Diseño e implementación de un dispositivo de interfaz, adquisición y control para un emulador eólico

Abstract

Este proyecto parte del trabajo previo en la implementación de un controlador PID para un emulador eólico. Dicho emulador esta formado por un generador DC, conectado mecánicamente a un motor asíncrono, donde la velocidad de dicho motor AC es controlada por un variador de frecuencia, y la corriente y el voltaje de salida son sensados. El sistema fue implementado previamente utilizando una tarjeta de adquisición (DAQ) y el software SimuLink. El proyecto consiste en la implementación de un dispositivo de control “Standalone”; es decir, independiente de software externo. Debido a esto, se contempla el desarrollo de un prototipo funcional del sistema, el cual debe ser capaz de realizar apropiadamente el control de la potencia de salida del emulador. Además, el sistema debe permitir la modificación de las constantes del PID y la consigna, la cual se ingresa en forma de perfil de viento en un archivo CSV. Se eligió la Raspberry Pi 3B+ como la plataforma a utilizar, y se le añadieron módulos ADC y DAC, ADS1115 y MCP4725 respectivamente, para su acople con el sistema a controlar. Luego de implementar el sistema, se validó que este controla la potencia según el perfil o consigna vigente. Por otro lado, para los parámetros previamente validados, la acción de control se ve retrasada y la potencia controlada oscila alrededor de la consigna. Esto se debe al retraso, producto de la implementación de filtros digitales en la adquisición de datos de los sensores analógicos. Dicho retardo modifica las características del sistema el cual requiere un rediseño de los parámetros para su correcto funcionamiento.

This project is based on previous work in the implementation of a PID controller for a wind emulator. Said emulator is formed by a DC generator, mechanically connected to an asynchronous motor, where the speed of said AC motor is controlled by a frequency converter, and the current and the output voltage are sensed. The system was previously implemented using an acquisition card (DAQ) and SimuLink software. The project consists of the implementation of a “Standalone” control device; that is, independent of external software. Due to this, the development of a functional prototype of the system is contemplated, which must be able to properly control the output power of the emulator. In addition, the system must allow the modification of the PID constants and the setpoint, which is entered as a wind profile in a CSV file. The Raspberry Pi 3B + was chosen as the platform to be used, and ADC and DAC, ADS1115 and MCP4725 modules were added respectively, for coupling with the system to be controlled. After implementing the system, it was validated that it controls the power according to the current profile or setpoint. On the other hand, for the previously validated parameters, the control action is delayed and the controlled power oscillates around the setpoint. This is due to the delay, due to the implementation of digital filters in the acquisition of data from analog sensors. Said delay modifies the characteristics of the system which requires a redesign of the parameters for its correct operation.