1 Abstract— This paper presents the modeling and experimental validation of a new topology for the DC/DC Buck power converter- DC motor system. The main objective of this topology is to achieve a bidirectional rotation on the DC motor shaft by using a DC/DC power converter. As a result of applying Kirchhoff’s current and voltage laws the system mathematical model is obtained. Also, an analysis in steady-state of the system is presented. While, the reference trajectory generation associated to the states and controls of the system (expressed in terms of the voltage converter and motor angular velocity) is performed via differential flatness, which allows a trajectory tracking control in open-loop. The experimental validation of the herein presented model is carried out by means of Matlab-Simulink, ControlDesk, and a DS1104 from dSPACE. The experimental results confirm the validity of the mathematical model, for the general case, i.e., the time-varying trajectory tracking and not only the constant trajectories case. Keywords— Modeling, Experimental platform, DC/DC Buck converter, DC Motor, Bidirectional system, Differential flatness, Open-loop control. I. INTRODUCCIÓN OY día las múltiples aplicaciones de los motores de CD conlleva a que sigan siendo motivo de estudio. Tales aplicaciones pueden encontrarse en dispositivos de uso cotidiano (juguetes, teléfonos celulares, automóviles, etc.) hasta aplicaciones que requieren un mayor grado de sofisticación para su puesta en operación (brazos manipuladores, robots móviles, máquinas de control numérico, entre otros). La forma más usual de modificar la velocidad angular de un motor es mediante el ajuste del voltaje de armadura [1]. Asimismo, la modulación por ancho de pulso (PWM) es una técnica muy utilizada para controlar la velocidad de un motor. No obstante, el uso de un PWM causa un comportamiento dinámico insatisfactorio, produciendo variaciones abruptas en el voltaje y corriente del motor, debido a la conmutación súbita subyacente [2]. Esta problemática puede abordarse mediante el uso de convertidores electrónicos de potencia de CD/CD. El convertidor de potencia opera como un arrancador suave para el motor, aplicando el voltaje R. S. Ortigoza, Área de Mecatrónica, CIDETEC, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México, rsilvao@ipn.mx J. N. A. Juárez, Área de Mecatrónica, CIDETEC, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México, jnajuarez999@gmail.com J. R. G. Sánchez, Área de Mecatrónica, CIDETEC, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México, jrgs_ipn@hotmail.com M. A. Cruz, Área de Mecatrónica, CIDETEC, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México, mayra.antonio.cruz@gmail.com necesario para la tarea demandada. Las tareas pueden ser el seguimiento de una trayectoria de velocidad/posición angular deseada. En particular, los convertidores de CD/CD seminales (Buck, Boost y Buck-Boost) tienen dos elementos almacenadores de energía (capacitor e inductor) que generan salidas de voltaje y corriente suaves con rizo pequeño, reduciendo el ruido causado por la conmutación súbita del PWM. Trabajos que resuelven la tarea de regulación o seguimiento de trayectoria de velocidad angular en un motor de CD manejado por un convertidor de CD/CD, son [1]-[26]. Sin embargo, estos aportes sólo dan solución al problema unidireccional. Así, este trabajo se enfoca en la propuesta de una topología que permita al sistema “convertidor de CD/CD Buck-motor de CD” la excursión de velocidades angulares bidireccionales. El resto del trabajo está organizado de la siguiente manera. El estado del arte asociado con el sistema bajo estudio es presentado en la Sección II. El desarrollo y obtención del modelo matemático del sistema propuesto “convertidor de CD/CD Buck-motor de CD” bidireccional es realizado en la Sección III. Con la intensión de validar el modelo propuesto, en la Sección IV se describe la plataforma experimental utilizada para tal fin. Mientras que la Sección V presenta los resultados experimentales obtenidos. Finalmente, las conclusiones y perspectivas de trabajo futuro se plantean en la Sección VI. II. ESTADO DEL ARTE Trabajos relacionados con motores de CD manejados vía un convertidor electrónico de potencia de CD/CD Buck son los siguientes. En [3] Lyshevski propuso modelos matemáticos de algunas combinaciones de convertidores electrónicos de potencia de CD/CD acoplados con motores de CD. Asimismo, diseñó controles PI para regular la velocidad angular del motor. Por otro lado, Boldea y Nasar en [4] presentaron controles de posición, velocidad y par para resolver el problema de transitorios eléctricos. Aunque este problema se resuelve parcialmente; ya que, emplean referencias constantes que producen sobretiros en las respuestas asociadas a las variables V. M. H. Guzmán, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, Qro., México. H. Taud, Área de Mecatrónica, CIDETEC, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, México, htaud@ipn.mx Corresponding author: Ramón Silva Ortigoza H Modeling and Experimental Validation of a Bidirectional DC/DC Buck Power Electronic Converter–DC Motor System R. S. Ortigoza, J. N. A. Juárez, J. R. G. Sánchez, M. A. Cruz, V. M. H. Guzmán and H. Taud IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 15, NO. 6, JUNE 2017 1043