Comparación numérica y experimental de técnicas de control quasi-sliding, sliding y PID en un convertidor buck

In this paper the Sliding Mode Control (SMC), PID and ZAD (Zero Average Dynamic) strategies are applied to an electronic DC-DC power converter. Time behavior for each controller is shown for numerical solution and experimental realization. The results in SMC and PID are contrasted with a ZAD-FPIC controller combined with a recently developed strategy named FPIC (Fixed Point Induction Control). Stability in SMC is guaranteed by the Lyapunov theorem. The PID controller is designed in an analytical way using pole placement. The main problem with the physical realization was the sample and hold in the variable acquisition system, in addition to time delay introduced by the computing process. From a practical point of view, the ZAD-FPIC technique has advantages no shown by PID and SMC working with sample and hold, these advantages have been corroborated experimentally. The designs have been tested in an RCP (Rapid Control Prototyping) system based on DSP from the dSPACE platform. Both numerical performance and experimental performance agree.En este artículo son aplicadas varias técnicas de control para un convertidor reductor DC-DC estas son: control por modos deslizantes (SMC), PID y promediado de dinámica cero (ZAD). El comportamiento en el tiempo para cada controlador es mostrado tanto numéricamente como experimentalmente. Los resultados de SMC y PID son contrastados con la estrategia de control ZAD-FPIC esta última es combinada con una reciente técnica de control llama FPIC (control por inducción al punto fijo). La estabilidad de SMC es garantizada mediante teorema de Lyapunov. El control PID es diseñado de forma analítica usando desplazamiento de polos. El principal problema en la realización experimental fue la velocidad de muestreo y retención de las variables adquiridas del sistema, adicionalmente el tiempo de retardo presente en los procesos de procesamiento. Desde el punto de vista práctico la técnica de control ZAD-FPIC tiene ventajas en comparación con PID y SMC cuando se trabaja con muestreo y retención, esas ventajas han sido corroboradas experimentalmente. Los experimentos han sido probados en sistema RCP (prototipo rápido de control) específicamente en una DSP de la compañía dSPACE, al final tanto los resultados de la simulación numérica y la experimental son muy similares

Comparación numérica y experimental de técnicas de control quasi-sliding, sliding y PID en un convertidor buck

In this paper the Sliding Mode Control (SMC), PID and ZAD (Zero Average Dynamic) strategies are applied to an electronic DC-DC power converter. Time behavior for each controller is shown for numerical solution and experimental realization. The results in SMC and PID are contrasted with a ZAD-FPIC controller combined with a recently developed strategy named FPIC (Fixed Point Induction Control). Stability in SMC is guaranteed by the Lyapunov theorem. The PID controller is designed in an analytical way using pole placement. The main problem with the physical realization was the sample and hold in the variable acquisition system, in addition to time delay introduced by the computing process. From a practical point of view, the ZAD-FPIC technique has advantages no shown by PID and SMC working with sample and hold, these advantages have been corroborated experimentally. The designs have been tested in an RCP (Rapid Control Prototyping) system based on DSP from the dSPACE platform. Both numerical performance and experimental performance agree.En este artículo son aplicadas varias técnicas de control para un convertidor reductor DC-DC estas son: control por modos deslizantes (SMC), PID y promediado de dinámica cero (ZAD). El comportamiento en el tiempo para cada controlador es mostrado tanto numéricamente como experimentalmente. Los resultados de SMC y PID son contrastados con la estrategia de control ZAD-FPIC esta última es combinada con una reciente técnica de control llama FPIC (control por inducción al punto fijo). La estabilidad de SMC es garantizada mediante teorema de Lyapunov. El control PID es diseñado de forma analítica usando desplazamiento de polos. El principal problema en la realización experimental fue la velocidad de muestreo y retención de las variables adquiridas del sistema, adicionalmente el tiempo de retardo presente en los procesos de procesamiento. Desde el punto de vista práctico la técnica de control ZAD-FPIC tiene ventajas en comparación con PID y SMC cuando se trabaja con muestreo y retención, esas ventajas han sido corroboradas experimentalmente. Los experimentos han sido probados en sistema RCP (prototipo rápido de control) específicamente en una DSP de la compañía dSPACE, al final tanto los resultados de la simulación numérica y la experimental son muy similares

On the dynamic behavior of the current in the condenser of a boost converter controlled with ZAD

In this paper, an analytical and numerical study is conducted on the dynamics of the current in the condenser of a boost converter controlled with ZAD, using a pulse PWM to the symmetric center. A stability analysis of periodic 1T-orbits was made by the analytical calculation of the eigenvalues of the Jacobian matrix of the dynamic system, where the presence of flip and Neimar–Sacker-type bifurcations was determined. The presence of chaos, which is controlled by ZAD and FPIC techniques, is shown from the analysis of Lyapunov exponents

Simulation, bifurcation, and stability analysis of a SEPIC converter controlled with ZAD

This article presents some results of SEPIC converter dynamics when controlled by a center pulse width modulator controller (CPWM). The duty cycle is calculated using the ZAD (Zero Average Dynamics) technique. Results obtained using this technique show a great variety of non-linear phenomena such as bifurcations and chaos, as parameters associated with the switching surface. These phenomena have been studied in the present paper in numerical form. Simulations were done in MATLAB

Performance evaluation of a DC-AC inverter controlled with ZAD-FPIC

Introduction− Power converters are used in mi-crogrids to transfer power to the load with a regulated voltage. However, the DC-AC converters present distor-tions in the waveform that can be improved with the help of real-time controllers.Objective−Evaluate the response in alternating cur-rent of the buck converter controlled with the ZAD-FPIC technique.Methodology−Based on the differential equations that describe the buck power converter, the ZAD and FPIC controllers are designed. Afterwards, simulations of the complete controlled system are made using Simulink of MATLAB. Then, the system is implemented experi-mentally and the controller is executed in real-time with the help of a DS1104 from dSPACE. In the end, several tests are carried out to check the effectiveness of the controller.Results− The results show that the controller allows good stability against different variations in the system and in the load.Conclusions−The ZAD-FPIC technique controls the variable and tracks changes in the waveform, magni-tude, and frequency of the reference signal. The control-ler presents good stability to different tests, tracking the reference signal after each event.Introducción− Los convertidores de potencia son utili-zados en las micro redes para transferir la potencia a la carga con una tensión regulada. Sin embargo, los conver-tidores DC-AC presentan distorsiones en la forma de onda que pueden ser mejoradas con la ayuda de controladores en tiempo real.Objetivo− Evaluar la respuesta en corriente alterna del convertidor buck controlado con la técnica ZAD-FPIC.Metodología− Se parte de las ecuaciones diferenciales que describen el convertidor de potencia buck, luego se diseñan los controladores ZAD y FPIC, se hacen simu-laciones del sistema completo controlado en Simulink de Matlab, se implementa el sistema de forma experimental y el controlador se ejecuta en tiempo real con la ayuda de una DS1104 de la empresa dSPACE, al final se realizan varias pruebas para comprobar la efectividad del controlador.Resultados− Los resultados muestran que el controlador permite que una buena estabilidad contra diversas varia-ciones en el sistema y en la carga.Conclusiones− La técnica ZAD-FPIC controla la varia-ble y realiza seguimiento ante cambios en la forma de onda, magnitud y frecuencia de la señal de referencia. El controlador presenta buena estabilidad ante diferentes pruebas, siguiendo la señal de referencia después de cada event

Numerical and experimental validation with bifurcation diagrams for a controlled DC–DC converter with quasi-sliding control

Este artículo presenta un análisis de estabilidad del convertidor buck usando la técnica de control de promediado cero (ZAD) y el control por inducción de punto fijo (FPIC), cuando se cambian el parámetro de control , el voltaje de referencia υref, y el valor de la tensión de la fuente de alimentación E. El estudio se basó en un análisis previo en el cual se ajustó el parámetro de control en =1 y el parámetro fue cambiado durante la simulación, encontrando la zona de estabilidad y regiones con comportamiento caótico. Así, este nuevo estudio determina los comportamientos transitorios y de estado estacionario y la robustez del convertidor buck cuando el parámetro de control varía, comparando los resultados de la simulación y pruebas experimentales. Los resultados muestran que el sistema regula la tensión de salida con un error bajo cuando se cambia la tensión en la fuente E. Además, el sobre impulso del voltaje aumenta y el tiempo de estabilización disminuye cuando el parámetro de control N es aumentado y el parámetro de control es constante. También, el convertidor buck controlado por las técnicas ZAD y FPIC es eficaz en la regulación de voltaje de salida del circuito, incluso cuando hay dos períodos de atraso.This paper presents a stability analysis of a buck converter using a Zero Average Dynamics (ZAD) controller and Fixed-Point Induction Control (FPIC) when the control parameter , the reference voltage υref, and the source voltage are changed. The study was based on a previous analysis in which the control parameter was adjusted to =1 and the parameter was changed during the simulation, finding the stability zone and regions with chaotic behavior. Thus, this new study presents the transient and steady-state behaviors and robustness of the buck converter when the control parameter changes. Moreover, numerical simulation results are compared with experimental observations. The results show that the system regulates the output voltage with low error when the voltage is changed in the source E. Besides, the voltage overshoot increases, and the settling time decreases when the control parameter is augmented and the control parameter is constant. Furthermore, the buck converter controlled by ZAD and FPIC techniques is effective in regulating the output voltage of the circuit even when there are two delay periods and voltage input disturbances

Control strategy to share reactive power and regulate voltage in microgrids with autonomous mode operation

The objective of this thesis is to develop control strategies for distributed generation (DG) systems, that allows to achieve reactive power sharing and regulate voltage in microgrids operated autonomously. The proposed control strategies present different alternatives to improve reactive power sharing among DGs that conform the microgrid and to regulate the voltage in the nodes. Thus, it is possible to contribute to the overcoming problems caused by the continuous connection and disconnection of power loads, avoiding DG tripping under this situation. The scope of the proposed strategies covers a wide range of possibilities, from regulating voltage in the nodes of the microgrid based on electric vehicle connection and disconnection, to urban and rural residential loads. The usefulness of these control strategies is focused on DG systems that operate in isolated mode with great integration of renewables, mainly located in remote areas. Therefore, in this research we worked on the comparison of both the consumption of rural and urban communities to obtain different load variations to test the control strategy in the microgrid. The control strategies included in this research are: virtual RMS voltage, variable virtual impedance, virtual current, and virtual voltage.El objetivo de esta tesis es desarrollar una estrategias de control para los sistemas de generación distribuida (DG), que permitan lograr compartir la potencia reactiva y regular el voltaje en las microrredes operadas de manera autónoma. Las estrategias de control propuestas presentan diferentes alternativas para mejorar la compartición de potencia reactiva entre las diferente DG que conforman la microrred y para regular el voltaje en los nodos. Por lo tanto, es posible contribuir a la superación de los problemas causados por la conexión y desconexión continua de las cargas, evitando el disparo de DG en esta situación. El alcance de las estrategias propuestas cubre una amplia gama de posibilidades, desde la regulación del voltaje en los nodos de la microrred basada en la conexión y desconexión del vehículo eléctrico, hasta las cargas residenciales urbanas y rurales. La utilidad de estas estrategias de control se centra en los sistemas de DG que funcionan en modo autónomo con una gran integración de energías renovables, principalmente ubicadas en áreas remotas. Por lo tanto, en esta investigación trabajamos en la comparación del consumo de las comunidades rurales y urbanas para obtener diferentes variaciones de cargas para probar la estrategia de control en la microrred. Las estrategias de control incluidas en esta investigación son: voltaje RMS virtual, impedancia virtual variable, corriente virtual y voltaje virtual.ColcienciasThesis presented as a partial requirement to obtain the title of: Doctor en Ingeniería - Línea de Investigación en Automática.Doctorad