Co-projeto de perspectiva completa para conversores CC-CC com controlador digital
Abstract
Sistemas ciberfísicos são dependentes da sinergia existentes entre componentes e recursos
físicos e cibernéticos. Essa tese utiliza uma abordagem ciberfísica aplicada a conversores
estáticos digitalmente controlados, considerando as interdependências e os desempenhos dos
domínios físico e cibernético da aplicação. É proposta uma nova metodologia de projeto de
perspectiva completa a qual incorpora em um único co-projeto a integração das características
multidisciplinares de eletrônica, controle e computacional. Para fomentar o desenvolvimento
dessa metodologia é apresentada uma análise das interdependências existentes entre essas
etapas no co-projeto, em que ficam evidenciadas algumas dependências como por exemplo:
resolução do conversor AD, resolução do módulo DPWM, frequência de comutação do
conversor, frequência de amostragem do controlador, tempo de execução do algoritmo de
controle, resposta dinâmica do sistema completo e escolha dos componentes indutivos e
capacitivos do conversor. Para a estimativa do tempo de execução de pior caso do controlador
digital foi desenvolvida uma metodologia de teste para microcontroladores que permite a
classificação dos sistemas aptos a atenderem os requisitos de co-projeto. Além do tempo de
execução, são analisadas as características do quantizadores ADC e DPWM desses
microcontroladores. Para o projeto da indutância do conversor é proposta uma metodologia que
associa as características da planta com o projeto do controlador digital. Para o projeto da
frequência de comutação e da frequência de amostragem é proposto um co-projeto
considerando os desempenhos da resposta dinâmica do sistema em malha fechada, dos
quantizadores, da estimativa de tempo de execução do controlador digital e da ondulação da
tensão de saída. Para comprovar a metodologia de co-projeto proposta nessa tese um protótipo
de laboratório baseado no conversor CC-CC abaixador não-isolado é realizado. A análise
matemática e os resultados apresentados comprovam a importância da abordagem de múltiplas
perspectivas no co-projeto, sendo que dos três sistemas computacionais comparados apenas um
se demonstrou capaz de executar o controlador de maneira satisfatória, devido as limitações de
processamento e dos quantizadores. Além disso, o reduzido número de parâmetros impostos
pelo projetista reduziu o impacto de escolhas arbitrárias que ocorre em metodologias
tradicionais de projeto.
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