Modelado y control de convertidores de potencia

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de tesis se estudia el modelado y control de los convertidores de potencia reductor, elevador y reductor-elevador. Se obtienen los modelos considerando elementos parásitos presentes en los convertidores. El método usado para obtener los modelos es mediante las ecuaciones Euler-Lagrange. Los modelos describen el comportamiento dinámico de los convertidores en modo de conducción continua. Los modelos obtenidos que consideran elementos parásitos permiten realizar simulaciones con resultados que se aproximan mejor al sistema real. Los controladores implementados abordan el problema de regulación de voltaje de salida a un voltaje de salida deseado de los convertidores reductor y reductor-elevador. Se implementa un controlador de la literatura en combinación con el modulador Σ − ∆ para el convertidor reductor. Se presenta una justificación de la implementación del modulador Σ − ∆ con el controlador. Se realizan experimentos donde se prueba el desempeño del controlador ante perturbaciones. Los resultados experimentales confirman que el objetivo de control se cumple. Se presenta un nuevo controlador basado en la función de Lyapunov para el convertidor reductor-elevador. El controlador propuesto asegura estabilidad asintótica del sistema de lazo cerrado. El análisis de las trayectorias del sistema de lazo de cerrado se realiza usando el método de Lyapunov y el teorema de LaSalle. Se realiza un experimento comparando el desempeño del controlador nuevo con otros controladores de la literatura. Se concluye con base en los resultados experimentales que el esquema de control propuesto resulta robusto ante la presencia de elementos parásitos y cambios del voltaje de alimentación. ABSTRACT: This thesis addresses the modeling and control of the buck, boost, and buck-boost power converters. The models of the buck, boost, and buck-boost, include parasitic components. The method applied to obtain the models is by using the Euler-Lagrange equations. The models describe the dynamic behavior of the power converters operating in continuous conduction mode: The obtained models are used in simulations which present results that are closer to the real system. The implemented controllers address the problem of output voltage regulation to a desired value of the buck and buck-boost power converters. The Σ − ∆ modulator is used in combination with a controller found in the literature to regulate the output voltage of the buck converter. The justification analysis of using the Σ − ∆ modulator together with the controller is presented. Experiments are carried out to test the performance of the controller under perturbations. The experimental results confirm that the control objective is achieved. A new Lyapunov-function-based controller is presented for the buck-boost converter. The controller guarantees global asymptotic stability of the closed-loop system. The analysis of the closed-loop trajectories is carried out using Laypunov´s method and LaSalle´s invariance principle. The proposed controller is compared to other approaches in experimental test. It is concluded that based in the results the proposed controller presents better performance under input voltage variation and in the presence of parasitic elements.