Aplicação Do Controle Repetitivo A Inversor PWM Monofásico Com Filtro LC De Saída Utilizado Em Fonte Programável C.A.

André Filipe B. Oliveira Oliveira; Sidelmo M. Silva; Cláudio H. G. Santos; Braz de J. Cardoso Filho

doi:10.18618/REP.2013.4.11611169

Authors

André Filipe B. Oliveira Oliveira Pós-Graduação de Engenharia Elétrica do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET-MG
Sidelmo M. Silva Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG
Cláudio H. G. Santos Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP
Braz de J. Cardoso Filho Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2013.4.11611169

Keywords:

Fontes programáveis c.a., Inversores PWM, Sintonia de controlador repetitivo

Abstract

Esse trabalho objetiva o desenvolvimento de uma estratégia de controle, baseada no controlador repetitivo, para regulação de um inversor PWM com filtro LC de saída, cuja aplicação é uma fonte programável de potência c.a. Para sintonia do controlador, os conceitos de margens de estabilidade e faixa de passagem são utilizados. Simulações do tipo (Processor In the Loop) PIL, além de resultados experimentais, obtidos em um modelo de escala reduzida, são utilizados para validar a estratégia de controle proposta. Os resultados mostram que o controlador desenvolvido consegue rejeitar perturbações provocadas por correntes de carga distorcidas e atracar referências periódicas, evidenciando boa qualidade do controle, tanto em regime transitório, quanto regime permanente. As principais contribuições do trabalho são: (i) comparação da uso do controlador repetitivo e do PI, em aplicações em fontes programáveis c.a; (ii) aplicação de técnicas de sintonia de controladores clássicos em sistema com controlador repetitivo; (iii) apresentação dos resultados da técnica de controle repetitivo associada a controle PI com compensação de realimentações internas da planta, aplicada ao controle de uma fonte c.a. programável.

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Author Biographies

André Filipe B. Oliveira Oliveira, Pós-Graduação de Engenharia Elétrica do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET-MG

nascido em 12/01/1987 em Brasília-DF é engenheiro eletricista (2009) e mestre (2012) em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas gerais na cidade de Belo HorizonteMG. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, controle aplicado a sistemas baseados em eletrônica de potência, acionamentos elétricos, eficiência energética e fontes alternativas de energia.

Sidelmo M. Silva, Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG

possui graduação, mestrado em doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG, 1997 - Medalha de Ouro, 1999 e 2003). De outubro de 2001 a agosto de 2002, trabalhou no Departamento de Desenvolvimento de Produtos da ABB, na Suíça, onde atuou no desenvolvimento de equipamentos para aplicações em Qualidade da Energia Elétrica. Atualmente é Professor do Departamento de Engenharia Elétrica da UFMG. Tem experiência nas áreas de projeto de conversores estáticos de potência, sistemas digitais de processamento de sinais para o controle de conversores estáticos, análise e solução de problemas de qualidade da energia elétrica.

Cláudio H. G. Santos, Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP

nascido em 05/10/1982 em Divinópolis, possui graduação em Engenharia Industrial Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (2008) e mestrado em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (2011). Atualmente é professor de engenharia elétrica na Universidade Federal de Ouro Preto. Em 2012, lecionou na União de Negócios e Administração. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrônica de Potência, Sistemas de Controle e Modelagem Computacional.

Braz de J. Cardoso Filho, Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG, 1987), mestrado em Engenharia Elétrica pela UUFMG (1991) e doutorado em Engenharia Elétrica - University of Wisconsin - Madison (1998). Atualmente é professor da UFMG, atuando principalmente nos seguintes temas: conversores estáticos industriais em baixa e média tensão, acionamento elétrico e qualidade da energia.

References

T. Kawabata, T. Miyashita, and Y. Yamamoto, "Digital control of three-phase pwm inverter with lc filter," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 6, no. 1, pp. 62-72, Janeiro 1991. https://doi.org/10.1109/63.65004 DOI: https://doi.org/10.1109/63.65004

A. Kawamura, T. Haneyoshi, and R. Hoft, "Deadbeat controlled pwm inverter with parameter estimation using only voltage sensor," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 3, no. 2, pp. 118-125, Abril 1988. https://doi.org/10.1109/63.4341 DOI: https://doi.org/10.1109/63.4341

S. Buso, S. Fasolo, and P. Mattavelli, "Uninterruptible power supply multiloop control employing digital predictive voltage and current regulators,"IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, no. 6, pp. 1846-1854, Novembro/Dezembro 2001. https://doi.org/10.1109/28.968200 DOI: https://doi.org/10.1109/28.968200

P. Mattavelli, "An improved deadbeat control for ups using disturbance observers," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 1, pp. 206-212, Fevereiro 2005. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.837912 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.837912

S. L. Jung, H.-S. Huang, M.-Y. Chang, and Y.-Y. Tzou, "Dsp-based multiple-loop control strategy for single-phase inverters used in ac power sources," IEEE Power Electronics Specialists Conference, vol. 1, pp. 706-712, 1997.https://doi.org/10.1109/PESC.1997.616798 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1997.616798

M. J. Ryan, W. E. Brumsickle, and R. D. Lorenz, "Control topology options for single-phase ups inverters," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, no. 2, pp. 493-501, Março/Abril 1997. https://doi.org/10.1109/28.568015 DOI: https://doi.org/10.1109/28.568015

K. Zhou, D. Wang, B. Zhang, and Y. Wang, "Plug-in dual-modestructure repetitive controller for cvcf pwm inverters," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 3, pp. 784-791, Março 2009. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2005149 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2005149

L. Cuiyan, Z. Dongchun, and Z. Xianyi, "Survey of repetitive control,"IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol. 2, pp. 1160-1166, Setembro/Outubro 2004.https://doi.org/10.1109/IROS.2004.1389553 DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2004.1389553

B. Zhang, D. Wang, K. Zhou, and Y. Wang, "Linear phase lead compensation repetitive control of a cvcf pwm inverter," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, no. 4, pp. 1595-1602, Abril 2008. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.917105 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.917105

Y. Ye, B. Zhang, K. Zhou, and Y. Wang, "High-performance cascadetype repetitive controller for cvcf pwm inverter: analysis and design,"IET Electric Power Applications, vol. 1, no. 1, pp. 112-118, Janeiro 2007. https://doi.org/10.1049/iet-epa:20050518 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa:20050518

Y.-Y. Tzou, R.-S. Ou, S.-L. Jung, and M.-Y. Chang, "High-performance programmable ac power source with low harmonic distortion using dsp-based repetitive control technique," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 12, no. 4, pp. 715-725, Julho 1997. https://doi.org/10.1109/63.602567 DOI: https://doi.org/10.1109/63.602567

A. García-Cerrada, O. Pinzón-Ardila, V. Feliu-Batlle, P. Roncero- Sánchez, and P. García-González, "Application of a repetitive controller for a three-phase active power filter," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 1, pp. 237-246, Janeiro 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2006.886609 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2006.886609

R. Griñó, R. Costa-Castelló, and E. Fossas, "Od-harmonic digital repetitive control of a single-phase current active filter," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 19, no. 4, pp. 1060-1068, Julho 2004. https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.830045 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.830045

R. Griñó, R. Cardoner, R. Costa-Castelló, and E. Fossas, "Digital repetitive control of a three-phase four-wire shunt active filter," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 3, pp. 1495-1503,Junho 2007. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894790 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894790

R. Costa-Castelló, R. Griñó, R. C. Parpal, and E. Fossas, "Highperformance control of a single-phase shunt active filter," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 17, no. 6, pp. 1318-1329, Novembro 2009. https://doi.org/10.1109/TCST.2008.2007494 DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2008.2007494

J. Miret, M. Castilla, J. Matas, J. M. Guerrero, and J. C. Vasquez, "Selective harmonic-compensation control for single-phase active power filter with high harmonic rejection," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 8, pp. 3117-3127, Agosto 2009. https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2024662 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2024662

P. Mattavelli and F. P. Marafão, "Repetitive-based control for selective harmonic compensation in active power filters," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 51, no. 5, pp. 1018-1024, Outubro 2004. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834961 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834961

C. Wang, Y. Zou, Y. Zhang, Y. Xu, X. She, and F. Li, "Research on the single-phase pwm rectifier based on the repetitive control," IEEE International Conference on Industrial Technology - ICIT, vol. 56, no. 8, pp. 1-7, Abril 2008.https://doi.org/10.1109/ICIT.2008.4608484 DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT.2008.4608484

K. Zhou and D. Wang, "Digital repetitive controlled three-phase pwm rectifier," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 309-316, Janeiro 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807150 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807150

G. Escobar, M. Hernández-Gómez, P. R. Martínez, and M. F. Martínez-Montejano, "A repetitive-based controller for a power factor precompensator,"IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. 54, no. 9, pp. 1968-1976, Setembro 2007. https://doi.org/10.1109/TCSI.2007.902614 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2007.902614

J. Kasac, B. Novakovic, D. Majetic, and D. Brezak, "Passive internal model based repetitive control of robot manipulators," IEEE International Conference on Control Applications, pp. 3253-3258, Outubro 2006. https://doi.org/10.1109/CCA.2006.286149 DOI: https://doi.org/10.1109/CCA.2006.286149

V. Feliu, I. Muñoz, P. L. Roncero, and J. J. López, "Repetitive controlfor single link flexible manipulators," IEEE Conference on Robotics and Automation, pp. 4303-4308, Abril 2005.https://doi.org/10.1109/ROBOT.2005.1570782 DOI: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2005.1570782

K. Kalyanam and T.-C. Tsao, "Two-period repetitive and adaptive control for repeatable and nonrepeatable runout compensation in disk drive track following," IEEE/ASME Transaction on Mechatronics, Abril 2011. https://doi.org/10.1109/TMECH.2011.2130533 DOI: https://doi.org/10.1109/TMECH.2011.2130533

S.-W. Park, J. Jeong, H. S. Yang, Y.-P. Park, and N.-C. Park, "Repetitive controller design for minimum track misregistration in hard disk drives," IEEE Transaction on Magnetics, vol. 41, no. 9, pp. 2522-2528, Setembro 2005. https://doi.org/10.1109/TMAG.2005.854338 DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2005.854338

B. A. Francis and W. M. Wonham, "The internal model principle of control theory," Automatica, vol. 12, pp. 457-465, Setembro 1976. https://doi.org/10.1016/0005-1098(76)90006-6 DOI: https://doi.org/10.1016/0005-1098(76)90006-6

R. Griñó and R. Costa-Castelló, "Digital repetitive plug-in controller for odd-harmonic periodic references and disturbances," Automatica, vol. 41, no. 1, pp. 153-157, Agosto 2004. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2004.08.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2004.08.006

K. Zhou, K.-S. Low, D. Wang, F.-L. Luo, B. Zhang, and Y. Wang, "Zero-phase odd-harmonic repetitive controller for a single-phase pwm inverter," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, no. 1, pp. 193-201, Janeiro 2006. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.861190 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.861190

J. L. Ramos, G. Escobar, P. R. Martinez, and P. Mattavelli, "Analog circuits to implement repetitive controllers for tracking and disturbance rejection of periodic signals," IEEE Transactions on circuits and Systems, vol. 52, no. 8, pp. 466-470, Agosto 2005. https://doi.org/10.1109/TCSII.2005.848983 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSII.2005.848983

G. Escobar, P. R. Martinez, and J. Leyva-Ramos, "Analog circuits to implement repetitive controllers with feedforward for harmonic compensation," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 2, pp. 567-573, Fevereiro 2007. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.885515 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2006.885515

K. J. Astrom and B. Wittenmark, Computer Controlled Systems: Theory and Design. Prentice Hall, 1996.

S. Buso and P. Matavelli, Digital Control in Power Electronics. Morgan and Claypool Publishers, 2006. https://doi.org/10.1007/978-3-031-02495-5 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-02495-5

ST. Datasheet. L298 Dual full-bridge driver, ST.

N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robins, Power Electronics: converters, applications and design. Wiley, 2002.

L. Michels, M. Stefanello and H.A.Gründling, H. A. Controlador repetitivo para inversores PWM com referência de frequência variável. Controle & Automação (Impresso), v. 20, p. 394-404, 2009. https://doi.org/10.1590/S0103-17592009000300010 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592009000300010

J.L.Olm, G.A. Ramos and R. Costa-Castello. Stability analysis of digital repetitive control systems under time-varying sampling period. IET Control Theory and Applications, vol. 5, no. 1, pp. 29-37. 2011. https://doi.org/10.1049/iet-cta.2009.0308 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-cta.2009.0308

R. V. Tambara, F. H. Dupont, L. Della Flora, and H. A. Gründling, "Analysis of performance of an RMRAC controller in discrete-time via z transform and delta transform," in IECON 2011 - 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, nov. 2011, pp. 492. https://doi.org/10.1109/IECON.2011.6119360 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2011.6119360

E. G. Carati, V. F. Montagner, and H. A. Gründling, "A single-phase AC Power source using robust model reference adaptive control," in Industrial Electronics Society, 2000. IECON 2000. 26th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, vol. 2, 2000, pp. 1428 -1432 vol.2.https://doi.org/10.1109/IECON.2000.972331 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2000.972331

C. Rech, H. Pinheiro, H. A. Gründling, H. L. Hey, and J. R. Pinheiro, "Comparison of digital control techniques with repetitive integral action for low cost PWM inverters," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 401 - 410, Jan. 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807094 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807094

V. F. Montagner, E. G. Carati, and H. A. Gründling, "Design and analysis of a linear quadratic regulator with repetitive controller for AC power supplies," in 2003 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE-2003, vol. 3, Rio de Janeiro, Brazil, June 2003, pp. 109-114.https://doi.org/10.1109/ISIE.2003.1267309 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2003.1267309

L. Della Flora and H. A. Gründling, "Time domain sinusoidal acceleration controller for an electrodynamic shaker," Control Theory Applications, IET, vol. 2, no. 12, pp. 1044-1053, december 2008. https://doi.org/10.1049/iet-cta:20080188 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-cta:20080188