RESULTADOS DE SIMULAÇÃO DO PROJETO DE CONTROLE

O sistema de controle foi implementado no software PSIM de acordo com o diagrama de blocos apresentado pela Figura 80.

CPI(z) _{PWM G(s)} S(s) Q(z) Referência Controlador Digital Modulador PWM Planta Sensor e Condicionamento de Sinais Quantizador PROCESSAMENTO DIGITAL

Figura 80: Diagrama de blocos da implementação do projeto de controle.

O controlador digital foi implementado utilizado o bloco C, que executa a leitura dos sinais de interesse e através da comparação com o valor de referência, realiza o controle e

acionamento do conversor. Para simplificação do projeto de controle, a dinâmica do sensor de corrente, assim como do circuito de instrumentação foram desprezadas, sendo consideradas como um ganho unitário no sistema em malha fechada.

De acordo com o diagrama de blocos da Figura 80, inicialmente o conversor foi simulado para o modo de carga considerando diferentes valores de referência para a corrente das baterias e para o máximo valor da tensão de carga.

O resultado apresentado pela Figura 81-a mostra que o circuito simulado se comportou de maneira coerente com o especificado pelo projeto de controle, atingindo o valor de referência sem sobressinal ou erro em regime permanente. Em relação a tensão das baterias presente na Figura 81-b, o resultado mostra pequenas variações com o aumento da corrente de carga, assim como esperado devido a dinâmica de carga das baterias, que se opõe a variações bruscas de tensão.

Para validar o resultado do projeto de controle, também foram verificados os sinais de erro assim como a ação de controle, calculados pelo processador digital de sinais. Os resultados são apresentados pelas Figura 81-c e 81-d respectivamente. Não havendo saturação da ação de controle é possível concluir que o controlador é implementável.

-1,5 -0,75 0,00 0,75 0,5931 0,5932 0,5933 0,5934

Tensão de carga das baterias

0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 66,0 67,0 68,0 69,0 (b) Sinal de erro 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 (c)

Sinal da ação de controle

0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40

(d) Tempo (s)

Corrente de carga das baterias em malha fechada

0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,5 1,0 1,5 2,0 (a)

Figura 81: Resultado de simulação do projeto de controle em malha fechada para a carga das baterias: a) Comparação entre o sinal de referência e corrente de carga das baterias b) Sinal de erro calculado; c) Sinal da ação de controle.

Para o controle da tensão de carga o conversor foi simulado para valores próximos da tensão das baterias em plena carga, conforme ocorre durante o processo de carregamento das baterias onde o controlador deve regular a tensão do banco em um valor próximo a 68,4 V.

Como indicado no desenvolvimento do projeto de controle, o ganho representado pela resistência interna da bateria faz com que a resposta da malha de controle de tensão fique mais lenta do que a malha de controle da corrente de carga, entretanto, do resultado presente na Figura 82-a conclui-se que os mesmos ganhos do controlador podem ser utilizados para regular

a tensão de carga das baterias, visto que novamente a resposta do conversor atinge o valor de referência sem sobressinal.

No que diz respeito a corrente de carga, a Figura 82-b mostra que quando o controlador atua sobre a tensão das baterias, a corrente apresenta uma elevação significativa com pequenas variações de tensão, neste sentido é necessário evitar transitórios elevados de tensão durante o processo de carga. 68,1 68,2 68,3 68,4 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0 0,5 1,0 1,5 0,3 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 Tensão de carga das baterias em malha fechada

(b) Tempo (s)

Corrente de carga das baterias (a)

Figura 82: Resultado de simulação da resposta transitória da tensão de carga das baterias em malha fechada; a) Comparação entre o sinal de referência e tesão de carga; b) Corrente de carga.

No modo de descarga, para o controle da tensão do barramento, o conversor foi simulado para dois casos distintos. Inicialmente, foram considerados diferentes valores de referência em torno da tensão nominal do barramento CC. Posteriormente, a carga de saída foi variada, alterando os níveis de potência processadas pelo conversor. Ambos os ensaios são importantes para evidenciar a operação do controlador em relação a resposta transitória e regulação da tensão do barramento CC em malha fechada.

Para verificar a resposta transitória do conversor em malha fechada no modo de descarga, considerou-se diferentes valores para a tensão de referência de acordo com o resultado apresentado pela Figura 83. Neste ensaio o conversor opera em sua potência nominal, sendo conectada ao barramento uma carga de 200 W.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 200 220 240 -100 0 100 -50 0 50 0,2 0,4 0,6 (a)

Tensão do barramento CC em malha fechada

Sinal de erro

(d) Tempo (s)

Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador

(b)

Sinal da ação de controle (c)

0,01 0,03 0,05 0,07

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

Figura 83: Resultado de simulação da resposta transitória da tensão do barramento CC em malha fechada; a) Tensão do barramento CC em malha fechada; b) Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador; c) Sinal do erro calculado; d) Sinal da ação de controle.

Da Figura 83-a verifica-se que a inserção do controlador leva a tensão do barramento para o valor de referência em aproximadamente 10 ms atuando próximo ao ponto de operação. A resposta do conversor em malha fechada não apresenta sobressinal durante o período transitório e segue os valores de referência sem erro em regime permanente, assim como especificado pelo projeto do controlador.

Para evidenciar detalhes da operação do conversor, na Figura 83-b é apresentada a tensão sobre o transformador no lado de baixa tensão. Nos enrolamentos do transformador resulta uma tensão de valor médio igual a zero e amplitude igual a tensão do barramento,

refletida no lado de baixa tensão, dessa forma é evidente a operação do projeto de controle sobre a razão cíclica do conversor.

A implementação do controlador é validada examinando as formas de onda do sinal de erro e ação de controle apresentadas nas Figura 83-c e Figura 83-d. Novamente é possível concluir que o controlador é implementado de maneira adequada, não havendo saturação da razão cíclica.

Em um segundo momento, o conversor foi novamente simulado tomando como referência a tensão nominal do barramento CC, isto é, 230 V. Na saída do conversor é variada a carga conectada ao barramento de modo a verificar a atuação do controlador em relação a regulação da tensão. A simulação foi realizada conectando e desconectando cargas de 150 Ω em série com a uma carga de 264,5 Ω, referente a potência nominal do conversor.

0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 200 250 300 0,5 0,7 0,9 -100 0 100 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 (a)

Tensão do barramento CC em malha fechada

Corrente no barramento CC

(b)

Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador

(c) Tempo (s)

Figura 84: Resultado de simulação do projeto de controle da regulação da tensão do barramento CC; a) Tensão do barramento CCem malha fechada;b) Corrente no barramento; c)Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador.

Nas Figura 84-a e Figura 84-b são apresentadas a tensão e corrente do barramento CC, comprovando a variação da impedância de saída e regulação da tensão do barramento pelo projeto de controle do conversor. Novamente a tensão de saída atinge o valor de referência sem sobressinal ou erro em regime permanente. Na Figura 84-c é apresentada a tensão sobre o transformador, demonstrando a operação do conversor.

Verificando através das simulações o bom funcionamento do sistema de controle para ambos os modos de operação do conversor, o mesmo foi implementado através do DSP Delfino F283777S. Os resultados experimentais são apresentados e detalhados na seção seguinte.