CONTROL DIFUSO PARA EL CONVERTIDOR CD/CD TIPO BOOST

 

Eduardo Hernández Márquez1
Ramón Silva Ortigoza2
Juan José de Jesús Herber Ramírez1
Carlos Francisco Hernández Pascual1
Erik Reyes Reyes2
Ulises Santos López1

1Tecnológico Nacional de México
ITSPR
Departamento de Ingeniería Mecatrónica

2Instituto Politécnico Nacional
CIDETEC
Laboratorio de Mecatrónica y Energía Renovable

 

Resumen

Aquí se presenta un control difuso para la regulación de voltaje de salida del convertidor electrónico de potencia CD/CD tipo Boost. El control tiene como entradas la señal del error de voltaje y una corriente de referencia dada en términos del voltaje deseado. Mientras que la salida corresponde al ciclo útil de trabajo. Los resultados de simulación en Matlab-Simulink muestran que él control difuso resuelve satisfactoriamente la tarea de regulación para diferentes valores de voltaje deseados.

 

1. Introducción

El diseño de controles para el voltaje de salida del convertidor electrónico de potencia CD/CD Boost, basados en el modelo matemático comúnmente utilizado, es un verdadero reto. Esto debido principalmente, a que el modelo matemático que describe la dinámica del convertidor tiene un cero en el semiplano derecho. Por lo que puede causar inestabilidad en el sistema. Una manera de superar tal problema es con el uso de un control basado en lógica difusa. Como se sabe, un control difuso no hace uso del modelo matemático. Si no que, a través de la experiencia del comportamiento dinámico del sistema proponer una base de conocimientos sobre la cual el control tomara las decisiones para llevar a cabo una acción de control. En esa dirección, este trabajo presenta un control difuso para la regulación del voltaje de salida del convertidor Boost.

El resto del trabajo se estructura de la siguiente manera: la Sección 2 muestra las generalidades del sistema. En la Sección 3 se dan las especificaciones para el control difuso. La Sección 4 presenta los resultados de simulación del sistema en lazo cerrado. Por último, las conclusiones son dadas en la Sección 5.

2. Convertidor electrónico de potencia de CD/CD Boost

La principal característica del convertidor de CD/CD Boost es el de incrementar el voltaje de salida respecto al de su entrada, Los elementos que conforman al convertidor son: Una fuente de voltaje de CD denotado como E , una bobina con inductancia L sobre la cual circula una corriente i , un diodo D que evita retornos de corriente, un transistor Q él cual es activado o desactivado por la señal de entrada u , un capacitor con capacitancia C donde se estará midiendo el voltaje de salida v y como carga la resistencia R . La fig. 1, es el diagrama electrónico del convertidor que muestra todos los elementos previamente mencionados.

 

El modelo matemático promedio del sistema convertidor Boost es [1].

 

 

con, y es la entrada promedio de la conmutación del transistor Q .

 

En este trabajo se consideran los siguientes valores en los parámetros del modelo matemático Con lo anterior se tienen las siguientes gráficas,

 

 

Con el buen entendimiento del comportamiento de las gráficas mostradas en la Fig. 2. Se partirá para hacer el diseño de un control difuso para el seguimiento de voltaje v en el convertidor.

3. Control difuso

El control difuso se realizará con la herramienta Fuzzy de Matlab, con ese comando ingresado en el software, y declarando que se tomaran dos entradas para el control, arroja la siguiente vista,

 

 

Como primera entrada se considera a la corriente i que bien puede ser medida del sistema o construida a partir de una ecuación. Esto último con el objetivo de ahorrarse un sensor de corriente en la práctica. Aquí, se opta en construir la i por la siguiente fórmula de acuerdo con [2]. Y a través de la experiencia en el manejo del convertidor se proponen las funciones de membresía siguientes para i,

 

 

El significado de las variables lingüísticas es: MP muy pequeño, P pequeño, M mediano, G grande y MG muy grande.

La segunda entrada corresponde a la señal de error, ev , y está definida como ev = vd – v . Con las funciones de membresía mostradas a continuación,

 

 

Con variables lingüísticas: NG negativo grande, N negativo, C cero, P positivo y PG positivo grande.

Respecto a la salida, este corresponde al ciclo útil de trabajo y con sus funciones de membresía de la siguiente forma,

 

 

Las variables lingüísticas están en correspondencia a las declaradas en la Fig. 4.

Se programaron 25 reglas, la cuales tienen como gráfica de superficie de control siguiente,

 

 

El método de inferencia y defusificación es el tipo Mamdani y centroide, respectivamente.

4. Simulación

La simulación del control difuso se realiza en Matlab-Simulink, ver Fig. 8.

 

 

Los valores de voltaje deseado son dos. El primero es para un voltaje de 20 volts y el segundo para 25 volts.

 

 

 

5. Conclusiones

El presente trabajo se realizó un control difuso para regular el voltaje de salida del convertidor de CD/CD Boost. El diseño del controlador se basa en el conocimiento del comportamiento dinámico del convertidor. Entendido ese comportamiento, se proponen las variables lingüísticas, funciones de membresía, reglas de control, el método de inferencia y defusificación. Todo lo anterior es fácilmente programable con la herramienta Fuzzy en Matlab. Los resultados de simulación muestran que el control difuso sigue inmediatamente la trayectoria deseada vd , validando la estrategia de control propuesto.

Referencias

1. H. Sira-Ramírez and R. Silva-Ortigoza. (2006). Control Design Techniques in Power Electronics Devices. London, U.K.: Springer-Verlag


2. E. Hernandez-Márquez, R. Silva-Ortigoza, H. Taud, G. Saldaña-González, and M. Marcelino-Aranda. (2018). New ´ mathematical models for the DC/DC Boost converterin Proc. of the International Conference on Mechatronics, Electronics and Automotive EngineeringCuernavaca, Mexico, Nov. 27–30, 2018, pp. 157–160.