Métodos de controle baseados em dados para conversores cc-cc duplo série-ressonante com grampeamento ativo

Abstract

Conversores estáticos de potência são elementos capazes de manipular níveis de tensão ou corrente de uma fonte de energia para a alimentação de uma carga. O conversor com característica de comutação suave apresentado é conhecido como Duplo Série-Ressonante com Grampeamento Ativo - DSRAC e pode ser utilizado em uma série de aplicações, por exemplo, projetos de painéis fotovoltaicos e carregadores de baterias elétricas. No entanto, obter um modelo matemático que represente o comportamento do DSRAC é desafiador devido às propriedades não lineares associadas a sistemas chaveados. Sob a ótica de sistemas de controle, conversores geralmente operam em malha fechada com um controlador para melhoria de desempenho. Nesse trabalho o projeto do controlador é feito por métodos de controle baseados em dados, (data-driven - DD), o Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) e o Virtual Disturbance Feedback Tuning (VDFT) aplicados para a topologia do conversor. Tais métodos detém a vantagem de não utilizar modelos matemáticos para descrever a dinâmica do sistema, apenas dos dados de entrada e saída da planta. Nesse contexto, foram avaliados diferentes aspectos que podem influenciar no controlador resultante como a coleta de dados em malha aberta ou fechada, as possíveis estruturas para o controlador e tipos de modelos de referência. Para a realização de simulações foram empregados os softwares PSIM e MATLAB. Utilizando métodos DD atingiu-se os requisitos de projeto de seguimento de referência com erro nulo e valores de ts menor do que em malha aberta sem overshoot, além da capacidade de rejeitar distúrbios. Comparando os controladores dos dois métodos, conclui-se que o VDFT atingiu uma melhora no desempenho da rejeição de distúrbios e garantia do seguimento da referência. Portanto, assumindo que o ambiente em que o DSRAC é utilizado contém perturbações, o VDFT torna-se a melhor opção para controle do sistema.

Static power converters are elements capable of manipulating voltage or current levels from an energy source to power a load. The converter with soft-switching characteristics presented is known as Dual Series-Resonant Active Clamp Converter - DSRAC and can be used in a range of applications, such as photovoltaic panel projects and electric battery chargers. However, obtaining a mathematical model that represents the behavior of the DSRAC is challenging due to the nonlinear properties associated with switched systems. From the perspective of control systems, converters usually operate in closed loop with a controller to improve performance. In this work, the controller design is done using data-driven control methods (DD methods) such as Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) and Virtual Disturbance Feedback Tuning (VDFT), applied to the converter topology. These methods have the advantage of not using mathematical models to describe the system dynamics, only input and output data from the plant. In this context, different aspects that can influence the resulting controller were evaluated, such as data collection in open or closed loop, possible structures for the controller and types of reference models. The software tools used for the simulations were PSIM and MATLAB. Using DD methods, the reference tracking design requirements were achieved with zero error and smaller ts values than in open loop without overshoot in addition to the ability to reject disturbances. In conclusion, comparing the controllers from the two methods, the VDFT achieved an improvement in disturbance rejection performance and guaranteed reference tracking. Therefore, assuming that the environment in which the DSRAC is used contains disturbances, VDFT becomes the best option for controlling the system.