Tecnologías sensorless aplicadas a la detección de posición y velocidad en motores DC

Definición y revisión

Los motores eléctricos son máquinas que transforman energía eléctrica en energía mecánica. Dentro de los variados tipos de motores eléctricos existentes, destacan los denominados motores de corriente continua, comúnmente denominados motores DC, siglas provenientes del inglés Direct Courrent, y los motores de corriente continua sin escobillas, comúnmente denominados motores Brushless o motores BLDC, por las siglas en inglés BrushLess Direct Current. Para medir en estos tipos de motores la posición o ángulo girado por el rotor y la velocidad de rotación, comúnmente se usan dos técnicas: (i) la medición de la posición y velocidad con sensores de posición que se añaden al motor, como sensores Hall o codificadores rotatorios, y (ii) la estimación de estas magnitudes a partir del procesado de las señales de corriente y/o voltaje del motor en su funcionamiento, técnicas comúnmente conocidas como técnicas sensorless.

Los motores eléctricos son un producto muy demandando, y la tecnología sensorless ahorra costes y aumenta la fiabilidad. Esta tecnología se lleva investigando desde hace muchos años, habiendo presentado un número muy elevado de métodos dentro de la misma. En motores DC, muchos de estos métodos se pueden agrupar en métodos basados en el modelo dinámico del motor (Scott, McLeish, and Round 2009), métodos basados en la componente ripple (Figarella and Jansen 2007), y métodos basados tanto en el modelo dinámico como en la componente ripple (Consoli et al. 2004). En los motores BLDC, muchos de estos métodos se pueden agrupar en métodos básicos directos (Jiang, Bi, and Huang 2005), métodos básicos indirectos (Takahashi et al. 1993), y métodos avanzados (Zaky et al. 2010).

Investigación realizada

En el año 2005 impartí docencia a Ernesto Vázquez Sánchez, el cuál destacó como alumno. Posteriormente, Ernesto me solicitó un proyecto final de carrera sobre algo relacionado con la electrónica, y le propuse investigar sobre tecnologías sensorless. Aceptó la propuesta realizando su proyecto final de carrera, y después de obtener su título de ingeniero, continuó investigando para conseguir el título de doctor. De forma casi simultánea, un ingeniero, José Carlos Gamazo Real, me comunicó su deseo de comenzar a investigar bajo mi dirección en algo relacionado con la electrónica, aunque sin interés de realizar una tesis doctoral, pues tenía que compaginar la investigación con su trabajo en una empresa privada. Le propuse investigar junto con Ernesto en tecnologías sensorless, y él aceptó mi propuesta. Ambos finalizaron ya sus respectivas tesis doctorales, ambas con contribuciones en el campo de la tecnología sensorless, en el caso de Ernesto aplicada a motores DC, y en el caso de José Carlos aplicada a motores BLDC.

Las aportaciones del grupo de investigación formado por Ernesto, Jose Carlos y yo fueron numerosas. Entre estas aportaciones destaca un artículo en Elektor, la cual es seguramente la revista de divulgación sobre electrónica más popular a nivel mundial que podemos comprar en soporte papel en los quioscos o librerías de los países más desarrollados. Este artículo fue publicado en castellano (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010c), inglés (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010f), francés (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010d), alemán (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010b), portugués (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010e) y holandés (Ernesto Vazquez-Sanchez and Gomez-Gil 2010a). También son destacables como aportación una patente nacional (2334551_B1), un artículo de congreso (E Vazquez-Sanchez, Gomez-Gil, and Rodriguez-Alvarez 2009), y tres artículos publicados en revistas con factor de impacto JCR (Ernesto Vazquez-Sanchez, Sottile, and Gomez-Gil 2017;    Jose Carlos Gamazo-Real and Gomez-Gil 2015;    José Carlos Gamazo-Real, Vázquez-Sánchez, and Gómez-Gil 2010).

Pero sin duda alguna nuestra aportación más importante en el área de las tecnologías sensorless fue un artículo en el que se presenta un nuevo método sensorless (ver Figura 1) para la estimación de velocidad y posición en motores DC empleando máquinas vector soporte (SVM, del inglés Support Vector Machines), publicado en la revista IEEE Transactions on Industrial Electroncis, cuyo prestigio queda reflejado en su índice de impacto de 5.16, y en su ranking de 1 de 59 de la categoría Automation & Control Systems (Vázquez-Sánchez et al. 2012).

Figura 1:  Diagrama de bloques de un de un método propuesto para detectar posición y velocidad en motores DC.