Biblioteca para la implementación rápida de controles digitales sobre DSP

Rubio Lozano, Juan José (2017). Biblioteca para la implementación rápida de controles digitales sobre DSP. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Biblioteca para la implementación rápida de controles digitales sobre DSP
Author/s:
  • Rubio Lozano, Juan José
Contributor/s:
  • Oliver Ramírez, Jesús Angel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Con el aumento de la demanda energética y nuevas aplicaciones como el vehículo eléctrico, está creciendo también la demanda de convertidores de potencia para gestionar las transformaciones que debe sufrir la energía empleada. Para el control de esos convertidores cada vez se apuesta más por alternativas de control digitales frente a los controles analógicos clásicos, ya que el control digital soluciona los alguno de los problemas del control analógico, como las irregularidades que pueden introducir los componentes o las desviaciones del control por la degradación de los mismos. Además, ofrece diversas ventajas como pueden ser la posibilidad de desarrollar algoritmos de control más avanzados, reconfigurabilidad, adaptabilidad, etc. Sin embargo, aparte del mayor coste, el principal inconveniente de los sistemas de control digital es que presentan una barrera de entrada importante a la hora de comenzar a ser utilizados, siendo el desarrollo de los mismos muy lento. Con este trabajo se busca realizar un estudio de las alternativas disponibles para la implementación de controles digitales y plantear una solución que reduzca las dificultades del desarrollo facilitando el uso de estos sistemas de control. El trabajo se dividirá en varias partes: • Estudio de las diversas opciones disponibles en el mercado para la implementación de sistemas de control digital y revisión de propuestas existentes que busquen simplificar el uso de los mismos. • Desarrollo de una solución propia que cumpla con los objetivos de reducir el tiempo y las complejidades de desarrollo. • Realización de pruebas para comprobar la validez de la solución planteada en un caso real. Para ello, se plantea el uso de un DSP (Procesador Digital de Señales) de Texas Instruments. En cuanto a la solución propuesta se basará en el desarrollo de una biblioteca sobre el entorno de trabajo propio de Texas Instruments. Dicha biblioteca contendrá funciones que simplifiquen el uso de las funcionalidades más habituales que son necesarias para implementar un control digital: • Lectura de señales externas: utilizando un módulo ADC (Conversor Analógico-Digital) se muestrearán las señales de control que deseemos. • Generación de señales de control: a través de los módulos PWM (Pulse-Width Modulation o modulación por ancho de pulso) podremos generar las señales de mando de los interruptores para el control de los convertidores. • Cálculo del control: se permitirá al usuario implementar el esquema de control que desee a través de un sistema de interrupciones. Además, para garantizar un mínimo de flexibilidad de la biblioteca se ofrecen distintas posibilidades de configuración en diversos parámetros: canales que se muestrearán con el ADC, posibilidad de usar módulos PWM múltiples con sincronización, forma de onda de las señales de salida, momento en el que se muestrea la señal, etc. Todo ello se hace de forma oculta para el usuario, que no deberá preocuparse por la forma en que debe configurarse el dispositivo para realizar dichas funciones, sino que solo debe limitarse a utilizar las funciones que han sido programadas para ello. De esta forma se elimina la necesidad de conocer el funcionamiento del dispositivo para implementar los controles calculados. Una vez desarrollada la biblioteca se prueba su funcionamiento en distintos escenarios. Primero se evalúa el correcto funcionamiento de las funciones mediante pruebas sencillas con fuentes de tensión y osciloscopio, solucionando errores de configuración y comprobando las desviaciones que podría tener el DSP para realizar calibraciones. Una vez se comprueba que no hay errores en el funcionamiento de la biblioteca se realizan pruebas sobre un convertidor reductor (Buck) síncrono de dos fases. Con este convertidor buscamos pasar de una tensión de alimentación continua de 12V a una tensión de salida, también continua y que pueda ser regulable en el entorno de los 3.3V. Para realizar las pruebas se usa un esquema de control con un lazo en corriente y otro en tensión. Se configura el dispositivo utilizando la biblioteca para medir las corrientes por cada rama y la tensión a la salida. Al ser un convertidor de dos fases se programa la salida de los PWM para que controle las dos ramas de forma síncrona. Los reguladores para el esquema de control se implementan en las interrupciones del microprocesador, comprobando previamente que el microprocesador no se saturará con los cálculos. Tras la configuración y las comprobaciones previas se realiza la prueba en sí, variando las cargas y los niveles de tensión buscada a la salida, observándose que la biblioteca cumple su función de permitir la implementación de algoritmos de control. Además, se toman datos a través de un osciloscopio para realizar un análisis posterior que se recogerá en este documento.

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Item ID: 45726
DC Identifier: http://oa.upm.es/45726/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:45726
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 05 May 2017 05:53
Last Modified: 05 May 2017 05:53
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