Análise computacional do controle de velocidade de um motor CC de ímã permanente acionado por chopper

Pedro Victor Coelho Uga; João Gabriel de Mendonça Teixeira; Davi Iwanow; Ana Júlia da Silva  Lima; Pedro Luca Teixeira Barbosa; Fernando Bento Silva

doi:10.18607/ES20261521807

Authors

Pedro Victor Coelho Uga pedro.uga@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0009-0001-1071-3050 http://lattes.cnpq.br/9288983582845841
João Gabriel de Mendonça Teixeira joao.teixeira29@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0009-0005-8808-3182
Davi Iwanow davi.iwanow@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0009-0007-4776-4103 http://lattes.cnpq.br/850645657822395
Ana Júlia da Silva Lima anajulia.lima@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0009-0005-2921-463X http://lattes.cnpq.br/7096981741834771
Pedro Luca Teixeira Barbosa pedrolucateixeirabarbosa@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0009-0009-1316-6919 http://lattes.cnpq.br/6779558831682469
Fernando Bento Silva fbentosilvaeel@ufu.br
Universidade Federal de Uberlândia https://orcid.org/0000-0001-9859-6516 http://lattes.cnpq.br/4149024608327617

DOI:

https://doi.org/10.18607/ES20261521807

Keywords:

Controller, Motor, Speed

Abstract

The aim of this work is to present a comprehensive computational analysis of the speed control of a permanent magnet direct current (PMDC) motor driven by a four-quadrant chopper for high-performance industrial applications. The paper provides a detailed mathematical modeling of the system, emphasizing the transient response characteristics and the motor dynamics under different operating conditions.

The design of the cascaded control architecture is thoroughly discussed, taking into account the physical limitations of the power converter. In addition, a systematic tuning procedure for the PI (Proportional–Integral) controllers of both the current and speed loops is presented. The pole-zero cancellation technique is employed to achieve effective loop decoupling while ensuring system stability and satisfactory dynamic performance.

Furthermore, advanced control strategies, including feedforward compensation of the back electromotive force (back-EMF) and an anti-windup mechanism to prevent integrator saturation, are incorporated into the control scheme. The computational results validate the effectiveness and robustness of the proposed system, demonstrating accurate reference tracking without overshoot, fast dynamic response, and excellent disturbance rejection capability under mechanical load variations.

Author Biographies

Pedro Victor Coelho Uga, Universidade Federal de Uberlândia

Graduando de Engenharia de Controle e Automação na Universidade Federal de Uberlândia(Uberlândia - MG, Minas Gerais)
João Gabriel de Mendonça Teixeira, Universidade Federal de Uberlândia

Graduando de Engenharia de Controle e Automação na Universidade Federal de Uberlândia(Uberlândia - MG, Minas Gerais)
Davi Iwanow, Universidade Federal de Uberlândia

Graduando de Engenharia de Controle e Automação na Universidade Federal de Uberlândia(Uberlândia - MG, Minas Gerais)
Ana Júlia da Silva Lima, Universidade Federal de Uberlândia

Graduanda de Engenharia Biomédica na Universidade Federal de Uberlândia(Uberlândia - MG, Minas Gerais)
Pedro Luca Teixeira Barbosa, Universidade Federal de Uberlândia

Graduando de Engenharia de Elétrica na Universidade Federal de Uberlândia(Uberlândia - MG, Minas Gerais)
Fernando Bento Silva, Universidade Federal de Uberlândia

Possui doutorado na área de dinâmica de sistemas elétricos (2018), mestrado na área de máquinas elétricas (2015) e graduação em engenharia elétrica na ênfase de sistemas de energia elétrica (2010), pela Universidade Federal de Uberlândia. Foi professor no departamento de engenharia elétrica da Universidade Federal de Ouro Preto no período de 2019 a 2022. Atualmente é professor na faculdade de engenharia elétrica da Universidade Federal de Uberlândia, no campus Santa Mônica. Desenvolve pesquisas nas seguintes áreas: máquinas elétricas (máquinas síncronas e de indução), controle aplicado a máquinas elétricas, dispositivos de potência e fontes renováveis de energia (desenvolvimento de reguladores de tensão para geradores síncronos e de indução, desenvolvimento e modelagem de filtros ativos e condicionadores de potência), qualidade da energia elétrica e centrais hidrelétricas (especificação de equipamentos eletromecânicos).