VEHÍCULO ELÉCTRICO CON CONTROL DIFUSO

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1 ehículo elécrico con conrol iuso EHÍCULO ELÉCRICO CON CONROL DIFUSO RESUMEN Ese proyeco planea el iseño y la implemenación e un sisema e conrol elecrónico para un vehículo elécrico, especíicamene lo reerene a un inversor esáico e bajo volaje conrolao meiane moulación por vecor e espacio, para generar las señales e poencia requerias por el moor; el sisema e conrol e la unia basao en un algorimo por lógica iusa y la visualización e las variables más imporanes, para una uura aplicación en el raspore e personas iscapaciaas, ánoles e esa manera la posibilia e ser más inepenienes y e reinegrarse a la sociea. Francisco José Garcés Uribe. Ing. Elecrónico. Universia Poniicia Bolivariana. Colombia. Darío Aruro Díez Ángel. Ing. Elecrónico. Universia Poniicia Bolivariana. Colombia. César Auguso Quinero allejo. Especialisa en Auomáica. Proesor e la Universia Poniicia Bolivariana. Colombia. Grupo invesigación Auomáica y Diseño AD. Universia Poniicia Bolivariana. Circular 1 # 7-1, Meellín Colombia. PALABRAS CLAES Inversor riásico, Moulación por ecor e Espacio, Conrol por Lógica Diusa. ABSRAC his projec consiss o he esign an implemenaion o an elecronic conrol sysem or an elecric vehicle, speciically wha is relae o a low volage inverer wih vecor space conrol, o generae he require power signals or he moor, he conrol sysem or he evice by means o a uzzy conrol algorihm, an he visualizaion 1

2 ehículo elécrico con conrol iuso o he mos relevan variables, or a uure applicaion on he ransporaion o hanicappe people giving hem he opporuniy o be more inepenen an resore o he sociey. KEYWORDS: hree-phase Inverer, Space ecor Moulaion, Fuzzy Conrol. 1. INRODUCCIÓN El objeivo e ese proyeco es esarrollar un sisema e conrol ópimo para un moor riásico e AC e bajo volaje que permia inciir sobre la velocia y el orque el mismo, ano así máxima auonomía a su uene e poer. Esá irigio a ormar pare e un auomóvil elécrico para personas con iscapaciaes morices, ánole a ésas mayor inepenencia y la posibilia e realizar aciviaes úiles para la sociea. El esarrollo uiliza écnicas moernas e conrol como la lógica iusa y la moulación por vecor e espacio, con el in e obener la mayor eiciencia posible en la uilización e los recursos energéicos. Es ambién un avance en la inusria el auomóvil elécrico, que puee conribuir a isminuir los ínices e conaminación en las ciuaes causaos por los gases óxicos que resulan e los combusibles ósiles uilizaos hasa el momeno por la gran mayoría e los vehículos.. DISEÑO.1 Parámeros e Diseño: Uno e los elemenos más imporanes el sisema es el moor. Ése será el encargao e ransmiir la poencia para lograr poner en movimieno el vehículo. La gran mayoría e los auomóviles elécricos en la acualia cuenan con moores e corriene ireca (D.C.), aa la acilia e su manejo, sin embargo en ese esarrollo se uiliza un moor e corriene alerna (A.C.), en lugar e un moor e corriene ireca como elemeno e ransmisión e movimieno ebio a las venajas que presena. Las más signiicaivas son: ser más pequeño que su homólogo e corriene ireca (D.C), permie el conrol ano e velocia como e orque, requiere menos manenimieno y prouce menos ruio elécrico. Es necesario que sea un moor a bajo volaje ebio a que el peso es un acor imporane a la hora e consruir un auomóvil, requirieno menos baerías con una mejor relación pesopoencia. Por lo ano para un moor e 48 volios AC y 1.5 H.P sólo se necesian os bloques, conecaos en paralelo, e 4 baerías e 1 volios, 7 AH conecaas en serie, lo que iiere en érminos e peso a la cania e baerías que se necesiaría para un sisema e alo volaje. Para el conrol el inversor se implemenó ecnología e Moulación por ecor e Espacio o Space ecor Moulaion (SM), manejaa por un algorimo basao en lógica iusa. SM es una e las úlimas ecnologías en la abricación e inversores esáicos ya que posee venajas como la baja isorsión armónica y la posibilia e generar volajes mayores a la uene e poencia el sisema meiane una écnica llamaa sobremoulación. El algorimo e conrol iuso, encargao el manejo e la moulación permie una ácil y rápia eición el comporamieno el sisema y respuesa aecuaa ane las caracerísicas no lineales e la plana. Es ambién una écnica e conrol que oma caa vez más uerza a nivel inusrial en el área one los méoos raicionales e conrol no son suicienes. Se implemenaron mecanismos e proección conra allos e sobre-carga y sobrecorriene para eviar posibles años en los componenes.. Inversor riásico e poencia: Consa e res pares e ransisores e poencia e ipo MOSFE, caa par esinao al manejo e una e las ases el moor. En la Figura 1 se muesra la conexión enre el inversor, la uene e poencia y el moor riásico. No se muesran las proecciones como usibles y sensores e corriene. Al puene inversor llegan las señales e conrol provenienes el microconrolaor por meio e isposiivos e inerase ópicos y e volajes que garanizan un aislamieno e seguria enre los isposiivos e poencia y los e conrol. Figura 1. Inversor riásico e volaje con carga en esrella balanceaa.

3 ehículo elécrico con conrol iuso. MODULACIÓN POR ECOR DE ESPACIO Un inversor es un isposiivo comúnmene empleao para variar la velocia en moores e A.C. o para proucir volajes riásicos a parir e una uene e D.C. consane. Dao que una señal e A.C. esá einia por os parámeros, ampliu y recuencia, es necesario esarrollar una esraegia que permia el conrol sobre esas os caniaes. En ese proyeco se ha esarrollao el méoo e moulación por espacio vecorial, o Space ecor Moulaion para el manejo e las señales e conmuación e los ransisores el puene inversor por presenar venajas signiicaivas sobre los emás méoos y por ser la ecnología líer en el mercao e los variaores moernos. Sin embargo, para lograr enener la moulación por espacio vecorial, es necesario conocer los méoos básicos para la generación e volajes senoiales en inversores. A coninuación se presena una inroucción a os e esos méoos: la moulación PWM simple y la moulación Seis Pasos..1 MODULACIÓN PWM SIMPLE La moulación por ancho e pulso (PWM) conrola el volaje promeio e salia en un períoo lo suicienemene pequeño 1, llamao períoo e conmuación, meiane la proucción e pulsos e ciclo e rabajo variable. Una ona riangular e ala recuencia, llamaa poraora, es comparaa con una señal senoial que represena la salia eseaa y enominaa señal e reerencia. En el momeno en el que la poraora es menor que la reerencia, un comparaor prouce una salia en alo que, si es llevaa a una rama e ransisores e un inversor, aciva el ransisor superior y esaciva el inerior por meio e una compuera negaora. En el caso opueso, cuano la poraora sea mayor que la reerencia, la salia el comparaor será una señal en bajo, esacivano el ransisor superior y acivano el inerior. 1 suicienemene pequeño inica que el períoo e conmuación es muy pequeño comparao con el períoo e la señal e salia e manera que el volaje e salia puee ser consierao igual al eseao. Figura. Generación e una señal PWM De manera que la magniu e la componene unamenal varía linealmene con la racción: m _ riangular MAGNIUD _ reerencia MAGINUD _ poraora Por lo ano es posible proucir un volaje senoial, cuya magniu y recuencia epenen e la variación e la magniu y recuencia e la señal e reerencia respecivamene. Sin embargo el volaje e ase máximo posible alcanzao con ese méoo es la mia el volaje e alimenación el puene inversor ao que m_riangular no puee ser superior a la unia. Para lograr el conrol e un moor riásico se necesiarían res isposiivos que generasen res señales PWM esasaas 1 graos para ormar caa una e las ases. El méoo e PWM puee resular venajoso ese el puno e visa operacional, ya que es ácil e consruir y requiere poca capacia e cálculo si se ha e implemenar con un sisema microconrolao, pero iene esvenajas como la elevaa isorsión armónica y el hecho e que no es posible uilizar compleamene la capacia e la uene el inversor, proucieno volajes e Linea-Linea e aproximaamene el 86% el volaje e D.C.. MODULACIÓN SEIS PASOS Para comprener la meoología e la moulación seis pasos, consiérese el inversor riásico mosrao en la Figura 1. Nóese que mienras el ransisor A esá encenio, el ransisor A- esá apagao y viceversa. De esa manera se puee olaje e ase se reiere al volaje meio enre una e las erminales el moor y el polo negaivo e la uene e alimenación el inversor. olaje Linea- Linea se reiere al volaje meio enre os e las erminales el moor

4 ehículo elécrico con conrol iuso aopar una noación para escribir el comporamieno el sisema. Por ejemplo, el esao cuano los ransisores A, B- y C- esán encenios (y por supueso A-, B y C apagaos) se puee represenar por la noación (, -, - ). El esao cuano los ransisores A-, B, C- esán encenios es por lo ano (-,, -). Usano esa noación consiérese la siguiene secuencia e esaos: (, -, -), (,, -), (-,, -), (-,, ), (-, -, ), (, -, ) Si el inversor opera con al secuencia se proucen los volajes línea-neuro mosraos en la Figura, aprovechano compleamene las capaciaes el inversor. La ampliu e la señal unamenal en ese ipo e moulación es en realia mayor que la uene e volaje que alimena al inversor. Desgraciaamene crea mayor cania e armónicos e bajo oren que no pueen ser ilraos por la inucancia el moor. α jβ Done j a e 1 ( a a a ) A B C (1) Los volajes e un sisema riásico balanceao se represenan en el marco e reerencia meiane un vecor e espacio e magniu consane, igual a la ampliu e los volajes, que roa con una velocia angular:. Como se vio en la moulación seis pasos un puene inversor riásico como el mosrao en la Figura 1 puee ener 8 esaos Esos esaos consan e os vecores nulos y seis vecores acivos, por lo ano SM busca aproximar el vecor roaorio e reerencia en caa ciclo meiane la conmuación enre los os esaos acivos más cercanos a ése y los esaos nulos. Por meio e ese méoo es posible incremenar la magniu el volaje máximo enregao a la carga aprovechano hasa un 9% e la capacia el inversor...1 GENERACIÓN DE LAS SEÑALES DE CONMUACIÓN EN PWM Figura. olajes Línea-Neuro en "moulación e seis pasos.. MODULACIÓN POR ESPACIO ECORIAL (SM) La moulación por espacio vecorial se basa en la represenación el volaje, en vecor e espacio, en un marco e reerencia esacionario. Daos los volajes ( a, b, c ), las componenes el vecor (α, β) se pueen obener e la ransormación: Si se consiera la misma noación para los esaos el inversor visa en la moulación seis pasos y se asume que el inversor riásico se encuenra en el esao (, -, - ), enonces los volajes e ase para las ases A, B y C respecivamene serán ( ½, -½, -½ ), sieno el volaje e la uene e ireca. De acuero con la einición e (1), ése puee ser represenao como el vecor espacial : 1 e j Repiieno esas consieraciones es posible emosrar la exisencia e os vecores nulos para los esaos (,, ) y ( -, -, - ), y seis vecores no nulos para los emás esaos. Luego, es ácil noar que los seis vecores no nulos, llamaos acivos, pueen ser represenaos por vecores espaciales e la siguiene orma: 4

5 ehículo elécrico con conrol iuso j ( k 1) k e () Done k es un enero en 1 y 6 y que orman un hexágono regular iviio en secores. la primera conición nula. Por ejemplo, si en un momeno eerminao, el vecor e reerencia se localiza en el secor 1, la secuencia e esaos ebe ser , mienras que para el secor 4 sería La columna verebral e SM es la combinación aecuaa e los esaos acivos y nulos para caa ciclo e moulación. Si se asume que k enoa la mia el iempo acivo el vecor k y que es la mia el iempo el esao nulo, los iempos acivos pueen ser evaluaos meiane las siguienes ecuaciones: s Figura 4. alores asumios por la moulación e seis pasos en SM. Deinieno un vecor espacial promeio en un períoo e conmuación s y asumieno que s es lo suicienemene pequeño, el vecor promeio puee ser consierao aproximaamene consane urane ese inervalo, generano así el comporamieno unamenal e la máquina. La écnica e SM coninua se basa en el hecho e que caa vecor enro el hexágono, puee ser represenao como una combinación e los os vecores espaciales acivos ayacenes y los vecores espaciales nulos y 7. De la Figura 4 se obiene que, asumieno enro el secor k, los vecores ayacenes acivos son k y k 1 en one k 1 asume el valor e 1 para k 6. Con el in e obener mejor esempeño armónico y menor recuencia e conmuación para los componenes e poencia, la secuencia es programaa e manera que la ransición e un secor al siguiene se a meiane la conmuación e sólo una e las ramas el inversor. al conición se a si la secuencia comienza con uno e los esaos nulos y los polos el inversor son conmuaos hasa que el siguiene esao nulo se alcance. Para complear el ciclo, la secuencia es reversaa, erminano con k k k 1 k k 1 7 k k k 1 () s k k 1 s (4) enieno en cuena que 7, que se asume consane y que k, k 1 son vecores consanes, la ecuación () se reuce a: s k k k 1 k 1 (5) Separano esa ecuación vecorial en sus componenes reales e imaginarios, e () se obiene: α β s cos k sin ( k 1) ( k 1) k cos k sin k 1 5

6 ehículo elécrico con conrol iuso cos sin ( k 1) k cos sin ( k 1) k k 1 k (6) Done k se eermina a parir el argumeno el vecor e reerencia al que: ( k ) 1 α k arg β (7) El requisio e mínimas conmuaciones por ciclo es alcanzao si en caa secor impar la secuencia e vecores aplicaos es: k 1 7 k 1 k k mienras que en secores pares, los vecores son aplicaos en oren inverso, o sea: k 1 k 7 k 1. Resolvieno el sisema planeao en (6) se obiene: k k s k sin sin k k cos α cos (8) ( k 1) ( k 1) 1 β El iempo oal e esao nulo puee iviirse arbirariamene enre los os esaos nulos, sin embargo resula más sencillo iviirlo en pares iguales para ambos vecores resula: y. De (4), ( ) s k k 1 7 (9) A manera e ejemplo se muesra el siguiene esquema para la conmuación en el secor 1. Figura 5. Señales PWM para vecor e reerencia en secor 1 Asumieno que se esea proucir un sisema e volajes e ase balanceaos, se es necesario que la rayecoria el vecor espacial corresponiene sea circular. Hacieno que: Re e j Re one ( cos( ) sin( ) ) es la magniu y es la recuencia angular e los volajes e ase eseaos, se iene e (8) que: k k 1 re s k sin sin k cos cos cos sin ( k 1) ( k 1) ( ) ( ) (1) y ao que cuano, el vecor e reerencia cae en el secor 1, por lo que la ecuación (1) se reuce a: 1 sin s ( ) sin (11) 6

7 ehículo elécrico con conrol iuso Los valores promeio e los volajes e ase el inversor son los siguienes: ( ) 1 1 s A 6 cos Re ( ) 1 1 s B 6 sin Re ( ) ( ) A C (1) Resolvieno análogamene la ecuación (1) para los emás secores se obiene: ( ) A 6 cos Re ( ) cos Re 6 cos Re 6 cos Re 4 ( ) cos Re cos Re 5 ( ) B A ( ) C 4 A (1) ( ) A es mosrao en la Figura 6. Figura 6. olaje e ase para SM ieal 7

8 ehículo elécrico con conrol iuso Evaluano los volajes e línea se iene: ( ) ( ) ( ) AB A B BC CA Re sin ( ) AB ( ) AB 4 para (14) Resulano ser volajes senoiales como era e esperarse... CAPACIDAD DEL INERSOR Y ECOR DE REFERENCIA El hexágono e la Figura 4 represena el rango e volajes que se pueen obener por meio e un vecor espacial. Meiane el proceso e SM es posible lograr cualquier volaje coninao enro el hexágono. El máximo volaje e ase que puee ser proucio por el inversor ocurre urane la ya mencionaa moulación seis pasos. Por meio el análisis e Fourier la magniu el volaje unamenal esá aa por: max( seis. pasos) 4 (15) Sieno el volaje el bus e D.C. Alcanzar al volaje requiere un aumeno en la isorsión armónica oal. Ya se había mencionao que, para una moulación PWM convencional, el volaje máximo posible esá ao por: max( pwm) (16) Es úil einir el ínice e moulación como la relación enre el pico e la unamenal eseaa y la unamenal máxima e salia en moulación seis pasos, o sea: m Re Max ( seispasos ) (17) Por lo ano para una moulación PWM convencional el ínice e moulación viene ao por: m.785 (18) Resulano que sólo el 78.5% e la capacia el inversor es aprovechaa. Si SM ha e proucir un sisema riásico balanceao e volajes senoiales e magniu re y velocia angular aos por: AN ( ) cos el vecor e espacio e reerencia viene ao por: [ cos( ) jsin( )] j e (19) () Por lo ano el vecor espacial e reerencia escribe una rayecoria circular e raio Re a una velocia angular en el plano complejo. Claramene el máximo volaje alcanzao uilizano la écnica e SM correspone al raio el máximo círculo que puee ser inscrio en el hexágono. al círculo es angencial a los punos meios e las líneas que conecan los ines e los vecores corresponienes a los esaos acivos. Así, el volaje máximo e ase viene ao por: max (1) De acuero con la einición e ínice e moulación inroucia aneriormene, el máximo ínice e moulación corresponiene es: 8

9 ehículo elécrico con conrol iuso m max ( con ) max max ( seis pasos ).96 () Como se puee apreciar, el máximo valor e la unamenal que puee ser obenio con SM es e cerca el 9.6% e la capacia el inversor, lo que represena un incremeno el 15% en comparación con la moulación PWM convencional. Por ora pare, e la ecuación 15, el volaje e línea máximo es: ˆ AB max Re max () Es posible incremenar el ínice e moulación hasa operación en seis pasos (m1) operano en SM isconinuo pero inroucieno mayor isorsión en las corrienes e línea. Esa écnica se enomina sobremoulación y consise en moiicar la magniu y/o el ángulo el vecor e reerencia... DEERMINACIÓN DEL SECOR Dao un vecor e reerencia arbirario α el ángulo e ase puee evaluarse meiane: Θ α j β arcan Θ [, ] β (4) Sin embargo, esa aproximación involucra las operaciones arcan(x), la ivisión y aicionalmene impone la conición e que α sea ierene e cero. ales iiculaes pueen ser superaas enieno en cuena que caa cuarane es compario por os secores. El cuarane en el que el vecor e reerencia se encuenra se puee hallar meiane el signo e las componenes real e imaginara. Una vez eerminao el cuarane, por ejemplo el 1, el vecor se encuenra en el secor 1 si: así: arcan β α β α an α (5) (6) e ora orma el vecor se encuenra en el secor. En nuesro caso esa conición se reuce a sen( ) cos( ), necesiánose sólo una muliplicación y unas cuanas comparaciones. De orma análoga, para el cuarane (con, > ) se iene el secor si: ó α < β arcan β α ( ) β α o secor e no cumplirse la conición anerior..4 SOBREMODULACION (7) (8) La Figura 7 es una represenación gráica el problema. En ella se muesra el secor uno el hexágono e la Figura 4. La sobremoulación es necesaria cuano el ínice e moulación (la longiu el vecor espacial) causa que la cabeza el vecor se localice por uera el hexágono..en la Figura 7, el iempo nulo,, sólo será negaivo si α 1 < α < α. Un simple méoo e sobremoulación es basao en el ángulo α el vecor como se muesra en la abla 6. 9

10 ehículo elécrico con conrol iuso aproximaamene 11% e la uene e alimenación el inversor. Los valores e α 1 y α se pueen eerminar examinano la Figura 7. α 1 /6 - δ α /6 δ one: δ acos ( 1 / ( 1/ ) / 4. SISEMA DE CONROL POR LÓGICA DIFUSA Figura 7. Descripción gráica e un ínice e moulación >.866 Ángulo e Re (α) Ángulo α 1 < α < α α α 1 < α < /6 α 1 /6 < α < α α abla 6. Ángulos e sobremoulación Cuano α es menor que α 1 SM puee esempeñarse normalmene uilizano y α ya que la cabeza el vecor se encuenra enro el hexágono y por lo ano será mayor a cero. Cuano α esá enre α 1 y /6, sería menor a cero. Para eviar eso SM se llevará a cabo uilizano α 1 y. Eso ará origen a un igual a cero. Cuano α esá enre /6 y α, e nuevo será menor a cero. Para eviar eso, SM se llevará a cabo uilizano α y. Una vez α sea mayor que α, SM puee coninuar normalmene. Ese méoo obviamene no prouce volajes línealínea y línea-neuro an "limpios" como en la SM normal, pero permie ínices e moulación por encima e.866 y provee al moor e un mayor volaje, Por supueso la isorsión armónica oal se incremena. Cuano el ínice e moulación es igual a uno (1), la sobremoulación prouce señales equivalenes a la "moulación e seis pasos". En ésa, la magniu e la recuencia unamenal es La herramiena e conrol uilizaa hace pare e las écnicas e conrol moerno y se basa en la lógica iusa para eerminar la salia hacia la plana. El conrol iuso ha sio e gran acepación en el meio ya que puee servir ano en sisemas lineales como en sisemas no lineales para planas iíciles e moelar o que presenen alinealiaes. El conrol implemenao consa e os enraas: el error y la erivaa el error, e una salia que eermina el incremeno o ecremeno en la ampliu e la señal senoial aplicaa al moor, e inernamene esá consiuio por una mariz e 11 reglas que se acivan e acuero a las coniciones e las enraas. El error en el insane es el resulao e la ierencia que exise enre la reerencia aa por el usuario por meio el mano e velocia y la velocia que presena el vehículo en ese insane, por lo ano: Error elocia e Reerencia elocia Real La erivaa el error en el insane es el resulao e la ierencia exisene enre el error acual ( Error ) y el error anerior ( Error -1 ). O sea que: Error Error Error -1 La unción el conrol iuso es regular la magniu el ínice e moulación Us el vecor e espacio e reerencia en la écnica SM, e orma que sea el mínimo posible para enregar el orque necesario con el in e manener la velocia e consigna. En oras palabras, manener la ampliu e la señal e poencia enregaa al moor an baja como se permia para economizar energía, pero manenieno la velocia el moor que ice la reerencia. En la abla se muesra la cuaniicación e los niveles e cereza para las enraas y la salia el conrolaor iuso. En la iguras 1 y 11 se puee 1

11 ehículo elécrico con conrol iuso apreciar la isribución e las unciones e membresía para las enraas y las unciones e membresía para la variable e salia respecivamene, presenano ésa úlima una isribución no uniorme con el in e mejorar la resolución e la salia en secores cercanos al puno e equilibrio. Cereza Equivalene numérico Alamene posiiva 5 Muy posiiva 4 Basane posiiva Meio posiiva Poco posiiva 1 Cero Poco negaiva -1 Meio negaiva - Basane negaiva - Muy negaiva -4 Alamene negaiva -5 abla. Cuaniicación e los niveles e cereza e las enraas y salia el conrol iuso. Figura 1. Disribución e las unciones e membresía para el error y para la erivaa el error. Figura 11. Disribución e las unciones e membresía para la salia el conrolaor. Meiane la mariz e reglas se eermina el comporamieno el conrolaor. Esa puee ser graicaa con respeco a las enraas el sisema conormano la supericie e conrol. Figura 1. Supericie e conrol el sisema La implemenación e un conrol ineligene capaz e opimizar el consumo e energía e las baerías ebe relejarse en un aumeno e la auonomía el sisema. Con el in e cuaniicar la mejora en el renimieno se realizó una prueba para enconrar la relación enre la auonomía e las baerías sin el conrol iuso implemenao y la auonomía e las mismas con el conrol acuano sobre la ampliu e la señal e salia. Con las baerías cargaas al máximo se ijó una consigna e velocia y con el conrol en lazo abiero se puso en marcha el moor sin carga apreciable. Como parámero para la meición e la auonomía se eligió el iempo que omaba el sisema en isminuir a un 6 por cieno la velocia el moor respeco a la velocia inicial e consigna. Las coniciones y resulaos para la prueba con el conrol en lazo abiero (máxima ampliu e la señal e salia) ueron: olaje inicial e las baerías: 51.. elocia e consigna: 17 R.P.M. elocia inal: 1 R.P.M. aprox. iempo A e uración e la prueba: 5.4 horas. olaje inal e las baerías: Por oro lao, las coniciones y resulaos para la prueba con el conrol en lazo cerrao (ampliu opimizaa por meio el conrol) ueron: olaje inicial e las baerías: elocia e consigna: 17 R.P.M. elocia inal: 1 R.P.M. aprox. iempo B e uración e la prueba: 7. horas. olaje inal e las baerías:

12 ehículo elécrico con conrol iuso Los resulaos aneriores permien hallar una relación enre el iempo que emora el sisema en isminuir su velocia e consigna a un 6 por cieno, anes y espués e implemenar el conrol ineligene. al relación se expresa como: M B A 7.hrs hrs. De lo anerior se puee concluir que la implemenación el conrol iuso aumenó en un 9.68% la auonomía el sisema. 5. SISEMA MICROCONROLADO Y HARDWARE El comporamieno el sisema esa gobernao por la unia microconrolaa que cuena con os procesaores e 8 bis e la amilia HC8 e Moorola. Uno e ellos se encarga exclusivamene e la visualización e las variables más relevanes, como la recuencia e reerencia, la recuencia e realimenación y el porcenaje e ampliu e volaje enregao al moor, y e la comunicación hacia un PC, meiane una inerase RS-, en caso e ser eseaa. El oro procesaor se encarga el conrol general el sisema: la generación e las señales que van a acivar el puene inversor aecuaamene, el conrol e la ampliu e la señal e salia que regula el orque el moor, el conrol e la recuencia e la senoial e salia que eermina la velocia el moor, las señales e proección y emás unciones el sisema. Los pulsos lógicos que van ese el microconrolaor hacia el puene inversor eben pasar por una circuiería inermeia que permia el aislamieno e los os sisemas. Es así como ésos pasan primero por circuios ipo buer que reuerzan las señales anes e ingresar a móulos opo-acoplaores e ala velocia para ar aislamieno y eviar que ruio elécrico o corrienes inversas ingresen al sisema e conrol provocano años en los pueros igiales. Luego el aislamieno ópico se reuerzan e nuevo las señales con circuios buer y se llevan a un circuio que va a general pulsos e ala energía para el isparo e los MOSFE y que a su vez crean una ierra virual para permiir el isparo e ésos con una sola uene e poer. La igura 1 muesra el iagrama en bloques el sisema esarrollao. Figura 1. Diagrama general en bloques el sisema Aicionalmene se cuena con proecciones para eviar años en los componenes ales como usibles e respuesa rápia en caa una e las ramas el inversor riásico, usibles en caa una e las ases el moor y un usible en caa uno e los erminales que van conecaos a las baerías. Aicionalmene se cuena con un isposiivo shun colocao en el bus e D.C., que sensa permanenemene la corriene que circula por el sisema y que eshabilia, por meio e una señal, las conmuaciones e oos los MOSFE en caso e presenarse un coro circuio enre los buses posiivo y negaivo e la uene o un exceso e corriene renaa por pare el moor. La señal inhibiora e pulsos es el resulao e la comparación e la corriene meia, raucia en volaje por meio el isposiivo shun, con un volaje límie. Cualquier meición por encima el volaje límie se raucirá en una señal que es recibia por el microconrolaor y por los circuios inegraos encargaos e isparar los MOSFE ano como resulao la suspensión oal e la secuencia e conmuación. 6. DESEMPEÑO DEL SISEMA Las siguienes gráicas muesran el comporamieno el sisema ane unciones escalón a la enraa. 1

13 ehículo elécrico con conrol iuso Coniciones e prueba: olaje el Bus DC: 48.1 Moor en vacío olaje el Bus DC: 48.1 Aumeno súbio e carga con reerencia consane Figura 14. Respuesa ane escalón ese el reposo Figura 16. Respuesa el sisema ane aumeno súbio e carga con reerencia consane. Coniciones e prueba: olaje el Bus DC: 48.1 Moor bajo carga consane Coniciones e prueba: olaje el Bus DC: 48.1 Disminución súbia e carga Figura 15. Respuesa ane escalón posiivo ese el reposo con carga Coniciones e prueba: Figura 17. Respuesa el sisema ane una isminución súbia e la carga con reerencia consane 7. APLICACIONES 1

14 ehículo elécrico con conrol iuso Aemás e la aplicación ya mencionaa, es ambién posible valerse e ese sisema en oras áreas ales como: - Auomóviles e carga en planas inusriales en one se requiera baja conaminación, cenros comerciales o almacenes. - Sisemas AG (Auonomous Guie ehicle) - Sisemas e vigilancia remoa. - Sisemas e ranspore masivo. - ariaores e velocia para banas o cinas ransporaoras. 8. CONCLUSIONES Por meio el esarrollo e ese rabajo se ha lograo un sisema inversor riásico basao en la écnica e moulación vecorial y conrolao meiane un conrol iuso implemenao con un microconrolaor para el conrol e un moor e inucción riásico, con las siguienes caracerísicas Moor a 48 volios AC y 1. caballos e uerza. Rango e recuencia enre y 1 Hz. elocia máxima el moor 85 RPM. Relación no lineal e la caracerísica volajerecuencia. Incremeno e hasa un % en la auonomía e las baerías con respeco a un sisema similar sin conrol e opimización. Conrol e sobrecarga. Regulación e orque y velocia. Inicación visual permanene e parámeros el sisema como son velocia e reerencia, velocia el moor, recuencia y ampliu el volaje. Inicación visual iilane y en isplay e avisos e alarma. Conrol e aceleración y esaceleración graual. Inversión e marcha. Auonomía promeio e horas meia con base en una péria el 1% e la velocia e consigna, uilizano un juego e 4 baerías en serie e 1 volios y 7. Ah caa una. La uilización e la écnica e Moulación por ecor e Espacio o Space ecor Moulaion (SM) para inversores riásicos, es una herramiena que permie maximizar las capaciaes e la uene el inversor, permiieno magniues e volaje superiores a las alcanzaas meiane moulaciones raicionales y isminuyeno la isorsión armónica e la señal proucia. Es por eso que SM es en la acualia el ipo e moulación más uilizao en los variaores inusriales a nivel munial. La lógica iusa, se ha vuelo más común gracias a sus venajas sobre oros méoos e conrol raicionales. Por meio e ella es posible lograr conrolaores que se ajusen a las caracerísicas y necesiaes e la plana, inclusive en sisemas no lineales, meiane la eición e la mariz e reglas. Un único conrol iuso puee manejar aecuaamene sisemas que normalmene requerirían más e un conrol raicional e ipo PI, PD, PID, u oro. La moulación por vecor e espacio conrolaa por lógica iusa ha permiio el aecuao manejo el sisema esarrollao en ese rabajo. Con la combinación e esas os écnicas ue posible la aminisración eiciene e la energía enregaa al puene inversor y permiir que sólo se uilice la poencia necesaria para manener la consigna eseaa. El sisema es esable, comporánose mejor cuano exise carga sobre él, sieno ése el esao normal al que se espera sea someio. Sin embargo es necesario consierar siuaciones en las que el isposiivo sea someio a poca carga, ya que exisen muchas posibiliaes para su uilización y iversos ipos e aplicaciones. El esarrollo permie el reemplazo e sus componenes por oros e mayor capacia ao el caso e requerir mayor poencia o mayor capacia e carga. Si se requiere un moor e mayor caballaje es posible acoplarlo cambiano los elemenos e isparo, las proecciones y, si es 14

15 ehículo elécrico con conrol iuso necesario, aumenano el número e baerías. En ningún momeno se requiere cambiar el algorimo e conrol, resulano ése un sisema que puee ser ácilmene aapable a ierenes ipos e necesiaes a nivel e poencia y renimieno. 6. BIBLIOGRAFÍA [1.] DIEZ Darío A Francisco Garcés. Diseño e implemenación e un sisema e conrol elecrónico para auomóvil elécrico. rabajo e Grao. UPB. Meellín.. 77p [.] ALENZUELA Darío. Principios básicos el inversor PWM. rabajo e Grao. UPB. Meellín p [.] PASSINO Kevin Sephen Yurkovich. Fuzzy Conrol. Aison Wesley. U.S.A p [4.] Página web [5.] Página web AUORES Francisco José Garcés Uribe. Ingeniero Elecrónico e la Universia Poniicia Bolivariana año. Acualmene se esempeña como ingeniero e esarrollo en la empresa ecnología Apropiaa La. Dirección: Cra.41 # 6 sur 67 eléono: Meellín Colombia raguri@homail.com Darío Aruro Díez Ángel. Ingeniero Elecrónico e la Universia Poniicia Bolivariana año. Acualmene se esempeña como ingeniero e proyecos en la empresa Ascom Colombia S.A. Dirección: Calle # 66-1 eléono: Meellín Colombia arioiez@homail.com César Auguso Quinero allejo Especialisa en Auomáica e la Universia Poniicia Bolivariana, año. Acualmene se esempeña como proesor e invesigaor en el grupo e invesigación en Auomáica e la Universia Poniicia Bolivariana. Dirección: Calle 51 # eléono: Iagüi Colombia cesarq@epm.ne.co Muy buenos ías, en esa hoja le inicamos los caliicaores para nuesro arículo. Muchas Gracias!!! Aenamene, Darío Aruro Díez Angel arioiez@homail.com Francisco Garcés Uribe raguri@homail.com 15

16 ehículo elécrico con conrol iuso Caliicaor Número 1 Luis Benigno Guierrez Zea PhD suen Elecrical an Compuer Engineering Georgia Insiue o echnology, Alana Georgia, lbguie@yahoo.com el: Caliicaor Número Manuel J. Beancur B. Esuiane Docorao en Ingenieria Coorinacion Auomaizacion O.1 E.1 Insiuo e Ingenieria UNAM Circuio exerior S/N Ciua Universiaria, COYACAN, C.P. 451 MEXICO, D.F. el: (5) (55) Fax: (5) (55) cel: (5)(4455) mbeancurb@iingen.unam.mx Davi Llanos R Conrol Engineering an Inelligen Sysems Group - exi Universiy o Girona - UG Av. Lluis Sanalo s/n. P-I 1771 Girona (Spain) Caliicaor Número Davi Alejanro Llanos Roríguez Ingeniero Elecrónico U.P.B. llanosr@eia.ug.es Esuiane e seguno año e ocorao en el programa e ecnologías e la Inormación; opción: Supervisión Expera y Conrol. Imparia en la Universia e Girona - España. hp://eia.ug.es Pereneciene al grupo Conrol Engineering an Inelligen Sysems Group -exi. inculao al proyeco e invesigación iulao "Supervisión Expera e la Calia el Servicio Elécrico"- SECSE hp://eia.ug.es/~secse/ Dirección: Universiy o Girona - UG Av. Lluis Sanalo s/n. P-I 1771 Girona (Spain)