Aplicação do método VRFT na sintonia de controladores para fontes ininterruptas de energia

Abstract

Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) é um método de controle baseado em dados não interativo que otimiza um critério de seguimento de referência utilizando um conjunto de dados coletados do processo. O presente trabalho propõe um método VRFT adaptado para uso em estruturas de controle em cascata. Será utilizado como planta alvo um inversor de frequência presente no estágio de saída de um sistema UPS para avaliar o método VRFT proposto. O sistema de controle em cascata aqui considerado contém um controlador proporcional-ressonante na malha externa e um ganho proporcional na malha interna. O presente trabalho se baseia em fundamentos estabelecidos no trabalho (CORLETA, 2015), onde o projetista define 2 modelos de referência, um para definir o comportamento desejado em malha interna e outro para malha externa. Devido a disso, são realizados 2 experimentos em malha aberta na planta para sintonizar um controlador por conjunto de dados experimentais. O método do presente trabalho utiliza somente um modelo de referência Td(z), que teoricamente representa o comportamento desejado do sistema em malha fechada com o controlador sintonizado, incluindo o comportamento do laço interno de realimentação. Isso significa na prática que os parâmetros de ambos os controladores são identificados simultaneamente. Para aplicação do método, o presente trabalho realiza somente um experimento em malha aberta com a planta para coletar os dados usado para sintonizar os controladores. A metodologia apresentada neste trabalho foi comparada com a metodologia proposta em (CORLETA, 2015). Um ambiente simulado em processo de co-simulação com Matlab/Simulink e PSIM foi utilizado para aquisição dos dados e validação de ambos os métodos. Os resultados encontrados mostram que ambos os métodos são efetivos na sintonia dos controladores do sistema de controle em cascata, pois os sistemas em malha fechada obtidos cumprem as exigências de desempenho prevista na norma IEC 62040-3 considerando uma faixa de polos de Td(z).

Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) is a data-driven control non-interactive method that optimizes the response of a closed-loop system to reference tracking using the output data acquired from the plant to be controlled. This work proposes a modified VRFT method applied to cascade control structures. The work uses the frequency inverter of the output stage from an UPS system to evaluate the proposed VRFT method. The cascade control loop considered in this work has a proportional-resonant controller in the outer loop and a proportional gain in the feedback loop. This work is based on foundations stablished on (CORLETA, 2015), where the designer defines 2 reference models, one defining the closed-loop behavior for the outer loop and one for the inner loop. Because of this, 2 open loop experiments are performed with the plant to tune one controller per data set acquired. The methodology proposed in this work uses a single reference model Td(z), which theoretically represents the behavior of the system in closed-loop with the identified controller, including the inner loop feedback. Which means that the parameters of both controllers are identified simultaneously. To apply the proposed method, this work performs only one open loop experiment to identify the parameters from the outer loop controller and the feedback gain. The proposed methodology was compared with the one from (CORLETA, 2015). A simulated environment in co-simulation between Matlab/ Simunk and PSIM is used to acquire the data and verify the results for both methods. The results show that both methods are effective to tune the controllers in the cascade loop, since the closed-loop system complies with the performance requirement from IEC 62040-3 standard for a range of Td(z) pole placement.