TÉCNICAS DE CONTROL ROBUSTO BASADO EN MODELO DE REFERENCIA APLICADAS A SISTEMAS MODULARES DE ALIMENTACIÓN.

Documentos relacionados
Electrónica de Potencia Introducción. Mgs. Ing. Damian Eleazar Sal y Rosas Celi

ÍNDICE DE CONTENIDOS

Tabla 1.1. Materiales y equipo.

Diseño estático de un convertidor DC/DC reductor-elevador bidireccional

Clase III - Control de corriente en inversores de tensión

Tabla de contenido. 1. Introducción Objetivos Alcances del trabajo Estructura de la tesis... 3

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Bahía Blanca

Metodología de diseño de Sistemas de Control

OPTIMIZACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA EN FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS: CONTROL VI C Y CONTROL V 2 I C

Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Asignatura Electrónica Industrial. Tema: Circuito cicloconvertidor. GUÍA 8 Pág. Pág. 1 I. OBJETIVOS.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Table of Contents. Table of Contents UniTrain Cursos UniTrain Cursos UniTrain de electrónica. Lucas Nülle GmbH Página 1/14

Introducción a los Sistemas de Control

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniería Civil en Mecánica

Laboratorio de Electrónica de Potencia

de diseño CAPÍTULO 4. Métodos de análisis de los circuitos resistivos 4.1. Reto de diseño: Indicación del ángulo de un potenciómetro 4.2. Circuitos el

INDICE Capítulo 1. Variables del Circuito Eléctrico Capítulo 2. Elementos de Circuitos Capítulo 3. Circuitos Resistivos

Nombre de la asignatura: CONVERTIDORES ELECTRONICOS DE POTENCIA. Carrera: INGENIERIA ELECTRONICA. Dr. Marco A. Arjona L. Ing. Felipe de Jesús Cobos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO ELECTRÓNICA ÁREA: CONTROL

PRACTICA Nº 1 CONFIGURACIONES BASICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL. * Realizar montajes de circuitos electrónicos sobre el protoboard.

9. SIMULACIONES CON PSPICE

DENOMINACIÓN ASIGNATURA: SISTEMAS ELECTRÓNICOS GRADO: INGENIERIA BIOMEDICA CURSO: 4º CUATRIMESTRE: 1º

Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica

Patrones de tensión eléctrica en corriente continua (cc)

PLAN DE ESTUDIOS 2008-II SÍLABO

Fundamentos de Electrónica de Potencia Ingeniero Técnico Industrial. Especialidad Electricidad Departamento de Tecnología Electrónica

Prefacio. 1 Sistemas de control

4.1 CONGRUENCIA ENTRE LOS OBJETIVOS DEL PLAN DE ESTUDIOS Y EL PERFIL DE EGRESO CON LAS LGAC:

Índice, lista de figuras y tablas.

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II

Fuentes de alimentación. Lineales

INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES EN COMPETENCIAS PROFESIONALES

RELÉS DE ESTADO SÓLIDO EN MINIATURA

INDICE Capitulo 1. Variables del Circuito Eléctrico Capitulo 2. Elementos del Circuito Capitulo 3. Circuitos Resistivos

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA SÍLABO

Reticulado 3.5 mm 1 contacto 12 A Montaje en circuito impreso o en zócalo serie 95

1.- CORRIENTE CONTINUA CONSTANTE Y CORRIENTE CONTINUA PULSANTE

Fundamento de las Telecomunicaciones

CAPÍTULO. Análisis del Desempeño del Controlador GPI. IV. Análisis del Desempeño del Controlador GPI

Conten ido. xix xxiii. Introducción 1. Capítulo Capítulo Prefacio Acerca del autor

PROTECCION DE LOS CONTACTOS

Parcial_2_Curso.2012_2013

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN SISTEMA DE RECTIFICACION CONTROLADO APLICADO A UN MOTOR DC

Universidad Nacional Autónoma de Honduras. Escuela de Física. Electricidad y magnetismo II Fs-415. Filtros Eléctricos y sus aplicaciones

Plan de Estudios. b) Comprender los principios operativos y limitaciones de los principales componentes usados en Electrónica de Potencia.

Accionamientos eléctricos Tema VI

SYLLABUS EE-112 ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS II

Programa de Asignatura

Práctica 5. Prelaboratorio

INDICE Capítulo 1. Conversión de Energía Capítulo 2. Inductancia Capítulo 3. Transformador

Electrónica Analógica y Laboratorio ESPACIO o COMPONENTE CURRICULAR

Problemas Tema 6. Figura 6.3

FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS

REPETIDOR SINTETIZADO VHF

Contenidos Control y Automatización

Conocer la aplicación de dispositivos semiconductores, como conmutadores, así como las compuertas lógicas básicas y sus tablas de verdad.

Diseño de un Amplificador Operacional totalmente integrado CMOS que funcione como driver para cargas capacitivas elevadas

Practica No. 4 CONTOL DE POSICION - CONTROL DIGITAL

5.1.1)Principio de funcionamiento.

CONVERTIDOR AC/DC 150W SEIB0152 Cod

Contenido. Acerca del autor... Prólogo... Agradecimientos...

03/11/2015

ANÁLISIS DE DISTINTAS ALTERNATIVAS DE CONTROL PARA INVERSORES MONOFÁSICOS CONECTADOS A RED.

INDICE. Prologo I: Prologo a la electrónica Avance Breve historia Dispositivos pasivos y activos Circuitos electrónicos

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

Control de Procesos Industriales 1. INTRODUCCIÓN

Controlador PID con anti-windup

Sistemas Electrónicos Especialidad del Grado de Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicación

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Multitensión Monofunción. Multitensión Multifunción

Inversores. Conversión de continua a alterna

Línea de investigación o de trabajo: Electrónica de Potencia y Control Automático

Contenido. Capítulo 2 Semiconductores 26

8. Instrumentación y sistema de adquisición de datos

Escuela Politécnica Superior Ingeniero Técnico Industrial, especialidad Electrónica Industrial Electrónica de Potencia. Nombre y apellidos:

PROGRAMA ANALÍTICO. Dr. Germán G. Oggier Ayudante de Primera Integrar conocimientos de materias básicas con los siguientes objetivos:

Carrera: ECM Participantes Representante de las academias de ingeniería electrónica de los Institutos Tecnológicos. Academias de Ingeniería

ARRANQUE DE LÁMPARAS FLUORESCENTES

Código: Titulación: ING. TÉCNICO INDUSTRIAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Curso: 2º

PRÓLOGO... CAPÍTULO 1. Introducción a los sistemas de radiofrecuencia...

Departamento Ingeniería en Sistemas de Información

Serie 34 - Relé electromecánico para circuito impreso 6 A. Características Ultra fino con 1 contacto - 6 A. Montaje en circuito impreso

Electrónica Industrial

PROBLEMAS DE EXAMEN. 1.- La figura representa un convertidor alterna/alterna con control por fase bidireccional con carga resistiva:

I. RESULTADOS DE APRENDIZAJE

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE MECANICA ELECTRICA LABORATORIO DE ELECTRONICA PENSUM ELECTRÓNICA

Práctica Nº 5 AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

Las fuentes de alimentación se pueden clasificar de forma general en dos grandes grupos: las fuentes lineales y las conmutadas.

TEMA 6: Amplificadores con Transistores

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR

TARJETAS PARA EXPERIMENTOS DE ELECTRÓNICA LINEAL SEMICONDUCTORES MOD. MCM3/EV TRANSISTORES Y SUS POLARIZACIONES MOD. MCM4/EV CIRCUITOS AMPLIFICADORES

Electrónica de Potencia

GESTE 2012 Opciones de futuro

CAPITULO 2: ELEMENTOS Y EQUIPOS TEMA 2.4. CONVERTIDORES DE TENSIÓN

Tema 6 Regulación de velocidad de motores

SISTEMA DE COMUNICACIÓN VÍA RADIO ENTRE PC Y MICROBOT.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL PROGRAMA DE ESTUDIOS 2. OBJETIVOS

Contenido. Cálculo Sistemas F.V. conectados a red

TOTAL DE HORAS: Semanas de clase: 6 Teóricas: 4 Prácticas: 2. SERIACIÓN OBLIGATORIA ANTECEDENTE: Ninguna SERIACIÓN OBLIGATORIA SUBSECUENTE: Ninguna

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS

Transcripción:

TÉCNICAS DE CONTROL ROBUSTO BASADO EN MODELO DE REFERENCIA APLICADAS A SISTEMAS MODULARES DE ALIMENTACIÓN. TESIS DOCTORAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA AUTOR: MARCOS PASCUAL MOLTÓ. DIRECTOR: GABRIEL GARCERÁ SANFELIU. OCTUBRE 2007.

ÍNDICE Capítulo 1. Introducción y estado de la técnica 1.1. Introducción... 3 1.2. Linealización de una etapa de potencia PWM. Circuito de pequeña señal de un convertidor conmutado y de un inversor... 7 1.2.1. Modelo del conmutador PWM... 9 1.2.1.1. Modelo del conmutador PWM en conducción continua... 12 1.2.1.2. Modelo del conmutador PWM en conducción discontinua... 13 1.3. Desarrollo teórico del control modo corriente media de convertidores conmutados e inversores... 14 1.3.1. Modelo de pequeña señal del control ACC... 16 1.3.2. Modelo ACC del convertidor Buck en conducción continua... 19 1.3.3. Modelo ACC del convertidor Buck en conducción discontinua... 22 1.3.4. Modelo ACC de un inversor monofásico con modulación PWM unipolar... 23 1.4. Sistemas modulares de alimentación... 25 1.4.1. Modelo de pequeña señal de un sistema DC-DC modular basado en convertidores Buck en paralelo. Circuito PSPICE para análisis de Montecarlo... 27 1.4.2. Modelo de pequeña señal de un sistema DC-AC modular basado en paralelización de inversores. Circuito PSPICE para análisis de Montecarlo... 32 Capítulo 2. Problemática del control modo corriente media de sistemas modulares de alimentación DC-DC y DC-AC. 2.1. Introducción... 37 2.2. Características dinámicas del sistema DC-DC modular nominal... 37 2.2.1. Descripción de la etapa de potencia... 37 2.2.2. Descripción de la etapa de control ACC convencional... 39 2.2.3. Ganancia de lazo. Frecuencia de cruce y márgenes de estabilidad.... 40 2.2.4. Características dinámicas en lazo cerrado del sistema DC-DC modular nominal... 43 2.2.4.1. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado... 43 2.2.4.2. Impedancia de salida en lazo cerrado... 43 2.2.5. Notas sobre la variación del número de módulos en un sistema DC-DC modular... 45 2.2.6. Simulación en gran señal del sistema DC-DC modular... 50 2.2.6.1. Escalón en la tensión de entrada... 51 2.2.6.2. Escalón en la carga... 51 2.2.6.3. Conexión-desconexión de módulos... 52 2.3. Características dinámicas del sistema DC-AC modular nominal... 53 2.3.1. Descripción de la etapa de potencia... 53 2.3.2. Descripción de la etapa de control modo corriente convencional... 54 2.3.3. Ganancia de lazo. Frecuencia de cruce y márgenes de estabilidad... 55 i

2.3.4. Características dinámicas en lazo cerrado del inversor nominal... 59 2.3.4.1. Ancho de banda en lazo cerrado.... 59 2.3.4.2. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado... 59 2.3.4.3. Impedancia de salida en lazo cerrado... 59 2.3.5. Notas sobre la variación del número de módulos en un sistema DC-AC modular... 61 2.3.6. Notas sobre el efecto de la variación de la tensión de salida V o... 64 2.3.7. Notas sobre la impedancia de salida en lazo cerrado con carga no lineal... 64 2.3.8. Simulación en gran señal del sistema DC-AC modular nominal... 65 2.3.8.1. Escalón en la tensión de referencia senoidal... 66 2.3.8.2. Escalón en la tensión de entrada... 66 2.3.8.3. Escalón de carga resistiva... 69 2.3.8.4. Carga no-lineal... 69 2.3.8.5. Conexión-desconexión de módulos... 71 2.4. Análisis de Montecarlo del sistema DC-DC modular. Prestaciones dinámicas ante cambios en la etapa de potencia... 72 2.4.1. Descripción de las variaciones de la etapa de potencia (N, R, V i, L, C...) del sistema DC-DC modular... 72 2.4.2. Análisis de Montecarlo de las funciones de transferencia más importantes... 73 2.4.2.1. Función de transferencia de la etapa de potencia VOC(s)... 73 2.4.2.2. Ganancia de lazo T v (s)... 74 2.4.2.3. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s)... 74 2.4.2.4. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s)... 75 2.5. Análisis de Montecarlo del sistema DC-AC modular. Prestaciones dinámicas ante cambios en la etapa de potencia.... 76 2.5.1. Descripción de las variaciones de la etapa de potencia (N, R, V i, L, C, V o...) del sistema DC-AC modular... 76 2.5.2. Análisis de Montecarlo de las funciones de transferencia más importantes... 77 2.5.2.1. Función de transferencia de la etapa de potencia VOC(s)... 77 2.5.2.2. Ganancia de lazo T v (s)... 77 2.5.2.3. Función de transferencia en lazo cerrado VOR(s)... 79 2.5.2.4. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s)... 79 2.5.2.5. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s)... 81 2.6. Conclusiones sobre el control convencional de sistemas modulares de alimentación... 81 Capítulo 3. Objetivos de la tesis... 85 Capítulo 4. Desarrollo del control modo corriente robusto con seguimiento de modelo (RMF) tipo paso alto para el control de convertidores DC-DC modulares. 4.1. Introducción... 89 ii

4.2. Diagrama de bloques completo del control modo corriente robusto con seguimiento de modelo tipo paso alto para el control de convertidores DC-DC modulares... 89 4.3. Descripción del lazo RMF basado en modelo de referencia paso-alto... 90 4.3.1. Lazo robusto interno: T int (s)... 91 4.3.2. Función de transferencia vista por el regulador de tensión: VOU(s)... 92 4.3.3. Condición de robustez: Elección de VOC ref (s) y diseño del lazo T int (s)... 93 4.3.4. Consideraciones relativas al ruido de conmutación en el diseño del lazo T int (s)... 96 4.3.5. Diseño del regulador de tensión G v (s)... 96 4.3.6. Regulador de tensión equivalente G v,eq (s) y lazo de tensión equivalente T v,eq (s)... 97 4.3.7. Mejora del rechazo a perturbaciones... 98 4.4. Implementación del control RMF paso-alto en un sistema DC-DC modular Buck... 99 4.4.1. Etapa de potencia nominal...100 4.4.2. Diseño de los controladores auxiliares...101 4.4.3. Ganancia de lazo equivalente. Frecuencia de cruce y márgenes de estabilidad...104 4.4.4. Estudio de las prestaciones dinámicas obtenidas con control RMF paso-alto...106 4.4.4.1. Características dinámicas en lazo cerrado del sistema DC-DC con control RMF paso-alto...106 4.4.4.1.1. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado...106 4.4.4.1.2. Impedancia de salida en lazo cerrado...106 4.4.4.2. Simulación en gran señal del sistema DC-DC modular con control RMF paso-alto...109 4.4.4.2.1. Escalón en la tensión de entrada...109 4.4.4.2.2. Escalón en la carga...110 4.4.4.2.3. Conexión-desconexión de módulos...110 4.5. Análisis de Montecarlo de las funciones de transferencia más importantes...112 4.5.1. Función de transferencia de la etapa de potencia modificada VOU(s)...112 4.5.2. Ganancia de lazo T v (s)...112 4.5.3. Ganancia de lazo equivalente T v-eq (s)...114 4.5.4. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s)...114 4.5.5. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s)...114 4.6. Conclusiones sobre el control RMF paso-alto...116 Capítulo 5. Desarrollo del control modo corriente robusto con seguimiento de modelo (RMF) tipo paso bajo para el control de convertidores DC-DC modulares. 5.1. Introducción...121 5.2. Diagrama de bloques completo del control modo corriente robusto con seguimiento de modelo tipo paso bajo para el control de convertidores DC-DC modulares....122 5.3. Descripción del lazo RMF basado en modelo de referencia paso-bajo...123 5.3.1. Lazo interno T int (s) y lazo de referencia T ref (s)...123 5.3.2. Función de transferencia vista por el regulador de tensión: VOU(s)...124 5.3.3. Diseño del lazo T int (s) y elección de VOC ref (s)...124 5.3.4. Diseño del regulador de tensión G v (s)...126 iii

5.3.5. Regulador de tensión equivalente G v,eq (s) y lazo de tensión equivalente T v,eq (s)...127 5.3.6. Mejora del rechazo a perturbaciones...128 5.3.7. Procedimiento de diseño del control RMF paso-bajo...129 5.4. Implementación del control RMF paso-bajo en un sistema DC-DC modular Buck...130 5.4.1. Etapa de potencia nominal...130 5.4.2. Diseño de los controladores auxiliares...131 5.4.3. Ganancia de lazo equivalente. Frecuencia de cruce y márgenes de estabilidad...133 5.4.4. Estudio de las prestaciones dinámicas obtenidas con control RMF paso-bajo...135 5.4.4.1. Características dinámicas en lazo cerrado del sistema DC-DC con control RMF paso-bajo...135 5.4.4.1.1. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado...135 5.4.4.1.2. Impedancia de salida en lazo cerrado...136 5.4.4.2. Simulación en gran señal del sistema DC-DC modular con control RMF paso-bajo...139 5.4.4.2.1. Escalón en la tensión de entrada...139 5.4.4.2.2. Escalón en la carga...139 5.4.4.2.3. Conexión-desconexión de módulos...141 5.5. Análisis de Montecarlo de las funciones de transferencia más importantes...142 5.5.1. Función de transferencia de la etapa de potencia modificada VOU(s)...142 5.5.2. Ganancia del lazo externo T v (s)...142 5.5.3. Ganancia del lazo equivalente T v-eq (s)...144 5.5.4. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s)...144 5.5.5. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s)...146 5.6. Conclusiones sobre el control RMF paso-bajo...146 5.7. Comparativa RMF paso-alto vs. RMF paso-bajo...147 Capítulo 6. Desarrollo del control modo corriente RMF paso-bajo para el control de inversores modulares. 6.1. Introducción...151 6.2. Diagrama de bloques completo del control modo corriente robusto con seguimiento de modelo tipo paso bajo para el control de convertidores DC-AC modulares...152 6.3. Descripción del lazo RMF basado en modelo de referencia paso-bajo...154 6.3.1. Lazo interno T int (s) y lazo de referencia T ref (s)...154 6.3.2. Función de transferencia vista por el regulador externo...155 6.3.3. Diseño del regulador externo G(s)...155 6.3.4. Regulador equivalente G eq (s) y lazo equivalente T eq (s)...156 6.3.5. Procedimiento de diseño del control RMF paso-bajo...157 6.3.6. Mejora del rechazo a perturbaciones...160 6.4. Implementación del control RMF paso-bajo en un sistema DC-AC modular...161 6.4.1. Etapa de potencia nominal...162 6.4.2. Diseño de los controladores...162 iv

6.4.3. Ganancias de lazo equivalentes. Frecuencias de cruce y márgenes de estabilidad...167 6.4.4. Estudio de las prestaciones dinámicas obtenidas con control RMF paso-bajo...171 6.4.4.1. Características dinámicas en lazo cerrado del sistema DC-AC con control RMF paso-bajo...171 6.4.4.1.1. Ancho de banda en lazo cerrado...171 6.4.4.1.2. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado...171 6.4.4.1.3. Impedancia de salida en lazo cerrado...172 6.4.4.2. Simulación en gran señal del sistema DC-DC modular con control RMF paso-alto...175 6.4.4.2.1. Escalón en la tensión de referencia...175 6.4.4.2.2. Escalón en la tensión de entrada...177 6.4.4.2.3. Escalón en la carga...177 6.4.4.2.4. Carga no-lineal...177 6.4.4.2.5. Conexión-desconexión de módulos...180 6.5. Análisis de Montecarlo de las funciones de transferencia más importantes...182 6.5.1. Función de transferencia de la etapa de potencia VOC(s)...182 6.5.2. Ganancias de lazo externas T ext,i (s) y T ext,v (s)...183 6.5.3. Ganancias de lazo equivalentes T eq,i (s) y T eq,v (s)...184 6.5.4. Función de transferencia en lazo cerrado VOR(s)...184 6.5.5. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s)...186 6.5.6. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s)...186 6.6. Conclusiones sobre el control RMF paso-bajo...188 Capítulo 7. Materiales empleados 7.1. Software...193 7.2. Material de laboratorio...193 7.3. Prototipos experimentales...194 Capítulo 8. Resultados experimentales 8.1. Introducción...215 8.2. Sistema modular DC-DC con control RMF paso-alto...215 8.2.1. Consideraciones previas...215 8.2.2. Ganancias de lazo T v (s) y T v,rmf (s)...217 8.2.2.1. Conducción continua (CCM)...218 8.2.2.2. Conducción discontinua (DCM)...218 8.2.3. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s) y A cl,rmf (s)...222 8.2.4. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s) y Z ocl,rmf (s)...224 8.2.5. Escalones de carga...224 8.3. Sistema modular DC-DC con control RMF paso-bajo...227 v

8.3.1. Consideraciones previas...227 8.3.2. Ganancias de lazo T v (s) y T v,rmf (s)...228 8.3.2.1. Conducción continua (CCM)...228 8.3.2.2. Conducción discontinua (DCM)...231 8.3.3. Audiosusceptibilidad en lazo cerrado A cl (s) y A cl,rmf (s)...231 8.3.4. Impedancia de salida en lazo cerrado Z ocl (s) y Z ocl,rmf (s)...234 8.3.5. Escalones de carga...237 8.4. Sistema modular DC-AC con control RMF paso-bajo...239 8.4.1. Consideraciones previas...239 8.4.2. Escalones de carga...242 8.4.3. Carga no lineal...244 8.4.4. Seguimiento de la señal de referencia de corriente...247 Capítulo 9. Conclusiones y futuras líneas de investigación 9.1. Conclusiones...251 9.2. Futuras líneas de investigación...256 Referencias...259 Publicaciones derivadas de la tesis...263 vi