Propuesta de diseño, construcción y pruebas de una fuente de poder múltiple aplicada a un láser Nd: YAG. Para el diseño y construcción de esta fuente de poder, se utilizan técnicas de convertidores conmutados, los cuales trabajan en alta frecuencia para lograr mayor eficiencia del convertidor obteniendo reducción de espacio respecto a las fuentes de poder tradicionales. Desde hace muchos años, la tecnología en el campo de la electricidad y electrónica ha ido avanzando constantemente con una clara tendencia a hacer equipos cada vez más pequeños, eficientes y portátiles. Asimismo, las fuentes de poder y convertidores no son ajenos a esta tendencia. Las fuentes de poder generalmente forman parte de un equipo integral mayor, y su objetivo es proporcionar los niveles de tensión y corriente adecuado para una óptima operación del equipo final. Y es por esta razón que las fuentes de poder también buscan ser cada vez más pequeñas o portátiles. Aunque las tecnologías resonante y quasi-resonante están muy desarrolladas en otros países, en el Perú aún no se dispone de este conocimiento. Nuestra industria está limitada a la fabricación de fuentes de poder usando tecnología lineal, lo que nos vuelve dependientes de las importaciones y de la tecnología de otros países. Una de las razones de esta deficiencia es la falta de información sobre el diseño y fabricación de fuentes con tecnología conmutada, así como la falta de trabajos previos que sirvan de base para nuevos fabricantes. Asimismo, por otro lado se tiene la tecnología láser, cuya aplicación y desarrollo son definitivamente la tendencia actual de la óptica aplicada. En especial, los láseres de Neodimio: Itrio-Aluminio-Granate (Nd: YAG) son uno de los más usados tanto en la industria como en la investigación. La razón de su amplio uso es su flexibilidad y eficiencia óptica. Con las condiciones de energía adecuada, este tipo de láser puede cortar o perforar acero, vidrio o emplearse en el área médica. Esta tecnología tampoco está extendida en nuestro país, y el conocimiento técnico de su funcionamiento tampoco está difundido. Por las razones expuestas, se diseñará y construirá una fuente de poder utilizando tecnología conmutada aplicada al láser Nd: YAG. Estos conocimientos servirán para futuros fabricantes o profesionales que necesiten hacer desarrollo en estos campos. / Tesis

Dado el creciente uso de sistemas alternativos de generación operando a velocidad y frecuencia variable, surge la necesidad de incorporar elementos a la red de distribución que sean capaces de hacer de interfaz entre el sistema de generación, la carga, y/o la red, como son los rectificadores, inversores, variadores de frecuencia, y otros, etc. Entre estos elementos se encuentra el conversor matricial de cuatro piernas que como su nombre lo indica, posee una “cuarta pierna” (o fase extra), que actúa como "neutro", en caso de que la carga sea desequilibrada y sea necesario proporcionar un camino de retorno para las corrientes de secuencia cero. Este conversor posee muchas aplicaciones útiles en distintas áreas, entre las cuales están los sistemas de conversión eólicos, los sistemas diesel de generación, sistemas eólico diesel, etc. En estos sistemas la eficiencia puede aumentar considerablemente al operar a velocidad variable, ya que las máquinas se operan en puntos óptimos dependiendo de la carga conectada. Con el fin de compensar las caídas de tensión en el filtro de salida, agregado para disminuir la distorsión de armónicas producida por la conmutación de los switches del conversor (y/o carga no lineal), es que se requiere un lazo cerrado de control de tensión para proporcionar un funcionamiento ajustado a los requerimientos del sistema. El principal objetivo de esta memoria es comparar los desempeños de dos alternativas de control a lazo cerrado, aplicado a conversores matriciales de cuatro piernas y así poder elegir aquel que se ajusta mejor a los requerimientos. Durante el desarrollo de este trabajo se diseñan e implementan controladores para regular la tensión en una carga trifásica. Estos controladores son validados experimentalmente bajo diversas condiciones de operación, entre las cuales están: operar con impactos de conexión y desconexión de carga, sistemas balanceados y desbalanceados, cambios del tipo escalón de cargas resistivas, capacitivas, reactivas y no lineales. Se obtiene como resultado de este trabajo, una caracterización del desempeño, de un conjunto de reguladores de tensión cuando son sometidos a distintas pruebas experimentales, tales como las mencionadas anteriormente. Posteriormente, la caracterización del desempeño realizada en este trabajo se utiliza para definir bajo qué condiciones de operación cada familia de sistemas de control opera adecuadamente. Por ejemplo, el controlador resonante logra una reducción de un 15% en la distorsión total de armónicas (THD) cuando el sistema alimenta una carga altamente no lineal, llegando a un THD de 6%. Se concluye que el sistema de control más adecuado para regular la tensión en la carga cuando se utiliza un conversor matricial, es el controlador resonante. Esto se debe a que esta familia de controladores posee las cualidades de: fácil diseño e implementación, baja carga computacional, excelente regulación ante diversas perturbaciones, capacidad de eliminar la distorsión de armónicas y versatilidad en aplicaciones de generación a velocidad variable. En paralelo a este estudio se están realizando las pruebas experimentales necesarias para implementar un controlador resonante de alto orden que regule la tensión en una carga trifásica desbalanceada no lineal, conectada a un sistema de generación a velocidad variable.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En esta Tesis se presenta el uso de un control fraccionario proporcional-integral (FOPI) para convertidores de potencia, el cual es comparado con un control de orden entero proporcional-integral (PI), utilizado dentro del algoritmo de control vectorial, aplicadas a generadores síncronos de imanes permanentes (GSIP), operando con una red a frecuencia constante, interconectados mediante dos convertidores de potencia en una topología Back-To-Back (BTB). La idea de esta estrategia es transformar corrientes y voltajes en un marco de referencia giratorio (dq), donde las corrientes controladas son constantes en estado estacionario y posteriormente transformar las salidas de los controladores (FOPI y PI) en marco de referencia fijo (αβ) entregadas a un algoritmo de Modulación de Espacio Vectorial (SVM) que se encarga de generar los ciclos de trabajo necesarios para la conmutación de los elementos semiconductores que conforman los convertidores. El control del convertidor del lado GSIP tiene como objetivo principal el control de velocidad de la maquina eléctrica, mientras que el convertidor en lado de la red es, mantener el nivel de voltaje en el enlace de corriente continua (Dc-Link) que interconecta ambos convertidores. El sistema de control es tratado en el contexto de recuperación de energía en un mineroducto, pensado en que el sistema de control pueda tener la capacidad de realizar el mismo trabajo de las estaciones de choque, encargadas de mantener la velocidad de la pulpa mineral que transporta, sin embargo con este tipo de sistemas propuesto se podría recuperar parte del potencial energético disponible en el sistema y, emplearla de alguna manera más eficiente, proponiendo en este trabajo que sea conectada a una red eléctrica, buscando de esta manera que el sistema propuesto pueda ser una alternativa que cumpla la función de las estaciones disipadoras y además la recuperación de energía, aprovechando las ventajas de los controladores de orden fraccionario. Cabe mencionar que en este documento solo trata lo correspondiente a la parte de control del sistema eléctrico. El estudio de comparación se realiza a nivel de simulación mediante el uso de programas computacionales Matlab-Simulink y Plecs, para los sistemas de control y los sistemas eléctricos respectivamente. Para determinar los escenarios de simulación del sistema se toma en cuenta los posibles escenarios que pueda presentarse en el mineroducto, siendo estos, una prueba sin posibles cambios en el torque de entrada, dos más cuando sufre cambios de +15% y -15% de la entrada nominal, una más cuando la entrada del sistema se torna de forma oscilante entre ±15%, en la última de las simulaciones se realizan combinación de controladores FOPI y PI dentro del algoritmo de control.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / {El presente proyecto de tesis consiste en la implementación de un Rectificador controlado basado en un Convertidor Multinivel Modular (Modular Multilevel Converter en inglés). Este proyecto se encuentra dentro del marco del proyecto FONDECYT: 1440337 Modular Multilevel Converter Technologies for High Power Drives (Aplicaciones de Convertidores Modulares Multinivel para accionamientos de alta potencia) el cual tiene por objetivo principal el estudio de estrategias de control para Convertidores Multinivel Modulares (comunmente abreviado como MMC o $M^2C$ por sus siglas en inglés) en accionamientos eléctricos, lo cual es un gran desafío ya que contempla la operación de estos en condiciones no usuales, tales como frecuencia variable (incluyendo las bajas) y tensión variable (tanto en los lados de alterna como de continua). La topología propuesta en dicho proyecto es el convertidor M2C back to back, que consiste en la conexión de 2 convertidores modulares por el enlace de continua, dejando los lados de alterna como puertos de entrada y/o salida para la conexión con la máquina y la red. En una etapa anterior ya se implementó el conversor del lado de la máquina, trabajo realizado Mauricio Espinoza en marco de su doctorado y expuesto en n publicaciones. El presente trabajo de tesis pretende aportar con la implementación del convertidor del lado de la red para así completar el convertidor Back to Back. Las primeras publicaciones relacionadas con el MMC realizan un modelado por fase, el cual es más simple e intuitivo, no obstante, conlleva desventajas asociadas como el acople en los lazos de control, que dificulta el diseño de los controladores y afecta a la dinámica del sistema. en los últimos 2 años se han desarrollado modelos desacoplados, los cuales por medio de transformadas permiten obtener 3 subsistemas independientes. Una característica del modelamiento transformado es que permite plantear distintas estrategias de control, dependiendo de cuales flujos de potencia se utilizan para balancear la energía entre las ramas del convertidor. Si bien algunas estrategias ya están planteadas, han sido aplicadas en distintas condiciones por lo que no se pueden comparar sus resultados. Todas las estrategias obtenidas se deducen de la linealización del modelo del convertidor, por lo que asumen pequeñas desviaciones en torno a un punto de operación. El principal problema de esto es que al encenderse el convertidor los voltajes en condensadores son igual a cero, por lo que debe realizarse un proceso de precarga para llevar los voltajes al punto de operación. Si bien la estrategia más popular y simple publicada es la precarga natural, esta no puede ser utilizada en este proyecto ya que por seguridad la lógica de los submódulos se encarga de negar las acciones de control entre los semiconductores, también se descartan los métodos que incluyen electrónica adicional en los módulos, dejando la opción de estudio entre las estrategias de selección y precarga controlada para este trabajo. Los aportes realizados por este trabajo son los siguientes: primero es la construcción y puesta en marcha del rectificador MMC ocupando modulación PS-PWM, el cual posteriormente servirá para futuros trabajos, tanto solo como en conexión Back to Back, el segundo aporte es la implementación y validación experimental de las posibles estrategias de control lineal en el convertidor, junto con el análisis de sus ventajas y desventajas en operación de rectificador.

Los convertidores conmutados dc-dc son circuitos electrónicos de potencia que transforman un nivel de tensión de corriente continua en otro nivel distinto mediante acciones de conmutación. En esta tesis se estudia un convertidor del tipo reductor-elevador pensado para aplicaciones donde varía la tensión de entrada, de la manera que ocurre normalmente en una batería. La topología deriva de la versión sincrónica del BuckBoost no inversor. Dicho circuito admite el manejo independiente de sus dos pares de transistores. Gracias a esta flexibilidad, es posible plantear distintos modos de operación para mejorar la eficiencia del sistema. La forma de trabajo del así llamado Buck-Boost de cuatro llaves se elige de acuerdo a la relación que existe entre el nivel de entrada y de salida. Se definen tres modos clásicos basados en los convertidores Buck (o reductor), Buck-Boost no inversor (o reductorelevador no inversor) y Boost (o elevador). Para suavizar los transitorios durante los cambios de modo, se introducen dos modos adicionales que combinan períodos de conmutación operando como Buck con períodos operando como Boost. El desempeño de estas combinaciones depende fuertemente de cómo se defina la secuencia en que alternan estos períodos y de cómo se asignen los ciclos de trabajo de las llaves. Aún así, parecen ser más eficientes que la operación tradicional como Buck-Boost no inversor. Por ello, se plantea eliminar dicho modo de operación. El control del convertidor se realiza en forma digital. Por ello, el comportamiento dinámico en los modos de operación clásicos es modelado mediante la técnica de variables de estado en tiempo discreto. A partir de estos modelos se desarrolla un procedimiento para determinar la secuencia adecuada a implementar en los modos combinados. El mismo se basa en la minimización del error medio cuadrático de la tensión de salida con respecto al valor medio deseado. Los ciclos de trabajo se asignan de tres formas distintas y se evalúa el efecto de las mismas. Mediante la linealización de los modelos en tiempo discreto, se diseña además un controlador capaz de regular la tensión de salida en todos los modos de operación. Un prototipo de laboratorio diseñado y construido durante la tesis es utilizado para ensayar y verificar el comportamiento del convertidor en todos sus modos de funcionamiento. Para ello, se realizan distintas pruebas ante variaciones en la tensión entrada y perturbaciones en la carga. Los resultados de eficiencia obtenidos corroboran que la eliminación del modo Buck-Boost no inversor permite mejorar el desempeño del circuito conmutado y con ello, lograr un mejor aprovechamiento de la energía entregada al mismo / Dc-dc switching converters are power electronic circuits that transform a level of direct current voltage into another one by means of switching actions. A dc-dc up-down converter designed for applications where the input voltage varies as normally occurs in a batery is estudied in this thesis. Its topology derives from the synchronous version of the noninverter Buck-Boost converter. This configuration permits the independent operation of the two pairs of transistors. Thanks to this flexibility, it is possible to propose different modes of operation to improve the efficiency of the system. The form of operation of the so-called four switch Buck-Boost converter is chosen according to the relationship between the input and output levels. Three classic modes based on the well-known Buck, non-inverting Buck-Boost and Boost converters are defined. To improve transients during mode changes, two additional modes are introduced that combine switching periods operating as a Buck with periods operating as a Boost. The performance of these combinations strongly depends on how the sequence of alternations is delineated and on how the duty cycles of the switches are assigned. Even so, they seem to be more efficient than the traditional operation as a non-inverting buck-boost converter. Thus, the elimination of this mode of operation is proposed. The converter is controlled in a digital form. So, the dynamic behavior in the classical modes is modeled by using the discrete-time state-space technique. Based on the obtained models, a procedure to determine which is the proper sequence to be applied in the combined modes is developed. It is based on the minimization of the square error of the output voltage with respect to the desired mean value. The duty cycles are assigned in three different ways and the effect of each of them is evaluated. Through the linearization of the discrete-time models, a controller capable of regulating the output voltage in all modes of operation is also implemented. A laboratory prototype designed and built during the Thesis is used to test and verify the behavior of the converter in all its modes of operation. For this, different tests were performed in response to variations in input voltage and load disturbances. Efficiency results corroborate that the elimination of the non-inverting buck-boost mode allows to improve the performance of the switched circuit and thus, to achieve a better management of the energy delivered to it.

En esta Tesis se presentan dos aportaciones novedosas principales. La primera es la propuesta del control Robusto basado en modelo de referencia (RMF) para regular las corrientes de salida y la tensión del Bus DC de un convertidor NPC de tres niveles, trabajando como Filtro Activo Paralelo (FAP) en redes de media tensión. La segunda aportación importante de la tesis es el desarrollo de nuevos modelos de pequeña señal del convertidor NPC-FAP de tres niveles, que permiten diseñar con mayor precisión tanto los reguladores de corriente como los reguladores de tensión de Bus de continua (DC) del convertidor. Se ha propuesto una metodología de modelado de convertidores trifásicos en el sistema de referencia síncrono dq0, y se han desarrollado los modelos de pequeña y gran señal del convertidor NPC de tres niveles, para una aplicación de filtro activo paralelo a tres hilos. Se han obtenido las funciones de transferencia necesarias para el control lineal del convertidor, deduciendo las funciones de transferencia necesarias para el control de la corriente inyectada por el filtro y de la tensión de Bus DC del convertidor. Se ha realizado un estudio de nuevas alternativas para el control de las corrientes del FAP y de la tensión del Bus DC. Tras analizar el control convencional PI, se propone un nuevo control robusto RMF, aplicando ambos controles tanto a la regulación de armónicos de corriente como al control de la tensión de Bus DC. Se analiza también un "controlador resonante" basado en Integradores Generalizados (PIS) aplicado al control de corriente del convertidor. En todos los casos se desarrolla una metodología de diseño de los controladores, tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto, y se lleva a cabo un análisis comparativo entre los distintos reguladores propuestos, tanto de corriente como de tensión. Se llega a la conclusión de que la mejor opción para el lazo de corriente es el controlador PIS, mientras que el controlador RMF es el óptimo para el lazo / Munduate Tellería, A. (2007). Control robusto basado en modelo de referencia de convertidores multinivel. Aplicación a filtros activos en conexión paralelo para corrección de armónicos en redes eléctricas de media tensión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1942

Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Eléctrica en cotutela con la Universidad de Nottingham, U.K. / En los últimos años, el interés por la protección del medio ambiente y la sostenibilidad energética ha aumentado de manera constante; este hecho ha promovido actividades de investigación y proyectos centrados en fuentes de energía renovable no convencional (ERNC) como reemplazo de los combustibles fósiles. En este contexto, las tecnologías basadas en ERNC ofrecen una solución para integrar recursos energéticos distribuidos donde se ha introducido el concepto Microred (MR) para facilitar la integración de un gran número de microgeneradores, unidades de almacenamiento de energía y cargas. Esta integración se logra utilizando convertidores basados en electrónica de potencia, y por lo tanto, hay un aumento en estos dispositivos en los sistemas modernos de energía eléctrica. La proliferación de convertidores de potencia afectará inevitablemente tanto la calidad de la energía como la estabilidad de los sistemas eléctricos que tienen interfaces basadas en estos dispositivos. En este contexto, dos cuestiones clave que deben abordarse son las siguientes: (i) los desequilibrios y armónicos inherentemente presentes en la MR debido a la naturaleza aleatoria de las cargas y (ii) dado que las microredes son sistemas débiles, la estabilidad entre el convertidor de potencia y el punto de acoplamiento común (PCC). Estas dos cuestiones críticas en microredes se estudian en esta tesis. El primero se analiza considerando sistemas de 4 hilos mientras que el último se estudia considerando un sistema balanceado de 3 hilos. Para gestionar los problemas de desequilibrio y armónicos en microredes de 4 hilos, se proponen dos enfoques. Primero, se propone una metodología novedosa basada en la aplicación de un filtro de potencia activa (APF, por sus siglas en inglés) de 4 hilos. El control del compensador se basa en la Teoría de la Potencia Conservativa (CPT). En el segundo enfoque, se propone un esquema de control cooperativo basado en la CPT para compartir desequilibrios y armónicos en sistemas trifásicos de cuatro hilos controlados mediante control droop. El comportamiento de los dos esquemas de control propuestos se demuestra mediante el uso de prototipos y utilizando las condiciones de operacion una microred real ubicada en Canadá. Para estudiar cómo la naturaleza débil de las MG afecta la estabilidad de la interfaz entre un convertidor y el PCC, se ha realizado un análisis de estabilidad centrado en el bucle de bloqueo de fase (PLL, por sus siglas en inglés), basado en una modelacion del sistema en coordenadas dq. El sistema estudiado corresponde a un convertidor de 3 hilos conectado a una red débil trifásica equilibrada. El rendimiento de este método se valida mediante la simulación con el software Plexim PLECS y se realiza una validación experimental.

Existe al presente una rueda hidráulica en la PUCP que no está siendo aprovechada eficientemente. En uno de los extremos del eje tiene una bomba que se acciona con el giro y al otro lado del eje simplemente está apoyado en una chumacera. Este proyecto inicia cuando se descubrió el potencial de elaborar un mecanismo que permitiría utilizar el giro del extremo libre para almacenar energía. Actualmente, la energía producida por ese lado del eje estaba en completo desuso y a través de esta iniciativa esta energía se podrá aprovechar y utilizar de manera eficiente. El proyecto se empleará a través de un sistema de embrague que fue diseñado con este propósito ya que se quiere acoplar un generador mientras el eje esté girando. Se efectuó un análisis físico, estático, técnico y económico, finalmente se diseñó un procedimiento que cumplió con las obligaciones propuestas. Esto se logró siguiendo los siguientes pasos: un estudio extenso del estado del arte, estudio de las funciones principales del sistema, las alternativas viables, las evaluaciones técnicas, evaluaciones económicas, cálculos, proceso de selección, esquemas representativos, finalizando con un estudio del mercado peruano. De acuerdo al reto asumido inicialmente, y después de la investigación, el diseño, la elaboración de planos y las respectivas revisiones se puede decir que se logró obtener los resultados previstos con este sistema de embrague. El embrague soportará el torque entregado por la rueda hidráulica de 1kW de potencia y 2m de diámetro sin esforzar al operario, prometiendo que el trabajo será seguro, liviano, confiable y económico. De esta manera se puede concluir que se cumplieron las metas establecidas logrando superar este desafío. / Tesis

El control de convertidores de potencia conmutados CC/CC es un área de investigación muy activa tanto en electrónica de potencia como en teoría de control automático. Debido esencialmente, a la actual demanda de este tipo de sistemas en diferentes aplicaciones; las cuales le exigen rapidez de respuesta, estabilidad frente a perturbaciones y alta eficiencia. Estas características son difíciles de alcanzar debido principalmente a la naturaleza no lineal que tienen este tipo de sistemas. Estas propiedades han motivado el desarrollo de este trabajo en la búsqueda de controladores que mejoren las prestaciones dinámicas de este tipo de convertidores. Por ello, el desarrollo de esta tesis ha sido orientado al análisis, diseño e implementación de controles analógicos aplicados a los convertidores de potencia CC/CC. Para lograrlo se han aplicado técnicas de control no lineal, pudiendo así considerar la naturaleza bilineal de dicho tipo de plantas y garantizar estabilidad en gran señal. En particular, la tesis abordó el control en modo deslizamiento, la linealización entrada-salida por realimentación y el control basado en pasividad.Estas técnicas de control, al igual que las lineales, requieren que una o varias variables de estado se realimenten para poder implementar la ley de control, para conseguirlo se optó por omitir la necesidad de sensar las variables y se utilizó la técnica de reconstrucción integral planteada por Michael Fliess. Este reconstructor integral permite observar una variable no medible a partir de la integral de una cierta relación entre la entrada y la salida. Esta observación o reconstrucción no lineal sustituirá la variable no medible en los lazos de control propuestos.La tesis está organizada en 6 capítulos, de acuerdo a la siguiente distribución: En el capítulo 1 se precisa el tipo de sistemas a estudiar y se introducen los modelos matemáticos que se emplearon para el análisis y diseño de los lazos de control. También, se hace un recorrido por los antecedentes del control no lineal aplicado a los convertidores CC/CC y se establecen los objetivos de la tesis. En el capítulo 2 se aborda la técnica de reconstrucción integral como precedente teórico para la estimación de las variables en diferentes topologías. Se exponen en detalle varios ejemplos, en el primero se aplica la técnica a un boost para estimar la corriente en el inductor y se desarrolla el prototipo del reconstructor. También, se extendió el estudio de la técnica de reconstrucción integral a un convertidor de cuarto orden, el convertidor Çuk, para estimar una de sus corrientes. En el capitulo 3 se estudia el control en modo deslizamiento, con el propósito de abordar diferentes superficies de deslizamiento aplicadas a los convertidores CC/CC. Este estudio se centra en la superficie de corriente que incluye el reconstructor integral como alternativa para evitar los sensores de corriente. Se comprobó la estabilidad y, a través de las simulaciones y de los resultados experimentales se probó que el lazo de control es robusto. Por otra parte, se hizo un breve análisis de las superficies no lineales desde el punto de vista de la linealización extendida.En el capitulo 4 se estudia el control basado en la pasividad, el cual permite establecer dada una relación entrada-salida pasiva en un sistema, una realimentación que asegura la estabilidad en gran señal aún cuando la entrada de control esta limitada a un cierto rango. También, se analiza el reconstructor integral para implementar el control integral basado en la pasividad en el convertidor boost. Este controlador sólo utiliza la variable de tensión incremental del convertidor y la señal de entrada, que en este caso es la señal de conmutación. Se garantiza error en estado estacionario cero a pesar de la presencia de perturbaciones en la tensión de entrada, en la carga o variaciones de la tensión de referencia. El comportamiento del sistema realimentado se ha verificado con simulación y con diversas implementaciones físicas del controlador-reconstructor.En el capitulo 5 se ha estudiado la viabilidad de utilizar la linealización entrada-salida como alternativa para controlar los convertidores conmutados CC/CC y se amplia la reconstrucción integral a la linealización entrada-salida. Su utilidad se demostró a través de simulaciones y se esquematizó el modelo para poder llevarlo a una futura implementación experimental. En este caso, se adicionó el factor integral del error de tensión para lograr error en estado estacionario cero a pesar del posible desconocimiento o inexactitud de los parámetros de la planta, o cuando se hace uso del reconstructor es particularmente importante corregir el desconocimiento de las condiciones iniciales de éste.Por último, En el capítulo 6 se presentan las conclusiones de la tesis y se plantean futuras líneas de investigación. / Switching DC-DC converters are important power electronics devices widely used in a variety of applications. These applications demand them answer speed, stability in front of perturbations and high efficiency. These characteristics are difficult to reach because the DC-DC power converters exhibit interesting dynamical properties. Their mathematical models are nonlinear and in some cases of nonminimun phase. Such properties have attracted the interest of this work in the search of controls that improve their dynamic performance. Therefore, the aim of this thesis was to analyze, design and implement analogical controls applied to switched mode DC-to-DC power converters. To achieve it has been applied nonlinear control due to that this considers the nature bilineal and guarantees the stability in large sign. In particular, the thesis approached siliding mode control, linearization input-output and passivity based control.Also, this work applies integral reconstructors to controller DC-to-DC power converters. The integral reconstructor allows to observe a non-measurable variable using the integral of a certain relation between input and output variables. This reconstruction will substitute the non-measurable variable in the control implementation.The thesis is organized in chapters according to the following distribution: Chapter 1 reviews the results reported in specialized literature that have a direct impact on the topics of the thesis, as well as, establishes the objectives of the work. Also, it introduces the mathematical models that are used for the analysis and design of closed loop system. Chapter 2 deals with the integral reconstruction and is theoretical precedent for the estimate of the variables in different topologies. It exposes in detail several examples, in the first, integral reconstruction allows to estimate the inductor current in boost converter. Also, it applies this technical to Çuk converter to estimate one of its currents. Chapter 3 contains a brief survey of sliding mode control and introduces different surfaces to switching DC-DC converters. The study is centred in a surface that includes the integral reconstructor as alternative to avoid the current sensors. Also, the large-signal stability of the switching regulator and robustness has been analyzed. On the other hand, a brief analysis of the nonlineal surfaces was made from the point of view of the extended linearization. Chapter 4 studies the passivity-based control. This control can establish a feedback law ensuring large-signal stability for a given input to output passive relation in spite of the constraint of the control input to a certain margin of values. In this chapter an integral reconstructor to implement a passivity-based integral control of the boost converter has been used. The reported controller only uses the incremental output voltage of the converter and an input signal which in this case is the switching signal. Also, the large-signal stability of the switching regulator has been analyzed. The use of an integral element ensures zero steady-state error of the output voltage. The feedback system behaviour has been verified with simulation and with diverse physical implementations of the controller-reconstructor. Chapter 5 extends the study of the integral reconstruction to the linearization input-output as alternative to controller the DC-DC power. Its utility was demonstrated through simulations and its circuital model was schematized to a future experimental implementation. In this case, the integral output error was added to achieve zero steady-state error in spite of the possible ignorance or inaccuracy of the parameters of the plant, or when one makes use of the reconstructor it is particularly important to correct the ignorance of the initial conditions of this. Finally, the main contributions of the thesis and a set of suggestions for further research are listed in chapter 6.

El presente trabajo de investigación se ha dedicado al estudio y la caracterización de un conjunto de sistemas electrónicos de potencia basados en convertidores resonantes Quantum con subsistemas de control en modo de deslizamiento, utilizados en aplicaciones de estabilización de tensión y de seguimiento de señal.El trabajo se inicia con la presentación detallada del principio de funcionamiento de un amplio conjunto de convertidores Quantum, incluyendo la descripción de la estrategia de actuación sobre los interruptores y la identificación de las posibles acciones de control de acuerdo con el modo de operación seleccionado. Este estudio ha facilitado la deducción de unos modelos que permiten agrupar las ecuaciones de estado de más de un convertidor por medio de dos variables de control. Seguidamente se propone un método de modelado de convertidores resonantes, basado en la clasificación y aproximación de las variables de estado según su comportamiento dinámico. Los modelos promediados resultantes son válidos no sólo en un entorno reducido del punto nominal de funcionamiento del convertidor, sino en situaciones de arranque del sistema y en presencia de grandes variaciones en la tensión de entrada, la carga y la tensión de referencia. Además, es posible identificar modelos de orden reducido, que contienen las variables de control, la tensión de entrada y la carga, y las variables de estado promediadas más significativas. Por lo tanto, la simplicidad de los modelos resultantes y su amplio margen de validez hacen del método de modelado la herramienta adecuada para la caracterización de convertidores resonantes y la introducción de técnicas de control no lineales en esta clase de estructuras de conversión.Posteriormente se desarrolla un nuevo procedimiento de diseño de controladores en modo de deslizamiento para convertidores conmutados con múltiples entradas de control, basado en el segundo método de Lyapunov y el método del control equivalente. La utilización del método de diseño proporciona la configuración de las superficies de deslizamiento y las leyes de control, y al mismo tiempo, facilita la determinación de las principales restricciones que deben satisfacer los parámetros de los controladores para el correcto funcionamiento de estos sistemas. Otras características fundamentales del método son la simplicidad de los subsistemas de control resultantes y el excelente comportamiento de los convertidores que lo utilizan.Finalmente se implementan cuatro prototipos experimentales suficientemente representativos del problema de estabilización de tensión y de seguimiento de señal en este tipo de sistemas. Los estudios teóricos realizados y el análisis de los resultados de simulación y de las medidas efectuadas sobre los prototipos han permitido derivar las propiedades más significativas de los sistemas electrónicos de potencias estudiados en el presente trabajo: pérdidas de conmutación prácticamente nulas, simple procesado del ruido EMI, gran robustez frente a perturbaciones externas, posibilidad de alimentar a cargas de diferente naturaleza y simple realización del control. Asimismo, es necesario remarcar la existencia de un compromiso de diseño entre la consecución de una excelente respuesta dinámica y un elevado rendimiento, según la elección de topologías resonantes con una o dos acciones de control. / This work deals with the study of stabilization and tracking problems in power electronics systems, using Quantum resonant converters and sliding mode control. In both applications, large-signal behavior due to the presence of large amplitude disturbances in the input voltage, the load or the reference is considered. In this case, linear models are insufficient to analyze the system behavior, thus not being able to lead to an accurate conception of the control loop.At first, a non-linear modeling method of resonant converters is introducing, starting from the system state variable partition in two subsets, one corresponding to the fast variation components and the other to the slow variation ones. The resulting averaged models are valid in transient state as well as in the steady-state, and also in large-signal operation. Moreover, reduced-order models can be identified, which consists of external inputs and significant state-space variables. Thus, the modeling method is an easy-to-use tool which can be use not only for the analysis of the converter but also for the design of the control loop.Secondly, a design method of sliding mode controllers for multi-input converters is developed. The method is based on the Lyapunov function approach, and it provides both the structure of the switching surfaces and their associated control laws, guaranteeing globally state behavior. Here, the design procedure is applied to the reduced-order models of different resonant converters resulting in close-loop controllers with simple implementation and fast transient response.Finally, several high-frequency prototypes sufficiently representative of stabilization and tracking problems (two regulators, one inverter, and one transformer) are built and tested to verify the proposed methods of modeling and control design. Comparing the theoretical predictions with simulation and experimental results, the following characteristics of the power electronic systems studied here have been deduced: low switching losses, low EMI noise, robust output voltage response with respect to external disturbances, and simple close-loop implementation. Moreover, it is necessary to point out the existence of a design trade-off between an excellent dynamic response and a high efficiency, according to the selection of resonant topologies with one or two control actions.