Desarrollo de un controlador de velocidad de un motor de imanes permanentes utilizando técnicas de realización rápida de prototipos

Developing speed control for a permanent magnet DC motor using rapid control of prototyping techniques

Prácticamente todo desarrollo de ingeniería sobre sistemas de control suele ser analizado mediante simulación para prever su desempeño. Sin embargo, no se debe dejar de tener en cuenta que el destino final del algoritmo será su aplicación en un sistema de tiempo real. Utilizando como herramientas de desarrollo una placa con tecnología DSP y el Simulink con RTW, se pueden realizar simulaciones en tiempo real (es decir, la simulación interactúa con la planta física). Para poder apreciar las considerables ventajas que brindan estas herramientas se ha planteado ensayar un lazo de control de velocidad a un motor de corriente continua de imanes permanentes.

Introducción

El objetivo de este documento es mostrar las ventajas que se tienen al trabajar con herramientas de desarrollo basadas en tecnología DSP (Digital Signal Processor). Entre ellas se encuentran: potencialidad, gran eficiencia y versatilidad para el desarrollo de modernas técnicas de control. Su alto desempeño permite hacer simulaciones en tiempo real, así como ensayar los algoritmos de control directamente sobre el equipamiento (Rossi, Cano et al., 2004).

Esta tecnología plantea un campo fértil para resolver el control de máquinas, donde los algoritmos de las estrategias de comando se plantean en lenguajes de alto nivel y son alojados y ejecutados en tiempo real en la placa. En aquellos accionamientos en los que era necesario controlar la velocidad con cierta precisión  o  se  requería  una buena respuesta dinámica, se utilizaban máquinas de corriente continua, a pesar de sus mayores inconvenientes (por ejemplo, requerir continuo mantenimiento).

La evolución de la tecnología de los dispositivos de potencia y el desarrollo de sistemas de control digital de gran potencia  computacional (construidos con tecnología DSP) permite producir controladores que compitan tanto en costo como en desempeño con los controladores de los motores de corriente continua. Utilizando como herramientas de desarrollo una placa con tecnología DSP y el RTW (Real Time Workshop) de Matlab (Dspace, 2008; Mathworks, 2010) es posible establecer dos enfoques para ensayar  estrategias  de  control. Uno de ellos se conoce como  simulación  HIL  (Hardware  In  the  Loop) y consiste en utilizar la placa para alojar los algoritmos que simulen en tiempo real el comportamiento  de la planta,  mientras  que el controlador a ensayar es un prototipo físico (circuito real).

El otro se conoce como simulación RCP (Rapid Control Prototyping), consistente en utilizar la placa para alojar los algoritmos que simulen en tiempo real el comportamiento del controlador a ensayar, mientras que la planta es un sistema real. En este trabajo se optó por el enfoque que se plantea en la simulación RCP, utilizando como controlador a probar un lazo de control de velocidad para un motor de corriente continua de imán permanente. En cuanto a la estrategia de control, se utilizó el control por lazo de histéresis (Hoyos, Taborda et al., 2007).