dc.creator | Vargas, Diogo Ribeiro | |
dc.date.accessioned | 2018-07-05T12:12:04Z | |
dc.date.available | 2018-07-05T12:12:04Z | |
dc.date.issued | 2017-03-20 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/13667 | |
dc.description.abstract | Cyber-physical systems performance are dependents of cyber and physical domains. This work
applied a cyber-physical approach in digitally controlled power converter. This thesis proposes
a new full perspective co-design methodology, incorporating into a single co-design the
multidisciplinary steps of electronics, control and computing. In order to develop this
methodology is presented an analysis of the co- design stages interdependencies. Which shows
some dependencies such as AD converter resolution, DPWM module resolution, converter
switching frequency, controller sampling frequency, control algorithm execution time, system
dynamic response, inductive and capacitive components. This thesis proposes a new
microcontroller test algorithm to estimate the worst-case execution time of digital controller
algorithm. Besides that, the ADC and DPWM characteristics is analyzed. The design
methodology of converter inductance associates the plant characteristics to facilitate digital
controller design. The switching and sampling frequency co-design approach takes into account
the closed-loop system dynamic response, the quantizers, the digital controller execution time,
and the output voltage ripple. A laboratory prototype is built in order to validate the proposal
design methodology. The topology employed is a DC-DC buck converter operating in
continuous conduction mode. The mathematical analysis and practical results shown the
importance of multiple perspectives co-design. Being that only one of the three computational
platforms compared was able to perform the digital controller correctly. Moreover, the small
number of parameters forced by the designer reduced the impact of arbitrary choices that exist
in traditional design methodologies. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Co-projeto | por |
dc.subject | Computacional | por |
dc.subject | Controle digital | por |
dc.subject | Conversor abaixador | por |
dc.subject | Eletrônica de potência | por |
dc.subject | Frequência de comutação | por |
dc.subject | Sistemas ciberfísicos | por |
dc.subject | Buck converter | eng |
dc.subject | Co-design | eng |
dc.subject | Computing | eng |
dc.subject | Cyber-physical systems | eng |
dc.subject | Digital control | eng |
dc.subject | Power electronics | eng |
dc.subject | Switching frequency | eng |
dc.title | Co-projeto de perspectiva completa para conversores CC-CC com controlador digital | por |
dc.title.alternative | Full perspective co-design for digitally controlled DC-DC converters | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Campos, Alexandre | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8059148083624149 | por |
dc.contributor.referee1 | Beck Filho, Antonio Carlos Schneider | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5446996798632062 | por |
dc.contributor.referee2 | Barriquello, Carlos Henrique | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/4127396473202565 | por |
dc.contributor.referee3 | Farret, Felix Alberto | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/5783619992936443 | por |
dc.contributor.referee4 | Denardin, Gustavo Weber | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/4251219281955392 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/5260249217149507 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |