UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAR ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAR ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEEE PROYECTO

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAR ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEEE PROYECTO DE INVESTIGACION CIENTÍFICA

DISEÑO, ANÁLISIS E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL POR MODO DESLIZANTE PARA UN CONVERTIDOR DC/AC

DISEÑO, ANÁLISIS E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL POR MODO DESLIZANTE PARA UN CONVERTIDOR DC/AC AUTOR: JORGE ESPINOSA DIRECTOR: ING. PAÚL AYALA CO-DIRECTOR: ING. VÍCTOR PROAÑO

OBJETIVOS GENERAL �Diseñar e implementar un sistema de control de modo deslizante para un

OBJETIVOS GENERAL �Diseñar e implementar un sistema de control de modo deslizante para un convertidor DC/AC.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS � Analizar el circuito del convertidor DC/AC utilizando la herramienta matemática “Scilab”

OBJETIVOS ESPECÍFICOS � Analizar el circuito del convertidor DC/AC utilizando la herramienta matemática “Scilab” y la herramienta de simulación “Open Modellica”. � Proponer un controlador en modos deslizantes para el convertidor DC/AC. � Analizar el comportamiento dinámico del sistema controlador-convertidor diseñado.

APLICACIONES �Actuadores para motores de corriente alterna. - Permite variar la tensión y la

APLICACIONES �Actuadores para motores de corriente alterna. - Permite variar la tensión y la frecuencia de estos motores.

APLICACIONES �Fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS). - Genera una tensión senoidal a partir de

APLICACIONES �Fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS). - Genera una tensión senoidal a partir de una batería con el fin de sustituir a la red cuando se ha producido un corte en el suministro eléctrico.

APLICACIONES �Generación fotovoltáica. Genera la tensión senoidal de 60 Hz a partir de una

APLICACIONES �Generación fotovoltáica. Genera la tensión senoidal de 60 Hz a partir de una tensión continua producida por una serie de paneles fotovoltaicos.

Convertidor Buck DC-AC

Convertidor Buck DC-AC

Topología

Topología

Operación Modo Continuo

Operación Modo Continuo

Protocolo De Conmutación Ciclo Positivo Ciclo negativo

Protocolo De Conmutación Ciclo Positivo Ciclo negativo

Diseño Interruptores: Mosfets

Diseño Interruptores: Mosfets

Modelamiento Matemático

Modelamiento Matemático

Simulación

Simulación

Implementación Convertidor DC-AC

Implementación Convertidor DC-AC

Implementación Interfaz de Potencia

Implementación Interfaz de Potencia

Controlador por modo deslizante

Controlador por modo deslizante

Modo deslizante Este tipo de control se puede definir como un control de conmutación

Modo deslizante Este tipo de control se puede definir como un control de conmutación a alta frecuencia, con el fin de llevar al comportamiento del sistema hacia una superficie establecida, llamada superficie de deslizamiento, controlando las entradas binarias del sistema, con el cual se logrará el fin deseado para el sistema. Sistema No lineal de una entrada afín en el control:

Modo deslizante Donde: Vector de estados Acción de Control Campos Vectoriales locales suficientemente suaves

Modo deslizante Donde: Vector de estados Acción de Control Campos Vectoriales locales suficientemente suaves

Superficie de deslizamiento Campo Escalar S función suave Conmutación Conjunto : Ley de Control

Superficie de deslizamiento Campo Escalar S función suave Conmutación Conjunto : Ley de Control de Estructura Variable

Superficie de deslizamiento

Superficie de deslizamiento

Derivada de Lie

Derivada de Lie

Control Equivalente

Control Equivalente

Condiciones de existencia del modo deslizante CONDICIÓN DE TRANSVERSALIDAD LEMA 1: Es condición necesaria

Condiciones de existencia del modo deslizante CONDICIÓN DE TRANSVERSALIDAD LEMA 1: Es condición necesaria y suficiente para que el control equivalente esté bien definido, que satisfaga localmente en S la condición de transversalidad. CONDICIÓN NECESARIA Y SUFICIENTE TEOREMA 1: Una condición necesaria y suficiente para la existencia del modo deslizante local sobre S, es que localmente en X, para x elemento de S, se cumpla:

Método directo de Lyapunov Sistema Autónomo Trayectoria Función Punto IDEA PRINCIPAL DE LYAPUNOV: DEFINICIÓN

Método directo de Lyapunov Sistema Autónomo Trayectoria Función Punto IDEA PRINCIPAL DE LYAPUNOV: DEFINICIÓN : Si (semi) definida positiva Función de Lyapunov si Función Estricta de Lyapunov si TEOREMA : Criterio de Lyapunov Es estable Es asintóticamente estable

Función de Energía propuesta

Función de Energía propuesta

Diseño de la supercie de deslizamiento 1. Proponer la superficie de deslizamiento tomando en

Diseño de la supercie de deslizamiento 1. Proponer la superficie de deslizamiento tomando en cuenta: 1. Un comportamiento deseable según el objetivo de control; se debe satisfacer s(x)=0. 2. Las variables involucradas en s(x) deben tener representación física. 2. Cumplimiento de la condición de transversalidad. 3. Obtener el valor del Control Equivalente. 4. Determinar la región de deslizamiento cumpliendo la condición necesaria y suficiente. 5. Analizar la estabilidad con el método directo de Lyapunov.

Diseño de la supercie de deslizamiento MODELO DEL CONVERTIDOR: APLICACIÓN: 1. Propuesta : Control

Diseño de la supercie de deslizamiento MODELO DEL CONVERTIDOR: APLICACIÓN: 1. Propuesta : Control de la corriente en el inductor. Accesibilidad de S: Régimen Deslizante: 2. Condición de Transversalidad. 3. Control Equivalente.

Diseño de la supercie de deslizamiento 4. Región de deslizamiento 5. Estabilidad: Método directo

Diseño de la supercie de deslizamiento 4. Región de deslizamiento 5. Estabilidad: Método directo de Lyapunov Para u=1, s=s Para u=0, s=-s

Implementación Circuito de Control

Implementación Circuito de Control

Implementación Programa AVR

Implementación Programa AVR

Conclusiones ü La relación de Voltaje y corriente dependen del ciclo de trabajo. ü

Conclusiones ü La relación de Voltaje y corriente dependen del ciclo de trabajo. ü El convertidor actuara como reductor y filtro. ü Desventaja en el requerimiento de los componentes. ü El beneficio del modelado. ü El diseño de la superficie de deslizamiento. ü Conmutación de los mosfets de manera individual. ü Controlar la corriente es un control indirecto. ü La implementación es a frecuencia finita, esto produce chaterring. ü Resistencia Baja en serie a la bobina, para eliminar sobretensiones. ü En un sistema de Estructura Variable las pérdidas por conmutación serán mayores.

Recomendaciones Ø Representación Física de la variable involucrada en la superficie de deslizamiento. Ø

Recomendaciones Ø Representación Física de la variable involucrada en la superficie de deslizamiento. Ø Uso de fuentes independientes. Ø Reducción de las pérdidas por conmutación alterando el ciclo de trabajo con el que se activa el transistor alto respecto del transistor bajo. Ø El uso de diodos supresores de trascientes de sobrevoltaje es efectivo. Ø Estudio y análisis de los circuitos integrados drivers IRXXXX. Ø Uso de un circuito controlador más rápido que el ATmega 164 PA.