Projeto e implementação de uma estrutura de controle em cascata para um conversor boost

Abstract

O presente trabalho aborda o projeto, modelagem e implementação de um sistema de controle em cascata aplicado a um conversor boost em modo de condução contínua (CCM). Inicialmente, o conversor é caracterizado a partir da modelagem matemática derivada por espaço de estados, permitindo a obtenção das funções de transferência necessárias ao projeto dos controladores das malhas interna de corrente e externa de tensão. A estratégia adotada visa melhorar o desempenho dinâmico, aumentar a robustez frente a variações de carga e garantir maior segurança durante a operação do conversor. Os controladores são projetados no domínio contínuo, convertidos para o domínio discreto e validados por meio de simulações e testes práticos. Os resultados indicam que o sistema controlado apresenta comportamento coerente com o modelo teórico, ainda que com diferenças decorrentes de incertezas paramétricas e limitações inerentes à planta física. As malhas de controle demonstraram capacidade satisfatória de regular a tensão de saída, limitar a corrente do indutor e rejeitar perturbações. O trabalho confirma a viabilidade da estratégia em cascata para conversores do tipo \textit{boost}, destacando sua aplicabilidade em sistemas de eletrônica de potência que demandam respostas rápidas e operação segura.

This work addresses the design, modeling, and implementation of a cascaded control system applied to a boost converter operating in continuous conduction mode (CCM). Initially, the converter is characterized through state-space mathematical modeling, enabling the derivation of the transfer functions required for designing the controllers of the inner current loop and the outer voltage loop. The adopted strategy aims to improve dynamic performance, increase robustness against load variations, and ensure greater safety during converter operation. The controllers are designed in the continuous domain, converted to the discrete domain, and validated through simulations and practical tests. The results indicate that the controlled system exhibits behavior consistent with the theoretical model, despite differences arising from parametric uncertainties and inherent limitations of the physical plant. The control loops demonstrated satisfactory capability to regulate the output voltage, limit the inductor current, and reject disturbances. The work confirms the feasibility of the cascaded control strategy for boost-type converters, highlighting its applicability in power electronics systems that demand fast dynamic response and safe operation.