Efectos de elementos no modelados y la digitalización de las señales y el control, en el comportamiento del convertidor reductor controlado con ZAD-FPIC

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es obtener concordancia entre los resultados numéricos obtenidos vía modelización matemática, y los resultados experimentales, en un convertidor reductor (convertidor buck) controlado con la técnica ZAD-FPIC. En este documento se presentan los resultados numéricos y experimentales de la aplicación de la técnica ZAD-FPIC para controlar un convertidor de potencia tipo buck cuando se tiene un periodo de atraso en la señal de control. Primero se controla el sistema buck con carga resistiva y posteriormente se controla un sistema acoplado buck-motor. Inicialmente se usó un modelo simplidado del convertidor buck, ya que en muchos casos este modelo ha dado buenos resultados. Sin embargo, en este caso no fue así y se vió la necesidad de mejorar el modelo. Se adicionaron resistencias internas, resistencias de medida, la caída de voltaje en el diodo, y en la parte final se incluyeron efectos de cuantización, tanto en las variables sensadas como en la señal PWM. Para el sistema buck y buck-motor, se muestran resultados comparativos tanto numéricos como experimentales y se analiza el comportamiento del controlador ZAD-FPIC, así: i) se realizan variaciones instantáneas de señal de referencia, ii) se deja fijo el parámetro de control del ZAD y se varía el parámetro de control del FPIC, iii) se deja fijo el parámetro de control del FPIC y se varía el parámetro de control del ZAD, iv) se muestran los resultados de controlar únicamente con ZAD, v) se hacen pruebas con dos periodos de atraso, vi) se diseña un estimador de carga para hacer variaciones de la misma, y finalmente vii) se hacen perturbaciones en la entrada de alimentación / Abstract: The goal of this thesis is to obtain coherence between numerical results, obtained via the numerical simulation of the mathematical model, and the experimental results in a buck converter controlled via the combined ZAD-FPIC controller. Simulation and experimental results are presented in this document when one delay period is considered in the output of the ZAD-FPIC controller. Initially, the buck system with resistive load is controlled, and afterwards the coupled system: buck-motor. At the beginning, a simplied mathematical model of the buck converter was used, due to in several cases this model has lead to acceptable results. However, the model had to be improved so as to obtain coherent results with the experimental prototype. The proposed mathematical model includes: internal resistances, measures resistances, and the Diode forward voltage, furthermore, quantization effects, in the measured variables and the PWM control signal, were included in the mathematical model. Comparative results between numerics and experiments are shown for the system buck and buck-motor, and the ZAD-FPIC controller is analyzed when: i) the reference signal includes instantaneous variations, ii) the parameter of the ZAD controller is kept constant while the parameter of FPIC controller is varied, iii) the parameter of the FPIC controller is kept constant while the parameter of the ZAD controller is varied, iv) the ZAD controller is only applied, v) a two periods delay is also considered; vi) a load estimator is designed, and finally vii) when disturbances in the supply voltage signal are applied. A better coherence between theoretical simulation results and experiments was attained by improving the mathematical model of the system, including the quantization effects and the time delay