Estrategias de control para sistemas bilineales aplicadas a los convertidores de potencia DD-DC
Authors:   , García Esteban Mauricio 
Published: October 2023

En este trabajo se presenta, por medio del procedimiento sistemático de selección, definición y adecuación de estrategias generales del control no--lineal, seis diferentes algoritmos propuestos que permiten efectuar el análisis y diseño del control retroalimentado para la regulación de los circuitos convertidores DC--DC, y sus modelos derivados, atendiendo a sus características intrínsecas de estructuras dinámicas no--lineales, con parámetros de valores inciertos y además de presentar, respuesta de fase no--mínima en la regulación directa del voltaje de salida. Proceso que dio como resultado diversos aportes teóricos en la línea de investigación de los convertidores DC--DC, y del control no--lineal.<br/>Al realizar al análisis del sistema y diseño del control, de los modelos promedio obtenidos vía PWM (ver capítulo II), existe un aporte con las siguientes estrategias adaptables en línea: Primero, para la regulación directa del voltaje de salida, se combina el método del vector sobreparametrizado, con la propuesta necesaria de realizar el desarrollo de reinicios en el controlador sobre un ajuste "seudo--deslizante". Segundo, se efectúa la regulación indirecta del voltaje de salida con el método de diseño del control denominado "salto atrás" (backstepping), aportando una nueva Forma Canónica de control generada a partir del sistema transformado de imperfecciones en variables de fase generalizadas, definida al linealizar el sistema. Ambas estrategias permiten el ajuste de los parámetros constantes pero inciertos en el modelo del controlador, con la característica de estar desarrollados sobre la base de una linealización nominalmente exacta.<br/>Igualmente se analiza, demuestra y se aporta el hecho que los modelos de estado promedio, o modelados de frecuencia de conmutación infinita, de los circuitos convertidores de corriente continua, coinciden con los que se obtienen en este trabajo con técnicas que describen a los sistemas Euler--Lagrange. A partir de estos modelos se aporta una metodología para llevar ha cabo la regulación indirecta del voltaje de salida en los circuitos convertidores. Posteriormente, nuevamente existe una aportación al realizar la estrategia de diseño de controladores adaptativos basados en pasividad he inclusive se extiende la metodología para proponer un algoritmo de control adaptable que solvente la estabilización en una versión de tres convertidores "boost" en cascada. Ambas estrategias aprovechan las restricciones físicas del sistema, y en particular sus propiedades energéticas. Alternativamente se innova al analizar y diseñar el sistema de control para la estabilización y seguimiento de señales de los convertidores derivados, sobre la base de modelos en tiempo discreto sustentados mediante una discretización exacta de la corriente muestreada en el inductor.

A variety of nonlinear feedback controllers, or duty ratio synthesizers, they are derived for the stabilization and reference signal tracking <br/>problems, strategies of regulation based in the stabilization of the average input current via the Pulse Width Modulation (PWM), in Dc to Dc power supplies, of the buck, boost and buck-boost types. First contribution, is that the adaptive controllers designed are Euler_Lagrange systems, and they correspond reasonably to a set of average Euler_Lagrange parameters. This procedure, generate useful connections of the associated <br/>pasivity based controllers with those of the differential flatness and sliding mode controllers. The second contribution, rather different a adaptive feedback strategy is adopted by resorting to an approach inspired by adaptive backstepping controller design methodology. Finally an exact nonlinear model in discrete time is derived for the dc to dc converters, and stabilization problem are solved on the basis of the steady state considerations about the input current "ripple". Through computer simulations, all of the feedback controllers proposed, they showed robustness with respect to unmodelled stochastic perturbation inputs affecting the value of the external voltage source.