ELABORAÇÃO DE ESTRATÉGIA DE CONTROLE APLICADO AO

ELABORAÇÃO DE ESTRATÉGIA DE CONTROLE APLICADO AO CONVERSOR CCCC BUCK-BOOST – ABAIXADOR E ELEVADOR
Luana Kruger Melgaço Pereira 1, Lucas Sampaio Garcia 2
1Universidade
Estadual de Santa Cruz/Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas/ [email protected]
2Universidade
Estadual de Santa Cruz/Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas/[email protected]
Palavras Chave: Buck-Boost, conversor, controlador.
INTRODUÇÃO: Este trabalho buscou contribuir com o
desenvolvimento dos conversores CC-CC elaborando
uma estratégia de controle, aplicada ao conversor BuckBoost, por meios de modelos matemáticos baseados em
espaço de estados. Utiliza-se um conversor (chopper)
para obter uma tensão CC variável a partir de uma fonte
de tensão CC constante. A topologia de conversor BuckBoost pode operar tanto como elevador quanto como
abaixador, isto é, esse conversor produz uma tensão de
saída menor, maior ou igual à tensão de entrada. Nas
indústrias que utilizam uma fonte contínua há diversas
aplicações para os conversores CC-CC como, por
exemplo, o controle de motores CC para tração elétrica,
chaveamento e equipamentos operados por bateria.
Dessa forma, conhecer os conversores CC-CC é de
grande utilidade visto a necessidade do controle da
energia elétrica para aplicações industriais.
MATERIAIS E MÉTODOS: A primeira etapa desse
trabalho envolve a concepção do conversor Buck-Boost
e a simulação do conversor através do software de
simulação de circuitos PSIM®. Em seguida foi extraída a
função de transferência para pequenos sinais, por meio
do estudo do espaço de estados médio e um controlador
do tipo Proporcional mais Integral (PI) foi elaborado
utilizando o software MATLAB®, com a finalidade de obter
o controle de tensão de saída mediante as alterações de
carga.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Utilizando a técnica de
espaço de estados médio foi obtida a Função de
Transferência de pequenos sinais do conversor BuckBoost que representa como variações na razão cíclica D
resultam em variações na tensão de saída 𝑉0 .
Em seguida foi elaborada a simulação no software
PSIM®. Aplicou-se uma tensão de entrada de 100 Volts e
a impedância de carga, de 10 Ω. Visto que a razão cíclica
D é de 0,6, espera-se que a tensão média de saída seja
de 150 Volts. Simulou-se, então, o circuito apresentado
na Figura 01 sem controlador e foi obtido as formas de
onda apresentadas nas Figuras 02(A) e 02(B). É
perceptível que a resposta do conversor em malha aberta
possui erro de regime permanente, isto é, a tensão de
saída é menor que a tensão desejada de 150 Volts. O
controlador PI corrige esse erro através de uma
realimentação, mantendo a tensão média de saída de
150 Volts. Isso pode ser visto nas Figuras 03(A) e 03(B),
onde são apresentadas as formas de onda da tensão de
saída e da corrente no indutor em malha fechada com o
controlador.
Figura 02 - (A) Tensão de saída do conversor em malha
aberta (B) Corrente no indutor em malha aberta.
Figura 03 - (A) Tensão de saída do conversor em malha
fechada com controlador (B) Corrente no indutor em
malha fechada com controlador.
Figura 01 - Conversor Buck-Boost com controle em
malha fechada.
Esta função é apresentada na Equação 1 e foi utilizada
para elaborar o controlador PI do conversor apresentado
na Figura 01.
𝑮𝑽𝒄𝒅 (𝒔) = −
𝑹(𝑫𝑽𝒄 − 𝑽𝒊 − 𝑽𝒄 + 𝑫𝑽𝒊 + 𝑰𝑳 𝒓𝑳 + 𝑰𝑳 𝑳𝒔)
𝑹 + 𝒓𝑳 − 𝟐𝑫𝑹 + 𝑳𝒔 + 𝑫𝟐 𝑹 + 𝑪𝑹𝒓𝑳 𝒔 + 𝑪𝑳𝑹𝒔𝟐
(1)
Este controlador, dado pela Equação 2, foi desenvolvido
utilizando-se a ferramenta SISOTOOL do MATLAB®.
𝑮𝒄 (𝒔) = 𝟎, 𝟓 ×
𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟗𝒔
𝒔
(2)
CONCLUSÕES:
Os
resultados
obtidos
foram
satisfatórios uma vez que o controlador projetado
manteve a tensão média de saída do conversor BuckBoost aproximadamente dentro do valor desejado de 150
Volts, mesmo alterando-se a carga, provando, por
resultados de simulação, ser eficaz.
AGRADECIMENTOS: A Universidade Estatual de Santa
Cruz pelo apoio dado para realização dessa pesquisa.
REFERÊNCIAS:
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência. --São Paulo:
Pearson Prentice Hall, 2000.
CHEN, Chi-Tsong. Signals and Systems: A Fresh
Look. Stony Brook University, 2009.