Diseño y análisis de desempeño de un inversor de voltaje utilizando controladores inteligentes (Presentación PPT)

INTRODUCCIÓN Los sistemas inteligentes, permiten el
control de sistemas no lineales como es el caso de los equipos de
potencia

Objetivos Diseñar un controlador inteligente, para un
inversor de tensión monofásico, utilizando las
herramientas del software MATLAB, a fin de analizar su
desempeño frente a condiciones de carga lineal y no
lineal. Objetivo General

Objetivos Específicos

Contenido INTRODUCCIÓN DISEÑO INVERSOR
MONOFÁSICO SPWM DISEÑO DE CONTROLADORES RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El inversor monofásico propuesto consta de tres etapas:
Generador PWM Etapa de potencia Filtro Principio de
funcionamiento inversor monofásico puente completo
spwm

Generador pwm El generador PWM es el encargado de entregar la
señal de conmutación a los dispositivos
semiconductores de potencia Para la generación de pulsos
se utiliza la modulación SPWM la cual consiste en comparar
una onda senoidal de referencia con una onda portadora triangular
de alta frecuencia.

Modulación SPWM Los parámetros que caracterizan a
la modulación senoidal por ancho de pulso son el
índice de modulación en frecuencia y amplitud
    Índice de modulación en amplitud
Índice de modulación en frecuencia  
 

Etapa de Potencia La etapa de potencia consta de los dispositivos
semiconductores de conmutación, en este caso se
modeló un sistema de conversión DC/AC tipo puente
completo.

Etapa de Potencia      

Filtro Para obtener una forma de onda sinusoidal pura. Se
necesitan filtros, generalmente LC pasa-bajos que eliminan las
componentes armónicas que se presentan en bandas laterales
a la frecuencia de la onda portadora.  

Parámetros inversor

Parámetro de Calidad  

Carga no Lineal Para la medición de eficiencia del
inversor bajo condiciones de carga crítica se
diseñó un sistema no lineal el cual consta de un
rectificador acompañado de cargas resistivas, capacitivas
e inductivas  

Modelo Matemático del inversor en Simulink

Contenido INTRODUCCIÓN DISEÑO INVERSOR
MONOFÁSICO SPWM DISEÑO DE CONTROLADORES RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONTROL PI El controlador PI sirve como modelo de referencia para
la construcción de los controladores inteligentes.
Variable Manipulada: Onda moduladora Variable controlada:
Tensión de Salida

Control PI El controlador PI actúa sobre la onda de
referencia u onda moduladora modificando el índice de
modulación para compensar las corrientes armónicas
que trabajan en los múltiplos de la frecuencia portadora
de 6KHz.

Modelo simulink control pi

Control por RNA  

La salida de la red neuronal actúa como señal
moduladora compensada para la reducción de
armónicos

Pasos para la elaboración del controlador neuronal
Construir el controlador PI. Para cada condición de carga,
recolectar la salida de tensión, corriente de carga, y
corriente de capacitor como entradas de la RNA, y la señal
de compensación como salida Seleccionar una estructura de
red neuronal que sea simple y además suficiente para el
control adecuado del inversor Entrenar la red neuronal y generar
el controlador

Modelo simulink controlador RNA

Controlador Difuso El controlador difuso suprime armónicos
del inversor modificando la señal moduladora El
controlador difuso diseñado actúa como controlador
PD utilizando las variables de entrada: Error (V) Cambio de error
(V/S)

Base de reglas controlador Difuso

Modelo simulink controlador difuso

Contenido INTRODUCCIÓN DISEÑO INVERSOR
MONOFÁSICO SPWM DISEÑO DE CONTROLADORES RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Inversor Modelo Matemático Sin Controlador CARGA RESISTIVA
40O THD: 1.59% CARGA NO LINEAL THD: 4.38%

Inversor Modelo Matemático Control PI CARGA NO LINEAL THD:
0.24% CARGA RESISTIVA 40O THD: 0.11%

Inversor Modelo Matemático Control RNA CARGA RESISTIVA 40O
THD: 0.08% CARGA NO LINEAL THD: 0.085%

Inversor Modelo Matemático Control difuso CARGA NO LINEAL
THD: 0.085% CARGA RESISTIVA 40O THD: 0.067%

Resumen Resultados Modelo Matemático carga lineal

Resumen Resultados Modelo Matemático carga no lineal

Inversor Modelo Transistor sin controlador CARGA NO LINEAL THD:
25% CARGA RESISTIVA 40O THD: 2%

Inversor Modelo Transistor control pi CARGA NO LINEAL THD: 2.04%
CARGA RESISTIVA 40O THD: %0.06

Inversor Modelo Transistor control rna CARGA NO LINEAL THD: 1.11%
CARGA RESISTIVA 40O THD: 0.13%

Inversor Modelo Transistor control difuso CARGA NO LINEAL THD:
0.30% CARGA RESISTIVA 40O THD: %0.05

Resumen Resultados Modelo Transistor carga lineal

Resumen Resultados Modelo Transistor carga no lineal

Respuesta temporal Sin Controlador Control PI

Respuesta temporal Controlador Neuronal Control Difuso

Contenido INTRODUCCIÓN DISEÑO INVERSOR
MONOFÁSICO SPWM DISEÑO DE CONTROLADORES RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones El control de un inversor, con modulación
SPWM, se realiza variando la onda moduladora. Lo cual compensa el
ancho de pulso ante perturbaciones como corrientes
armónicas o cambios de carga. El controlador PI
diseñado es utilizado como modelo de referencia para para
el diseño de los controladores inteligentes,
principalmente para la obtención de patrones de
entrenamiento del controlador neuronal.

Conclusiones El controlador neuronal imita el comportamiento del
controlador PI, sin embargo tiene la capacidad de trabajar con
cargas para las que no fue diseñado y controlar sistemas
no lineales de forma eficiente. Con controlador PD difuso se
obtuvo el mejor desempeño para la reducción de la
distorsión armónica total tanto para sistemas con
carga lineal como para cargas no lineales, sin embargo debido a
la precisión que posee para regular armónicos, se
pierde la velocidad de reacción al existir un cambio
drástico de carga.

Conclusiones Las alternativas de control diseñadas
presentan nuevas tecnologías para la regulación de
tensión de sistemas inversores principalmente para el
campo de la alimentación ininterrumpida UPS ya que estos
sistemas necesitan ondas sinusoidales puras a bajas frecuencias
con la menor cantidad de componentes armónicos
además de asegurar su funcionamiento con cargas
críticas.

Recomendciones El tiempo de simulación es un aspecto clave
al momento del diseño de los controladores utilizando
MATLAB, se debe considerar tiempos adecuados para la
obtención de la respuesta deseada. Ampliar el conocimiento
de las técnicas de control para sistemas de potencia.
Así como el estudio de controladores inteligentes para el
control de sistemas eléctricos. Realizar futuras
investigaciones sobre controladores inteligentes aplicados a
inversores trifásicos, multinivel y con modulación
vectorial por ancho de pulso.