Identificación de Parámetros y Control de Velocidad de un Motor BLDC de Pequeña Escala: Validación Experimental y Control PI en Tiempo Real con Filtrado de Paso Bajo
Autores: Abouseda, Ayman Ibrahim; Doruk, Resat Ozgur; Amini, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Identificación de Parámetros y Control de Velocidad de un Motor BLDC de Pequeña Escala: Validación Experimental y Control PI en Tiempo Real con Filtrado de Paso Bajo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Motor de corriente continua sin escobillas
Parámetros
Modelado
Control en tiempo real
Validación experimental
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un enfoque estructurado y experimentalmente validado para la identificación de parámetros, modelado y control de velocidad en tiempo real de un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC). Los parámetros eléctricos, incluyendo resistencia e inductancia, se midieron a través de pruebas de CC y CA bajo condiciones controladas, respectivamente, mientras que los parámetros mecánicos y electromagnéticos, como la constante de fuerza electromotriz (EMF) de retroceso y la inercia del rotor, se determinaron experimentalmente utilizando un dinamómetro AVL. La EMF de retroceso se obtuvo operando el motor como generador a diferentes velocidades, y la inercia se identificó utilizando un método de desaceleración basado en la relación entre la aceleración angular y el par. Los parámetros identificados se utilizaron para construir un modelo de función de transferencia del motor, que se implementó en MATLAB/Simulink R2024b y se validó contra datos experimentales en tiempo real utilizando señales de entrada sinusoidales y exponenciales. La comparación entre las respuestas de velocidad simuladas y medidas mostró una fuerte concordancia, confirmando la precisión del modelo. Se desarrolló e implementó un controlador proporcional-integral (PI) para la regulación de velocidad, utilizando un sistema de adquisición de datos (DAQ) National Instruments (NI) USB-6009 de bajo costo y un controlador Kelly. Se integró un filtro de paso bajo de primer orden en el bucle de control para suprimir perturbaciones de alta frecuencia y mejorar el rendimiento transitorio. Las pruebas experimentales utilizando un perfil de velocidad de referencia escalonado demostraron un seguimiento preciso, un mínimo sobreimpulso y un funcionamiento robusto. Aunque las técnicas de modelado y control aplicadas son bien conocidas, la novedad de este trabajo radica en su integración de identificación de parámetros experimental, validación en tiempo real e implementación de hardware práctico dentro de un marco unificado y replicable. Este enfoque proporciona una base sólida para estudios futuros que involucren estrategias de control más avanzadas o adaptativas para motores BLDC.
Descripción
Este documento presenta un enfoque estructurado y experimentalmente validado para la identificación de parámetros, modelado y control de velocidad en tiempo real de un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC). Los parámetros eléctricos, incluyendo resistencia e inductancia, se midieron a través de pruebas de CC y CA bajo condiciones controladas, respectivamente, mientras que los parámetros mecánicos y electromagnéticos, como la constante de fuerza electromotriz (EMF) de retroceso y la inercia del rotor, se determinaron experimentalmente utilizando un dinamómetro AVL. La EMF de retroceso se obtuvo operando el motor como generador a diferentes velocidades, y la inercia se identificó utilizando un método de desaceleración basado en la relación entre la aceleración angular y el par. Los parámetros identificados se utilizaron para construir un modelo de función de transferencia del motor, que se implementó en MATLAB/Simulink R2024b y se validó contra datos experimentales en tiempo real utilizando señales de entrada sinusoidales y exponenciales. La comparación entre las respuestas de velocidad simuladas y medidas mostró una fuerte concordancia, confirmando la precisión del modelo. Se desarrolló e implementó un controlador proporcional-integral (PI) para la regulación de velocidad, utilizando un sistema de adquisición de datos (DAQ) National Instruments (NI) USB-6009 de bajo costo y un controlador Kelly. Se integró un filtro de paso bajo de primer orden en el bucle de control para suprimir perturbaciones de alta frecuencia y mejorar el rendimiento transitorio. Las pruebas experimentales utilizando un perfil de velocidad de referencia escalonado demostraron un seguimiento preciso, un mínimo sobreimpulso y un funcionamiento robusto. Aunque las técnicas de modelado y control aplicadas son bien conocidas, la novedad de este trabajo radica en su integración de identificación de parámetros experimental, validación en tiempo real e implementación de hardware práctico dentro de un marco unificado y replicable. Este enfoque proporciona una base sólida para estudios futuros que involucren estrategias de control más avanzadas o adaptativas para motores BLDC.