BRPI1001388A2

BRPI1001388A2 - sistema de controle para pistço de compressor linear ressonante, mÉtodo de controle para pistço de compressor linear ressonante e compressor linear ressonante

Info

Publication number: BRPI1001388A2
Application number: BRPI1001388-1A
Authority: BR
Inventors: Paulo Sergio Dainez
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-12-27
Also published as: CN102884321A; US9518578B2; JP5873075B2; KR20130090319A; WO2011137501A2; EP2568179B1; US9915260B2; DK2568179T3; US20130189119A1; ES2557464T3; US20170030345A1; JP2013525688A; EP2568179A2; WO2011137501A3; CN102884321B

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE PARA PISTçO DE COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE, MÉTODO DE CONTROLE PARA PISTçO DE COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE E COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE. A presente invenção refere-se a um sistema e a um método de controle para pistão de compressor linear ressonante (100) especialmente projetados para operar na sua máxima eficiência, sendo tal sistema capaz de acionar o dito compressor sem o uso de sensores para medir grandezas ou variáveis mecânicas. A presente invenção faz referência ainda a um método de controle para pistão de um compressor linear ressonante, cujas etapas permitem estimar a velocidade e o deslocamento do referido pistão, a fim de controlar de forma eficiente o motor do compressor. Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um compressor linear ressonante (100) dotado de um sistema de controle tal como pro- posto no objeto ora reivindicado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CONTROLE PARA PISTÃO DE COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE, MÉTODO DE CONTROLE PARA PISTÃO DE COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE E COMPRESSOR LINEAR RESSONANTE".

A presente invenção refere-se a um sistema de controle para pistão de compressor linear ressonante especialmente projetado para operar na sua máxima eficiência, sendo tal sistema capaz de acionar o dito com- pressor sem o uso de sensores para medir grandezas ou variáveis mecâni- cas.

A presente invenção faz referência ainda a um método de con- trole para pistão de um compressor linear ressonante, cujas etapas permi- tem estimar a velocidade e o deslocamento do referido pistão, a fim de con- trolar de forma eficiente o motor do compressor.

Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um compres- sor linear ressonante dotado de um sistema de controle tal como proposto no objeto ora reivindicado. Descrição do Estado da Técnica

Os compressores de pistão alternativos geram pressão com- primindo o gás no interior de um cilindro, por meio do movimento axial do pistão, de modo que o gás do lado de baixa pressão, também conhecida como pressão de sucção ou evaporação, entra no interior do cilindro através da válvula de sucção. O gás é então comprimido dentro do cilindro pelo mo- vimento do pistão, e após comprimido, sai do cilindro pela válvula de des- carga para o lado de alta pressão, também chamada de pressão de descar- ga ou condensação.

Especialmente para os compressores lineares ressonantes, o pistão é acionado por um atuador linear o qual é formado por um suporte e imãs que pode ser acionado por uma ou mais bobinas. O compressor linear ainda compreende uma ou mais molas as quais conectam a parte móvel (pistão, suporte e imãs) à parte fixa, sendo esta formada pelo cilindro, esta- tor, bobina, cabeçote e estrutura. As partes móveis e as molas formam o conjunto ressonante do compressor. Tal conjunto ressonante, acionado pelo motor linear, tem a fun- ção de desenvolver um movimento alternativo linear, fazendo com que o movimento do pistão no interior do cilindro exerça uma ação de compressão do gás admitido pela válvula de sucção, até o ponto em que ele pode ser descarregado por meio da válvula de descarga para o lado de alta pressão.

A amplitude de operação do compressor linear é regulada pelo equilíbrio da potência gerada pelo motor, com a potência consumida pelo mecanismo de compressão, além das perdas geradas neste processo. A fim de alcançar a máxima eficiência termodinâmica e a máxima capacidade de refrigeração é necessário que o deslocamento máximo do pistão se aproxi- me o máximo possível do final de curso, reduzindo, desta forma, o volume morto de gás no processo de compressão.

Para viabilizar este processo, torna-se necessário que o curso do pistão seja conhecido com grande precisão, de modo a evitar o risco de um impacto do pistão com o final do curso , ou cabeçote do equipamento. Este impacto poderia gerar além de ruído acústico, a perda de eficiência do aparelho ou mesmo a quebra do compressor.

Desta forma, quanto maior o erro na estimação/medição da posição do pistão, maior será o coeficiente de segurança necessário entre o deslocamento máximo e o final do curso, para operar o compressor com se- gurança, levando à perda de desempenho do produto.

De outro lado, caso seja necessário reduzir a capacidade de refrigeração do compressor devido a uma menor necessidade do sistema de refrigeração, é possível reduzir o curso máximo de operação do pistão, re- duzindo a potência fornecida ao compressor, e deste modo, é possível con- trolar a capacidade de refrigeração do compressor obtendo uma capacidade variável.

Uma característica adicional importante na operação dos com- pressores lineares ressonantes é a sua freqüência de acionamento. Algumas técnicas anteriores mostram que o acionamento do compressor na sua fre- qüência de ressonância leva o equipamento a trabalhar na sua eficiência máxima. Todavia, tais técnicas normalmente fazem uso de sensores de posição e/ou velocidade para a operação do sistema, o que aumenta consi- deravelmente os custos finais do produto.

A seguir é feita uma breve descrição de soluções do estado da técnica hoje empregadas para conhecer o curso do pistão do compressor. Os documentos abaixo relacionados fazem uso de sensores de posição, tais como o caso brasileiro Pl 0001404-4. Este apresenta ainda como des- vantagem a dificuldade de isolação e ruído de contato elétrico.

O documento Pl 0203724-6 refere-se a uma bomba de fluidos e uma placa de transferência de fluidos, tais elementos sendo particularmen- te aplicáveis a compressores lineares para detectar a posição do respectivo e evitar que este último venha a colidir com a placa de transferência de flui- dos, ou placa de válvulas, por ocasião de variações nas condições de ope- ração do compressor, ou mesmo variações na tensão de alimentação. Tal técnica emprega um sensor indutivo montado na placa de válvulas, a fim de medir a distância pistão / placa diretamente no topo do pistão. É uma solu- ção de alta precisão, mas necessita de um espaço para a instalação do sen- sor na placa de válvulas e tem um custo mais elevado, além do fato de pre- cisar de calibração.

Outras soluções do estado da técnica, como aquelas descritas nos documentos US 5.897.296, JP 1336661 e US 5.897.269 fazem uso de um sensor de posição, logo tais aplicações apresentam maior complexidade de implementação e/ou manutenção, além de custo mais elevado. Cabe res- saltar ainda que, nestes últimos casos há a necessidade de um número mai- or de fios e conexões externas ao compressor, o que dificulta sobremaneira o seu uso em ambientes de grande variação de temperatura e pressão.

Por outro lado, algumas técnicas anteriores que não utilizam sensor de posição, tais como os documentos norte-americanos US 5.342.176, US 5.496.153, US 4.642.547 e US 6.176.683 além dos casos KR 96-79125, KR 96-15062, WO 00079671 e WO 03044365, não apresentam uma boa precisão, ou estabilidade de operação, sendo necessário, muitas vezes, o emprego de outros tipos de sensores, como medidores de tempera- tura ou acelerômetro para a detecção de impacto, além de um dimensiona- mento mais oneroso para o compressor diante das exigências de desempe- nho exigidas para o seu correto funcionamento.

Com base no acima exposto, a presente invenção prevê um sistema e um método de controle para pistão de compressor linear resso- nante, especialmente projetados para acionar o compressor na sua máxima eficiência, sem fazer uso de sensores voltados para medir grandezas ou va- riáveis mecânicas.

Objetivos da Invenção

Um primeiro objetivo da presente invenção é propor um siste- ma de controle para pistão de compressor linear ressonante, sendo este ca- paz de acionar o compressor na sua freqüência de ressonância, de modo a obter a máxima eficiência do equipamento em sistemas de refrigeração.

Um segundo objetivo da presente invenção é propor um méto- do capaz de estimar o deslocamento e a velocidade do pistão de um com- pressor linear ressonante, a partir de um modelo massa/mola e de um mode- lo elétrico do motor do compressor, fazendo uso apenas e tão somente de grandezas elétricas medidas do dito motor.

Um terceiro objetivo da presente invenção é reduzir o custo do compressor a partir da eliminação de sensores normalmente destinados a medir grandezas ou variáveis mecânicas, tais como sensores de posição, velocidade, temperatura e pressão, e a conseqüente redução do número de fios e conexões necessárias para o funcionamento do compressor linear ressonante.

Um objetivo adicional da presente invenção é acionar o com- pressor linear ressonante com reduzido coeficiente de segurança entre o deslocamento máximo do pistão e o final de curso, de modo a otimizar o funcionamento do equipamento, além de obter o máximo desempenho do compressor, sem comprometer a confiabilidade e a segurança do produto.

Finalmente, é outro objetivo da presente invenção prover uma - solução substancialmente mais simplificada, frente às técnicas anteriores, para a sua produção em escala industrial. Breve Descrição da Invenção

Uma maneira de alcançar os objetivos da presente invenção é através da provisão de um sistema de controle para pistão de compressor linear ressonante, o compressor linear ressonante sendo parte integrante de um circuito de refrigeração, o compressor linear ressonante compreendendo pelo menos um cilindro, pelo menos um cabeçote, pelo menos um motor elétrico e pelo menos uma mola, o cilindro acomodando operativamente o pistão, o sistema de controle compreendendo pelo menos uma unidade ele- trônica de controle, a unidade eletrônica de controle compreendendo pelo menos um circuito eletrônico observador e pelo menos um circuito de contro- le associados eletricamente entre si, a unidade eletrônica de controle sendo associada eletricamente ao motor elétrico do compressor linear ressonante, o circuito eletrônico observador sendo configurado para medir pelo menos uma grandeza elétrica do motor elétrico do compressor linear ressonante, o circuito eletrônico observador sendo configurado para estimar pelo menos um conjunto de parâmetros elétricos do motor do compressor linear resso- nante e pelo menos um conjunto de parâmetros mecânicos do compressor linear ressonante, o circuito eletrônico observador sendo configurado para estimar e prover pelo menos um parâmetro de controle do sistema para o circuito de controle a partir da grandeza elétrica medida e conjunto de parâ- metros elétricos e mecânicos estimados, o circuito de controle sendo confi- gurado para acionar o motor elétrico do compressor linear ressonante a par- tir dos parâmetros de controle estimados, os parâmetros de controle estima- dos compreendendo pelo menos um deslocamento máximo do pistão do compressor, o circuito de controle acionando o motor do compressor linear ressonante a partir dos parâmetros de controle estimados.

Uma segunda maneira de alcançar os objetivos da presente inven- ção é através da provisão de um método de controle para pistão de com- pressor linear ressonante, o compressor linear ressonante compreendendo pelo menos um motor elétrico, o motor elétrico sendo acionado por um in- versor de freqüência, o método de controle compreendendo as seguintes etapas: a) medir a cada ciclo de operação do compressor linear resso- nante, com uma freqüência de discretização, uma corrente medida do motor elétrico;

b) calcular um ciclo de operação do compressor linear resso- nante, a partir da corrente medida do motor elétrico, e com base no ciclo de operação calculado, calcular uma freqüência de ressonância do compressor linear ressonante;

c) calcular a cada ciclo de operação do compressor linear res- sonante, na freqüência de discretização, uma corrente calculada do motor, um deslocamento do pistão e uma velocidade do pistão;

d) calcular a cada ciclo de operação do compressor linear res- sonante, na freqüência de discretização, um erro de corrente calculado pela diferença entre a corrente medida e a corrente calculada do motor;

e) calcular, em um ciclo de operação, com base no desloca- mento do pistão calculado na etapa c, um deslocamento máximo do pistão do compressor linear ressonante;

f) calcular, em um ciclo de operação, uma potência de entrada real no motor elétrico a partir da corrente medida e de uma tensão de opera- ção aplicada pelo inversor do motor elétrico;

g) calcular, em um ciclo de operação, uma potência dissipada em uma resistência elétrica do motor a partir da corrente medida;

h) calcular uma força de amortecimento total, produzida em um ciclo de operação, a partir de um coeficiente de amortecimento total e da velocidade do pistão calculada na etapa c;

i) calcular uma potência dissipada pelo amortecimento total a partir da força de amortecimento total calculada na etapa anterior e da velo- cidade do pistão calculada na etapa c;

j) calcular uma força contínua equivalente em função da potên- cia de entrada real no motor elétrico calculada na etapa f e em função do ciclo de operação calculado na etapa b

k) calcular, a partir do deslocamento máximo e velocidade do pistão e na corrente medida, um valor de tensão de operação a ser aplicado no motor elétrico do compressor linear; e

I) aplicar no motor elétrico do compressor linear ressonante o valor de tensão de operação calculado na etapa k.

Vale mencionar que o método acima ainda compreende uma etapa voltada para calcular um coeficiente de mola total do compressor line- ar ressonante, a partir da freqüência de ressonância calculada na etapa b, e um coeficiente de amortecimento total do compressor linear ressonante, cal- culado a partir do balanço da potência.

De outro modo, os objetivos da presente invenção são alcan- çados através da provisão de um método de controle para pistão de com- pressor linear ressonante, o compressor linear ressonante compreendendo pelo menos um motor elétrico, o motor elétrico sendo acionado eletricamente por um inversor de freqüência, o método de controle compreendendo as se- guintes etapas:

i) medir, a partir de um circuito eletrônico microprocessado, e em um ciclo de operação do compressor linear ressonante, uma corrente medida do motor elétrico;

ii) calcular com base na corrente medida e em uma tensão de operação aplicada ao inversor do motor elétrico, pelo menos um conjunto de parâmetros elétricos do motor e pelo menos um conjunto de parâmetros me- cânicos do compressor linear;

iii) calcular, com base nos valores medidos e calculados nas etapas i e ii, um deslocamento máximo e uma velocidade do pistão do com- pressor linear ressonante;

iv) ajustar, a partir do deslocamento máximo e velocidade do pistão obtidos na etapa iii, um novo valor para a tensão de operação a ser aplicada no inversor do motor elétrico do compressor linear; e

v) aplicar no inversor do motor elétrico do compressor linear ressonante a tensão de operação ajustada na etapa iv.

Finalmente, os objetivos da presente invenção são alcançados através da provisão de um compressor linear ressonante que compreende um método de controle para pistão tal como definido no objeto ora reivindi- cado.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção será descrita a seguir em maiores deta- lhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

figura 1 - representa uma vista esquemática de um compressor linear ressonante;

figura 2 - ilustra uma vista esquemática do modelo mecânico do compressor linear ressonante empregado na presente invenção;

figura 3 - ilustra uma vista esquemática do modelo elétrico do compressor linear ressonante, objeto da presente invenção;

figura 4 - ilustra um diagrama de blocos do modelo do com- pressor linear ressonante;

figura 5 - mostra um diagrama de blocos do modelo do obser- vador de estados para o compressor linear ressonante, objeto da presente invenção;

figura 6 - mostra um diagrama de blocos simplificado do con- trole, conforme os ensinamentos da presente invenção;

figura 7 - mostra um diagrama de blocos do controle e inver- sor, objeto da presente invenção;

figura 8 - ilustra um diagrama de blocos do sistema de controle de pistão, empregando valores de corrente e velocidade, conforme uma concretização preferida da presente invenção;

figura 9 - ilustra um diagrama de blocos do sistema de controle de pistão, empregando valores de tensão e freqüência, em uma segunda concretização do objeto da presente invenção;

figura 10 - representa um fluxograma do método de controle, conforme as etapas e etapas previstos no objeto da presente invenção;

figura 11 - mostra um gráfico destacando, entre outras grande- zas, o perfil da corrente medida no motor do compressor linear, objeto da presente invenção;

figura 12 - mostra um gráfico da força de pressão do gás; figura 13 - mostra um gráfico das forças de mola equivalente, de amortecimento equivalente e contínua equivalente (Offset); e

figura 14 - mostra um gráfico da força resultante (soma das 3 forças equivalentes), conforme o objeto da presente invenção.

Descrição Detalhada das figuras

A figura 1 mostra uma vista esquemática de um compressor linear ressonante 100, aplicado na presente invenção. Em tal equipamento, o pistão é acionado por um atuador linear, o qual é formado por um suporte 4 e imãs 5 acionados por uma ou mais bobinas 6. A mesma figura mostra ainda que uma ou mais molas 7a e 7b conectam a parte móvel (pistão 1, suporte 4 e imãs 5) a parte fixa formada pelo cilindro 2, estator 12, bobinas 6, cabeçote 3 e estrutura 13. As partes móveis e molas formam o conjunto ressonante do presente compressor 100.

Deste modo, o conjunto ressonante acionado pelo motor linear tem a função de desenvolver um movimento alternativo linear, fazendo com que o movimento do pistão no interior do cilindro exerça uma força de com- pressão do gás admitido pela válvula de sucção 3a, até o ponto em que ele pode ser descarregado através da válvula de descarga 3b, para o lado de alta pressão.

A amplitude de operação do compressor linear 100 é regulada pelo equilíbrio da potência gerada pelo motor e a potência consumida pelo mecanismo na compressão, além das perdas geradas neste processo. Para atingir a máxima eficiência termodinâmica e a sua máxima capacidade de refrigeração, é necessário que o deslocamento do pistão se aproxime o má- ximo possível do seu final do curso, reduzindo, assim, o volume morto de gás no processo de compressão.

Para viabilizar este processo é necessário que o curso do pis- tão seja conhecido com grande precisão, a fim de evitar o risco de um im- pacto do pistão com o final do curso (cabeçote), uma vez que este impacto pode gerar desde ruído acústico, e perda de eficiência, até a quebra do compressor. Desta forma quanto maior o erro na estimação/medição da po- sição do pistão, maior será o coeficiente de segurança necessário entre o deslocamento máximo e o final do curso, para operar o compressor com se- gurança, levando à perda de desempenho no equipamento final.

Frente ao acima exposto, a presente invenção prove um siste- ma e método de controfe para pistão de compressor linear capaz de estimar com precisão a velocidade e o deslocamento do referido pistão, a partir de uma série de parâmetros de funcionamento do dito compressor, de maneira mais simplificada e eficiente. Tal compressor é parte integrante de um circui- to de refrigeração, e como já mencionado, este compreende pelo menos um cilindro 2, pelo menos um cabeçote 3, pelo menos um motor elétrico, além de pelo menos uma mola 7a/7b, de modo que o cilindro 2 acomoda operati- vãmente o pistão 1.

Conforme os ensinamentos da presente invenção, o sistema de controle ora proposto compreende pelo menos uma unidade eletrônica de controle 15, sendo a dita unidade formada por pelo menos um circuito ele- trônico observador 20 e pelo menos um circuito de controle 30 associados eletricamente entre si. A unidade eletrônica de controle 15 está associada eletricamente ao motor elétrico do compressor linear ressonante 100.

A figura 6 mostra um diagrama de blocos simplificado para o sistema de controle objeto da presente invenção.

De maneira geral, o dito circuito eletrônico observador 20 é configurado para medir pelo menos uma grandeza elétrica do motor elétrico do compressor linear ressonante 100, sendo tal circuito observador 20 confi- gurado para estimar pelo menos um conjunto de parâmetros elétricos do motor do compressor linear ressonante 100 e pelo menos um conjunto de parâmetros mecânicos do compressor linear ressonante 100.

O circuito eletrônico observador 20 é configurado e implemen- tado, preferencialmente, a partir de um circuito eletrônico microprocessado, ou outro equivalente.

As figuras 6 a 10 ilustram diagramas de blocos nos quais os parâmetros elétricos e mecânicos são estimados. Em outras palavras, tem- se que o circuito eletrônico observador 20 é configurado para estimar e pro- ver pelo menos um parâmetro de controle Pc do sistema para o circuito de controle 30 a partir da grandeza elétrica medida e conjunto de parâmetros elétricos e mecânicos estimados.

O circuito de controle 30, por sua vez, é configurado para acio- nar o motor elétrico do compressor linear ressonante 10Õ a partir dos parâ- metros de controle Pc estimados. Tais parâmetros de controle Pc estimados compreendem pelo menos um deslocamento máximo Dmax do pistão 1 do compressor 100.

De modo preferencial, os parâmetros de controle Pc compreen- dem ainda uma velocidade do pistão ve(t) do compressor 100, de modo que o circuito de controle 30 aciona o motor do compressor linear ressonante 100 a partir dos valores da velocidade do pistão ve(t) e deslocamento máxi- mo Dmax estimados.

De modo preferível ainda, tem-se que a grandeza elétrica me- dida é composta por um valor de corrente de operação im,, ou simplesmente corrente medida im, do motor do compressor linear ressonante 100.

Uma característica bastante inovadora do presente sistema de controle refere-se à modelagem matemática proposta, formada a partir de um modelo elétrico e mecânico do compressor linear 100.

A figura 2 ilustra um modelo mecânico do compressor linear 100, enquanto a figura 3 mostra um modelo elétrico para o mesmo equipa- mento.

De modo mais detalhado, tem-se que o conjunto de parâmetros elétricos é calculado a partir de um modelo matemático elétrico do compres- sor linear ressonante 100, sendo tal modelo definido com base em um circui- to elétrico RL em série com uma fonte de tensão, equacionado através da equação abaixo:

<formula>formula see original document page 12</formula>

em que:

<table>table see original document page 12</column></row><table> L ; Indutância do Motor do Compressor (100)

Kmt ; Constante de Força e Tensão do Motor

ve(t) ; Velocidade do Pistão Calculada

ie(t) ; Corrente Estimada ou Calculada do Motor

No que tange à modelagem mecânica do compressor, tem-se que o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a partir de um modelo matemático mecânico do compressor linear ressonante 100, de modo que o referido modelo é definido com base em um sistema mecânico massa/mola equacionado através da equação:

m · = Fmt Ue (O) - Fml (de (0) - Fam (Ve (0) - Fg (de (0) (2) dt

em que:

Fmt (ie (0) = Kmt ie (t) ; Força do Motor [N];

FMLide(O) = Kml de(t) ; Força da Mola [N];

fAM (ve (0) = Kam Ve (0 ; Força de Amortecimento [N];

Fg (d(t)) ; Força da Pressão do Gás no Cilindro [N];

Kmt ; Constante de Motor

Kml ; Constante de Mola

Kam ; Primeira Constante de Amortecimento

m ; Massa da Parte Móvel

de(t) !Deslocamento do pistão do compressor

calculado

De uma maneira mais abrangente, e conforme os ensinamen- tos da presente invenção, é possível afirmar que o conjunto de parâmetros elétricos e conjunto de parâmetros mecânicos, quando combinados, definem um conjunto de parâmetros eletromecânicos, sendo estes equacionados na forma matricial (3) como:

x(t) = A.x(t) + B.u(t) + F.g(t)

y(t) = C.x(t) (3)

em que:

x(t) = (vc0) de(t) ie(t)f ; Vetor de Estados

y(t) = ie (0, ; Saída do Sistema <table>table see original document page 14</column></row><table>

Com base no equacionamento matricial proposto na presente invenção, e tal como mostrado em um diagrama de blocos a partir da figura 4, tem-se que a única saída do sistema é a corrente elétrica do motor do compressor 100, uma vez que a modelagem desenvolvida leva em conta apenas a medição de grandezas elétricas.

Cabe ressaltar que, a força de pressão do gás Fc(d(t)), men- cionada no equacionamento matricial acima, é variável com as pressões de sucção e descarga, bem como com o deslocamento do pistão 1, conforme ilustrado na figura 12, entre outras grandezas lineares e não lineares do sis- tema, fato este que justifica a sua aplicação na modelagem proposta no pre- sente objeto, caso contrário erros significativos poderiam produzir efeitos indesejados no controle do compressor linear 100. Deste modo, a presente invenção compensa os efeitos causa- dos no sistema pela força de pressão do gás, uma vez que esta provoca pe- lo menos três efeitos principais no aludido equipamento, os quais são:

1. variação na freqüência de ressonância;

2. consumo de energia que é transferido para o gás; e

3. deslocamento do ponto médio de oscilação do pistão 1 ("off- set" no deslocamento).

A fim de resolver os efeitos acima, a presente solução substitui a força de pressão do gás Fc (d(t)) por outras 3 forças lineares que com- pensam os efeitos desta força de pressão, os quais são: uma força de mola equivalente, uma força de amortecimento equivalente e uma força contínua equivalente, tais como ilustradas nas figuras 13 e 14.

A equação abaixo mostra o cálculo da força de pressão do gás e as suas respectivas forças atuantes:

<formula>formula see original document page 15</formula>

A força de mola equivalente é ajustada para compensar os e- feitos da variação na freqüência de ressonância, enquanto a força de amor- tecimento equivalente é ajustada para compensar o consumo de potência.

De outro lado, a força contínua equivalente é ajustada para compensar o deslocamento do ponto médio de oscilação do pistão.

Deve-se destacar que somar uma força mola equivalente é o mesmo que somar uma segunda constante de mola KMLEq na equação me- cânica devido à natureza linear das referidas forças. O mesmo princípio é válido para a segunda constante de amortecimento Kameç na equação me- cânica. A força de pressão do gás é substituída, conforme a presente inven- ção, por uma força contínua FCont·

Desta forma, o sistema ora proposto pode ser representado pelas equações abaixo, de modo que, neste modelo, a matriz A é variável, em função de KMLEq e KAMEq, e a entrada g(t) é contínua. <table>table see original document page 16</column></row><table>

Vale destacar que nesta última representação não importa o valor isolado de Kml e KMLEq. ou qual a parcela de cada constante, mais sim o valor total Kml + KMLEq, o que significa dizer que é possível substituir esta soma por um único coeficiente, chamado de coeficiente de mola total Kmlt-

KMLT = KML + KMLEq (6)

Tal coeficiente de mola total Kmlt é ajustado a cada ciclo do motor linear, conforme uma freqüência de ressonância Fr do sistema, como mostra a equação 7 abaixo. A freqüência de ressonância é ajustada a cada ciclo pela leitura do período da corrente real ou medida im do motor. A figura 11 ilustra o perfil de corrente medida im do motor característico neste tipo de aplicação e o período da freqüência de ressonância.

<formula>formula see original document page 16</formula>

Em que:

Fr - freqüência de ressonância

Tr - período da freqüência de ressonância De modo análogo, é importante conhecer o valor total da cons- tante de amortecimento (KAm + KAMEq), logo é possível substituí-la por um único coeficiente, denominado aqui de coeficiente de amortecimento total Kamt, o qual é ajustado a cada ciclo do motor linear.

<formula>formula see original document page 17</formula>

Um aspecto importante da presente invenção refere-se ao ajus- te de balanço de potência do sistema. Tal ajuste é desenvolvido caso a potência medida na entrada do sistema seja maior que a potência consumi- da pela força de amortecimento total do observador 20, mais a perda na chamada resistência do observador 20, logo, neste caso, torna-se necessá- rio incrementar o coeficiente de amortecimento total Kamt, caso contrário de- vemos decrementar o coeficiente de amortecimento total (Kamt).

O equacionamento abaixo mostra o cálculo das principais grandezas associadas às potências no sistema de controle, objeto da pre- sente invenção:

<formula>formula see original document page 17</formula>

Em que:

a - número de amostras em um período da freqüência de ressonância;

Pe - potência medida na entrada do motor;

Pr - potência na resistência calculada pelo estimador;

Fam - força produzida pelo amortecimento total calculado pelo estimador;

Pam - potência dissipada pelo amortecimento total calculado pelo estimador;

Tr - período da freqüência de ressonância ou período de um ciclo de acio- namento;

Δt - período de amostragem ou período entre duas amostras consecutivas.

A figura 7 mostra em maiores detalhes os principais blocos fun- cionais do sistema de controle para pistão 1, conforme os ensinamentos da presente invenção.

A figura 8 ilustra um diagrama de blocos para uma concretiza- ção preferencial do sistema de controle ora reivindicado.

Tal sistema, fundamentado no conjunto de parâmetros eletro- mecânicos acima descritos, é realimentado por um erro de corrente do ob- servador 20 ieo multiplicado por um vetor de ganhos K, sendo o erro de cor- rente ieo calculado pela diferença entre a corrente medida im e a corrente cal- culada do motor ie(t),

Matematicamente, o modelo eletromecânico do observador de estados do compressor linear ressonante 100 é equacionado na forma ma- tricial por:

L(t) = im(t)-ie(0

x(t) = A.x(t) + B.u(t) + F.g(t) + K.ieo(t) (14) y(t) = C.x(t)

Mais uma vez, deve-se destacar que o motor elétrico do com- pressor linear ressonante 100 é acionado, através da unidade de controle 15, em uma freqüência de ressonância Fr calculada a cada ciclo de opera- ção Tr do compressor linear 100. O referido ciclo de operação Tr é medido através da corrente medida im e calculado para ter o mesmo período da cor- rente medida im. A figura 11, conforme já mencionado para o sistema da pre- sente invenção, ilustra o perfil da dita corrente medida im, sendo possível obter o seu período de operação a partir da observação dos instantes nos quais a corrente im passa por zero.

É importante salientar que a operação do compressor 100 na freqüência de ressonância Fr permite alcançar o máximo desempenho para todo o sistema, sem comprometer a confiabilidade e segurança do equipa- mento final.

De modo bastante preferível, tem-se que a corrente calculada do motor ie(t), o deslocamento do pistão de(t) e a velocidade do pistão ve(t) do compressor linear 100 são calculados em uma freqüência de discretiza- ção Fd substancialmente superior à freqüência de ressonância Fr, sendo tal freqüência de discretização Fd operável em torno de 10 vezes ou mais a fre- quência de ressonância Fr.

O deslocamento máximo DMax é calculado a partir do desloca- mento do pistão de(t) durante um ciclo de operação TR. Analogamente, tem- se que o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a cada ciclo de ope- ração Tr.

A partir da figura 8 é possível constatar ainda que o aciona- mento do compressor linear ressonante 100 é provido com base em uma tensão de operação uc, sendo esta tensão uc calculada com base nos valo- res de deslocamento máximo Dmax e velocidade de deslocamento ve(t) do pistão 1 calculados. Tais valores são comparados com valores de referên- cia, através de controladores de estado, como controladores Pl (proporcional e integral) ou PID (proporcional, integral e derivativo).

Como já comentado anteriormente, a presente invenção provê um método inovador para controle de pistão de compressor linear ressonan- te 100. Tal método prevê um compressor dotado de um motor elétrico, sen- do este acionado por um inversor de freqüência.

O referido método compreende, essencialmente, as seguintes etapas:

a) medir a cada ciclo de operação Tr do compressor linear res- sonante 100, com uma freqüência de discretização Fd, uma corrente medida im do motor elétrico;

b) calcular um ciclo de operação Tr do compressor linear res- sonante 100, a partir de uma corrente medida im do motor elétrico, e com base no ciclo de operação Tr calculado, calcular uma freqüência de resso- nância Fr do compressor linear ressonante 100;

c) calcular a cada ciclo de operação Tr do compressor linear ressonante 100, na frequencia de discretização Fd, uma corrente calculada do motor ie(t), um deslocamento do pistão de(t) e uma velocidade do pistão ve(t);

d) calcular a cada ciclo de operação Tr do compressor linear ressonante 100, na frequencia de discretização Fd, um erro de corrente ie0 calculado pela diferença entre a corrente medida im e a corrente calculada do motor ie(t);

e) calcular, com base no deslocamento do pistão de(t) calcula- do na etapa c; um deslocamento máximo Dmãx dõ pistão T do compressor linear ressonante 100;

f) calcular, em um ciclo de operação Tr, uma potência de en- trada real Pe no motor elétrico a partir da corrente medida im e de uma ten- são de operação uc aplicada pelo inversor do motor elétrico;

g) calcular, em um ciclo de operação Tr, uma potência dissipa- da Pr em uma resistência elétrica do motor R a partir da corrente medida im;

h) calcular uma força de amortecimento Famt total, produzida em um ciclo de operação TR, a partir de um coeficiente de amortecimento total Kamt e da velocidade do pistão ve(t) calculada na etapa c;

i) calcular uma potência dissipada pelo amortecimento total Pamt a partir da força de amortecimento total Famt calculada na etapa anteri- or e da velocidade do pistão ve(t) calculada na etapa c;

j) calcular uma força contínua equivalente Fcont em função da potência de entrada real Pe no motor elétrico calculada na etapa f e em fun- ção do ciclo de operação Tr calculado na etapa b;

k) calcular, a partir do deslocamento máximo Dmax θ velocidade do pistão ve(t), e na corrente medida im, um valor de tensão de operação uc a ser aplicado no motor elétrico do compressor linear 100; e

I) aplicar no motor elétrico do compressor linear ressonante 100 o valor de tensão de operação uc calculado na etapa k.

O presente método ainda conta com uma etapa voltada para calcular o coeficiente de mola total Kmlt do compressor linear ressonante 100, a partir da freqüência de ressonância Fr calculada na etapa b.

Adicionalmente, o método ora proposto prevê uma etapa para calcular o coeficiente de amortecimento total Kamt do compressor linear res- sonante 100, a partir das potências de entrada real Pe, dissipada Pr e dis- sipada pelo amortecimento total Pamt-

No que diz respeito à correção do dito coeficiente de amorteci- mento total Kamt, tem-se que este é ajustado uma vez por ciclo, a partir das seguintes etapas:

m) se a potência de entrada real Pe calculada for maior do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total Pamt com a potência dissipada Pr, então incrementar o valor do coeficiente de amortecimento total Kamt para um próximo ciclo de operação TR; e

n) se a potência de entrada real Pe calculada for menor do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total Pamt com a potência dissipada Pr, então decrementar o valor do coeficiente de amortecimento total Kamt para um próximo ciclo de operação TR;

De outro modo, o coeficiente de amortecimento total Kamt é calculado com base no equacionamento abaixo:

<formula>formula see original document page 21</formula>

O coeficiente de mola total Kmlt é calculado através da equa- ção:

KMLT=mA{n.FR)2 (16)

Em que:

Fr = freqüência de ressonância

A partir dos coeficientes de mola total Kmlt e de amortecimento total Kamt é calculado e ajustado o modelo do observador, de modo a com- pensar a variação das pressões de sucção e descarga (obtendo um sistema adaptativo), para o modelo contínuo este ajuste somente afeta a matriz di- nâmica Aeo projeto do vetor de ganho Κ. Na prática para sistemas discre- tos (ou discretizados), com o processo de discretização e a variação dos coeficientes de mola total Kmlt e de amortecimento total Kamt, leva também a uma variação nas matrizes BeF.

Deste modo, a partir dos coeficientes de mola total Kmlt e de amortecimento total Kamt é calculado um conjunto de matrizes A, B e F, a fim de se projetar um vetor de ganho K. Em outras palavras, tem-se que uma primeira matriz de coeficiente A, uma segunda matriz de coeficiente B, uma terceira matriz de coeficiente F e um vetor de ganhos K, em um ciclo de ope- ração Tr do compressor linear ressonante 100, são calculados a partir do coeficiente de mola total Kmlt e coeficiente de amortecimento total KAmt- Neste caso, o presente sistema gera üm modelo de coeficientes variáveis, também chamado de sistema adaptativo, que é ajustado a cada ciclo de o- peração do compressor 100.

O método reivindicado na presente invenção leva em conta uma modelagem matemática do compressor linear 100, tal como já observa- do para o sistema de controle ora proposto.

Em um primeiro momento, o método prevê o uso de um mode- lo matemático elétrico do compressor 100 definido com base em um circuito elétrico RL em série com uma fonte de tensão, equacionado através da e- quação 1 já detalhada anteriormente para o sistema de controle para pistão 1. Para melhor entendimento, a equação 1 é reproduzida abaixo.

<formula>formula see original document page 22</formula>

Os parâmetros e valores referentes à equação acima são os mesmos detalhados anteriormente para o sistema de controle, objeto da presente invenção.

De modo análogo, o método de controle para pistão, conforme os ensinamentos da presente invenção, leva em conta uma modelagem ma- temática mecânica do compressor linear 100, sendo esta definida com base em um sistema mecânico massa/mola equacionado através da equação 2 abaixo, já representada anteriormente:

<formula>formula see original document page 22</formula>

Os parâmetros mecânicos do equacionamento acima são a- queles já definidos para o sistema de controle para pistão 1, objeto da pre- sente invenção. Como já mencionado, a força de pressão do gás no cilindro Fo(d(t)) é calculada pela equação 4, reproduzida abaixo para melhor enten- dimento:

<formula>formula see original document page 22</formula>

De outra forma, o método de controle proposto compreende um modelo matemático eletromecânico do compressor linear 100 equacionado na forma matricial similar, tal como proposto para o presente sistema de con- trole, a partir do equação 3 abaixo, já definida anteriormente:

<formula>formula see original document page 23</formula>

Portanto, os parâmetros da equação acima são aqueles já de- finidos para a modelagem do sistema de controle, objeto da presente invenção.

No método previsto, o modelo matemático eletromecânico do compressor linear 100, tal como para o sistema desenvolvido, é realimenta- do por um erro de corrente do observador ieo multiplicado por um vetor de ganhos K, sendo o erro de corrente do observador ieo calculado pela diferen- ça entre a corrente medida im e a corrente calculada do motor ie(t), o modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante 100 sendo e- quacionado pela equação 14 reproduzida abaixo, já definida anteriormente para o sistema de controle:

<formula>formula see original document page 23</formula>

A figura 8 mostra, conforme já comentado, uma concretização preferencial para o sistema e método de controle propostos. Para tal configu- ração, as seguintes etapas adicionais são previstas:

o) ajustar uma primeira corrente elétrica de referência I1ref a partir da comparação entre o deslocamento máximo Dmax do pistão calcula- do na etapa "e" e um deslocamento de referência Dref programado;

p) ajustar uma segunda corrente elétrica de referência i2ret mul- tiplicando a primeira corrente elétrica de referência I1ref ajustada pela veloci- dade do pistão ve(t) calculada na etapa c;

q) ajustar um erro de corrente de controle (ice) pela diferença entre a segunda corrente elétrica de referência (I2ref) e a corrente medida (im);

r) ajustar a tensão de operação (uc) aplicada ao inversor de freqüência do motor elétrico a partir do erro de corrente de controle (ice) cal- culado na etapa anterior.

Como ilustra a figura 8, a primeira corrente elétrica de referên- cia Href é gerada em uma saída de um primeiro controlador de estados pro- porcional e integral Pu. Este controlador pode ainda ser formado por um con- trole proporcional integral derivativo.

A mesma figura 8 mostra que a tensão de operação uc aplicada ao inversor do motor elétrico é gerada em uma saída de um segundo contro- lador de estados proporcional e integral P12, ou proporcional integral deriva- tivo.

De modo mais abrangente, o presente método de controle para pistão de compressor linear é configurado a partir das seguintes etapas:

i) medir, a partir de um circuito eletrônico microprocessado, e em um ciclo de operação Tr do compressor linear ressonante (100), com uma freqüência de discretização Fd, uma corrente medida im do motor elétri- co;

ii) calcular com base na corrente medida im e em uma tensão de operação uc aplicada ao inversor do motor elétrico, pelo menos um con- junto de parâmetros elétricos do motor e pelo menos um conjunto de parâ- metros mecânicos do compressor linear 100;

iii) calcular, com base nos valores medidos e calculados nas etapas i e ii, um deslocamento máximo Dmax e uma velocidade do pistão ve(t) do compressor linear ressonante 100;

iv) ajustar, a partir do deslocamento máximo Dmax e velocidade do pistão ve(t) obtidos na etapa iii, um novo valor para a tensão de operação Uc a ser aplicada no inversor do motor elétrico do compressor linear 100; e

v) aplicar no inversor do motor elétrico do compressor linear ressonante 100 a tensão de operação uc ajustada na etapa iv.

Mais uma vez, vale frisar que o valor de tensão de operação uc é calculado em um ciclo de operação Tr do compressor linear ressonante 100, de modo que o ciclo de operação Tr define a operação do compressor linear 100 na freqüência de ressonância Fr.

O método acima descrito também leva em conta que o conjun- to de parâmetros elétricos é calculado a partir de um modelo matemático elétrico do compressor linear ressonante 100. De maneira similar ao anteri- ormente descrito, o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a partir de um modelo matemático mecânico do compressor linear ressonante 100, ou ainda a partir de um modelo matemático eíetromecânico do compressor linear ressonante 100 definido com base nos conjuntos de parâmetros elétri- cos e mecânicos.

As equações 1 e 2 definidas na presente invenção são aplica- das também para a metodologia mais abrangente acima, ou seja, para o mo- tor elétrico do compressor 100 modelado como um circuito elétrico RL série, e para o mesmo compressor 100 modelado como um sistema mecânico massa/mola.

O equacionamento matricial, definido pela equação 3, também é aplicado neste último método de controle, a partir da concepção de um sistema eíetromecânico.

Logo, o sistema e método de controle para pistão 1 de com- pressor linear ressonante 100, conforme o descrito pela presente invenção, alcançam os seus objetivos na medida em que um conjunto de parâmetros estimados permite a operação do compressor 100 na sua máxima eficiência, sem fazer uso de sensores configurados para medir grandezas ou variáveis mecânicas.

De um lado, a concretização preferencial descrita na figura 8 confere ao sistema ora proposto um controle simples e eficiente para o com- pressor 100, empregando o deslocamento e velocidade do pistão 1 estima- dos pelo circuito eletrônico observador 20, enquanto a concretização alterna- tiva, ilustrada na figura 9, permite um controle capaz de substituir o sinal da velocidade por um sinal senoidal em fase com a dita velocidade.

Ambas as soluções são capazes de otimizar a eficiência do compressor sem fazer uso de dispositivos de medição auxiliares, levando em conta ainda a estimação do deslocamento máximo DMax do pistão 1, o que contribui de maneira importante para a redução de tempo de engenharia em instalação, simplificando o processo produtivo pela redução de compo- nentes e redução no numero de conexões necessárias, e especialmente quando da manutenção do equipamento final. Tais soluções operam o pre- sente sistema de maneira segura, permitindo assim que o pistão 1 trabalhe no seu curso máximo sem colidir com o cabeçote do compressor 100.

Finalmente, a presente invenção provê um compressor linear ressonante 100 que compreende um método de controle para pistão con- forme definido no objeto ora reivindicado.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis va- riações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apenas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), o compressor linear ressonante (100) sendo parte inte- grante de um circuito de refrigeração, o compressor linear ressonante (100) compreendendo pelo menos um cilindro (2), pelo menos um cabeçote (3), pelo menos um motor elétrico e pelo menos uma mola, o cilindro (2) acomo- dando operativamente o pistão (1), o sistema de controle sendo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma unidade eletrônica de controle (15), a unidade eletrônica de controle (15) compreendendo pelo menos um circuito eletrôni- co observador (20) e pelo menos um circuito de controle (30) associados eletricamente entre si, a unidade eletrônica de controle (15) sendo associada eletri- camente ao motor elétrico do compressor linear ressonante (100), o circuito eletrônico observador (20) sendo configurado para medir pelo menos uma grandeza elétrica do motor elétrico do compressor linear ressonante (100), o circuito eletrônico observador (20) sendo configurado para estimar pelo menos um conjunto de parâmetros elétricos do motor do com- pressor linear ressonante (100) e pelo menos um conjunto de parâmetros mecânicos do compressor linear ressonante (100), o circuito eletrônico observador (20) sendo configurado para estimar e prover pelo menos um parâmetro de controle (Pc) do sistema para o circuito de controle (30) a partir da grandeza elétrica medida e conjunto de parâmetros elétricos e mecânicos estimados, o circuito de controle (30) sendo configurado para acionar o motor elétrico do compressor linear ressonante (100) a partir dos parâmetros de controle (Pc) estimados, os parâmetros de controle (Pc) estimados com- preendendo pelo menos um deslocamento máximo (Dmax) do pistão (1) do compressor (100).

2. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os parâmetros de controle (Pc) estimados ainda compreendem uma ve- locidade do pistão (ve(t)) do compressor (100), o circuito de controle (30) a- cionando o motor do compressor linear ressonante (100) a partir dos parâ- metros de controle (Pc) do sistema estimados.

3. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a grandeza elétrica medida é um valor de corrente de operação (im) do motor do compressor linear ressonante (100).

4. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros elétricos é calculado a partir de um modelo matemático elétrico do compressor linear ressonante (100), o mode- lo matemático elétrico do compressor linear (100) sendo definido com base em um circuito elétrico RL em série com uma fonte de tensão e equacionado através da equação <formula>formula see original document page 28</formula> em que: <table>table see original document page 28</column></row><table>

5. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a partir de um modelo matemático mecânico do compressor linear ressonante (100), o mo- delo matemático mecânico do compressor linear (100) sendo definido com base em um sistema mecânico massa/mola equacionado através da equação <formula>formula see original document page 29</formula> em que: <table>table see original document page 29</column></row><table>

6. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros elétricos e conjunto de parâmetros mecânicos quando combinados definem um conjunto de parâmetros eletro- mecânicos, o conjunto de parâmetros eletromecânicos sendo equacionado através da equação matricial x(t) = A.x(t) + B.u(t) + F.g(t) y(t) = C Xt) em que: <table>table see original document page 29</column></row><table> <table>table see original document page 30</column></row><table>

7. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com as reivindicações 3 e 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros eletromecânicos é calculado a partir de um modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante (100), o modelo matemático eletromecânico do compressor linear (100) sen- do definido com base na equação matricial, o sistema de controle sendo rea- limentado por um erro de corrente do observador (ieo) multiplicado por um vetor de ganhos (K), sendo o erro de corrente do observador (ieo) calculado pela diferença entre a corrente medida (im) e a corrente calculada do motor (ie(t)>, o modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante (100) sendo equacionado por: <formula>formula see original document page 30</formula>

8. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico do compressor linear ressonante (100) é acionado, atra- vés da unidade de controle (15), em uma freqüência de ressonância (Fr) calculada a cada ciclo de operação (Tr) do compressor linear (100).

9. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear res- sonante (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ciclo de operação (Tr) é medido através da corrente medida (im) e cal- culado para ter o mesmo período da corrente medida (im).

10. Sistema de controle para pistão (1) de compressor Iinear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito eletrônico observador (20) é configurado a partir de um cir- cuito eletrônico microprocessado.

11. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 5 e 8, caracterizado pelo fato de que a corrente calculada do motor (ie(t)), o deslocamento do pistão (de(t)) e a velocidade do pistão (ve(t)) do compressor linear (100) são calcu- lados em uma freqüência de discretização (Fd) substancialmente superior à freqüência de ressonância (FR).

12. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 1, 6 e 11, caracterizado pelo fato que o deslocamento máximo (Dmax) é calculado a partir do deslo- camento do pistão (de(t)) durante um ciclo de operação (Tr).

13. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a cada ciclo de o- pe ração (TR).

14. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acionamento do compressor linear ressonante (100) é provido com base em uma tensão de operação (uc), a tensão de operação (uc) sendo cal- culada com base nos valores de deslocamento máximo (Dmax) β velocidade de deslocamento (ve(t)) do pistão (1) calculados, sendo estes valores com- parados com valores de referência, através de controladores de estado.

15. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros eletromecânicos inclui uma força de pres- são do gás no cilindro FG(d(t)) calculada por: <formula>formula see original document page 31</formula> Em que: KMLEq = segunda constante de mola KAMEq = segunda constante de amortecimento Fcont = força contínua equivalente

16. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um coeficiente de mola total (Kmlt) é definido como a soma da cons- tante de mola com a segunda constante de mola: <formula>formula see original document page 32</formula>

17. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que um coeficiente de mola total (Kmlt) é calculado através da equação <formula>formula see original document page 32</formula> Em que: Fr = freqüência de ressonância

18. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 5 e 16, caracterizado pelo fato de que um força de mola é calculada através da equação <formula>formula see original document page 32</formula>

19. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um coeficiente de amortecimento total (Kamt) é definido como a soma da constante de amortecimento com a segunda constante de amortecimen- to: <formula>formula see original document page 32</formula>

20. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de amortecimento total (Kamt) é ajustado através do balanço de potência: m) se a potência de entrada real (Pe) calculada for maior do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total (Pamt) com a potência dissipada (Pr), então incrementar o valor do coeficiente de amorte- cimento total (KAmt) para um próximo ciclo de operação (TR); n) se a potência de entrada real (Pe) calculada for menor do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total (Pamt) com a potência dissipada (Pr), então decrementar o valor do coeficiente de amor- tecimento total (Kamt) para um próximo ciclo de operação (Tr).

21. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de amortecimento total (Kamt) é calculado através da equação <formula>formula see original document page 33</formula> Em que: Pe = Potência na Entrada do Real Pr = Potência Dissipada na Resistência do Motor Dmax = Deslocamento Máximo do Pistão

22. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 5 e 19, caracterizado pelo fato de que um força de amortecimento é calculada através da equação <formula>formula see original document page 33</formula>

23. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonaDte (100), de acordo com as reivindicações 6, 7, 18 e 19, caracteri- zado pelo fato de que uma matriz dinâmica do sistema (A) é calculada atra- vés da equação <formula>formula see original document page 33</formula>

24. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 16 e 19, caracterizado pelo fato cie que uma primeira matriz de coeficiente (A), uma segunda matriz de coeficiente (B), uma terceira matriz de coeficiente (F) e um vetor de ga- nhos (K), em um ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), são ajustados a partir do coeficiente de mola total (Kmlt) e coeficiente de amortecimento total (Kamt)·

25. Sistema de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a força contínua equivalente (Fc0nt) é calculada em função da potên- cia de entrada real (Pe) no motor elétrico e em função do ciclo de operação (TR).

26. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, o compressor linear ressonante (100) compreendendo pelo menos um motor elétrico, o motor elétrico sendo acionado por um inversor de freqü- ência, o método de controle sendo caracterizado pelo fato de que compre- ende as seguintes etapas: a) medir a cada ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), com uma freqüência de discretização (Fd), uma corrente medida (im) do motor elétrico; b) calcular um ciclo de operação (Tr) do compressor linear res- sonante (100), a partir da corrente medida (im) do motor elétrico, e com base no ciclo de operação (Tr) calculado, calcular uma freqüência de ressonância (FR) do compressor linear ressonante (100); c) calcular a cada ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), na freqüência de discretização (Fd), uma corrente calcula- da do motor (ie(t)), um deslocamento do pistão (de(t)) e uma velocidade do pistão (ve(t)); d) calcular a cada ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), na freqüência de discretização (Fd), um erro de corrente do observador (ieo) calculado pela diferença entre a corrente medida (im) e a corrente calculada do motor (ie(t)); e) calcular, com base no deslocamento do pistão (de(t)) calcu- lado na etapa c, um deslocamento máximo (Dmax) do pistão (1) do compres- sor linear ressonante (100); f) calcular, em um ciclo de operação (TR), uma potência de en- trada real (Pe) no motor elétrico a partir da corrente medida (im) e de uma tensão de operação (uc) aplicada pelo inversor do motor elétrico; g) calcular, em um ciclo de operação (Tr), uma potência dissi- pada (Pr) em uma resistência eléTíica do motor (R) a partir da corrente me- dida (im); h) calcular uma força de amortecimento (Famt) total, produzida em um ciclo de operação (Tr), a partir de um coeficiente de amortecimento total (Kamt) e da velocidade do pistão (ve(t)) calculada na etapa c; i) calcular uma potência dissipada pelo amortecimento total (Pamt) a partir da força de amortecimento total (Famt) calculada na etapa an- terior e da velocidade do pistão (ve(t)) calculada na etapa c; j) calcular uma força contínua equivalente (Fcont) em função da potência de entrada real (Pe) no motor elétrico calculada na etapa f e em função do ciclo de operação (Tr) calculado na etapa b; k) calcular, a partir do deslocamento máximo (Dmax) e veloci- dade do pistão (ve(t)), e na corrente medida (im), um valor de tensão de ope- ração (uc) a ser aplicado no motor elétrico do compressor linear (100); e I) aplicar no motor elétrico do compressor linear ressonante (100) o valor de tensão de operação (uc) calculado na etapa k.

27. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma etapa para calcular um coeficiente de mola total (Kmlt) do compressor linear ressonante (100), a partir da freqüência de ressonância (Fr) calculada na etapa b.

28. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de mola total (Kmlt) é calculado através da equação <formula>formula see original document page 35</formula> Em que: Fr = freqüência de ressonância

29. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma etapa para calcular o coeficiente de amortecimento total (Kamt) do compressor linear ressonante (100), a partir das potências de en- trada real (Pe)1 dissipada (Pr) e dissipada pelo amortecimento total (Pamt)·

30. Método de conTrole para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de ainda compreender as seguintes etapas: m) se a potência de entrada real (Pe) calculada for maior do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total (Pamt) com a potência dissipada (Pr), então incrementar o valor do coeficiente de amorte- cimento total (Kamt) para um próximo ciclo de operação (Tr); n) se a potência de entrada real (Pe) calculada for menor do que a soma da potência dissipada pelo amortecimento total (Pamt) com a potência dissipada (Pr), então decrementar o valor do coeficiente de amor- tecimento total (Kamt) para um próximo ciclo de operação (Tr);

31. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato do coefi- ciente de amortecimento total (Kamt) ser calculado pelo equacionamento: <formula>formula see original document page 36</formula>

32. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 26 a 31, caracterizado pelo fato de que uma primeira matriz de coeficiente (A), uma segunda matriz de coefi- ciente (B), uma terceira matriz de coeficiente (F) e um vetor de ganhos (K), em um ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), são ajustados a partir do coeficiente de mola total (Kmlt) e coeficiente de amorte- cimento total (Kamt)·

33. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que um modelo matemático elétrico do compressor linear (100) é definido com base em um circuito elétrico RL em série com uma fonte de tensão e equa- cionado através da equação Vent (0 = Vr He (t) + (/, (f)) + Vmt (ve (t)) em que: <table>table see original document page 37</column></row><table>

34. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático mecânico do compressor linear (100) é definido com base em um sistema mecânico massa/mola equacionado através da equação <formula>formula see original document page 37</formula> em que: <table>table see original document page 37</column></row><table>

35. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de com- preender um modelo matemático eletromecânico do compressor linear (100) equacionado por: <formula>formula see original document page 38</formula>

36. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático eletromecânico do compressor linear (100) é realimen- tado por um erro de corrente do observador (Ieo) multiplicado por um vetor de ganhos (K), sendo o erro de corrente do observador (ie0) calculado pela dife- rença entre a corrente medida (im) e a corrente calculada do motor (ie(t)), o modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante (100) sendo equacionado por: <formula>formula see original document page 38</formula>

37. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 34, 35 e 36, caracterizado pelo fato de que a força de pressão do gás no cilindro FG(d(t)) é calculada por: <formula>formula see original document page 38</formula> Em que: KMLEq = segunda constante de mola KAMEq = segunda constante de amortecimento Fcont = força contínua equivalente

38. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de mola total (Kmlt) é definido como a soma da constante de mo- la com a segunda constante de mola, calculado através da equação:

39. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 34 e 38, caracterizado pelo fato de que uma força de mola é calculada através da equação <formula>formula see original document page 39</formula>

40. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o coeficiente de amortecimento total (KAmt) é definido como a soma da cons- tante de amortecimento com a segunda constante de amortecimento calcu- lado através da equação <formula>formula see original document page 39</formula>

41. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 34 e 40, caracterizado pelo fato de que uma força de amortecimento total é calculada através da equação <formula>formula see original document page 39</formula>

42. Método de controle para pistão (1) de compressor linear ressonante (100), de acordo com as reivindicações 34, 38, 39 e 40, caracte- rizado pelo fato de que Matriz dinâmica do sistema (A) é calculada através da equação <formula>formula see original document page 39</formula>

43. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 26 e 30, caracterizado pelo fato de ainda compreender as seguintes etapas: o) ajustar uma primeira corrente elétrica de referência (Mref) a partir da comparação entre o deslocamento máximo (DMAx) do pistão calcu- lado na etapa "e" e um deslocamento de referência (DREf) programado; p) ajustar uma segunda corrente elétrica de referência (i2ret) multiplicando a primeira corrente elétrica de referência (I1ref) ajustada pela velocidade do pistão (ve(t)) calculada na etapa c; q) ajustar um erro de corrente de controle (ice) pela diferença entre a segunda corrente elétrica de referência (I2ref) e a corrente medida (i^m); r) ajustar a tensão de operação (uc) aplicada ao inversor de freqüência do motor elétrico a partir do erro de corrente de controle (ice) cal- culado na etapa anterior.

44. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente elétrica de referência (I1ref) é gerada em uma saída de um primeiro controlador de estados proporcional e integral (Pn) ou proporcional integral derivativo.

45. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a tensão de operação (uc) aplicada ao inversor do motor elétrico é gerada em uma saída de um segundo controlador de estados proporcional e integral (P12) ou proporcional integral derivativo.

46. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, o compressor linear ressonante (100) compreendendo pelo menos um motor elétrico, o motor elétrico sendo acionado eletricamente por um in- versor de freqüência, o método de controle sendo caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: i) medir, a partir de um circuito eletrônico microprocessado, e em um ciclo de operação (TR) do compressor linear ressonante (100), com uma freqüência de discretização, uma corrente medida (im) do motor elétrico; ii) calcular com base na corrente medida (im) e em uma tensão de operação (uc) aplicada ao inversor do motor elétrico, pelo menos um con- junto de parâmetros elétricos do motor e pelo menos um conjunto de parâ- metros mecânicos do compressor linear (100); iii) calcular, com base nos valores medidos e calculados nas etapas i e ii, um deslocamento máximo (Dmax) e uma velocidade do pistão (ve(t)) do compressor linear ressonante (100); iv) ajustar, a partir do deslocamento máximo (DMAx) e velocida- de do pistão (ve(t)) obtidos na etapa iii, um novo valor para a tensão de ope- ração (uc) a ser aplicada no inversor do motor elétrico do compressor linear (100); e v) aplicar "rio inversor do motor elétrico do compressor linear ressonante (100) a tensão de operação (uc) ajustada na etapa iv.

47. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o valor de tensão de operação (uc) é calculado em um ciclo de operação (Tr) do compressor linear ressonante (100), o ciclo de operação (Tr) definindo a operação do compressor linear (100) em uma freqüência de ressonância (Fr).

48. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros elétricos é calculado a partir de um modelo matemá- tico elétrico do compressor linear ressonante (100).

49. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o conjunto de parâmetros mecânicos é calculado a partir de um modelo mate- mático mecânico do compressor linear ressonante (100).

50. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que um modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante (100) é definido com base nos conjuntos de parâmetros elétricos e mecâni- cos.

51. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático elétrico do compressor linear (100) é definido com base em um circuito elétrico RL em série com uma fonte de tensão e equacionado através da equação Vent (O = (ie (t)) + VL (it (t)) + Vmt (ve (t)) em que: <formula>formula see original document page 41</formula> Vmt (ve(O) = Kmt ve(t) ;Tensão Induzida no Motor ou FCEM [V]; Vent (t) ;Tensão de Alimentação [V]; R ; Resistência Elétnca do lyiotor dõ Compressor L ; Indutância do motor do compressor (100) Kmt ; Constante de Força e Tensão do Motor ve(t) ; Velocidade do Pistão Calculada ie(t) ; Corrente Calculada do Motor

52. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático mecânico do compressor linear (100) é definido com base em um sistema mecânico massa/mola equacionado através da equa- ção <formula>formula see original document page 42</formula> ; Força do Motor [N]; ; Força da Mola [N]; ; Força de Amortecimento [N]; ; Força da Pressão do Gás no Cilindro [N]; ; Constante de Motor ; Constante de Mola ; Primeira Constante de Amortecimento ; Massa Da Parte Móvel ; Velocidade do Pistão ; Deslocamento do Pistão ; Corrente calculada do motor

53. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático eletromecânico do compressor linear (100) é definido com base em um sistema eletromecânico equacionado através da equação matricial x(t) = A.x{t) + B.u(t) + F.g(t) y(t) = C.x(t) em que: FMT(ie(t)) = Kk FML(de(0) = Ki Fm (ve(0) = K Fc(de(0) Kmt Kml Kam m ve(t) de(t) ie(t) KXO ■de(0 ■ve(t) em que: <formula>formula see original document page 43</formula>

54. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático eletromecânico do compressor linear (100) é realimen- tado por um erro de corrente do observador (ieo) multiplicado por um vetor de ganhos (K), sendo o erro de corrente do observador (ieo) calculado pela dife- rença entre a corrente medida (im) e a corrente calculada do motor (ie(t)), o modelo matemático eletromecânico do compressor linear ressonante (100) sendo equacionado por: <formula>formula see original document page 43</formula> em que: <formula>formula see original document page 43</formula>

55. Método de controle para pistão de compressor linear res- sonante, de acordo com as reivindicações 52 a 54, caracterizado pelo fato de que a força de pressão do gás no cilindro Fo(d(t)) é calculada por: <formula>formula see original document page 43</formula>

56. Compressor linear ressonante (100) caracterizado pelo fato de que compreende um método de controle para pistão como definido nas reivindicações 26 a 45 ou nas reivindicações 46 a 55.