Análisis y comparación entre un controlador PI difuso y un controlador PI óptimo convencional para un conversor reductor

Analysing and comparing a PI fuzzy controller and an optimal conventional PI controller for a buck converter

Este trabajo propone el análisis y diseño de dos estrategias de control para un conversor CC-CC reductor de corriente permanente. Tal tipo de dispositivos de electrónica de potencia convierten una tensión continua a otra de menor magnitud y cuyas características de no linealidad son evidenciadas. Se presentan entonces, dos técnicas de control no lineal, la primera propuesta es un control óptimo PI (error proporcional e integral del error) convencional, basado en la minimización del criterio ITSE (integral del cuadrado del error ponderado en el tiempo). Para ello se obtiene un modelo de la planta en un punto de operación. La segunda propuesta es un control difuso cuyos conjuntos de entrada y salida son también definidos minimizando el criterio ITSE en el sistema general, y estableciendo como entradas el error proporcional y la integral del error. A continuación se realiza una variación de la carga para establecer la eficiencia del sistema con los dos controladores mencionados. Se debe tener en cuenta que este tipo de sistemas no debe presentar sobretensiones considerables, ya que puede ocasionar daño en él. En este sentido, los parámetros encontrados en el diseño de los dos controladores corresponden a una metodología analítica y descriptiva. Los resultados obtenidos en simulación, y estableciendo como figura de mérito el índice de desempeño mencionado (ITSE) y el con-sumo de potencia, muestra que la respuesta del sistema para el control difuso presenta un mayor consumo de potencia que el control óptimo, mientras que el ITSE obtenido es mayor para el control óptimo que para el difuso. Se concluye que la exploración de este tipo de conversores, utilizando técnicas de control no lineal y minimizando los diferentes índices de desempeño, es aplicable.

Introducción

Los conversores CC-CC son elementos importantes en el campo de la electrónica de potencia, que convierten una tensión de Salida en una magnitud mayor o menor a la entrada. Un ejemplo de   lo anterior es el conversor lineal, que corresponde al circuito más sencillo entre los diversos tipos de conversores (Hart, 2001). Pero la baja eficiencia de este conversor es una desventaja importante debido a la pérdida de potencia en el transistor. Una alternativa más eficiente al regulador lineal es el conversor conmutado, en el cual el transistor funciona como un interruptor electrónico, al estar completamente activado o completamente desactivado (Hart, 2001; Rashid, 2000). Esto permite que la potencia absorbida por la carga sea casi la totalidad de la potencia del sistema, y la potencia absorbida en el transistor sea casi nula.

Los conversores CC-CC que son conmutados se caracterizan por su comportamiento no lineal (Chamorro et al., 2008a; Díaz y Soriano, 2007; Chamorro et al., 2008b; Hart, 2001; Rashid, 2000). La conmutación es en alta frecuencia, por lo que se presenta una ventaja debido a que se reduce el tamaño y costo de sus componentes, pero presenta una desventaja en el funcionamiento en corte y saturación del transistor ya que éste no es ideal, generando pérdidas de potencia disminuyendo su eficiencia.