Power converter circuits: A hybrid dynamical case

Abstract

The hybrid paradigm (often referred to as Cyber-Physical-Systems) can be employed to understand (by modelling) or to manipulate (by control design) the dynamical behavior of systems. In this paper, a system of wide use in applications (Buck-type power converter) with a simple type of controller (On-Off) is addressed from a perspective of hybrid modelling, developed upon a set-based formulation scheme. This approach is novel in the sense that it allows the formulation of generic formal rules as sets for the transition between continuous and discrete modes of a hybrid model, which can be further implemented as software routines for simulation purposes. Indeed, it is shown how the controlled system can be understood as the union between the system and controller sets. Numerical results obtained with a commercial circuit simulator were replicated by evaluating the set-based formulations, constituting a valuable tool in the path to understand the behavior of complex discontinuous systems.

El paradigma híbrido (o de Sistemas Ciber-físicos) puede ser empleado para entender (modelar) o manipular (controlar) el comportamientodinámico de sistemas. Este artículo aborda el modelado desde una perspectiva híbrida para describir la dinámica de un circuito convertidorde potencia bajo la acción de un controlador encendido-apagado, a través de una formulación basada en conjuntos. Este enfoque esnovedoso en cuanto permite formular reglas genéricas pero formales, a partir de transiciones entre modos de operación del sistema, lo cualfacilita su posterior implementación computacional en entornos de simulación. De hecho, se muestra como el sistema controlado puedeexplicarse en términos de la unión de los conjuntos que describen el circuito y su control. Resultados generados en un simulador comercialde circuitos replican las predicciones obtenidas tras evaluar las reglas de conjuntos propuestas, representando un paso importante en elcamino hacia la comprensión del comportamiento dinámico de sistemas discontinuos más complejos.