Control no lineal de un convertidor buck que alimenta una carga de potencia constante

Abstract

En este trabajo se desarrolla una estrategia de control no lineal para un convertidor electrónico de potencia DC-DC reductor (convertidor buck) que alimenta una carga de potencia constante. Debido a la no linealidad que introduce la carga de potencia constante en el modelo matemático del convertidor, las estrategias de control lineales pueden no ser efectivas a la hora de estabilizar el sistema a lazo cerrado y/o su desempeño puede verse afectado. Por este motivo, la estrategia de control propuesta se diseña utilizando la técnica no lineal de linealización por realimentación entrada-estado. Primeramente, se desarrolla el modelo matemático del convertidor buck y se muestra cómo la adición de una carga de potencia constante afecta la dinámica del mismo, volviendo su modelo matemático en no lineal. Luego, se detalla en qué consiste la estrategia de linealización por realimentación entrada-estado y se desarrolla el controlador utilizando dicha estrategia. Finalmente, se verifica el desempeño del controlador mediante resultados de simulación utilizando el software Simulink de Matlab. Las simulaciones llevadas a cabo muestran que el controlador es capaz de regular la tensión de salida del convertidor en un valor de referencia sin error en estado estable. Además, el mismo es robusto ante variaciones paramétricas y ante cambios de carga y de tensión de entrada del convertidor.

In this work, a non linear control strategy for a DC-DC buck converter which feeds a constant power load is developed. Due to the non-linearity that the constant power load introduces in the mathematical model of the converter, many linear control strategies might be unable to stabilize the closed loop system or their behavior might be affected. Because of this, a controller designed using the input-state feedback linearization technique is proposed. Firstly, the mathematical model of the buck converter is developed and the effect of the constant power load over it is shown. Later, the input-state feedback linearization technique is explained and the controller is developed using such technique. Finally, the performance of the controller is verified using Simulink. The simulations show that the controller is able to regulate the output voltage of the converter without steady-state error. On top of that, the controller is robust against parametric variations, change of load and input voltage.