Projeto Automático de Controladores com Duas Malhas no Espaço de Estados Aplicado a Conversores de Potência

Authors

  • Everson Mattos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Santa Maria – RS, Brasil
  • Lucas C. Borin Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Caio R. D. Osório Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Gustavo G. Koch Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Guilherme V. Hollweg Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Henrique Jank Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • William A. Venturini Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Mário L. S. Martins Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Fábio E. Bisogno Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Vinícius F. Montagner Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2020.3.0026

Keywords:

Controle Ótimo, Conversores de Potência, Estabilidade Robusta, Otimização por Enxame de Partículas, Regulador Linear Quadrático

Abstract

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.

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Author Biographies

Everson Mattos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Santa Maria – RS, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica (1999) pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), mestrado (2016) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria, onde atualmente realiza o doutorado em Engenharia Elétrica. Participa do Grupo de Eletrônica de Potência e Controle (GEPOC).

Lucas C. Borin, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

possui graduação em Engenharia de Computação (2018) e mestrado em Engenharia Elétrica (2020) pela Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Brasil, onde atualmente realiza o doutorado em Engenharia Elétrica. Suas áreas de interesse incluem algoritmos de otimização e controle aplicado.

Caio R. D. Osório, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

possui graduação (2015) e mestrado (2017) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente cursa doutorado na mesma instituição, onde desenvolve seus trabalhos no Grupo de Eletrônica de Potência e Controle. Seus interesses de pesquisa incluem controle aplicado, eletrônica de potência, controladores robustos e análise de estabilidade.

Gustavo G. Koch, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

possui graduação (2013), mestrado (2015) e doutorado (2019) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente realiza Pós-doutorado na mesma instituição, onde desenvolve seus trabalhos no Grupo de Eletrônica de Potência e Controle. Seus interesses de pesquisa incluem controle robusto e teoria de controle aplicado.

Guilherme V. Hollweg, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

obteve seu bacharelado e mestrado em Engenharia Elétrica na UFSM em 2017 e 2019, respectivamente. Atualmente é estudante de doutorado em Engenharia Elétrica na UFSM. Ainda, é um pesquisador do GEPOC. Suas principais linhas de pesquisa incluem teoria de controle adaptativo, teoria de controle não-linear, energias renováveis e eletrônica de potência e controle aplicado.

Henrique Jank, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

engenheiro eletricista pela Universidade de Santa Cruz do Sul (2013), mestre pela Universidade Federal de Santa Maria (2016), atualmente cursa doutorado pela Universidade Federal de Santa Maria, onde atua como pesquisador no Grupo de Eletrônica de Potência e Controle (GEPOC). Seus interesses atuais de pesquisa incluem conversores estáticos, modelagem e controle, fontes ininterruptas de energia e paralelismo de inversores.

William A. Venturini, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

possui graduação (2014) e mestrado (2016) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente cursa doutorado pela mesma instituição, onde desenvolve seus trabalhos no Grupo de Eletrônica de Potência e Controle. Suas principais áreas de interesse incluem modelagem e controle de sistemas, fontes ininterruptas de energia e paralelismo de inversores.

Mário L. S. Martins, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

engenheiro eletricista (1999), mestre (2002) e doutor (2008) em engenharia elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria. De 2006 a 2012 foi professor da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - PR, Pato Branco, Brasil. Em 2012, passou a trabalhar como professor Adjunto no Departamento de Eletrônica e Computação (DELC) da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem SMPS, UPS, inversores fotovoltaicos e energias renováveis.

Fábio E. Bisogno, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

engenheiro eletricista (1999) e mestre (2001) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria e doutor (2006) em Engenharia Elétrica pela Technische Universität Chemnitz. Paralelo com o doutorado esteve empregado no instituto de pesquisa Fraunhofer AIS e depois Fraunhofer IAIS e IZM, Alemanha. Atualmente é professor associado na Universidade Federal de Santa Maria. Suas principais áreas de interesse são: reatores eletrônicos, sistemas auto-oscilantes, transformadores piezolétricos, conversores ressonantes e fontes ininterruptas de energia (UPS).

Vinícius F. Montagner, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

engenheiro eletricista (1996) e mestre (2000) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Brasil, e doutor (2005) pela Universidade Estadual de Campinas. Atualmente é professor da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem estabilidade robusta, controle de sistemas incertos, otimização e controle aplicado.

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Published

2020-09-30

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[1]
E. Mattos, “Projeto Automático de Controladores com Duas Malhas no Espaço de Estados Aplicado a Conversores de Potência”, Eletrônica de Potência, vol. 25, no. 3, pp. 349–360, Sep. 2020.

Issue

Vol. 25 No. 3 (2020)

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Copyright (c) 2020 Revista Eletrônica de Potência

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