Convertidores electrónicos de potencia CD/CD como arrancadores suaves para motores de CD: caso bipolar

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se presenta el modelado matemático y la validación experimental de los sistemas “convertidor de CD/CD Buck–inversor–motor CD”, “convertidor de CD/CD Boost–inversor–motor CD” y “convertidor de CD/CD Buck-Boost–inversor– motor CD”; así como el diseño e implementación experimental de controles para los sistemas “convertidor de CD/CD Buck–inversor–motor CD” y “convertidor de CD/CD Boost–inversor–motor CD”. Para lograr tal objetivo, inicialmente se deduce el modelo matemático del sistema “convertidor de CD/CD Buck–inversor–motor CD” utilizando la teoría de circuitos eléctricos y el modelo matemático asociado con un motor de CD. Tras realizar lo anterior, el modelo obtenido se valida experimentalmente en una plataforma experimental del sistema. Después, se diseña un control basado en planitud diferencial que resuelve la tarea de seguimiento de trayectorias de velocidad angular y se implementa experimentalmente para obtener los resultados en lazo cerrado. Posteriormente, se deduce y valida experimentalmente el modelo matemático del sistema “convertidor de CD/CD Boost–inversor–motor CD” utilizando también la teoría de circuitos eléctricos y el modelo matemático asociado con un motor de CD. A continuación, para tal sistema, se diseña e implementa experimentalmente dos controles que resuelven la tarea de seguimiento de trayectorias con la finalidad de obtener los resultados en lazo cerrado. Para este sistema, el primer control se diseña vía la retroalimentación de la salida pasiva de la dinámica del error de seguimiento exacto (ETEDPOF, por sus siglas en inglés), mientras que el diseño del segundo control utiliza la propiedad de planitud diferencial del sistema. Finalmente, utilizando la teoría de circuito eléctricos y el modelo matemático asociado con un motor de CD, se deduce y valida experimentalmente el modelo matemático del sistema “convertidor de CD/CD Buck-Boost–inversor–motor CD”. ABSTRACT: In this work, the mathematical model and the experimental validation of the “DC/DC Buck converter–inverter–DC motor”, “DC/DC Boost converter–inverter–DC motor”, and “DC/DC Buck-Boost converter–inverter–DC motor” systems are presented. Likewise, the design and experimental implementation of controls for the “DC/DC Buck converter–inverter–DC motor” and “DC/DC Boost converter–inverter–DC motor” systems are shown. For such an aim, firstly the mathematical model of the “DC/DC Buck converter–inverter–DC motor”system is deduced by using electric circuit theory along with the mathematical model of a DC motor. After this, the obtained mathematical model is experimentally validated on a platform of the system. Later, a differential flatness control that solves the trajectory tracking task is designed and experimentally implemented in order to obtain the corresponding experimental results in closed-loop. Secondly, the mathematical model associated with the “DC/DC Boost converter–inverter–DC motor” system is deduced, by using also electric circuit theory along with the mathematical model of a DC motor, and experimentally validated on a prototype of the system. Then, for such a system, two controls that solve the trajectory tracking task are designed and experimentally implemented so that the experimental results in closed-loop are obtained. In this direction, the first control is designed via the exact tracking error dynamics passive output feedback (ETEDPOF), while the second one uses the differential flatness property of the system. Finally, by using again the electric circuit theory along with the mathematical model of a DC motor; the mathematical model of the “DC/DC Buck- Boost converter–inverter–DC motor” system is deduced and experimentally validated.