Prototipado rápido de control no lineal aplicado a convertidores conmutados de corriente continua de orden cuadrático

dc.contributor.advisorMartínez Sarmiento, Fredy Hernán
dc.contributor.authorAcosta Rodríguez , Rafael Antonio
dc.contributor.orcidMartínez Sarmiento, Fredy Hernán [0000-0002-7258-3909]
dc.date.accessioned2025-02-26T15:59:46Z
dc.date.available2025-02-26T15:59:46Z
dc.date.created2024-10-09
dc.descriptionEste documento presenta una metodología de prototipado de control rápido para aplicar el concepto disciplinario en el área industrial. El control no lineal en CC-CC de orden cuadrático se utiliza para reducir los costos de materiales y dispositivos electrónicos, así como para mejorar la calidad de la potencia en la respuesta del sistema. Se parte del estudio de dos tipos de convertidores cuadráticos conmutados, por un lado el tipo ELEVADOR cuadrático, al que se hace un estudio de la dinámica a partir de su modelo hasta llegar a la caracterización del comportamiento pasando por el procedimiento de cálculo de elementos de tipo comercial, es decir la construcción y el diseño de su planta formal para su investigación de comportamiento, y de igual manera el del tipo Reductor cuadrático, que se caracteriza a partir de un modelo cuya funcionalidad se valida en una planta física experimental para construir un modelo funcional de 380V a 48V hasta 500W, utilizando la herramienta de prototipado rápido dSPACE CP1103 para aplicar el desarrollo de Model in the loop (MIL), Software in the loop (SIL), y Hardware in the loop (HIL), con simulación en tiempo real mediante Real time Simulation (RTS), así como la utilización y desarrollo de modernas técnicas de control robusto tales como: el control por modo deslizante y el control basado en pasividad, comparándolas a su vez con la de un control clásico mediante un arreglo de un PID (Proporcional Integral derivativo) dado mediante el uso de algoritmos de optimización, para proponer un esquema general de respuesta deseada a la estabilidad de los parámetros ante perturbaciones, finalmente se realiza un análisis de resultados en base a índices de rendimiento con medidas como el tiempo de respuesta, la precisión de la señal, la estabilidad del sistema y la eficiencia en la utilización de los recursos.
dc.description.abstractThis document presents a rapid control prototyping methodology to apply the disciplinary concept in the industrial field. Nonlinear control in quadratic-order DC-DC is used to reduce material and electronic device costs, as well as to enhance power quality in the system's response. The study begins with two types of switched quadratic converters. On one hand, the quadratic Boost type undergoes a dynamic analysis starting from its model and leading to the characterization of its behavior, including the procedure for calculating commercial-type elements, which involves the construction and design of its formal plant for behavioral research. Similarly, the quadratic Reductor type is also characterized based on a model, whose functionality is validated in an experimental physical plant to create a functional model ranging from 380V to 48V up to 500W. This is achieved using the dSPACE CP1103 rapid prototyping tool to implement the development of Model in the Loop (MIL), Software in the Loop (SIL), and Hardware in the Loop (HIL) with real-time simulation via Real-time Simulation (RTS). Furthermore, modern robust control techniques are employed, such as sliding mode control and passivity-based control, which are compared with classical control through a PID (Proportional-Integral-Derivative) arrangement established through optimization algorithms. This is done to propose a general framework for the desired response to parameter stability in the presence of disturbances. Finally, a results analysis is conducted based on performance indices, including response time, signal accuracy, system stability, and resource utilization efficiency.
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11349/92949
dc.language.isospa
dc.relation.referencesAcosta-Rodríguez, R. A., et al. (2024). Validation of Sliding Mode and Passivity Control in High-Power Quadratic Buck Converter Through Rapid Prototyping. IEEE Access, 12, 8668-8699. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3340313
dc.relation.referencesAcosta-Rodríguez, R. A., Martinez-Sarmiento, F. H., Múñoz-Hernandez, G. A., Portilla-Flores, E. A., & Salcedo-Parra, O. J. (2024). Validation of passivity-based control and array PID in high-power quadratic buck converter through rapid prototyping. IEEE Access, 12, 58288-58316. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3386920
dc.relation.referencesAhmadzadeh, S., & Markadeh, G. A. (2016). Regulación indirecta de la tensión del convertidor DC-DC de fuente doble de entrada y basado en el control de modo deslizante. En 2016 7a Conferencia de Tecnologías de Sistemas y Sistemas Electrónicos de Potencia (PEDSTC) Teherán.
dc.relation.referencesAli, M. S., Soliman, M., Hussein, A. M., et al. (2021). Robust Controller of Buck Converter Feeding Constant Power Load. Journal of Control, Automation, and Electrical Systems, 32, 153–164. doi: 10.1007/s40313-020-00660-2.
dc.relation.referencesAl-Saffar, M. A. (2009). Integrated Buck–Boost–Quadratic Buck PFC Rectifier for Universal Input Applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 24(12). Ayachit, A., & Kazimierczuk, M. (2014). Power Losses and Efficiency Analysis of the Quadratic Buck Converter in CCM.
dc.relation.referencesBaby, B., & Abraham, T. M. (2018). Bidirectional Buck-Boost Quadratic Converter Using Fuzzy Controller for Distributed Generation Systems. 2018 International Conference on Current Trends towards Converging Technologies (ICCTCT), 1-5. doi: 10.1109/ICCTCT.2018.8551025.
dc.relation.referencesBayoudh, M., & Massuyes, L. T. (2008). Coupling, continuous and discrete event system techniques for hybrid system diagnosability analysis. 18th European Conference on Artificial Intelligence (ECAI 08), Greece
dc.relation.referencesBevrani, H. (2010). Robust Control Design and Implementation for a Quadratic Buck Converter. The 2010 International Power Electronics Conference. Branicky, M. S. (1994). Sliding mode control of linear systems. IEEE Transactions on Automatic Control, 39(2), 246-251.
dc.relation.referencesÇ. Hîsar, İ. Sefa, & N. Altin. (2021). Processor-in-the-Loop Simulation of an Interleaved Buck Converter With MATLAB/Simulink. 2021 13th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), 1-6. doi: 10.1109/ECAI52376.2021.9515058
dc.relation.referencesCarbajal Gutiérrez, E. E., Morales-Saldaña, J. A., & Leyva-Ramos, J. (2005). Modeling a single switch of a quadratic Buck converter. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 41(4), 1451-1457. Carbajal Gutierrez, E., Morales Saldaña, J. A., & Leyva Ramos, J. (2005). Modeling of a Single-Switch Quadratic Buck Converter.
dc.relation.referencesChen, J., Xue, J., Liu, J., & Tan, Y. (2006). Control of a Fuel Cell System Using the Integral Time Absolute Error Criterion. Journal of Power Sources, 160(1), 661-666. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.01.027.
dc.relation.referencesDamodaran, R. V., Shareef, H., Errouissi, R., & Eslami, M. (2022). A Common Ground Four Quadrant Buck Converter for DC-AC Conversion. IEEE Access, 10, 44855-44868. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3169758.
dc.relation.referencesDe S´a, F. L., & Eiterer, V. B. (2013). Double Quadratic Buck Converter. Federal University of Santa Catarina, Power Electronics Institute
dc.relation.referencesDos Reis Barbosa, L., & Batista Vieira, J. (1999). A Buck Quadratic PWM Soft-Switching Converter Using a Single Active Switch. IEEE Transactions on Power Electronics, 14(3).
dc.relation.referencesDu, Y. (2004). Study on intelligent integrated optimal control technique and application to Lead-Zinc sintering process. Changsha: Doctor thesis of Central South University.
dc.relation.referencesDu, Y., Wu, M., & Gui, W. (2004). Optimization control of permeability and heat status for lead-zinc sintering process. Information and Control, 33(4), 490-493.
dc.relation.referencesGoudarzian, A., & Khosravi, A. (2020). Voltage-controlled quadratic buck converter for a DC power management system with constant current load. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 31(1), 153-164.
dc.relation.referencesFei, J., Wang, Z., & Pan, Q. (2022). Self-constructing fuzzy neural fractional order sliding mode control of active power filter. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 1–12. https://doi.org/10.1109/TNNLS.2022.3169518.
dc.rights.accesoAbierto (Texto Completo)
dc.rights.accessrightsRestrictedAccess
dc.subjectControl modo deslizante
dc.subjectControl basado en pasividad
dc.subjectConvertidor reductor cuadrático
dc.subjectConvertidor reductor cuadrático
dc.subjectElectrónica de Potencia
dc.subjectPrototipado rápido
dc.subjectControl Arreglo PID
dc.subject.keywordSliding mode control
dc.subject.keywordBased passivity control
dc.subject.keywordQuadratic buck converter
dc.subject.keywordQuadratic boost converter
dc.subject.keywordPower electronics
dc.subject.keywordRapid prototyping
dc.subject.keywordArray control PID
dc.subject.lembDoctorado en Ingeniería -- Tesis y disertaciones académicas
dc.subject.lembDiseño electrónico de productos
dc.subject.lembElectrónica de potencia
dc.subject.lembControl electrónico
dc.titlePrototipado rápido de control no lineal aplicado a convertidores conmutados de corriente continua de orden cuadrático
dc.title.titleenglishRapid prototyping of nonlinear control applied to quadratic-Order DC-DC converters
dc.typedoctoralThesis
dc.type.degreeInvestigación-Innovación
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis

Archivos

Bloque original

Mostrando 1 - 3 de 3
No hay miniatura disponible
Nombre:
AcostaRodriguezRafaelAntonio2024.pdf
Tamaño:
7.34 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
No hay miniatura disponible
Nombre:
AcostaRodriguezRafaelAntonio2024Anexos.zip
Tamaño:
427.18 KB
Formato:
No hay miniatura disponible
Nombre:
Licencia de uso y publicacion .pdf
Tamaño:
191.79 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Bloque de licencias

Mostrando 1 - 1 de 1
No hay miniatura disponible
Nombre:
license.txt
Tamaño:
7 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción: