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IDEATE: Investigación y Desarrollo en Electrónica, Automática y Tecnologías Emergentes - Universidad de Sevilla

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Contacto:

- Francisco Colodro Ruiz: pcolr@us.es. Profesor Titular de la Universidad de Sevilla. Dpto. Ingeniería Electrónica.

- Juana María Martínez Heredia: jmmh@us.es. Profesora Titular de la Universidad de Sevilla. Dpto. Ingeniería Electrónica.

Líneas de investigación:

- Tecnología electrónica para aeronaves y vehículos aéreos no tripulados

- Control de máquinas eléctricas

- Convertidores de potencia con semiconductores de banda ancha (WBG)

- Modelado para la simulación, optimización, predicción y control

- Convertidores A/D y D/A. Convertidores Sigma-Delta

Producción científica y otra información:

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Proyectos de investigación finalizados

OPTIMIZACIÓN HOLÍSTICA DE SISTEMAS POLIFÁSICOS MEDIANTE CONTROL PREDICTIVO ADAPTABLE

OPTIMIZACIÓN HOLÍSTICA DE SISTEMAS POLIFÁSICOS MEDIANTE CONTROL PREDICTIVO ADAPTABLE

HOLISTIC OPTIMIZATION OF MULTI-PHASE SYSTEMS VIA ADAPTIVE PREDICTIVE CONTROL

Datos del proyecto:

Responsable: Manuel Ruiz Arahal

Tipo de Proyecto: Proyectos de Generación de Conocimiento 2021, modalidad: Investigación Orientada Tipo B

Fecha de Inicio: 1 sept 2022

Fecha de Finalización: 31 agos 2025

Referencia: PID2021-125189OB-I00

Empresa/Organismo financiador/es:

MICIU/AEI /10.13039/501100011033 y por FEDER, UE

Equipo

Equipo de Investigación: Manuel Ruiz Arahal, Federico José Barrero García, Alfredo Pérez Vega-Leal, Manuel Ángel Perales Esteve, José Luis Mora Jiménez, Juana María Martínez Heredia.

Equipo de Trabajo: Esteban Roncero, Sergio, Garrido Satué, Manuel.

Contratados

Técnicos: Marsal Pederzani, Luis Esteban, Hamdan, Mohamad Jouhad, Martinez Cantero, Nicolás Enrique

Palabras clave

Optimización, Eficiencia Energética, Control Predictivo, Máquinas Polifásicas, Control Adaptable.

Resumen

La aplicación de máquinas eléctricas a la industria ha crecido en las últimas décadas gracias al desarrollo de microprocesadores y convertidores de potencia, que facilitan su uso como sistemas de velocidad variable. Aunque las máquinas de tres fases son el caso más común, la comunidad científica ha estudiado recientemente el uso de máquinas polifásicas (con más de tres fases). Inicialmente, las ventajas intrínsecas de estas máquinas (polifásicas) ha sido el elemento motivador de los trabajos científicos. Estas ventajas son: mayor fiabilidad (con capacidad post-falta), mejor distribución de corriente entre fases y menor producción de armónicos en el convertidor de potencia.

Recientemente la aplicación del control predictivo al bucle interno en máquinas polifásicas ha abierto la puerta a nuevas mejoras con respecto al caso trifásico. La formulación simple del control predictivo y su alta flexibilidad han posibilitado la persecución de diferentes objetivos de control. En este contexto el grupo proponente ha realizado recientemente varios aportes que permiten introducir el concepto de optimización holística al terreno de la operación de las máquinas polifásicas. En concreto, se ha descubierto una ligazón entre indicadores de bondad que permite tratar la optimización multiobjetivo. Concretamente, es posible en la actualidad producir mayor rizado para reducir la frecuencia de conmutación en el inversor, lo cual tienen interés en alta potencia, o hacer justo lo contrario para disminuir el rizado, según convenga a la aplicación.

Aunque el concepto desarrollado puede aplicarse a diferentes objetivos, la propuesta presente se concentra en la eficiencia energética en la operación de la máquina. Los objetivos a completar son:

  1. Doble bucle predictivo.
  2. Función de coste adaptable.
  3. Modelado extendido.
  4. Optimización holística.
  5. Identificación práctica.
  6. Casos de estudio.
  7. Demostrador industrial.



Como parte de los trabajos, se ha adecuado una bancada existente para la medida de par. Esta bancada reside en los laboratorios de la Escuela Técnnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla. Además se ha construído una nueva bancada que constituye un demostrador industrial de los resultados obtenidos (véanse fotografías).

Tesis doctorales:

Avances en el control predictivo de motores de inducción polifásicos Marsal Pederzani, Luis Esteban, En curso.

Publicaciones en revistas JCR con revisión:

01. MG Satué, MR Arahal, MG Ortega, DR Ramírez A simple rotor current estimation method for predictive control of multi‐phase drives International Journal of Circuit Theory and Applications 50 (12), 4478-4491, 3 2022.

02. MR Arahal, F Barrero, MG Satué, C Martín, M Bermúdez Evolutionary gaps stator current control of multiphase drives balancing harmonic content IEEE Transactions on Industrial Electronics 71 (7), 6886-6893, 7 2023

03. MG Satue, MR Arahal, DR Ramirez, F Barrero Multi-phase predictive control using two virtual-voltage-vector constellations Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial 20 (4), 6 2023

04. MR Arahal, F Barrero, MG Satué, M Bermudez Fast finite-state predictive current control of electric drives IEEE Access 11, 12821-12828, 15 2023

05. MR Arahal, MG Satué, F Barrero, C Martín Online Adaptive Set of Virtual Voltage Vectors for Stator Current Regulation of a Six-Phase Induction Machine Using Finite State Model Predictive Controllers Applied Sciences 13 (7), 4113, 2 2023

06. MR Arahal, MG Satué, F Barrero, F Colodro Variable sampling period multi-phase predictive controller based on regions Control Engineering Practice 151, 106021, 2 2024

07. D Soto-Marchena, F Barrero, F Colodro, MR Arahal, JL Mora On-site calibration of an electric drive: A case study using a multiphase system Sensors 23 (17), 7317, 8 2023

08. F Colodro, JL Mora, F Barrero, MR Arahal, JM Martinez-Heredia Analysis and simulation of a novel speed estimation method based on oversampling and noise shaping techniques Results in Engineering 21, 101670, 12 2024

09. MR Arahal, MG Satué, JM Martínez-Heredia Multi-Phase Stator Current Tracking with Gradual Penalization of Commutations Applied Sciences 14 (14), 6005, 1 2024

10. MR Arahal, MG Satué, F Colodro, JM Martínez-Heredia Trade-Off Analysis of Drive Dynamics Considering Speed and Current Loops. Energies (19961073) 17 (15), 4 2024

11. MR Arahal, F Barrero, MG Satue, F Colodro Voronoi Multi-phase Predictive Current Control with Variable Application Times IEEE Transactions on Energy Conversion, 1 2024

12. F Barrero, MG Satué, F Colodro, MR Arahal Tuning of modern speed drives using IFOC: A case study for a five-phase induction machine Results in Engineering 24, 103145, 4 2024

13. MR Arahal, MG Satué, F Barrero Multi-phase weighted stator current tracking using a hyper-plane partition of the control set Control Engineering Practice 153, 106114, 3 2024

14. MG Satué, F Barrero, JM Martínez Heredia, F Colodro Concurrent AI Tuning of a Double-Loop Controller for Multi-Phase Drives Machines, 12, 12, 2024

15. MR Arahal, MG Satué, J Martínez‐Heredia, MA Perales‐Esteve Ensemble speed estimation in IFOC with transient detector IET Power Electronics 18 (1), e70007, 2025

16. M Laguna, E Marsal, F Colodro, JM M Heredia, MR Arahal Time Interleaving in the Analogue Circuitry of Oversampled Digital‐to‐Analogue Converters: Proof of Concept Electronics Letters 61 (1), e70280, 2025

17. MR Arahal, MG Satué, JM Martínez-Heredia, F Colodro An Improved Speed Sensing Method for Drive Control Sensors 25 (2), 515, 2025

18. F Colodro, JM Martinez Heredia, JL Mora, J Ramírez, AJ T Silgado Time-Interleaving Sigma-Delta Modulator based Digital-to-Analog Converter with time multiplexing in the analog domain. IEEE Transactions on Circuits and Systems. Part 2, 70, 2, 441-445, 2023.

19. MG Satué, MR Arahal, MG Ortega Pareto Analysis of Electro-Mechanical Variables in Predictive Control of Drives Machines 13 (2), 150, 202

20. MR Arahal, MG Satue, F Barrero, J Martinez-Heredia Model Reference Adaptive Predictive Current Control of Six-Phase Induction Machine IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2025

21. F Barrero, M Bermúdez, MR Arahal, I González-Prieto Predictive Current Control of a Five-Phase Drive Using a Lead-Pursuit Strategy and Virtual Voltage Vectors Applied Sciences 15 (10), 5604, 2025


Artículos en congresos

Método práctico para la estimación de parámetros en un intercambiador de calor. MG Satué, M Schiavo, MG Ortega, M Beschi, A Visioli, MR Arahal. Jornadas de Automática, 2024..

PIDA Control of Heat Exchangers. M Schiavo, M Beschi, MG Satué, MR Arahal, A Visioli. IEEE 29th International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, 2024. .

Bridging Time and Frequency for Low-Order, Model-Based PID Control. MG Ortega, M Vargas, MG Satué, MR Arahal, M. Berenguel. 4th IFAC Conference on Advances in Proportional-Integral-Derivative Control, 2024. .


Datos en abierto en repositorio

Experimental dataset on energy performance of a 5-phase induction motor under FSMPC control. Marsal Pederzani, Esteban, Barrero, Federico, Martínez Heredia, Juana María. DOI https://doi.org/10.12795/11441/175021 Licencia Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International..


(C) M. R. Arahal, ETSI, US, 2023.