Control no lineal de un convertidor buck que alimenta una carga de potencia constante

Autores
Pavez Cortez, Kevin Orlando; Esteban, Francisco Daniel; Mezzano, Fernando Adrián; Serra, Federico Martin
Año de publicación
2024
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
En este trabajo se desarrolla una estrategia de control no lineal para un convertidor electrónico de potencia DC-DC reductor (convertidor buck) que alimenta una carga de potencia constante. Debido a la no linealidad que introduce la carga de potencia constante en el modelo matemático del convertidor, las estrategias de control lineales pueden no ser efectivas a la hora de estabilizar el sistema a lazo cerrado y/o su desempeño puede verse afectado. Por este motivo, la estrategia de control propuesta se diseña utilizando la técnica no lineal de linealización por realimentación entrada-estado. Primeramente, se desarrolla el modelo matemático del convertidor buck y se muestra cómo la adición de una carga de potencia constante afecta la dinámica del mismo, volviendo su modelo matemático en no lineal. Luego, se detalla en qué consiste la estrategia de linealización por realimentación entrada-estado y se desarrolla el controlador utilizando dicha estrategia. Finalmente, se verifica el desempeño del controlador mediante resultados de simulación utilizando el software Simulink de Matlab. Las simulaciones llevadas a cabo muestran que el controlador es capaz de regular la tensión de salida del convertidor en un valor de referencia sin error en estado estable. Además, el mismo es robusto ante variaciones paramétricas y ante cambios de carga y de tensión de entrada del convertidor.
In this work, a non linear control strategy for a DC-DC buck converter which feeds a constant power load is developed. Due to the non-linearity that the constant power load introduces in the mathematical model of the converter, many linear control strategies might be unable to stabilize the closed loop system or their behavior might be affected. Because of this, a controller designed using the input-state feedback linearization technique is proposed. Firstly, the mathematical model of the buck converter is developed and the effect of the constant power load over it is shown. Later, the input-state feedback linearization technique is explained and the controller is developed using such technique. Finally, the performance of the controller is verified using Simulink. The simulations show that the controller is able to regulate the output voltage of the converter without steady-state error. On top of that, the controller is robust against parametric variations, change of load and input voltage.
Fil: Pavez Cortez, Kevin Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina
Fil: Esteban, Francisco Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina
Fil: Mezzano, Fernando Adrián. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina
Fil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; Argentina
Materia
CONVERTIDOR BUCK
CARGA DE POTENCIA CONSTANTE
LINEALIZACION POR REALIMENTACION
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Primeramente, se desarrolla el modelo matemático del convertidor buck y se muestra cómo la adición de una carga de potencia constante afecta la dinámica del mismo, volviendo su modelo matemático en no lineal. Luego, se detalla en qué consiste la estrategia de linealización por realimentación entrada-estado y se desarrolla el controlador utilizando dicha estrategia. Finalmente, se verifica el desempeño del controlador mediante resultados de simulación utilizando el software Simulink de Matlab. Las simulaciones llevadas a cabo muestran que el controlador es capaz de regular la tensión de salida del convertidor en un valor de referencia sin error en estado estable. Además, el mismo es robusto ante variaciones paramétricas y ante cambios de carga y de tensión de entrada del convertidor.In this work, a non linear control strategy for a DC-DC buck converter which feeds a constant power load is developed. Due to the non-linearity that the constant power load introduces in the mathematical model of the converter, many linear control strategies might be unable to stabilize the closed loop system or their behavior might be affected. Because of this, a controller designed using the input-state feedback linearization technique is proposed. Firstly, the mathematical model of the buck converter is developed and the effect of the constant power load over it is shown. Later, the input-state feedback linearization technique is explained and the controller is developed using such technique. Finally, the performance of the controller is verified using Simulink. The simulations show that the controller is able to regulate the output voltage of the converter without steady-state error. On top of that, the controller is robust against parametric variations, change of load and input voltage.Fil: Pavez Cortez, Kevin Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. 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Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Laboratorio de Control Automático; ArgentinaFil: Serra, Federico Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Investigaciones en Tecnología Química; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. 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In this work, a non linear control strategy for a DC-DC buck converter which feeds a constant power load is developed. Due to the non-linearity that the constant power load introduces in the mathematical model of the converter, many linear control strategies might be unable to stabilize the closed loop system or their behavior might be affected. Because of this, a controller designed using the input-state feedback linearization technique is proposed. Firstly, the mathematical model of the buck converter is developed and the effect of the constant power load over it is shown. Later, the input-state feedback linearization technique is explained and the controller is developed using such technique. Finally, the performance of the controller is verified using Simulink. The simulations show that the controller is able to regulate the output voltage of the converter without steady-state error. On top of that, the controller is robust against parametric variations, change of load and input voltage.
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