Hoy en día, la industria de la automoción se encuentra envuelta en la búsqueda de soluciones que permitan la reducción de los gases de efecto invernadero producidos por los vehículos. En este sentido, una extensiva investigación en sistemas de propulsión eficientes, económicos, optimizados y fiables es necesaria para cumplir con dichos objetivos.

Las máquinas eléctricas se pueden considerar como uno de los elementos más relevantes del sistema de propulsión de un vehículo eléctrico. Estas máquinas deben cumplir una serie de características particulares, tales como elevadas densidades de potencia y par, alta eficiencia y capacidad tolerante a fallos. Por ello, las máquinas síncronas de imanes permanentes son la tecnología predominante en los vehículos eléctricos e híbridos actuales. Sin embargo, su alta densidad de potencia se logra mediante la incorporación de tierras raras, cuyo uso deriva en problemas económicos, medioambientales y políticos. Por lo tanto, se está investigando en tecnologías alternativas, tales como las máquinas de reluctancia síncrona asistidas por imanes.

En relación a estas máquinas síncronas, el desarrollo de estrategias de control de par eficientes y fiables es de gran importancia. Debido a los requisitos de optimización de volumen, estas máquinas sufren de una alta saturación magnética. Por ello, el control requiere un modelo electromagnético preciso de la máquina. Sin embargo, es muy común contar con diferencias entre los modelos de máquina basados en elementos finitos y los prototipos reales, debido a tolerancias de fabricación, variaciones debidas a la temperatura de operación y envejecimiento, dando como resultado variaciones significativas en los parámetros. Dado que las estrategias de control convencionales tienen una gran dependencia de parámetros, es posible que se produzca una eventual pérdida de controlabilidad de la máquina en modo debilitamiento de campo. Adicionalmente, como la tolerancia a fallos se considera también crucial en la industria del vehículo eléctrico, las soluciones que permitan el retorno del vehículo, en modo degradado, cuando ocurre una determinada falta generan gran interés, tal y como se constata en la literatura científica.

En esta tesis se revisa, de forma general, el sistema de propulsión de un vehículo eléctrico. Posteriormente, se estudian las distintas tecnologías de motor y estrategias de control de par. Una vez se presenta un modelo electromagnético detallado de una máquina síncrona de tres fases (incluyendo saturación magnética), se detallan aspectos de control deslizante.

Una vez realizado el estado del arte correspondiente, esta tesis propone dos nuevas soluciones de control de debilitamiento de campo que mejoran la robustez de las estrategias de control convencionales utilizadas por la industria. Estas técnicas se basan en la combinación de un algoritmo VCT junto con la técnica de generación de referencias basada en LUT. Las estrategias propuestas realizan un control pseudo-óptimo del motor cuando la desviación de parámetros es significativa, garantizando un adecuado funcionamiento en régimen de debilitamiento de campo, mientras que las consignas originales de las LUTs se mantienen cuando la desviación de parámetros no pone en riesgo la controlabilidad del sistema.

Por otro lado y considerando la importancia de la tolerancia a fallos en el sector automoción, este trabajo propone una nueva estrategia de control sensorless que permite operar el vehículo en modo degradado ante fallos de resolver o encoder. Esta estrategia combina una PLL, la cual realiza la estimación de ángulo a medias y altas velocidades, junto con un algoritmo de inyección de alta frecuencia (HFI), el cual permite una correcta estimación del ángulo a bajas velocidades y en parado. El trabajo se centra en una técnica robusta que asegura transiciones suaves entre la técnica PLL y HFI. La estrategia propuesta se combina perfectamente con la nueva aproximación de control VCT/LUT, dotando al sistema de la capacidad de vuelta al taller necesaria.

Se presentan resultados de simulación, además de resultados experimentales en una máquina de reluctancia síncrona asistida por imanes de 51 kW, demostrando la validez de las estrategias propuestas.