Análisis comparativo entre el control trapezoidal y el control FOC en motores BLDC utilizados en automóviles eléctricos

Abstract

La creciente demanda de vehículos eléctricos y los avances en infraestructura de carga han impulsado el desarrollo de sistemas de control más eficientes para la gestión de motores eléctricos. Sin embargo, la implementación de algoritmos de control en estos sistemas presenta desafíos en términos de consumo energético y uso de hardware dedicado, especialmente cuando se requiere optimizar los recursos computacionales. De los algoritmos implementados en vehículos eléctricos, uno de los que más demanda computacional presenta está relacionado con el control del motor, ya que implica el uso de operaciones matemáticas complejas y en tiempo real. Por ello, esta investigación se enfoca en diseñar con bloques de bajo nivel el control trapezoidal y el control FOC para un motor BLDC aplicado a un automóvil eléctrico. La validación se realizó por medio de simulaciones, para lo cual se diseñó la planta como un circuito inversor y un motor BLDC, se simularon ambos controles y se realizaron pruebas midiendo su desempeño en términos de respuesta en velocidad, torque, THD del torque, corrientes y voltajes. Los resultados muestran que el control FOC tiene una mejor respuesta dinámica que el control trapezoidal, además de permitir operar el motor en distintos rangos de velocidad. Esto posiciona al control FOC como una buena alternativa para aplicaciones de electromovilidad comparado con el control trapezoidal.

The growing demand for electric vehicles and advances in charging infrastructure have driven the development of more efficient control systems for electric motor management. However, the implementation of control algorithms in these systems presents challenges in terms of energy consumption and the use of dedicated hardware, especially when computational resources need to be optimized. Among the algorithms implemented in electric vehicles, one of the most computationally demanding is motor control, as it involves complex and real-time mathematical operations. Therefore, this research focuses on designing, using low-level blocks, both trapezoidal control and FOC control for a BLDC motor applied to an electric vehicle. Validation was carried out through simulations, in which the plant was modeled as an inverter circuit and a BLDC motor. Both control strategies were simulated, and their performance was evaluated in terms of speed response, torque, torque THD, currents, and voltages. The results show that FOC control exhibits better dynamic response than trapezoidal control and allows the motor to operate across different speed ranges. This positions FOC control as a suitable alternative for electromobility applications compared to trapezoidal control.