Diseño, implementación y medida experimental de controles en lazo cerrado para convertidores conmutados utilizando procesadores digitales de señal DSPIC, orientado a la validación de una herramienta CAD de diseño automático de reguladores

摘要

La motivación principal de este proyecto es la validación experimental del procedimiento de diseño de controladores digitales susceptible de ser incluido en una herramienta CAD como SmartCtrl, así como la detección de posibles mejoras del proceso de diseño. Como punto de partida se ha elegido una plataforma digital basada en un microcontrolador fácilmente accesible por el público (dsPIC de Microchip), así como unos convertidores conmutados también disponibles comercialmente. Esta validación puede ser así reproducida por futuros usuarios. Se comienza con una introducción a los convertidores conmutados y su control en lazo cerrado en el capítulo 2, comentándose las distintas opciones existentes para lograrlo. Por un lado el control analógico frente al digital, y posteriormente dentro del control digital, mediante FPGA (Field programable gate array) o DSP (Digital Signal Processor) explicándose que en este proyecto se han desarrollado controles en lazo cerrado mediante control digital por DSP. A continuación se describe el entorno y prototipo sobre el que se han implementado los distintos controles, donde primero se describe el DSP (capítulo 3) y después las tarjetas de control, potencia y entorno de programación para desarrollar los trabajos de este proyecto (Capítulo 4). Todas estas herramientas son comerciales para permitir que cualquier persona familiarizada con estos temas pueda realizar o ampliar los trabajos descritos sin depender de un complejo proceso de desarrollo y prototipado de tarjetas electrónicas. En el capítulo 5 se describe cómo realizar los controles implementados en este proyecto basándose en el uso de la herramienta CAD SmartCtrl para diseñar de una manera rápida y visual controles en lazo cerrando. Después mediante MatLab se adapta a un control digital que finalmente es implementado en el DSP mediante el software gratuito que el fabricante de los DSP de este proyecto ofrece para el uso de sus productos. Al final de este apartado se proponen unos pasos a seguir resumidos en una tabla para poder diseñar e implementar controles, que son los mismos que se han seguido en el desarrollo de este proyecto para hacer los reguladores. En el capítulo 6 se describe y explica cómo se implementan estos controles en el DSP de este proyecto (dsPIC33F de Microchip). Es un proceso complejo que ha requerido mucho trabajo y dedicación de este proyecto de final de carrera para adaptarse al DSP, su memoria, sus programas, la implementación del algoritmo de control, etc. Sin embargo desde el punto de vista de quien quiera diseñar sus propios controles en esta plataforma, se convierte en trabajo ya realizado que evita al diseñador de reguladores trabajar en este tema, pudiendo simplemente usando lo desarrollado en este proyecto centrarse en aspectos propios del diseño de control. En el capítulo 7 se describe la metodología y particularidades de este proyecto para realizar las medias experimentales y como se han tomado estas. Los resultados experimentales están en el apartado 8, donde se exponen 9 casos de reguladores distintos, 3 PI, 3 tipo2 y 3 tipo3, que han sido medidos y detallados en profundidad para validar los objetivos iniciales propuestos en este proyecto. El proyecto termina con las conclusiones extraídas tras los trabajos realizados haciendo referencia a los objetivos con los que se inició este proyecto de fin de carrera.