Diseño de un nuevo controlador para convertidores de potencia variando el offset en la rampa de control

El objeto de esta investigación son los convertidores de potencia, específicamente la estabilidad de estos dispositivos. Debido a su aplicación, los convertidores son requeridos en muchos procesos y el mejoramiento de su desempeño es un constante tema de estudio. Según la naturaleza de las señales de entrada y salida además de la relación entre éstas, conocida como ganancia, es posible caracterizar estos dispositivos, agrupándolos por tipos. Independiente del tipo de convertidor, existe un control apropiado para cada uno, que permite mantener un comportamiento estable en un punto de operación predefinido; el problema aparece cuando el punto de operación se encuentra en una zona para la cual la técnica de control aplicada no funciona y el convertidor pierde la estabilidad. El resultado de este trabajo es el aumento del rango de estabilidad del convertidor DC-DC elevador (convertidor tipo boost), usando información de la matriz de salto obtenida después de estudiar el convertidor como un sistema suave a trozos. Se expone una metodología que permite una resintonización de los parámetros del control del sistema con la cual se amplía el rango de estabilidad, sin agregar nuevos lazos de control que hacen más complejo el sistema. En el capítulo 1 de este documento se encuentra una introducción al tema de discusión y estudio. En este capítulo se da una idea clara al lector de lo que encontrará en este trabajo y se muestra el orden en el que se irán presentando cada uno de los estudios realizados. Inicialmente se estudia el convertidor boost; estructura circuital y modelo matemático son expuestos en el segundo capítulo de este documento. Los modos de conducción del convertidor caso de estudio y las topologías que componen cada uno, son descritos en este capítulo; Además se observa uno de los controles aplicado comúnmente a este tipo de convertidor y los inconvenientes que aparecen cuando parámetros como el voltaje de entrada y la resistencia en la carga son variados, inconvenientes que se convierten en motivación de esta investigación. En el capítulo 3 el convertidor boost es estudiado como un sistema suave a trozos y las teorías de Filippov y Floquet son aplicadas; es en este punto donde aparecen conceptos como las matrices de salto y monodromía que luego se convierten en la base fundamental del análisis realizado. En este capítulo se expone el concepto de matriz de monodromía, luego con el apoyo de las teorías referidas anteriormente se hace un estudio de la estabilidad del sistema y por último algunas técnicas de control basadas en la información obtenida, son expuestas. Después de haber realizado el estudio del convertidor, de sus inconvenientes y de la forma como hasta el momento se han intentado solucionar, se procede a plantear la propuesta de esta tesis en el capítulo 4. Se toma como caso de estudio el convertidor DC-DC elevador conocido como convertidor tipo boost. La metodología que se propone inicia con el estudio del sistema dinámico como un sistema suave a trozos, obteniendo del procedimiento realizado, las matrices de salto y monodromía. Se encuentra una relación entre la norma espectral de estas matrices y la estabilidad del sistema, lo que nos conduce a tomar la decisión de minimizar tal norma a fin de afectar la estabilidad del sistema. Para minimizar la norma espectral de la matriz de monodromía, nos concentramos por varias razones, en el vector normal a la superficie de conmutación, n; el vector n contiene los factores que acompañan dentro del análisis realizado, a cada variable de estado; estos factores serán resintonizados con el fin de ampliar el rango de estabilidad del sistema. En el capítulo 4 se expone todo el procedimiento y se muestra el resultado obtenido después de ser aplicado al caso de estudio. En el capítulo 5 se exponen las conclusiones a las que dan lugar el análisis realizado y los resultados obtenidos. Entre los resultados más relevantes de este trabajo se encuentra la relación directa que existe entre la norma de la matriz de monodromía y la estabilidad del sistema, la relación directa entre las normas de la matriz de monodromía y las matrices de salto del sistema y la posibilidad de aplicar técnicas de control resintonizado parámetros que pertenecen al propio sistema. La técnica propuesta se basa en la resintonización de los parámetros a partir del objetivo de disminuir la norma de la matriz de monodromía hasta un valor al cual hemos denominado norma critica o norma al borde de la estabilidad. Con esta resintonización se logra obtener un aumento en el rango de estabilidad del sistema sin agregar nuevos lazos y variables de control que lo hagan más complejo. Como trabajos futuros se implementará esta técnica en otros convertidores con el fin de observar si aplica de buena forma para sistemas que involucren más de una matriz de salto y diferentes funciones de conmutación

• Autores: Pérez Contreras, Arnold
• Fecha de publicación: 2018
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/64075
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/64075; http://bdigital.unal.edu.co/64817/
• Palabra clave: 51 Matemáticas / Mathematics; 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Convertidores electrónicos de potencia; Teoría de Filippov; Teoría de Floquet; Matriz de monodromía; Matriz de salto; Norma espectral; Power converters; Filippov theory; Floquet theory; Monodromy matrix; Saltation matrix; Spectral norm
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional