Estimación de la posición y alternativas de control de sistemas de cojinetes magnéticos

Resumen

En muchas aplicaciones industriales, se pierde mucha energía debido a la fricción entre las partes fijas y las móviles al utilizar cojinetes convencionales. Esta fricción limita la velocidad de movimiento relativo y la precisión del mismo, además de necesitar una lubricación periódica. Sin embargo, una alta velocidad y precisión son requisitos fundamentales en muchas aplicaciones industriales. Estos requisitos, además de la necesidad de reducir el consumo energético, han llevado a la búsqueda de alternativas. Los sistemas basados en el uso de cojinetes magnéticos cumplen estos requisitos, puesto que no requieren lubricación, y permiten alcanzar velocidades y precisiones más elevadas. En la configuración de cojinetes magnéticos con movimiento rotativo, existen diferentes topologías, que a su vez pueden condicionar el diseño del sistema de control. En esta tesis se analizan y comparan las diferentes topologías existentes. Estas comparaciones se realizan con diferentes restricciones, tanto en el tamaño como en la capacidad de carga y en las pérdidas eléctricas. Se analiza también la distribución de las fuerzas magnéticas que se puede generar con cada topología y el efecto de los desplazamientos del rotor en la generación de la fuerza magnética. Desarrolla modelos matemáticos de los diferentes subsistemas de un cojinete magnético. Se realizan simulaciones del modelo del sistema aplicando diferentes estrategias del control. Se analiza el funcionamiento del sistema de control tanto en el seguimiento de referencias como en el rechazo de perturbaciones. Se analizan métodos para la estimación de posición sin sensor y desarrolla un método basado en la inyección de una señal de alta frecuencia. Finalmente, presenta resultados experimentales hechos en el laboratorio utilizando un prototipo de un cojinete magnético radial.