Controle robusto baseado em desigualdades matriciais lineares aplicado a inversores conectados à rede elétrica
Ano de defesa: | 2015 |
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Universidade Federal de Santa Maria
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
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Departamento: |
Engenharia Elétrica
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Resumo: | This work provides as a main contribution a procedure to design robust state feedback current controllers applied to inverters connected to the grid by means of LCL filters, providing results which comply with performance requirements from the IEEE Standard 1547. First, the plant is modeled in the state space and discretized including a delay of one sample from the control signal implementation, and including in the augmented system a set of resonant controllers of arbitrary dimension. The uncertainty on the grid inductance is modeled, leading to a polytopic description of the augmented system. A state feedback controller is then used. The gains of this controller are determined by means of conditions based on linear matrix inequalities, which ensure the location of the eigenvalues in circular region inside the unit circle for the closed-loop system. The simulation results with this controller in the time domain and also in the frequency domain indicate good transient and steady state performances, tracking of sinusoidal reference and rejection of harmonics from the grid. The simulation results are corroborated experimentally, using a digital signal processor for the implementation of the control law. An example of design of a non robust controller, designed for a nominal value of the grid inductance, is presented, showing that this controller leads to instability for values of grid inductance different from the nominal, which emphasizes the importance of the use of robust controllers for this application. Also is presented a performance analysis based on the H1 norm that illustrates the effect of parametric uncertainties on the closed-loop disturbance rejection capacity. An extension for the control of three-phase inverters are presented. The three-phase robust controller is validated by means of simulations and experimental results similar with the results obtained for the single-phase case. |
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2017-05-292017-05-292015-04-24MACCARI JUNIOR, Luiz Antonio. Robust control based on linear matrix inequalities applied to inverters connected to the grid. 2015. 131 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2015.http://repositorio.ufsm.br/handle/1/3688This work provides as a main contribution a procedure to design robust state feedback current controllers applied to inverters connected to the grid by means of LCL filters, providing results which comply with performance requirements from the IEEE Standard 1547. First, the plant is modeled in the state space and discretized including a delay of one sample from the control signal implementation, and including in the augmented system a set of resonant controllers of arbitrary dimension. The uncertainty on the grid inductance is modeled, leading to a polytopic description of the augmented system. A state feedback controller is then used. The gains of this controller are determined by means of conditions based on linear matrix inequalities, which ensure the location of the eigenvalues in circular region inside the unit circle for the closed-loop system. The simulation results with this controller in the time domain and also in the frequency domain indicate good transient and steady state performances, tracking of sinusoidal reference and rejection of harmonics from the grid. The simulation results are corroborated experimentally, using a digital signal processor for the implementation of the control law. An example of design of a non robust controller, designed for a nominal value of the grid inductance, is presented, showing that this controller leads to instability for values of grid inductance different from the nominal, which emphasizes the importance of the use of robust controllers for this application. Also is presented a performance analysis based on the H1 norm that illustrates the effect of parametric uncertainties on the closed-loop disturbance rejection capacity. An extension for the control of three-phase inverters are presented. The three-phase robust controller is validated by means of simulations and experimental results similar with the results obtained for the single-phase case.Este trabalho traz como principal contribuição um procedimento de projeto de controladores de corrente robustos por realimentação de estados aplicados a inversores conectados à rede por meio de filtro LCL, fornecendo resultados que cumprem exigências de desempenho da norma IEEE Standard 1547. Primeiramente, a planta é modelada no espaço de estados e discretizada, incluindo um atraso de uma amostra na implementação do sinal de controle, e um conjunto de controladores ressonantes de dimensão arbitrária. A incerteza na indutância da rede é modelada, levando a uma descrição politópica do sistema. Um controlador por realimentação de estados é então utilizado. Os ganhos deste controlador são calculados por meio de condições baseadas em desigualdades matriciais lineares, que garantem a alocação dos autovalores de malha fechada em regiões circulares dentro do círculo de raio unitário. Os resultados de simulação deste controlador indicam bom desempenho em transitórios e em regime permanente, rastreamento da referência senoidal e rejeição de harmônicas da rede. Os resultados de simulação são comprovados experimentalmente, utilizando um processador digital de sinais para implementação da lei de controle. Um exemplo de projeto de um controlador não robusto, projetado para um valor nominal da indutância da rede, é apresentado, mostrando que este controlador leva à instabilidade para valores de indutância de rede diferentes do nominal, o que reforça a importância do uso de controladores robustos. Também é apresentada uma análise de desempenho utilizando a norma H1 para ilustrar o efeito de incertezas paramétricas na capacidade de rejeição de distúrbios do sistema em malha fechada. Uma extensão para o controle de inversores trifásicos é realizada. O controlador robusto trifásico é validado por meio de simulações e resultados experimentais semelhantes aos obtidos para o caso monofásico, indicando a viabilidade da técnica também para o caso multivariável.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade Federal de Santa MariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFSMBREngenharia ElétricaControle robustoInversores conectados à redeFiltros LCLDesigualdades matriciais linearesRobust controlGrid-connected invertersLCL filtersLinear matrix inequalitiesCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAControle robusto baseado em desigualdades matriciais lineares aplicado a inversores conectados à rede elétricaRobust control based on linear matrix inequalities applied to inverters connected to the gridinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisMontagner, Vinícius Folettohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4799235Z9Stefanello, Márciohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4771459U5Gabe, Ivan Jorgehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4718495Z0Pinheiro, Humbertohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4765248J6Massing, Jorge Rodrigohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4266829D7http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4219983D6Maccari Junior, Luiz Antonio300400000007400300300300300300300732b6f5e-80e3-4fd3-89a2-5be33f825d34d147768b-6fdf-47f3-ae19-aaba4269f9b6bea588a7-9aa3-449c-a0b4-6b8d7d5138269f28e316-ee36-4e91-8a48-9a86c40954c5c438cf2f-e284-4363-9947-14cd837c2aac11417947-e954-46bd-b9e0-a285b1d92d63info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMORIGINALMACCARI JUNIOR, LUIZ ANTONIO.pdfapplication/pdf7404755http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/3688/1/MACCARI%20JUNIOR%2c%20LUIZ%20ANTONIO.pdfc29daa39f7aae0cc83edd7cdacb8835cMD51TEXTMACCARI JUNIOR, LUIZ ANTONIO.pdf.txtMACCARI JUNIOR, LUIZ ANTONIO.pdf.txtExtracted texttext/plain219769http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/3688/2/MACCARI%20JUNIOR%2c%20LUIZ%20ANTONIO.pdf.txt108250a5caf541f90720d93365ef7454MD52THUMBNAILMACCARI JUNIOR, LUIZ ANTONIO.pdf.jpgMACCARI JUNIOR, LUIZ ANTONIO.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg2997http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/3688/3/MACCARI%20JUNIOR%2c%20LUIZ%20ANTONIO.pdf.jpg3a2997b444d4ead89319999d6d385883MD531/36882017-07-25 10:58:26.496oai:repositorio.ufsm.br:1/3688Repositório Institucionalhttp://repositorio.ufsm.br/PUBhttp://repositorio.ufsm.br/oai/requestopendoar:39132017-07-25T13:58:26Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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