Diseño e implementación de un controlador de posición de motor sin escobillas mediante control de campo orientado con sintonización por enjambre de partículas y evolución diferencial

Abstract

El uso de los motores sin escobillas en aplicaciones como vehículos eléctricos de baja potencia o sistemas industriales tiene especial relevancia debido a sus ventajas, como la eliminación de fricción de escobillas, una mayor densidad de potencia y una mejor eficiencia en comparación con motores DC convencionales. Estas características justifican la búsqueda de estrategias de control y métodos de optimización más eficientes y robustos. En este contexto, la presente investigación trata del diseño e implementación de un controlador de posición para motores sin escobillas, siendo una variable que abarca de manera intrínseca el control de velocidad y torque interno del motor. Así, constituye una aplicación más completa y demandante, que integra los lazos internos de corriente y velocidad. Para la sintonización se emplearon dos algoritmos estocásticos de optimización, el de enjambre de partículas (PSO) y el de evolución diferencial (DE). Implementados en tiempo real sobre una plataforma basada en una placa de microcontrolador STM32F405. Para limitar el espacio de búsqueda de los coeficientes del controlador, se usó una aproximación lineal del sistema y un análisis de estabilidad de dicha aproximación. Finalmente, ambos algoritmos lograron un desempeño competitivo. En promedio, se redujo el sobre impulso a menos del 0.6% y el error en estado estacionario a menos del 0.04%. La diferencia fue el número de generaciones que tardaron en llegar a su mejor valor, siendo más efectivo el PSO, con 21 iteraciones. Finalmente se evidencia la viabilidad de la optimización, y mejor rendimiento del PSO.