PROJETO DE CONTROLADOR PI DISCRETO APLICADO EM CONVERSOR BUCK

Jose Wilson Sousa Prado, Elieser do Prado Bastos, Adriano José Bombardieri

Resumo


Conversores chaveados são dispositivos que convertem níveis de tensão pela modulação da largura de pulso a qual uma chave eletrônica é submetida, o que traz vantagem na sua eficiência em relação a outros tipos de conversores. A topologia Buck é amplamente utilizada, tendo em vista, por exemplo, que em um mesmo sistema pode haver pontos que necessitem de diferentes níveis CC a partir de uma mesma fonte. Porém, para que essa característica seja mantida, é necessário que haja um controlador atuando para compensar as variações que possam ocorrer, tanto na tensão de entrada quanto na carga, dentro de uma faixa limite de operação. Nessa aplicação, o sistema modula a largura do pulso (PWM) a partir do sinal de tensão (Realimentação), considerando ainda que o conversor opera em MDC – Modo de Condução Contínua. Compensadores clássicos são descritos por equações diferenciais e necessitam de circuitos físicos para sua aplicação prática, o que lhes confere alguns inconvenientes, tais como sujeição às variações na temperatura, dificuldades de ajuste fino e de implementação de leis de controle complexas e que alterações na própria lei somente com modificações de componentes do circuito. Em virtude disso, compensadores discretos estão sendo desenvolvidos cada vez mais, tendo em vista que eles são descritos por somatórios, o que viabiliza a sua implementação em microcontroladores. Dessa forma, leis de controle complexas podem ser introduzidas por algoritmo, ajustes e alterações em compensadores podem ser feitas apenas alterando-se linhas de comando em uma programação. Ademais, outras funcionalidades podem ser aplicadas por meio do microcontrolador, como supervisão ou aquisição de dados da planta controlada. Este trabalho baseia-se em duas ferramentas matemáticas. A transformada de Laplace é utilizada para modelamento dos sistemas em tempo contínuo (obtenção das funções de transferências), tanto do conversor quanto do controlador do tipo PI. A transformada Z, para a representação em tempo discreto dos modelos obtidos anteriormente e definição da equação de diferenças. Também se utiliza de suporte dos Softwares Matlab para análise e PSIM para simulações e validações do circuito. A técnica para discretização do sistema dar-se-á por redesign, que consiste em projetar o controlador PI e modelar o conversor, ambos em tempo contínuo, e discretizá-los pelos métodos Bilinear ou de Tustin (aplicado ao bloco PI) e Retentor de Ordem Zero – ZOH (aplicado ao conversor), considerando para os dois casos um atraso, conforme teorema da amostragem e verificar se os modelos são estáveis em seus respectivos domínios.

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