TE LKOM NI KA  Te le c om munica tion,  C omp u tin g,  El e ctroni cs and  Contr ol   Vo l.   18 ,  No.   1 Febr uar y   2020 , pp.  365 ~ 375   IS S N: 16 93 - 6930, acc red it ed   First G ra de by  Kem enr ist ekd i kti, D ec ree  N o: 21/E/ KP T/ 2018   DOI: 10. 12 928/ TELK OMN I KA.v1 8i1 . 14108     365       Journ a l h om e page http: // jo ur nal. uad.ac .id /i nd ex. php/TE LKOMNIKA   Buck c on verter contr olled  with Z AD and  FPIC fo   DC - DC  signal r egulati on       Fredy  E. H oy os   Velasc o 1 ,  Yei so Albert o Garcés  G omé z 2 , a nd J oh E. Candel o - B ecer ra 3   1 Univer sidad  Na ci ona de   Colom bia ,   Sede   Mede llín,  Fa cul t ad  d e Cie ncias,   Escuel de   Fís ica, Med el l ín ,   Co lombi a   2 Unidad  Aca d é m ic de   Form ac i ón  en  C ie n ci as  Natur ales  y   Ma t emáti c as,   Univ er sidad  Ca tól i ca d Mani za l es,   Col om bia   3 Uni ver sidad  Na ci ona de   Colom bia ,   Sede   Mede llín,  Fa cul t ad  d e M ina s,    Depa rta m ent o   d En erg í E léctr i ca   y   Autom át i ca,   Colom bia       Ar ticl e In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Sep  15 , 201 9   Re vised  N ov 14 ,   2019   Accepte Dec  24 , 201 9       Thi pape r   pre s ent the   p erf or m anc of  a   fix ed - point   induc t i on  cont rol   (FP IC)  te chni q ue  working  in   conj unc ti on  with  the   non - linear   con trol  te chn ique   c alled   ze ro  ave r age  d y nami cs  (ZAD)  to  con trol   cha o in  bu ck   conve rt er.  The  cont rol  techniq ue  consists  of  slidi ng   surfac in  whi ch     the   err or  te nds  t ze ro  at   each  sam pli ng  per iod.  sw it ch  is  cont roll ed  b y   using  ce n te r ed   pulse  wid th   m odula ti on   (CPW M)  co ntrol   signa l.     The   conv erter  c ontrol le d   with  Z AD - FP IC  has  be en  sim ula te in  Matl ab  and   implemente us ing  rap id  cont r ol  prototy p ing  (RCP in  DS to  m ake   compari sons   bet wee sim ula ti o and  expe rime nta t ests.   To  p erf orm   thi compari son,  so m var iations  i the   cont ro par amete r   and   the   vol ta g ref ere n ce   are  m ade   in   orde to   eva lu ate  th p erf orm anc of   t he  s y st em.  Result are  obt ained  with  err ors  l ower  tha n   w hic demons trat es  the   good   per form anc e   of t he  con trol techni ques.   Ke yw or d s :   Buck  con ver te r   DC - DC  co nver te r   Fixed - po i nt in du ct io c ontr ol   Sign al   re gu la ti on   Zero ave ra ge d ynam ic s     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Fr e dy E. H oyos Vela sc o   Faculta d de Ci encias,    Un i ver si dad Na ci on al   de  C olo m bia,    Sede  Me dellí n, Escuela  de Fí s ic a, Medell ín, C olo m bia .   Em a il feh oyosve@ unal .edu.c o       1.   INTROD U CTION   The  va riable  s tructu re  syst e m switc hed   via  ce ntere pulse   width  m od ulati on  (CP WM)  prese nt    gr eat   nu m ber  of   dynam ic   beh avi or wh e the  co ntr ol  par a m et ers  are  chan ge d.   S om st ud ie of  the  D C - DC   bu c c onver te r   [1 2]   are  obta ined  with  anal yt ic al   [3 4]   num erical   [5]   and   ex per im ental   resu lt [ 6,   7]   a ll   that  f or  certai val ues  of  the  para m et ers  wh ere   instabil it y,  st range  phen ome na,   cha os   [ 8]   per io ba nd s ,   and  su bha rm on ic are  pr ese nted Be sides,  one - pe rio orbits  an a bove   we re  stud ie in   [ 9] ,   by  us in num erical   si m ulati on   al gorithm s.   D ue  t the   disc on ti nuous  a ct io ns   of   t he  c on t ro ll er  in  c onju nction  with  t he  gl ob al   syst e m "chattering"  ap pears   increasin ri pple   an disto rt ion   at   the  ou t pu [ 10] W it the  aim   of   re du ci ng  these  pr ob le m an ob ta ini ng  re gula te si gn al at   t he  outp ut,  the   ZA c on tr ol  te c hn i qu e   ( ze ro  aver a ge  dynam ic s)  was   pro posed   [ 5,   11 - 13 ]   wh e reby   us in sli di ng  surface   that   is  force to  ha ve  ze ro  ave rag i each  it erati on .   Her ei n,  i consi der the  r efe ren ce  sig nal,  t he  real  value  at   the  ou tp ut,  and   it de rivat ives  to  cal culat the  duty   cy cl e.  This  te chn iq ue  co m bin es  adv ant ages  suc as  fi xed   s witc hing  fr e qu e ncy,  r ob us tness ,   and lo e rror.   The  c on t ro ll er  with  Z AD  te ch nique  has  s hown   go od   pe rfo rm ance  in  num erical   res ults  as  in  [14 - 16]   and   i ex pe rim ental   resu lt as  in   [ 13,  15,  17 - 21 ] Howev e r,   m os of   th im ple mentat ion c ontem plate     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    365   -   375   366   centere pul se  width   m odul at or   (CP WM) m a inly   du to  te ch nical   rea so ns  relat ed  t current  a nd   volt age  m easur em ent  i areas  w her they   are  no so  aff ect ed  by  s witc hing  transi ent  prob le m s.   In   stu dies  carri ed  out     in   [16] wh e re   the  con ve rter   is  con trolle by  the  ZAD   te chn i qu e ne co ntro te chn i qu cal le FPI C   ( c ontr ol  by  in duct ion  to  th fi xed  point)   is  pr op os ed   [ 22 - 24] w hich   is  use fu for  c on tr ol li ng   unsta ble  and / or   chao ti syst em s.   In   the  present  w ork,   it   is   pr opose to  con t ro the  conver te r   stud ie exte ns ively    by   [ 10,  13 - 15,   25]   wh ic wil be  co ntr olled   at   the  sam tim by  the  ZA an F PI te chn i qu e i order   of  regulat e D sign al s  at the  outpu with l ow st eady sta te  er ror.       2.   MO DEL FO R  C P WM  WIT H Z AD   AND F PIC   This  sect io sh ows   the   Z AD  an FP I co ntr ol  al gorithm with  CP W for  a a uton om ou   non - li near  S ISO  syst e m   def i ned  by  (1),  where  x     R n   with   f   a nd  g   vect or  fiel ds  def i ned  ON  R n .   Figure   sh ows   the  el ec tric   ci rcu it   that   corres ponds  t the   po wer   c onve rter,   w hich   consi ders  an   in du ct or   L a inte rn al   resist ance  of  th inducto r L   a   capaci tor   C a nd  resist ance     R .   W it the   a bove   eq uations  n on - li near  m od el  is  obta ined   in  syst e m   sta te   var ia bles  as   sho wn  in  ( 4) .   T he  sta te   var ia bles  are  the   volt age   in  the   cap aci tor  ( υ c and   t he  c urren t   in  the  in duct a nce  ( i L ).   T he  c ontr ol  va riable  ( u ta kes  discrete   values  + 1   an 1 This  syst em   can  be  re pr ese nted  as  x ̇ = Ax + Bu As  t he   con t ro sig na u   ta kes  value s   + 1   or  1   show in   F igure  2 t w diff e re nt  to po l og ie s   are   pres ented   in  eac sam pling   pe rio d.   This   syst em   will   be   c on tr olled  by  a   CP WM  in   wh ic the  syst e m   can b e  m odel ed  as  pr e sent ed  in   ( 5).     ̇ = ( ) + ( )   (1)           Figure  1. Ele ct ric ci rcu it  c ons idere in  the  stud y       By  co ns i der i ng the circ uit  pre sented  in Fi gur e   1,   ( 2) an d ( 3) are  obta ined  a s foll ow s:                 =  +   (2)              =  + +   ( 3 )               [ ̇ ̇ ] = [ 1  1 1 ] [ ] + [ 0 ]   ( 4 )               ̇ = {          + ,    = + 1 ,       0 < < 2  ,    = 1 , 2 < < 2  + ,    = + 1 , 2 < <   ( 5 )     Bi el Fo ssas  a nd   G riñ o   [ 13] pro po se t he  ZAD  co ntr ol  te chn i qu e wh i ch  gua ran te es  rob us tnes s ,   fixe switc hing  f reque ncy,  a nd   l ow  er ror.   The  a ver a ge  functi on  s ( x )   express ed  in  (6),   cal le sli ding  s urfa ce,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Buck c onvert er  controll ed  wi th Z AD  an FP IC for   DC - DC  signal re gu l ation   ( Fredy  E. H oyos Vela sco )   367   requires  ze r a each  switc hing  pe rio a nd  th at   the  outp ut  volt age  ( υ c fo ll ows  the r ef ere nc ( υ ref ).   N um erical   resu lt f or  CP WM,  pr ese nte in  [14,   17,  15] a nd   al so   exp e rim ental   resu lt presente in   [19 - 21] hav dem on strat ed  t he  good  op e rat ion   of  this  te c hn i qu e .   In   ( 6),   υ c   is  the   real  volt age  m easur ed   in  the   loa or  in     the  capaci to r,  υ ref   is  the  re fer e nce   volt age g ive by  the u se r,   a n K s   is  the  ti m c on sta nt  ass ocia te to  t he  fi rst   order   dyna m ic  in  the  sli di ng  su r face.  N ow,   the  so l utio f or   t he  no hom og eneous  ca se  of  the  sta te   sp ace   syst e m   def ined   in  (7 is  pr e se nted  in  ( 8).   Th en  the  syst e m   i so lve for  th three  sect ions  sh ow i Fig ur 3;  wh e re t he  c on t ro l si gn al   u   is  obser ve d for a  sing le   pe rio ( T ).             ( ) = (  ) + ( ̇ ̇  )   ( 6 )             ̇ =  +    ( 7 )             ( ) =  ( 0 ) + 0 ( )  ( )    ( 8 )             Figure  2. Co ntr ol sig nal  u   obta ined  w it h t he c e ntere d pu lse   width m od ulat or ( CP WM)     Figure  3. Th re e co ntr ol sig na l condit ions    per pe rio d ( T )       Fo r   the  fi rst  interval,  Ax + B , wi t h   u = + 1 ,       0 < t < d 2 the   so luti on  in  functi on  of  ti m is   represe nted  i n (9):     ( ) ( u = + 1 ) =  ( 0 ) 1 [ I  ]   (9)     ne xt t he  in it ia value   ( x ( d / 2 ) is   cal culat ed  with  ( 10)  a nd  that  will   be  the  inti al   conditi on   for     the sec ond  i nterv al .     ( / 2 ) = ( / 2 ) ( 0 ) 1 [ I ( / 2 ) ]   ( 10 )     Now,  f or  t he  s econd   inter val,   Ax B , wi t h   u = 1 , a nd   d 2 < t < T d 2 ne w   s olu ti on  in   ti m is  obta ined   as ex pr e ssed  in  (11):     ( ) ( u = 1 ) =  ( 0 ) 1 [ I  ]   (11 )     and  the i niti al  co ndit ion f or t he  thi rd inte r va l i s d efi ned as  expresse i n   ( 12):     ( / 2 ) = ( ) ( / 2 ) + 1 [ I ( ) ]   (12 )     finall y , for the  la st i nterv al ,   Ax + B , wi t h   u = + 1 , T d 2 < t < T , th e ti m e so luti on  is  def i ned as  in   ( 13):   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    365   -   375   368   ( ) =  ( / 2 ) 1 [ I  ]   (13 )     so luti on  for  t = T   is  eq ual t th e e xpress ed  in   (14 ) :     ( ) = ( / 2 ) ( / 2 ) 1 [ I ( / 2 ) ]   (14 )     Substi tuti ng (1 0) an d (12 in   ( 14), a  gen e ral s olu ti on is  obta ined  as s how i n   (15) :     ( ) = T ( 0 ) + [ 2 ( T d / 2 ) + 2 ( / 2 ) +  I ] A 1   (15 )     A discret e ti m e  so l ution,  wh ic a re m ulti p le s for  t he values   of  T , is obtai ned w it h   ( 16):     ( ( + 1 ) )   =  (  ) + [ 2 ( / 2 ) + 2 ( / 2 ) +  ] 1   (16 )     2.1.  Z AD and  FPIC   c ontr ol   To  co ntr ol  the   conver te in  r eal   tim e,  it   is  necessa ry  to  cal culat the  duty   cy cl ( d ) to  de te rm ine     the   tim of   the   switc hing  per i od   ( T ) T his  ti m is  relat ed  to  t he   intervals  t hat   the  s witc wil be  O ( d )   an OF F   ( T d ) Th us ,   th eq uatio that   de fines   the  du ty   cy cl ( d t be   ap plied  at   ea ch  it erati on  ac cordin t the  ZA a nd  F PI te c hniq ues   is  giv e by   ( 17) .   By   us i ng   x 1 x 2 the  pa ram et ers  of   t he  filt er  LC t he  par am et er   K s ,   the   ref e ren ce   sig nal,   an th s ource  volt age  ( E );  the   e xpr essions  s ( x ( kT ) ) s ̇ + ( x ( kT ) ) s ̇ ( x ( kT ) ) a nd   dss   are calc ulate d as sh own  in  (18 - 22 ) .       (  ) = _  (  ) +  + 1   (17 )     _  (  ) = 2 ( (  ) ) + ̇ ( (  ) ) ̇ ( (  ) ) ̇ + ( (  ) )   (18 )      = [ 1  (  ) + ̇ 1  ( + ) ̈ 1  ] 2   ( 1 9)     wh e re:     ( (  ) = ( 1 + ) 1 (  ) + 2 (  ) 1  ̇ 1    (20 )     ̇ + ( (  ) ) = ( + 2 + ) 1 (  ) + ( + + ) 2 (  ) + ̇ 1  ̈ 1    (21 )       ̇ ( (  ) ) = ( + 2 + ) 1 (  ) + ( + + ) 2 (  ) ̇ 1  ̈ 1    (22)       3.   SOFTW AR E   The  im ple m en ta ti on   of  Z AD  and  FP IC  te chn i qu e in  ord er  to  c on t ro t he  co nverte r e qu i res  t config ur e   the   a lgorit hm   in  pl at fo rm   that  pr ov i des  good   ch aracte risti cs  in   te rm of   handling  the   sig nals  with   pr eci sio n.   The  plata form   has  high  sam pling   sp ee an is  c om pu ta ti on al ly   eff ect ive,  t hus   al lowing  the  c on t ro to  be  e xecu te in  real  ti m e The refor e f or   the  im ple m entat ion   of   th ese  con t ro te chn i qu e s,  the  DS110 DS P ACE  boar is  us e d.   This   de vice  is  pro gram m ed  in  Si m ul ink - Ma tl ab   platf or m   and  there   is  visu al iz at ion  interface  t hat  can  be  pr ogra m m ed  dep e nd i ng  on  the   nee d,   t his  platf orm   is  c al le Con t ro l Desk.  B el ow   i Figure  4, it  is s how n on e  b one the  stages  c arr ie d o ut in  si m ul ink  to  c onf igure the  co m plete  co ntr ol sys tem .     3.1. An alogue   signa l  sampl in g ( , iR a nd  E )   Fo r   the  im ple m entat ion   of  the  Z AD   a nd  FPI c on t ro t echn i q ue s,  it   is  necessa ry  to   know  s om e   values   of  c onsta nt  pa ram et ers  su c as:   L C rL Fs Fc K s   an N In  a dd it ion ,   s om syste m   var ia bles   m us b e   known   in   real  t i m su ch  a s:  c apacit or  volt ag ( υ c ),   s upply  vo l ta ge  ( E ),  in du ct or  c urren ( i L ),   a nd  the   loa ( R ),  wh ic is   li near  an can   be   est i m at ed  us in t he  O hm' la w,   so   it   is   nece ssa ry  to   m easur t he  l oad  c urren t   ( i R ).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Buck c onvert er  controll ed  wi th Z AD  an FP IC for   DC - DC  signal re gu l ation   ( Fredy  E. H oyos Vela sco )   369   The  D S11 04 M UX_ AD blo c sho wn   i Fig ur is  us e t car ry  out  this  first  sta ge.   T hi blo c has  i ntern a l   acce ss  to  m ulti plexed   cha nnel ( AD C H1,  AD C H2,  A DC H3,  an A DC H4)  f or   data  sa m pl ing   an ea ch  one  has  16 - bit  res ol ution .   I this  c ase,  c hannel  A DCH is   use for  sam pling  ( υ c ) c hannel  AD C H2  f or  the   c urr ent   in  the  in duct or  ( i L ),   c ha nn el   AD C H3  f or   c urren i the  l oad  ( iR an c ha nn el   A DCH for  the   sou rc   vo lt age  ( E ).   Fig ur sho ws  a m pl ific at ion of  10  tim es  the  sign al   f or   t he  f our  in pu ts  ( gai n1,  gai n2,  gai n3,  a nd  gai 3)   be caus the  blo c m a kes  an  inte rn al   div isi on  by  10 The n,   in  orde to  ha ve  the  si gn al with  thei real  values , it i s ne cessary t o m ult iply  b y t he gai ns   av ai aR   a nd  aE ; and the  final si gn a ls are  se ns e d.           Figure  4. Ge ne ral outl ine  of the c on t ro l sy st e m  w it Z AD  and FP IC           Figure  5. Ac qu isi ti on  of si gn a ls at  the  DS P  input       3. 2 Re ference  signal  gener ati on   To  exe cute  the   con tr ol  te ch ni qu e s,  it   is  nece ssary  to  ha ve  t he  re fer e nce  si gn al beca us t he  co ntr oller   needs  to  ha ve   the  re fer e nce   that  the  us er   wan ts  at   t he  outp ut.  Fi gure  s hows  t he  bl ock   pro gr am m ed  in   s i m ulink   that   intr oduces  t he  r efere nce  si gn al   an t he  cal cul at ion   of  it fir s and  sec ond  de rivati ve.  T he  blo c is  com piled  in to  the   D SP   an by  us in t he   Co ntr olDes so ft war [ 26]   t he  ref e ren c sign al am plit ud e,  an fr e qu e ncy  valu es can  b e  ch a nged  m anu al ly .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    365   -   375   370   3. 3 .   Z AD an FPIC  contr ol   These  tw te chn i qu e wer i m ple m ented  us ing   an  em bedded   f unct io bl ock T he  co nt ro bloc is  sh ow in  Fig ure  7,   in  w hich  the  values  of   c on sta nt  par am et ers  and   th os e   acqu ire f ro m   the  real  syst e m   are   entere d.  T hus,   the duty  cyc le  is cal culat e i n t his b l ock b y i m ple m enting  t he (1 7 - 20) .           Figure  6. Re fere nce si gn al s           Figure  7. Exec ution bl ocks  f or c on tr ollers  (Z AD   an d FPIC )       4.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS     The  res ults  pr e sented  belo are  ta ken   f r om   an  ex per im ental   pr ot otype  con sist in of  sing le - phase   inv e rter  as  de scribe ab ov e ,   power e by  du al   source   BK  PREC ISIO 1761  co nf i gured   to  prov i de     ±30  V olts.  T he   par am et ers  of   the  co nv e rter  a nd   t he  co ntr ollers  are  s how in  Table  1.   I c ase  of   regulat ion,  it  is  ver im po rtant  that  the  va lue  of   t he  cap aci tor  us e in  the  filt er  be  la rg for  sm al le r   ripp le The refor e i   DC - DC  sig nal  regulat ion   t he  value  of  C = 229   μ F   was  us e d.   T he  perf or m ance  of  the   ZA an FPIC   con t ro l   te chn iq ues  a pp li ed  to  the  dri ve   wh e se ns in the  s upply  volt age  ( ± E is  show belo w.   T he   con tr ol  pa ra m et er   with  Z AD   f or  this  case  is  K s = 2 ).   Fig ur 8   (a)  shows  t he  e xperim ental   beh avi or   w hen   t he  sig nal  ha s     po sit ive  valu in  the  re fer e nc vo lt age  ( υ ref = 80   V olts  DC).   This  F igure  s hows  t he  cu rr e nt  in  t he  in du ct or   ( i L (purple) w hich  has  tria ngula be ha vior  an sim il ar   switc hing  frequ e ncy  to  t he   CP W sig nal.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Buck c onvert er  controll ed  wi th Z AD  an FP IC for   DC - DC  signal re gu l ation   ( Fredy  E. H oyos Vela sco )   371   Additi on al ly ,   t his  F ig ure  sho ws  the  c urre nt  in  the  loa d,  w hich  is  pro port ion al   to  t he  volt age  in  the  ca pacit or  and   without  ri pp le Fi gure  8   (b s hows  the   exp e rim ental  beh a vior  w he the  sign al   has   neg at ive  va lue  in     the  ref e re nce  vo lt age  ( υ ref = 80   Vo lt DC).   T his  F igure  s hows  that   the  curre nt  in  the  i nduc tor  a nd     the curre nt i t he  loa a re  ne ga ti ve.   Figure  sho w four   sig nals  m easur ed  with   the  Tektronix   TDS 20 14   os c il loscop e The   first  sign al   (CH 1)   co rr e spond  to  the  cu rrent  in  the  load  with  value  ap pro xim a te ly  130  m A,   becau se   th load  i m ped ance   is  151 . T he   sec ond  si gn al   (C H2)   prese nts  the   s upply  vo lt age s   with   +   E   an   E   values;  t his  c ha nn el   ha s     gain  of   50   V/ div In   c ha nn el   CH3 t he  os ci l losco pe  s hows  the  outp ut  volt age  at   the  loa d,  regulat ed  to  20   V;  no te   that  t his  c hannel  has   ga in  of  5V/di v.   Finall y,  cha nn el   CH4  the   cu r ren i t he  i nductance   is  m ea su re d;   this  cha nnel   ha gain   of  500   m V/div .   Fi gur 10  s how the   be ha vio r   of   t he   co nverter   w he t he  ref e ren c of   20  Vo lt is   gi ve by  t he  us e wh e pa ram eter   K s = 2 T hese   sig na ls  we re  obta ined   by  us in t he  ac quisi ti on  interface   desi gned   with   the   D S1104 board.  Th is  z on e   c orr esp onds   t the  stable  sta te   w he re  the   dri ve   re gu la te with lo w v oltage e rror s  of a ppr oxim a te ly  ± 0. 5 % a nd the  duty  cyc le  f luct uates  betwee n 0.82 an d 0.8 5.       Table  1.   Param et er s of t he  c onver te r  and c ont ro ll ers   Para m eter  and  Des criptio n   Valo r   R   = L o ad  r esis tan ce   151 . 3   Ω   C = Cap acitance   229   μ f   L   = I n d u ctan ce   3 , 945   mH   r L = I n ternal  resistan c e   4   Ω   E   = I n p u t vo ltag e   ± 3 0  V  (Dual So u rce )   Fc= Swit ch in g  f requ en cy   5  kHz   Fs= Sa m p l e  r at e   2 5  kHz   N   = Co n trol p ara m et er  with  F PIC   1         (a)       (b)     Figure  8. V oltage m easur ed  in  the loa d o btained  for t he  e xp erim ental  r esults :   (a)   with a  posit ive  value  i   the r e fer e nce  volt age  ( υ ref = 80   V) ,   an d (b)  with a  ne gative  value  in t he  re fer e n ce  volt age  ( υ ref = 80   V)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    365   -   375   372       Figure  9. O utputs at  the  o sci ll os c op e           Figure  10. O utp ut  volt age,  er r or an d d uty ci cl e w it K s = 2       Nex t,  va riat ion   of  the  c on t r ol  pa ram et er  K s   f ro m   to  is  c arr ie out,  hav i ng   t he  c on tr ol  par am et er   N = 1   fixe d.   T hi is   perform ed  in  order   t deter m ine  the  dyna m ic pr esent  i the  syst em   var ia bles  w he   the  par am et er  K s   is  cha nged Figure   11   sho ws   the   dy nam ic pr ese nt  i t he  con t ro ll ed   var i able  υ c   f or  a   ra nge   of  K s   val ues  between  a nd  2.   Figure  11  (a s hows  t he  sim ulate res ults  an Fi gure  11   ( b)  sho ws  th res ults  ob ta ine ex pe r i m ental ly .   In   this  Figure,  f rom   1. to  the   syst e m   is   regulat ed  an the   err or  pr e sent  in  this   zon is  le ss  th an  ± 0.5  %.  F or  valu es  of  the   par am et er  K s   less  than  1.2,  th syst e m   do es   no re gula te   w el l,   chaos  is  pr ese nted,   a nd  the  error   inc reases   un ti the  syst em   is  switc hed   OF F .   I the  sim ula te bifurc at ions   diag ram s,  ther are   nT   per i od ic   orbits  w hen  t he  c ontrol   pa ra m et er  K s   is  c hanged,  w hich  a re   not  obser ved  i Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Buck c onvert er  controll ed  wi th Z AD  an FP IC for   DC - DC  signal re gu l ation   ( Fredy  E. H oyos Vela sco )   373   the  ex pe rim en ta resu lt s,  as   the  sam pling  w ou l ha ve   to  be   sync hro nized  i th real  m od el   as  i   the  sim ulatio n.  H ow e ver,  there  a re  nois es  that  are  a dd e to  t he  r eal   sign al s.  F igure  11   ( b)   sh ow s     the  bi furcati on  diag r am   ob ta ined   with   the  e xp e rim ental   test  on  Te ktr onix  TDS2 014  os ci ll os co pe,  c hanne l   on e   (C H1)  with  a   gai of  volt pe div isi on.  The refo re,  t he  si gn al   has   low  er ror  i t he   ste ady  sta te   operati on   for  values  cl os to 2 Figure 12 show s   the er r or  obtai ne i the experim ental  test . Th is imag e w as obtai ne by  us in the  ac quisi ti on   interfac with  boar DS110 4.   T h error   ob ta i ned  is  le ss  than  3 for  al K s   value s   gr eat er  tha n 0.7; t hus,  w e  can  conclu de  th at  the c on t ro ll er  r e gu la te well  th e outp ut volt ag e of  the  circ uit.         (a)       (b)     Figure  11. Bif urcat ion s   dia gr a m   in  υ c   vs.  K s (a) s i m ulati on  test ,   and ( b) ex pe rim ental  test   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    365   -   375   374       Figure  12. E xp erim ental  b ifurcat ion diag ra m  err or   vs   K s       5.   CONCL US I O N   The  Z A a nd   FP IC  co ntr ollers  im ple m ent ed  dig it al ly   in  D SP  m eet   the  re quirem e nts  of   fix e fr e qu e ncy  s witc hing,  r obus tn ess  an good  perform ance  in  DC  sig nal  re gu la ti on  ta s ks .   Bi furcati on  di agr am s   of  the   ou t pu t   volt age   υ c   are   sho wn  for  a   range   of   the   co ntr ol  par am et er  K s   bet ween  (0  a nd  2),  it   is   co ncl ude that  the  sim ulate a nd  the  exp e rim ental   resu lt are   qua li ta ti vely   and   qu a ntit at ively   si m il ar.  Bi fu rc at ion  diag ram ob ta i ned  e xperim ental ly   fo r   re gul at ion  of  DC   si gn al s   with  N = 1 ,   it   is  c oncl uded   that  f or  la r ge  values   of  K s   the  syst e m   regulat es  well   with   er rors  i volt age   le ss  t han  0.5 %.   If  the   va lu of  K s   is   re du c e d,     an  a rea  is   reac hed  w he re  t he  syst e m   beg ins   to  re gula te   wit gr eat e e rror,   sho wing  nT   pe ri od ic   os ci ll at io ns The n,   when  re du ci ng  the  pa r a m et er  K s   furthe s om chao ti dynam ic are  pr e sente a nd  there fore  gr ea te r   instabil it y.  Th crit ic al   value  o sta bili ty   cal culat ed  nu m erical ly   was  ver ifie exp e rim ental l y,   bei ng     an  im po rtant  pa rt of the  d e sig in  the e xperi m ental  p r oto ty pe.       ACKN OWLE DGE MENT S   This  w ork  w as  suppo rted  by  the  Un i ve rsida N aci on al   de  Col ombia - Se de  Me de ll ín,  unde   the  pr oj ect H ERM ES - 3467 a nd  HERM ES - 36911  an the  Un i ver si da Ca tóli ca  de   Ma nizal es  ( A cadem i c   Trainin Un it   in  Natur al   S ci ences  an Ma them a ti cs)  with  the  Re se arch   Group  on  Tech nolo gical   and  En vironm ental   De velo pm ent G ID T A.  T he   auth ors  tha nk  the   Sc hool  of   Ph ysi cs,   th So i Mi cr obiolog y   Lab or at ory   of  t he  Fac ulty   of   Agrar ia Scie nc es,  an the  D epar tm ent  of   E le ct rical   Energ and   Au t om ation   of   the Unive rsida d Naci onal  d e   Colom bia f or t he valua ble  help  to  con du ct  t hi s r esearc h.       REFERE NCE S   [1]   J.  H.  B.   Dea ne   a nd  D.  C.   H amill ,   Anal y sis,  Sim ula ti on   and  Exp eri m ent a Stud y   of  Chaos   in  th Buck  Converter, ”  in  21st  Annua I EE E   Confe ren ce on  Pow er  E le c tronic s Spe ci al ists ,   pp .   491 498 ,   1 990.   [2]   E.   Fos sas  and  G .   Oliva r ,   Stud y   of  Chaos   in  the   Buc Convert er ,”  IEEE  Tr ans.   Circ uit S y st .   Fundam .   The or y   Appl. ,   vol. 43, n o.   1 ,   pp .   13 25 ,   1996.   [3]   A.  El  Aroudi,   F.  Angulo,   G.  Ol iv ar,   B .   G.   M.  Rob ert ,   and   M.  Feki ,   Stabi lizing  T wo - ce ll  DC - DC  Buck  Conver ter   b y   Fixed  Poin I nduce Con trol, ”  Int .   J. B i furc .   Chaos,   vol. 19,  no.   06 ,   pp .   2043 2057,   Jun.   200 9.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.