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Revista Eletrônica de Potência (Brazilian Journal of Power Electronics)

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Issue: Volume 25 - Number 3
Publishing Date: setembro 2020
Editor-in-Chief: Demercil de Souza Oliveira Júnior
Editor Affiliation: UFC
PROJETO AUTOMÁTICO DE CONTROLADORES COM DUAS MALHAS NO ESPAÇO DE ESTADOS APLICADO A CONVERSORES DE POTÊNCIA
Everson Mattos, Lucas Cielo Borin, Caio Ruviaro Dantas Osório, Gustavo Guilherme Koch, Guilherme Vieria Hollweg, Henrique Jank, William Alegranci Venturini, Mário Lúcio da Silva Martins, Fábio Ecke Bisogno, Vinícius Foletto Montagner
349-360
http://dx.doi.org/10.18618/REP.2020.3.0026
Portuguese Data

Palavras Chaves: Controle ótimo, Conversores de Potência, Estabilidade Robusta, Otimização por enxame de partículas, Regulador Quadrático Linear

Resumo
Este trabalho propõe um procedimento sistemático de projeto no espaço de estados para os ganhos de uma malha interna e de uma malha externa de controle aplicável a conversores estáticos de potência. Uma vantagem da abordagem é a sintonia automática dos controladores, de modo offline, capaz de reduzir a dependência da experiência do projetista e o tempo despendido em estágios de projeto por tentativa e erro, em especial para sistemas com grande número de variáveis de estado. Outra característica favorável é que os ganhos de controle das duas malhas são encontrados simultaneamente por meio de um algoritmo de otimização que minimiza um critério quadrático baseado no erro e no sinal de controle. A estabilidade e o desempenho do sistema em malha fechada são testados para intervalos de valores dos parâmetros da planta, certificando a robustez contra incertezas paramétricas. Os ganhos projetados são aplicados em um conversor buck e no estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia, utilizando um processador digital de sinais para implementar a lei de controle e hardware-in-the-Loop para a emulação do estágio de potência em tempo real. Os resultados indicam a viabilidade do procedimento proposto.

English Data

Title: Automated Design of Controllers With Two Loops in the State Space Applied to Power Converters

Keywords: Linear Quadratic Regulator, Optimal Control, Particle swarm optimization, power converters, Robust Stability

Abstract
This work proposes a systematic procedure for designing the gains of an internal and external control loops in the state space applicable to power converters. One advantage of the approach is the automatic tuning of the controllers, being able to reduce the dependence on the designer expertise and also reducing the time demanded in trial and error stages, especially for systems with a large number of state variables. Another favorable feature is that the control gains of the two loops are obtained simultaneously, in an offline way, by means of an optimization algorithm that minimizes a squared criterium based on the error and the control signal. The stability and the performance of the closed-loop system are tested for intervals of values of the plant parameters, certifying robustness against parametric uncertainties of the converter. The designed gains are applied to a buck converter and to output stage of an uninterruptible power supply, using a digital signal processor to implement the control law, and hardware-in-the-Loop to emulate the power stage in real time. The results indicate the viability of the proposed procedure.

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