

\chapter{\MakeUppercase{Dados da plataforma experimental}} \label{ap:dados}

Neste apêndice, apresentam-se informações gerais sobre a plataforma experimental. 

Para os resultados experimentais, utilizou-se o \ingles{kit} TWR-56F8400 da Freescale Semiconductor. Tal \ingles{kit} contém uma placa de controle e uma placa de potência, além de um motor BLDC. As placas se comunicam através de dois barramentos conhecidos como \ingles{elevators}. Assim, o controlador digital de sinais utilizado se localiza na placa de controle e o inversor trifásico encontra-se na placa de potência.\\

\sectionx{Controlador Digital de Sinais MC56F84789}

Para programação da estratégia de controle proposta, foi utilizado o controlador digital de sinais MC56F84789\footnote{Um controlador digital de sinais, segundo a definição da fabricante, é um dispositivo embarcado híbrido entre microcontroladores e processadores digitais de sinais (PDS). Assim, esse dispositivo apresenta periféricos de microcontroladores e  núcleo de PDSs.}, produzido pela empresa Freescale Semiconductor. A Tabela~\ref{tab:DSC} apresenta uma relação com as principais características desse dispositivo embarcado.

\begin{table}[!h]
\caption{Relação das principais características do MC56F84789} \label{tab:DSC}
\begin{tabular}{c|c} \hline
Frequência de barramento principal &100 MHz \\ \hline
Máxima capacidade de instruções por segundo & 100 MIPS \\\hline
Número de \ingles{bits} do barramento principal de instruções & 32 \ingles{bits} \\\hline
Memória de programa do tipo \ingles{flash} & 256 kByt \\\hline
Canais de PWM & até 24 canais \\\hline
Módulos conversores analógico/digital 12 \ingles{bits} & 2 com 8 canais cada \\\hline
Módulos conversores analógico/digital 16 \ingles{bits} & 1 com 8 canais \\\hline
Conversor digital analógico & 1 de 12 \ingles{bits} \\\hline
Periféricos de comunicação  &  3 QSCIs \\
&  3 QSPIs \\
& 2 IIC/SMBus \\
&  1 FlexCAN  \\\hline
\end{tabular} \footnotesize \justify 
Fonte: produção do autor.
\end{table}

Esse dispositivo embarcado é de ponto fixo, sendo que o compilador é capaz de emular a lógica de ponto flutuante, quando a programação é realizada na linguagem~C. Entretanto, o uso do ponto flutuante consome muita capacidade de processamento, demandando uma quantidade muito elevada de instruções para operações simples.

Em virtude dessa dificuldade, a fabricante disponibiliza um tipo de dado nativo para esse controlador, conhecido como fracionário. Esse tipo possui variáveis de 16 e 32~\ingles{bits}. O tipo fracionário representa dados numéricos com valor entre [-1;0,9999] para variáveis de 16~\ingles{bits}. Assim, a resolução mínima de um dado representado com esse tipo é o valor de 0,0003 que equivale a representação decimal~1. Essa dificuldade de resolução obrigou o uso de variáveis de 32~\ingles{bits} para funções de acumulação. 

As instruções ligadas ao tipo de dado fracionário, na unidade lógica aritmética, são executadas em um ciclo de barramento e, normalmente, são capazes de realizar um acesso\footnote{Compreende-se "acesso" como escrita ou leitura de uma variável na memória RAM.} paralelo ou duas leituras de memória~RAM. Esse paralelismo só é realizado quando utiliza-se programação em linguagem Assembly.

As instruções que atuam sobre \ingles{bits} ou sobre o ciclo de programa consomem mais do que um ciclo de barramento. Isso explica porque a simples lógica de mudança de referência consume mais tempo de processamento do que o controlador preditivo não-linear em seu pior caso. 
  
\sectionx{Placa de potência}
A placa de potência chama-se TWR-MC-LV3PH. A mesma contém um inversor trifásico de 40~W, limitado em potência pela proteção de corrente e pela capacidade de dissipação de calor (feita pela própria placa). 

O interruptor de estado sólido utilizado pela placa, do tipo MOSFET, é o IRF540z, da International Rectifier. O mesmo possui capacidade de corrente máxima de 35~A e suporta máxima tensão entre dreno e fonte de 100~V. A resistência de condução desse interruptor é tipicamente 28,5~m$\Omega$.

A dificuldade maior relacionada ao uso dessa placa refere-se à medição de corrente. No circuito utilizado, o resistor \ingles{shunt} utilizado localiza-se após o interruptor inferior do braço. Dessa maneira, caso o interruptor superior (que transfere energia do barramento para a carga) esteja ativado, a medição de corrente torna-se nula. Isso pode acarretar a instabilidade do controlador. A fabricante recomenda realizar a medição quando o vetor $\vetor{0}$ é aplicado à carga. Isso é facilmente realizável no caso de um sistema de controle vetorial com modulação SVM-A. Contudo, para estratégias de controles do tipo DTC, esse tipo de sensoriamento é bastante dificultoso, uma vez que o próprio controlador escolhe qual vetor espacial é aplicado ao motor. 

\sectionx{Motores}

Neste trabalho, foram simulados dois motores diferentes para os estudos de caso. Ambos os motores estão localizados no Laboratório de Pesquisa em Acionamentos Elétricos (LAPAE), utilizado como ambiente de pesquisa no desenvolvimento desse trabalho. A Figura~\ref{fig:motBLDC} apresenta o motor simulado no primeiro estudo de caso. A Figura~\ref{fig:motBLAC} apresenta o motor simulado nos demais estudos de caso. Ambos os motores foram utilizados em um trabalho de mestrado anterior, desenvolvido por \citeonline{ANDRICH2013}.

\begin{figure}[!h]
\caption{Motor BLDC simulado no primeiro estudo de caso}\label{fig:motBLDC}
\includegraphics[width =  0.8\linewidth]{./Capitulos/FigApendice/motBLDC.jpg}\\ \footnotesize \justify
Fonte: produção do autor.
\end{figure}

\begin{figure}[!h]
\caption{Motor BLAC simulado nos dois últimos estudos de caso}\label{fig:motBLAC}
\includegraphics[width =  0.8\linewidth]{./Capitulos/FigApendice/motBLAC.jpg}\\ \footnotesize \justify
Fonte: produção do autor.
\end{figure}

Para a aplicação experimental, foi utilizado um motor BLDC integrante do \ingles{kit}. O motor é da fabricante chinesa LINIX, possui 40~W, com tensão nominal de 24~V, torque de 0,09~Nm e rotação de 4000~rpm. A Figura~\ref{fig:motPMSM} apresenta esse motor.

\begin{figure}[!h]
\caption{Motor BLDC utilizado para obtenção dos resultados experimentais}\label{fig:motPMSM}
\includegraphics[width =  0.8\linewidth]{./Capitulos/FigApendice/motPMSM.jpg}\\ \footnotesize \justify
Fonte: produção do autor.
\end{figure}

Os parâmetros desse motor são apresentados na Tabela~\ref{tab:par}.

\begin{table}[!h]
\caption{Parâmetros do motor utilizado experimentalmente} \label{tab:par}
\begin{tabular}{c|c} \hline
$\rs$ & 0,5~$\Omega$ \\ \hline
$\lss$ & 0,436~mH \\ \hline
$\bm$ & 26~$\mu$Nms \\ \hline
$\jm$ & 16~$\mu$Nms$^2$ \\ \hline
$\kex$ & 0,014~Vs/rad \\ \hline
$\np$ & 4 \\ \hline
\end{tabular} \footnotesize \justify 
Fonte: produção do autor.
\end{table}

A Figura~\ref{fig:kit} apresenta a plataforma experimental utilizada. Foi utilizado um motor CC de 3,3~V como taco-gerador. Como o mesmo não foi desenvolvido para essa função, utilizou-se um filtro analógico, passa-baixas, de primeira ordem, com frequência de corte de 24~Hz para redução do ruído gerado pelo motor.

\begin{figure}[!h]
\caption{Plataforma experimental}\label{fig:kit}
\includegraphics[width =  0.8\linewidth]{./Capitulos/FigApendice/kit2.jpg}\\ \footnotesize \justify
Fonte: produção do autor.
\end{figure}
