Otimização de controladores baseada em meta-heurística aplicada a conversores CC-CC com validação em hardware-in-the-loop

Authors

  • Robert U. M. Viaro Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil https://orcid.org/0009-0004-5695-955X
  • Lucas Cielo Borin Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil https://orcid.org/0000-0001-8017-2547
  • Renan Medke Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil https://orcid.org/0009-0000-4566-1847
  • Everson Mattos Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil
  • Caio Ruviaro Dantas Osório Typhoon HIL - Novi Sad, Sérvia
  • Vinícius Foletto Montagner Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil https://orcid.org/0000-0003-1260-7486

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2024.1.0040

Keywords:

Controlador PID, conversores CC-CC, otimização por enxame de partículas, robustez, Hardware-in-the-loop

Abstract

Uma dificuldade no projeto de controladores para conversores de potência é otimizar múltiplos objetivos de desempenho respeitando múltiplas restrições de operação, dispondo de um conjunto de poucos ganhos de controle. Este trabalho propõe um procedimento off-line de sintonia automática otimizada de controladores proporcional-integral-derivativos aplicados a conversores CC-CC. A proposta é baseada na otimização de uma função custo que visa atingir margem de fase e frequência de cruzamento desejadas, respeitando restrições de desigualdade no máximo sobressinal e no tempo de acomodação das respostas transitórias. Um algoritmo de otimização por enxame de partículas evolui os ganhos de controle até obter um mínimo da função custo, garantindo a estabilidade frente a incertezas na carga e na tensão de entrada sem violar as restrições de projeto. Os resultados para a regulação da tensão de saída de um conversor buck, descrito por um modelo de fase não mínima quando incluído o atraso na implementação do controle, mostram a superioridade do controlador proposto em comparação a um controlador obtido utilizando uma função especializada do MATLAB. Avaliações experimentais em Hardware-in-the-loop confirmam a viabilidade prática da abordagem para o controle implementado em tempo real em um processador digital de baixo custo e amplo uso.

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Author Biographies

Robert U. M. Viaro, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica (2022) pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), onde atualmente realiza o mestrado em Engenharia Elétrica, atuando junto ao Grupo de Eletrônica de Potência e Controle (GEPOC). Tem interesse em controle aplicado a eletrônica de potência.

Lucas Cielo 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 UFSM, onde atualmente realiza o doutorado em Engenharia Elétrica, atuando junto ao GEPOC. Suas áreas de interesse incluem otimização e controle aplicado.

Renan Medke, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica (2017) pela Universidade Federal do Pampa (Unipampa). Atualmente realiza o mestrado em Engenharia Elétrica na UFSM, atuando junto ao GEPOC.

Everson Mattos, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil

possui graduação em Engenharia de Elétrica (1999) pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). mestrado e doutorado em Engenharia Elétrica (2018 e 2023) pela UFSM. Suas áreas de interesse incluem algoritmos de otimização, controle aplicado e controle robusto.

Caio Ruviaro Dantas Osório, Typhoon HIL - Novi Sad, Sérvia

possui graduação, mestrado e doutorado em Engenharia de Elétrica (2015, 2017 e 2021), pela UFSM. Atualmente é Engenheiro de Aplicações, na Typhoon HIL. Suas áreas de interesse incluem soluções de teste baseadas em modelos de alta fidelidade, controle aplicado a eletrônica de potência e controle robusto.

Vinícius Foletto Montagner, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, Santa Maria, RS, Brasil

possui graduação e mestrado em Engenharia Elétrica pela UFSM (1996 e 2000), e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) (2005). Atualmente é professor da UFSM. Seus interesses de pesquisa incluem controle robusto e aplicações de controle em eletrônica de potência.

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Published

2024-04-17

How to Cite

[1]
R. U. M. Viaro, L. C. Borin, R. Medke, E. Mattos, C. R. D. Osório, and V. F. Montagner, “Otimização de controladores baseada em meta-heurística aplicada a conversores CC-CC com validação em hardware-in-the-loop”, Eletrônica de Potência, vol. 29, p. e202408, Apr. 2024.

Issue

Section

Original Papers