los pa áme os de la plan a (del mo o ). Po ello los con olado es bo osos es án siendo empleados en casi odos los campos del con ol in- dus ial incluyendo el con ol del posicionamien o pa a accionamien os en sis emas de acción (me- o de Tokio) y el con ol de ascenso es. Uno de los p incipales p oblemas que p esen an los sis emas de con ol ec o ial y bo oso es su ealización isica. En gene al, equie en la u i- lización de sis emas de g an po encia de cálculo como es el caso de DSP's. Es os p ocesado es es án diseñados pa a el a amien o digi al de señal u ilizando un ele ado núme o de bi s. Es a ocupación de a ea de silicio gene almen e es mu- cho mayo de la necesa ia pa a unas p es aciones conc e as. Con el ci cui o ASIC p opues o, al se disenñado exp esamen e pa a es a aplicación, p e ende educi los cos os de implemen ación e- duciendo el ni el de ocupación al máximo. O a en aja de es e diseño es que se ha podido inco po a algunos elemen os adicionales de me- dida de a iables del sis ema (co ien es y eloci- dad del mo o ) y p o ecciones. n. DESCRIPCIÓN DE CIRCUITO INTEGRADO El ci cui o ASIC se enca ga de ealiza las si- guien es a eas de mane a independien e o COD- jun a según se p og amen sus dis in os modos de uncionamien o según se mues a en la igu a 1: - 413- J. Adquisición de las in ensidades i ásicas. 2. Adquisición de la elocidad y de la posición ela i a, 3. P o ección de las in ensidades i ásicas. 4. Con ol Bo oso de ,·elocidad. 5. Con ol Vec o ial Indi ec o. 6. Con ol de las in ensidades i ásicas. 7. Gene ación i ásica de señales PWM. 8. In e ace con el mic op ocesado . - Figa e 1: Esquema Gene al del Ci cui o Las dis in as posibilidades de in e conexión que pe mi e la u ilización de es e a dis in os ni eles al como se mues a en la igu a 2. -, -, -, _. ~ - -h=III~'":: (~ __ , __ • __ -, .• ')' 'O' '1 ' -'- , Y .iI..~."""""' __ ." ___ Figa e ! : Pa es del ASIC con uncionamien o indepen- dien e El bloque de con ol ec o ial ealiza la unciona- lidad de gene ación del ec o uni a io (senos y cosenos) median a acceso a abla . El cambio de coo denadas y el con ol de co ien e se ha esuel o median e la u ilización de una es uc u a de Ud~ apa h . Es a es á cons i uido po un mul iplica- do de de 13 po 11 bi s y un sumado de 18 más 18 . La salida del con ol ec o ial son las co ien es de consigna id e i; y la ecuencia eléc ica. El cambio de coo denadas que nos p opo ciona el alo deseado de 1 ... co ien es de ase i; , i¡ e i; se ealiza en el módulo de gene ación senoidal de las co ien es de ase, quien las ob iene a pa i de las siguien es exp esiones: 1= = i;sen(8+ .. /2)+id8en8 (1) 16 = 1~.en(8 -."/6) + id8en(8 - 2 .. /3)(2) 1; = -(I: + m (3) El ángulo 8 se ob iene in e namen e median e la in eg ación de la ecuencia. El módulo de gene- ación i ásica man iene un coojun o de cua o con ado es con 106 ángul06 8,8 + 7 /2 , 8 - 7 /6 Y 8 - 2 .. /3) , que an ba iendo una ROM in e na de 7 bi s con el con enido del seno. Pa a abo a memo ia, la ROM del aeno an sólo con iene la onda en e O y .. en 225 posiciones de memo ia. El con olado bo oso es capaz de p ocesa un o al de 64 eglas pa a es an eceden es y un consecuen e. Las eglas son de ipo iangula con cen oide y base p og amables. El con ola- do e á do ado, además, de a~ oap endizaje . 111 . RESULTADOS DE SIMULACIÓN ~. -----~------ ---- ---------------, .... , / ••• •• - ......... ~ -,-..- ..•.•• ' ' ....... ~ -'O'° O 'O'::------: •.• ::-----.;';.,------c.:;.,------;.';:.-----:! .. Fígne 3: Velocidad Angula del Mo o . .J,---_.---------------------------, '. -_.~ ~- ... u •• --- _ ..... ......... E--.... Fi,. 4: Velocidad Angula del Mo o ce ca de la Pa ada. L ... simulaciones se han ealizado median e len- guaje de al o ni el. Se ha u ilizado un modelo eal del mo o de inducción jun o con el in e - so i ásico enca gado de su accionamien o y se ha simulado el compo amien o del diseño ASIe con odas sus disc e izaciones y e a d06. En la g á ica 3 puede obse a se la espues a en eloci- dad del mo o de inducción con olado median e el ci cui o desc i o an e o men e. La igu a 4 mues a una ampliación de la espues a a elo- cidades bajas. En es a ampliación, puede obse - a se la magni ud de e o de di8c e ización del encode inc emen al y como:es e pasa a medi ce o po debajo de su elocidád mínima medible. La igu a 5 ep esen a la co ien e de ase y la componen e de co ien e de pa . También puede obse a se la o ma iangula del pa mo o co- espondien e a una espues ,a de elocidad pa- abólica. - 414- oo.. "" - ... - -_ .... ··· · ··· ~ .. _ ... ~. , .. _10.0 ... .• .. •• Fi,. e 5: Componen es de Comen e y Pa Mo o . REFERENCES [1] B. K. Bose, Powe E/ed on;e and AC D i es, P en ice-Hall Englewood Cli s, N. J ., 1987. [2] E. Gal án, F. Ba e o, M. A. Agui e, A. To alba, L. G. F anquelo,"A Robus Speed Con ol o AC Mo o D i es based on Fuzzy Reasoning", IAS-93 Annua/ Mea i.g, pp 2055-2058, To on o 1993. [3] Toobiaki Kudo , Kazu umi lsbiha a, Ha uo N ai ob, "Sel -Com nissioning o Vec o Con- olled Induc ion Mo o s ", IAS-93 Annua/ Mea ing, pp 528-535, To on o 1993 [4] Sayeed A. Mi , Donald S. Zinge , Malik E. 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