Controlador preditivo não linear aplicado ao controle de posição de motores de indução trifásico

Autores

DOI:

https://doi.org/10.18265/2447-9187a2025id8681

Palavras-chave:

controle de posição, controle preditivo, motor ac, motor de indução, sistema não linear

Resumo

Motores de indução trifásicos (MIT) são amplamente utilizados em aplicações industriais devido à sua robustez, baixo custo e construção simples. No entanto, estão sujeitos a perturbações externas e variações paramétricas, que podem comprometer seu desempenho em sistemas críticos. Este estudo propõe uma estratégia de controle que vai além do controle de velocidade convencional ao abordar o controle simultâneo do fluxo magnético e da posição angular do eixo do rotor de um motor de indução trifásico. A metodologia emprega a técnica de Controle Preditivo com Conjunto de Controle Contínuo (CCS-NMPC), que se diferencia de outras abordagens preditivas baseadas em conjuntos discretos devido à sua capacidade de lidar com sistemas não lineares de forma mais robusta e impor restrições precisas sobre variáveis de estado e controle. A abordagem proposta foi validada por meio de simulações computacionais, considerando cenários operacionais normais e a influência de perturbações externas, como variações bruscas de torque e condições de carga oscilantes. Os resultados demonstram a eficácia do controlador em atender aos requisitos de desempenho e robustez, mostrando alta precisão de controle com erro de estado estacionário próximo de zero e boa estabilidade. O controlador desenvolvido se aplica a sistemas industriais existentes, como braços robóticos, transportadores e máquinas CNC, exigindo apenas pequenos ajustes no software de controle, ressaltando seu potencial para aplicações industriais avançadas.

 

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Biografia do Autor

Gustavo Lima Ferreira, Instituto Federal de São Paulo (IFSP), Suzano, São Paulo,

 

Referências

ALONGE, F.; CIRRINCIONE, M.; D’IPPOLITO, F.; PUCCI, M.; SFERLAZZA, A. Robust active disturbance rejection control of induction motor systems based on additional sliding-mode component. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 64, n. 7, p. 5608-5621, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2677298.

ARYAM, A.: SINGH, A.; MOHAN, A.; JAINT, B. Speed control of three-phase induction motor using anfis and flower pollination algorithm optimized PI controller. In: 2024 INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCEMENTS IN POWER, COMMUNICATION AND INTELLIGENT SYSTEMS (APCI), 2024, Kankur. Proceedings […]. Kankur, IEEE, 2024. p. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/APCI61480.2024.10616561.

BIM, E. Máquinas elétricas e acionamento, 3. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012.

CIRRINCIONE, M.; ACCETTA, A.; PUCCI, M.; VITALE, G. MRAS speed observer for high performance linear induction motor drives based on linear neural networks. IEEE Transactions on Power Electronics, v. 28, n. 1, p. 123-134, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2011.6063997.

ERROUISSI, R.; AL-DURRA, A.; MUYEEN, S. M.; LENG, S. Continuous-time model predictive control of a permanent magnet synchronous motor drive with disturbance decoupling. IET Electric Power Applications, v. 11, n. 5, p. 697-706, 2017. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2016.0499.

ERROUISSI, R.; OUHROUCHE, M.; CHEN, W.-H. Robust nonlinear predictive control of a permanent magnet synchronous motor. In: ANNUAL CONFERENCE ON IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY (IECON 2012), 38., 2012, Montreal. Proceedings […]. Montreal: IEEE, 2012. p. 5057-5064. DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2012.6388980.

GRACIOLA, C. L.; GOEDTEL, A.; CASTOLDI, M. F.; GENTIL, M. G.; SOUZA, W. A.,; VITOR, A. L. O. An efficiency study of a three-phase induction motor through predictive control strategies. In 2023 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRY APPLICATIONS (INDUSCON), 15., 2023, São Bernardo do Campo. Proceedings […]. São Bernardo do Campo: IEEE, 2023, p. 899-905. DOI: https://doi.org/ 10.1109/INDUSCON58041.2023.10374754.

HABIBULLAH, M.; LU, D. D.-C.; XIAO, D.; RAHMAN, M. F. A simplified finite-state predictive direct torque control for induction motor drive. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 63, n. 6, p. 3964-3975, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2519327.

KOSTOV, K.; ENEV, S.; FNAIECH, F.; TODOROV, A. Position control of induction motors by exact feedback linearization. Cybernetics and Information Technologies Bulgarian Academy of Sciences, v. 8, n. 1, p. 34-43, 2008. Disponível em: https://cit.iict.bas.bg/CIT_08/v8-1/34-43.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

MAYA, P.; LEONARDI, F. Controle essencial. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2011.

MERABET, A. Nonlinear model predictive control for induction motor drive. In: ZHENG, T. (ed.) Frontiers of model predictive control. London: IntechOpen, 2012. p. 109-130. DOI: https://doi.org/10.5772/37639.

NEMA, B.; TOMAR, S. A comprehensive review of induction motors: Principles, control techniques, and applications. Research Journal of Engineering Technology and Medical Sciences, v. 7, n. 1, 2024. Disponível em: http://www.rjetm.in/RJETM/Vol07_Issue01/A%20Comprehensive%20Review%20of%20Induction%20Motors_Principles,%20Control%20Techniques,%20and%20Applications.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

NGUYEN, A. T.; RYU, S.-W.; REHMAN, A. U.; CHOI, H. H.; JUNG, J.-W. Improved continuous control set model predictive control for three-phase CVCF inverters: fuzzy logic approach. IEEE Access, v. 9, p. 75158-75168, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3081718.

NORAMBUENA, M.; GARCIA, C.; RODRIGUEZ, J. The challenges of predictive control to reach acceptance in the power electronics industry. In: 2016 POWER ELECTRONICS AND DRIVE SYSTEMS TECHNOLOGIES CONFERENCE (PEDSTC), 7., 2016, Tehran. Proceedings […]. Tehran: IEEE, p. 636-640. DOI: https://doi.org/10.1109/PEDSTC.2016.7556934.

ROSA, F. C.; BIM, E. A constrained non-linear model predictive controller for the rotor flux-oriented control of an induction motor drive. Energies, v. 13, n. 15, 3899, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/en13153899.

ROSA, F. C.; LIMA, F.; FUMAGALLI, M. A.; BIM, E. Evolving fuzzy controller applied in indirect field oriented control of induction motor. In 2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL TECHNOLOGY (ICIT), 2016, Taipei. Proceedings […]. Taipei: IEEE, 2016. p. 1452-1457. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT.2016.7474972.

TAPIA-OLVERA, R.; VALDERRABANO-GONZALEZ, A.; BELTRAN-CARBAJAL, F. Efficient adaptive regulation strategy for control position of induction motors. IEEE Access, v. 12, p. 38512-38524, 2024. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3375346.

VALENCIA, D. F.; TARVIRDILU-ASL, R.; GARCIA, C.; RODRIGUEZ, J.; EMADI, A. A review of predictive control techniques for switched reluctance machine drives. Part I: fundamentals and current control. IEEE Transactions on Energy Conversion, v. 36, n. 2, p. 1313-1322, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2020.3047983.

ZANELLI, A.; KULLICK, J.; ELDEEB, H. M.; FRISON, G.; HACKL, C.; DIEHL, M. Continuous control set nonlinear model predictive control of reluctance synchronous machines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, v. 30, n. 1, p. 130-141, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2020.3043956.

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Publicado

2025-01-29

Como Citar

ROSA, F. C.; FERREIRA, G. L.; ASATO, O. L. Controlador preditivo não linear aplicado ao controle de posição de motores de indução trifásico. Revista Principia, [S. l.], v. 62, 2025. DOI: 10.18265/2447-9187a2025id8681. Disponível em: https://periodicos.ifpb.edu.br/index.php/principia/article/view/8681. Acesso em: 12 fev. 2025.

Edição

Seção

Engenharias IV - Engenharia Elétrica - Sistemas de Controle, Automação e Robótica