Investigação experimental de estratégias de controle robusto aplicadas à melhoria de desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura Single Inductor Multiple Output

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: MONTAÑO SAAVEDRA, Alvaro Christian lattes
Orientador(a): BARRA JUNIOR, Walter lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Pará
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Departamento: Instituto de Tecnologia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Conversor SIDO
Controle multivariável
Realimentação de estados
Incertezas paramétricas
SIDO converter
Multivariable control
State feedforward
Parametric uncertainties
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Link de acesso: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16643
Resumo: Recentemente, conversores de potência CC/CC têm ganhado uma ampla atenção, especialmente na indústria, telecomunicações e no controle de fontes renováveis de energia. O incremento no uso desta tecnologia poder ser explicada pela crescente demanda de uma regulação de tensão DC de alta qualidade em várias aplicações. Adicionalmente, os recentes avanços em eletrônica de potência junto com a engenharia de controle aceleraram o desenvolvimento dos conversores de potência CC/CC. Portanto, buscaram a otimização destes conversores em vários sentidos, por exemplo, melhorando eficiência de conversão e reduzindo seu peso e custo. No trabalho proposto são investigadas estratégias de controle para regulação de tensão em um sistema conversor Buck DC-DC de indutor único e saída dupla (SIDO). Com base em um modelo nominal de planta de múltiplas entradas e múltiplas saídas e requisitos de desempenho, tanto um Regulador Linear Quadrático (LQR) quanto uma lei de controle do tipo PI Desacoplada são projetados para controlar o sistema conversor de energia sob incertezas paramétricas, como variação da fonte de tensão, variações de cargas de potência constante (CPLs) e variações das resistências de carga. Um protótipo de um conversor Buck DC-DC de saída dupla com indutor único foi desenvolvido para testes experimentais. Os resultados indicam que a abordagem da estratégia LQR proposta é razoável e fornece melhorias adequadas de desempenho nos controladores do conversor SIDO nas condições de variação da fonte de tensão e variações nas resistências de carga, oferecendo desempenho robusto e estabilidade do sistema; no entanto, mais pesquisas são necessárias para lidar com variações nas cargas de potência constante e no projeto do controlador PI para sua aplicação neste tipo de planta.
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spelling 2024-11-12T16:55:33Z2024-11-12T16:55:33Z2024-08-05MONTAÑO SAAVEDRA, Alvaro Christian. Investigação experimental de estratégias de controle robusto aplicadas à melhoria de desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura Single Inductor Multiple Output. Orientador: Walter Barra Júnior. 2024. 79 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16643. Acesso em:.https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16643Recentemente, conversores de potência CC/CC têm ganhado uma ampla atenção, especialmente na indústria, telecomunicações e no controle de fontes renováveis de energia. O incremento no uso desta tecnologia poder ser explicada pela crescente demanda de uma regulação de tensão DC de alta qualidade em várias aplicações. Adicionalmente, os recentes avanços em eletrônica de potência junto com a engenharia de controle aceleraram o desenvolvimento dos conversores de potência CC/CC. Portanto, buscaram a otimização destes conversores em vários sentidos, por exemplo, melhorando eficiência de conversão e reduzindo seu peso e custo. No trabalho proposto são investigadas estratégias de controle para regulação de tensão em um sistema conversor Buck DC-DC de indutor único e saída dupla (SIDO). Com base em um modelo nominal de planta de múltiplas entradas e múltiplas saídas e requisitos de desempenho, tanto um Regulador Linear Quadrático (LQR) quanto uma lei de controle do tipo PI Desacoplada são projetados para controlar o sistema conversor de energia sob incertezas paramétricas, como variação da fonte de tensão, variações de cargas de potência constante (CPLs) e variações das resistências de carga. Um protótipo de um conversor Buck DC-DC de saída dupla com indutor único foi desenvolvido para testes experimentais. Os resultados indicam que a abordagem da estratégia LQR proposta é razoável e fornece melhorias adequadas de desempenho nos controladores do conversor SIDO nas condições de variação da fonte de tensão e variações nas resistências de carga, oferecendo desempenho robusto e estabilidade do sistema; no entanto, mais pesquisas são necessárias para lidar com variações nas cargas de potência constante e no projeto do controlador PI para sua aplicação neste tipo de planta.Recently, DC/DC power converters have gained wide attention, especially in industry,telecommunications, and the control of renewable energy sources. The increase in the use of this technology can be explained by the growing demand for high-quality DC voltage regulation in various applications. Additionally, recent advances in power electronics along with control engineering have accelerated the development of DC/DC power converters. Therefore, they looked to optimize these converters in several ways, such as improving conversion efficiency and reducing their weight and cost. In the proposed work, control strategies for voltage regulation in a single-inductor, dualoutput Buck DC-DC converter system (SIDO) are investigated. Based on a nominal multiple-input, multiple-output plant model and performance requirements, both a Linear Quadratic Regulator (LQR) and a Decoupled PI control strategy are designed to control the power converter system under parametric uncertainties such as variation of the voltage source, variations of constant power loads (CPLs) and variations of load resistances. A prototype of a single inductor dual output DC-DC Buck converter was developed for experimental testing. The results indicate that the proposed LQR strategy approach is reasonable and provides adequate performance improvements in SIDO converter controllers under conditions of varying voltage source and varying load resistances, offering robust performance and system stability; however, more research is needed to address variations in constant power loads and in the design of a PI controller for its application in this kind of system.Submitted by Ivone Costa (mivone@ufpa.br) on 2024-11-12T16:55:16Z No. of bitstreams: 1 Tese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdf: 2406886 bytes, checksum: de45b7c60281912f156928b11cc8fa91 (MD5)Approved for entry into archive by Ivone Costa (mivone@ufpa.br) on 2024-11-12T16:55:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdf: 2406886 bytes, checksum: de45b7c60281912f156928b11cc8fa91 (MD5)Made available in DSpace on 2024-11-12T16:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdf: 2406886 bytes, checksum: de45b7c60281912f156928b11cc8fa91 (MD5) Previous issue date: 2024-08-05UMSA - Universidad Mayor de San AndrésporUniversidade Federal do ParáPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPABrasilInstituto de TecnologiaAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.brreponame:Repositório Institucional da UFPAinstname:Universidade Federal do Pará (UFPA)instacron:UFPACNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAFONTES RENOVÁVEISSISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICAConversor SIDOControle multivariávelRealimentação de estadosIncertezas paramétricasSIDO converterMultivariable controlState feedforwardParametric uncertaintiesInvestigação experimental de estratégias de controle robusto aplicadas à melhoria de desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura Single Inductor Multiple Outputinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisBARRA JUNIOR, Walterhttp://lattes.cnpq.br/0492699174212608MEDEIROS, Renan Landau Paiva dehttp://lattes.cnpq.br/8081923559538095http://lattes.cnpq.br/2680317352944819MONTAÑO SAAVEDRA, Alvaro ChristianORIGINALTese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdfTese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdfapplication/pdf2406886https://repositorio.ufpa.br/oai/bitstream/2011/16643/1/Tese_InvestigacaoExperimentalEstrategias.pdfde45b7c60281912f156928b11cc8fa91MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81890https://repositorio.ufpa.br/oai/bitstream/2011/16643/2/license.txt2b55adef5313c442051bad36d3312b2bMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpa.br/oai/bitstream/2011/16643/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD532011/166432025-03-18 16:00:54.333oai:repositorio.ufpa.br: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ório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufpa.br/oai/requestriufpabc@ufpa.bropendoar:21232025-03-18T19:00:54Repositório Institucional da UFPA - Universidade Federal do Pará (UFPA)false
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