Contributions to Control of Electronic Power Converters
- Autores: Antonio Ventosa Cutillas
- Directores de la Tesis: Francisco Gordillo Álvarez (dir. tes.), Francisco Salas Gómez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2020
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Gil Ortega Linares (presid.), Federico Cuesta Rojo (secret.), Diego Luis Orihuela Espina (voc.), Fabio Gómez-Estern Aguilar (voc.), Carolina Albea Sanchez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Automática, Electrónica y de Telecomunicación por la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
- English
This thesis deals with the control of electronic power converters. In its development two main parts have been differentiated. On the one hand, the problem of the voltage balance in the capacitors of the dc-link in a three-level NPC converter is addressed. On the other hand, given that the techniques used in the first part to model the converters need to make certain assumptions and, with the intention of avoiding averaged models, in the second part, switched affine models have been developed to design the control of the output voltage in DC-DC boost type converters. In this way, in the first part several control laws have been developed using an averaged model formulated by duty cycles for each level in each phase. This formulation allows to consider, in the controllers design stage, the degree of freedom associated with the homopolar voltage injection. Therefore, the controllers are designed as well as a part of the modulation, so that control and modulation are integrated in the same stage. In this way, three controllers have been designed where, apart from the objective of the voltage balance of the capacitors, other objectives such as the number of commutations or the quality of the output signal have also been improved. In the second part of the thesis, four methods have been developed for the design of control laws taking advantage of the modeling of converters as switched affine systems given their hybrid behaviour. Thus, the first two laws take advantage of this modeling using the delta operator to avoid numerical problems when using systems where the sampling time is very low. The first of these controllers is based on Lyapunov’s function while the second is independent of this function, thus obtaining less conservative results. The other two laws developed for switched affine systems use an alternative model to that performed in the first two controllers, so certain existing disadvantages are avoided using again a design not based on Lyapunov’s function. Thus, the first law presents a basic control but, even so, improves the results of other existing laws in the literature. Finally, a design method to deal with systems with variations in their parameters has been presented.
- English
La presente tesis trata sobre el control de convertidores electrónicos de potencia. En su desarrollo se han diferenciado dos partes principales. Por un lado, se trata el problema del balance de tensiones en los condensadores que forman el dc-link en un convertidor NPC de tres niveles. Por otro lado, dado que las técnicas utilizadas en la primera parte para modelar los convertidores necesitan realizar determinadas suposiciones y, con la intención de evitar modelos promediados, en la segunda parte se han desarrollado modelos afines conmutados para diseñar el control de la tensión de salida en convertidores DC-DC tipo boost. De esta forma, en la primera parte se han desarrollado varias leyes de control utilizando un modelo promediado formulado mediante ciclos de trabajo para cada nivel en cada fase. Esta formulación permite considerar en la fase de diseño de los controladores, un grado de libertad asociado a la inyección de tensión homopolar. Por lo tanto, se diseñan los controladores a la vez que una parte de la modulación, de forma que se integra control y modulación en una misma fase. De esta forma, se han diseñado tres controladores donde, a parte del objetivo de balancear la tensión de los condensadores, se ha ido buscando mejorar también otros objetivos como el número de conmutaciones o la calidad de la señal de salida. En la segunda parte de la tesis, se han desarrollado cuatro leyes de control aprovechando el modelado de convertidores como sistemas afines conmutados dada su naturaleza híbrida. De esta forma, las dos primeras leyes, aprovechan dicho modelado usando el operador delta para evitar problemas numéricos al utilizar sistemas donde el tiempo de muestreo es muy bajo. El primero de dichos controladores está basado en la función de Lyapunov mientras que el segundo es independiente de dicha función obteniendo así resultados menos conservadores. Las otras dos leyes desarrolladas para sistemas afines conmutados utilizan un modelado alternativo al realizado en las dos primeras, de forma que se evitan ciertas desventajas existentes y mantienen un diseño no basado en la función de Lyapunov. Así, la primera ley presenta un control más básico pero que, aun así, mejora los resultados de otras leyes existentes en la literatura. Por último, se ha presentado un procedimiento de diseño que hace frente a sistemas con variaciones en sus parámetros.
- English
