Orientadores: Tárcio André dos Santos Barros, Grace Silva Deaecto

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Essa dissertação consiste em generalizar algumas regras de comutação do tipo mínimo, disponíveis na literatura, para levar em conta robustez com relação à mudança de ponto de equilíbrio e variação na carga de saída, de forma a deixá-las mais adaptadas para aplicações práticas em engenharia,...

Resumo: Essa dissertação consiste em generalizar algumas regras de comutação do tipo mínimo, disponíveis na literatura, para levar em conta robustez com relação à mudança de ponto de equilíbrio e variação na carga de saída, de forma a deixá-las mais adaptadas para aplicações práticas em engenharia, como é caso do controle de conversores de potência CC-CC. Estas regras são as únicas variáveis de controle atuando no sistema e são projetadas de forma a assegurar estabilidade e desempenho adequado para o mesmo. Muitas técnicas de controle baseadas em regras desta classe foram desenvolvidas nos últimos anos, porém, até o momento, não foi realizada uma análise detalhada a respeito da sua eficiência e desempenho em aplicações reais. Esta análise é importante pois nos permite avaliar se estas novas técnicas são alternativas viáveis em relação às opções já existentes na literatura. Ao longo do estudo, vamos comparar três regras de chaveamento do tipo mínimo distintas. Mais especificamente, duas são desenvolvidas no domínio do tempo contínuo e exigem frequências de chaveamento arbitrariamente altas. A outra é mais realista, pois permite considerar frequências de chaveamento limitadas, sendo obtidas a partir de condições de projeto para sistemas a tempo discreto. Todas elas são derivadas de trabalhos anteriores, porém, com novas adaptações. Essas adaptações objetivam tornar o controlador robusto, tanto a variações de carga quanto a variações de tensão de saída. Para melhor avaliação comparamos as estratégias de controle do tipo mínimo com o controlador PI clássico, comumente utilizado na literatura. Ao longo desse estudo, nós analisamos o comportamento nos regimes transitório e permanente destas regras de chaveamento para três conversores distintos. Para o buck, o boost, e o buck-boost. A modelagem de cada um dos conversores é abordada, assim como a metodologia de projeto para cada técnica de controle estudada. Por meio de simulações e testes experimentais, nós apresentamos o comportamento dos conversores operando sob a atuação de cada uma das metodologias de controle, ressaltando as vantagens e desvantagens de cada uma delas. Outro resultado importante é proveniente da análise da frequência de chaveamento que, sob a influência de regras do tipo mínimo, pode variar consideravelmente dependendo da tensão de saída desejada. Esses perfis de frequência indicam um grande potencial para redução de perdas por chaveamento no conversor aumentando, assim, sua eficiência

Abstract: This dissertation consists of the generalization of some available min-type switching rules to cope with changes in the equilibrium point and output load variation, making them more amenable for practical implementations in engineering, as is the case of the DC-DC power converters control....

Abstract: This dissertation consists of the generalization of some available min-type switching rules to cope with changes in the equilibrium point and output load variation, making them more amenable for practical implementations in engineering, as is the case of the DC-DC power converters control. These rules are the unique control variable acting in the system and are designed in order to assure stability and suitable performance for it. Many of the control techniques based on rules of this class have been developed in recent years. However, there is a lack in the literature concerning a detailed analysis of their efficiency and performance in real applications. This analysis is important to evaluate if these new techniques are viable alternatives with respect to the options already existent in the literature. Throughout the study, we will compare three distinct min-type switching rules. More specifically, two are developed in continuous time and require arbitrarily high switching frequencies. The other is more realistic since it allows us to consider limited switching frequency and is obtained from design conditions developed for discrete-time systems. All of them are derived from previous works, but with new adaptations. These adaptations aim to make the controller robust concerning load and output voltage variations, making them a viable option compared to usual techniques. For a better evaluation, we have compared the min-type switching strategies with the classical PI controller, commonly adopted in the literature. Throughout this study, we have verified the control strategies behavior in three different converters: buck, boost, and buck-boost. The modeling of each converter is covered as well as the design methodology for each control technique. Using simulations and experimental tests, we have presented the converters' behavior in the transient and steady-state, highlighting the advantages and disadvantages of each technique. Another significant result comes from analyzing the switching frequency, which under min-type switching strategies can vary considerably according to the desired output voltage. These frequency profiles indicate a great potential for reducing losses in the converter due to the switching, thus increasing its efficiency

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