Analysing and comparing a PI fuzzy controller and an optimal conventional PI controller for a buck converter

Análisis y comparación entre un controlador PI difuso y un controlador PI óptimo convencional para un conversor reductor

This document proposes analysing and designing two control strategies for permanent current DC-DC buck converter. These kinds of electronic devices convert a constant-voltage to a lower constant-voltage (nonlinearity characteristics being demonstrated). Two nonlinear control techniques are shown. The first is a conventional optimal proportional error and integral error (PI) controller based on minimising integral of time per squared errors (ITSE) criteria. A model of the plant at an operation point was thus obtained. The second one was fuzzy control where input and output sets were also defined by minimising ITSE criteria in the overall system and establishing inputs such as proportional error and integral error. Load was then varied to establish the system's efficiency with both the aforementioned controllers. It must be borne in mind that such systems should not present supervoltage since this can cause damage. The parameters found in designing both controllers thus corresponded to analytical and descriptive methodology. Simulation results, the performance index mentioned above (ITSE) and power consumption showed that the system's response for the fuzzy control drew more power consumption than the optimal controller; otherwise, obtained ITSE was larger for the optimal control than the fuzzy control. It is concluded that exploring these types of converter is applicable when using nonlinear control techniques and minimising the different performance indices.

Este trabajo propone el análisis y diseño de dos estrategias de control para un conversor CC-CC reductor de corriente permanente. Tal tipo de dispositivos de electrónica de potencia convierten una tensión continua a otra de menor magnitud y cuyas características de no linealidad son evidenciadas. Se presentan entonces, dos técnicas de control no lineal, la primera propuesta es un control óptimo PI (error proporcional e integral del error) convencional, basado en la minimización del criterio ITSE (integral del cuadrado del error ponderado en el tiempo). Para ello se obtiene un modelo de la planta en un punto de operación. La segunda propuesta es un control difuso cuyos conjuntos de entrada y salida son también definidos minimizando el criterio ITSE en el sistema general, y estableciendo como entradas el error proporcional y la integral del error. A continuación se realiza una variación de la carga para establecer la eficiencia del sistema con los dos controladores mencionados. Se debe tener en cuenta que este tipo de sistemas no debe presentar sobretensiones considerables, ya que puede ocasionar daño en él. En este sentido, los parámetros encontrados en el diseño de los dos controladores corresponden a una metodología analítica y descriptiva. Los resultados obtenidos en simulación, y estableciendo como figura de mérito el índice de desempeño mencionado (ITSE) y el consumo de potencia, muestra que la respuesta del sistema para el control difuso presenta un mayor consumo de potencia que el control óptimo, mientras que el ITSE obtenido es mayor para el control óptimo que para el difuso. Se concluye que la exploración de este tipo de conversores, utilizando técnicas de control no lineal y minimizando los diferentes índices de desempeño, es aplicable.