La ingeniería de control es una parte muy importante del proceso de diseño de muchos sistemas dinámicos. Sugiriendo la realimentación para estabilizar sistemas inestables, reduciendo el error producido por perturbaciones en las entradas, y diminuyendo la sensibilidad de la función de transferencia en lazo cerrado a pequeñas variaciones en los parámetros internos del sistema. En estas situaciones donde el control es requerido, es posible ofrecer un diseño de control que a menudo lleve una solución satisfactoria.

Las soluciones dependerán en gran medida de la experiencia y el grado de conocimiento de las múltiples técnicas de modelado existentes, para obtener la descripción matemática; relativamente simple y precisa del sistema a controlar. Pudiendo existir mas de un modelo para un mismo sistema, la elección dependerá de las características del sistema a estudiar

Una herramienta fundamental para obtener respuestas de modelos matemáticos de sistemas con la finalidad de analizar y entender el comportamiento dinámico del sistema es la simulación.

El presente trabajo, se compone fundamentalmente de la simulación de un UPS, utilizando el toolbox de Matlab denominado Power System Blockset (PSB).

El PSB permite modelar y simular generadores eléctricos de potencia, transmisión y consumo dentro de Simulink. Es un conjunto de bloques que representan componentes comunes de redes eléctricas de potencia; tales como transformadores, líneas de transmisión, maquinas y dispositivos electrónicos de potencia, pudiendo conformar topologías eléctricas de sistemas de potencia, así como interactuar con los demás toolbox de Matlab.

El uso aquí dado al PSB es la construcción del sistema completo de un UPS, compuesto por cada uno de los elementos del sistema eléctrico, así como los bloques necesarios para la implantación de la ley de control propuesta bajo la técnica de modelo promedio, cuya herramienta principal de desarrollo son las ecuaciones de Euler-Lagrange.

Utilizando Simulink para la simulación del sistema en lazo abierto y en lazo cerrado.

El PSB es una moderna herramienta de desarrollo que permite a los científicos e ingenieros crear rápida y fácilmente modelos y simulaciones de sistemas eléctricos de potencia. El Blockset usa el ambiente de Simulink permitiendo la creación de modelos de una manera simple por medio de procedimientos de presionar y arrastrar con el ratón.

Es un conjunto de bloques que representan componentes comunes de redes eléctricas de potencia; tales como transformadores, líneas de transmisión, maquinas y dispositivos electrónicos de potencia, pudiendo conformar topologías eléctricas de sistemas de potencia, además de poder interactuar con los demás toolbox de Matlab.

El PSB organiza los bloques en librerías según su categoría, mostrando el nombre del bloque y su respectivo icono; esto es:

La librería de Fuentes eléctricas (Electrical Sources) contiene bloques que genera señales eléctricas.

Tabla II-1: Fuentes eléctricas (Electrical Sources)

La librería de Elementos (Elements) contiene elementos lineales y no lineales.

Tabla II-2: Elementos (Elements)

La librería de Electrónica de potencia (Power Electronics) contiene dispositivos electrónicos de potencia.

Tabla II-3: Electrónica de potencia (Power Electronics)

La librería de Maquinas (Machines) contiene modelos de maquinas eléctricas.

Tabla II-4: Maquinas (Machines)

La librería de Conectores (Connectors) contiene bloques que se utilizan para interconectar entre sí más bloques.

La librería de Mediciones (Measurements) contiene bloques para medir corriente y voltaje.

Tabla II-6: Mediciones (Measurements)

La librería de Extras de Powerlib (Powerlib Extras) contiene bloques trifasicos especiales para mediciones y control.

Quizá el área que más rápidamente se ha desarrollado en la electrónica de potencia ha sido la conversión de corriente directa (CD) a corriente alterna (CA), usando dispositivos de estado sólido como elementos básicos de conmutación.

El diagrama del circuito a implementarse se muestra en la Fig. 1. El principio de operación puede ser explicado de la siguiente manera: Los interruptores T₁ y T₂ se activan alternadamente esto es T₁ cerrado T₂ abierto y viceversa, alimentando al filtro formado por LC₃ con una señal cuadrada de corriente . Debido a la presencia de este filtro, l salida del voltaje Vo en las terminales de la resistencia de carga R es una señal senoidal cuya calidad depende, en la operación de lazo abierto, de los valores de la inductancia y del capacitor C₃.

El modo de conmutación será comandado por la señal de control u(t) que pertenece al conjunto discreto {0,1}. Entonces cuando u(t)=1 el interruptor T1 esta cerrado mientras que el T2 esta abierto. La acción complementaria será cuando u(t)=0.

La señal de control u(t) será definida por el generador de PWM (Pulse Width Modulation). Bajo esta lógica de conmutación, la señal es definida por:

donde: tk es el instante de muestreo

T es el ciclo de trabajo

(m ) es el cociente del ciclo de trabajo que pertenece al conjunto {0,1}

La implantación del circuito Fig. 1 en el PSB responde a las siguientes consideraciones:

Primeramente los interruptores de conmutación T₁ y T₂ se sustituirán por dos mosfets que son dispositivos de estado sólido.

Se alimentara al generador de PWM con una señal u(t) entre 0 y 1, y la salida del generador de PWM que se conectara a las compuertas de los mosfets.

Para construir el circuito se utilizaron los bloques que se listan el tabla III-1.

Diagrama implementado en PSB Fig. 2.

Bloque del generador de PWM.

Fig. III-3

Se aplicara primero la versión el caso general cuando se conoce el valor de la resistencia de carga.

Posteriormente se aplicara la versión adaptable de la ley de control que compensa la incertidumbre en los parámetros que se introducen en cada uno de los casos particulares para controlar el UPS.

Para este control se consideran todos los parámetros conocidos.

La ley de control se definirá como:

Con K>0, como una función limitada que define el valor deseado de la corriente en la inductancia y como el voltaje deseado a la salida, obtenido de la soliución de la ecuación diferencial lineal

con .

Para este control se consideran todos los parámetros conocidos del circuito excepto el valor de la resistencia de carga.

Definiendo la ley e control como:

Y obteniendo a de la relación:.

Con y el parametro como solución de la ley adaptable.

Donde .

El uso de las herramientas de software para simulación, demuestran una vez mas su enorme utilidad, al poder ajustar (poner en sintonía), parámetros dentro de un sistema, probándolo en situaciones extremas, y logrando mejorar el proceso o el uso de nuevos dispositivos.

Este trabajo muestra el desarrollo de las simulaciones realizadas al diseño de un UPS construido con dispositivos electrónicos de estado sólido.

El objetivo perseguido fue la implantación del circuito así como los controladores dentro del ambiente de Matlab utilizando el toolbox llamado Power System Blockset, el cual se cumplió satisfactoriamente.

Las desventajas encontradas en este tipo de simulaciones, es la necesidad de utilizar equipos de computo bastante poderosos, ya que los algoritmos de simulación necesitan procesar demasiados datos, que se relacionan entre sí.