Dissertação
Estratégia de controle de um conversor CC-CC bidirecional intercalado aplicado a um banco de baterias de um sistema de propulsão elétrico de aeronave
Autor
Bastos, Maria Eduarda Silva
Institución
Resumen
With the increasing impact of greenhouse gas emissions, the use of technologies that
minimize environmental degradation has become increasingly important. Regarding the
transportation sector, hybrid/electric vehicles are an interesting alternative as they enable
the reduction of pollutant emissions and a more efficient use of available energy sources.
In addition to land vehicles, such as light electric cars and public transport for passengers
and cargo, electric propulsion technologies have also been investigated for aeronautical
applications. In order to stimulate the expansion of aircraft electrification, several research
projects are underway with the aim of improving currently applied technologies and
methodologies. In this context, this work deals with the study of an energy storage
subsystem belonging to a test bench for aeronautical propulsion, with series hybrid
topology, under development at the UFJF’s Hybrid-Electric Propulsion Laboratory. The
project entitled “Assembling a Test Bench for Hybrid-Electric Aeronautical Propulsion”
(APQ-03593-17) is a partnership between UFJF, Embraer and FAPEMIG and seeks
to expand the national knowledge base about aircraft propulsion systems. Thus, this
work presents the modeling and control of an interleaved bidirectional DC-DC converter
responsible for the interconnection of a battery pack with the aircraft propulsion system.
The modeling performed is based on state-space averaging model techniques and small-
signal linearization. And the proposed control strategy is investigated by using control
models in MATLAB/Simulink and the implementation of control codes embedded in Texas
Instruments TMS320F28379D microcontroller. By means of the processor-in-the-loop
technique, code embedded in the TMS320F28379D to control the converter is validated,
where a virtual plant developed in MATLAB/Simulink is controlled through controllers
calculated in the TMS320F28379D. Simulation, co-simulation and test results involving
the capture of signals in the embedded codes are used to validate the proposed control
strategy. Com o crescente aumento dos impactos das emissões de gases causadores do efeito
estufa, a utilização de tecnologias que minimizem a degradação do meio ambiente tem
se tornado cada vez mais importante. Com relação ao setor de transportes, os veículos
híbridos/elétricos são uma alternativa interessante por possibilitarem a redução das
emissões de poluentes e um uso mais eficiente das fontes de energia disponíveis. Além dos
veículos terrestres, como os carros elétricos leves e os de transporte público de passageiros
e de cargas, as tecnologias de propulsão elétrica vêm sendo também investigadas para
aplicações aeronáuticas. A fim de impulsionar a expansão da eletrificação das aeronaves,
diversos projetos de pesquisa estão em andamento com o intuito de melhorar as tecnologias
e metodologias atualmente aplicadas. Nesse sentido, este trabalho aborda o estudo de
um subsistema de armazenamento de energia pertencente a um banco de ensaios para
propulsão aeronáutica, com topologia híbrida série, em desenvolvimento no Laboratório de
Propulsão Híbrido-Elétrica da UFJF. O projeto intitulado como “Montagem de um Banco
de Ensaios para Propulsão Aeronáutica Híbrido-elétrica” (APQ-03593-17) é uma parceria
entre a UFJF, Embraer e FAPEMIG e busca ampliar a base de conhecimento nacional
acerca de sistemas de propulsão de aeronaves. Assim, o presente trabalho apresenta
a modelagem e controle de um conversor CC-CC bidirecional intercalado responsável
pela interconexão de um banco de baterias com o sistema de propulsão de aeronave. A
modelagem realizada é baseada nas técnicas de modelo médio no espaço de estados e
linearização por pequenos sinais. E a estratégia de controle proposta é investigada por meio
de modelos de controle no MATLAB/Simulink e a implementação de rotinas de controle
embarcadas no microcontrolador TMS320F28379D da Texas Instruments. Por intermédio
da técnica processor-in-the-loop o código embarcado no TMS320F28379D para controle
do conversor é validado, onde uma planta virtual desenvolvida no MATLAB/Simulink
é controlada através de controladores calculados no TMS320F28379D. Resultados de
simulação, co-simulação e de ensaios envolvendo a captura de sinais nas rotinas embarcadas
são utilizados para validar a estratégia de controle proposta. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior