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

Robert U. M. Viaro; Lucas Cielo Borin; Renan Medke; Everson Mattos; Caio Ruviaro Dantas Osório; Vinícius Foletto Montagner

doi:10.18618/REP.2024.1.0040

Authors

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

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

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

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

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

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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