Controle preditivo baseado em modelo com conjunto de controle finito aplicado a conversores CC-CC
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFLA |
Texto Completo: | http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/50496 |
Resumo: | The generation of energy through renewable and distributed sources has numerous advantages. However, due to intermittence and volatility, it is necessary that these systems be associated with energy storage systems or connected to the electrical grid. This work proposes the applica- tion and performance comparison of the FCS-MPC control in face of the choice of different cost functions applied to a scenario of Buck converter and to two different scenarios of Boost con- verter and Voltage Regulator - Battery Energy Storage System (VR-BESS). The first scenario consists on the use of a classical cost function (voltage) and proposes the use of two others: mul- tivariable voltage and electrical current control; And indirect voltage control through a current cost function. In this scenario there are no corrections for the delays caused by non-minimum phase (NMP). In the second scenario, a new minimum phase output is replaced on the voltage cost function, both classical and multivariable. The converters are simulated in Matlab/Simu- link and the results obtained for the Buck converter demonstrate that the indirect control of the output voltage reaches steady-state values very close to the desired value for voltage. In addi- tion, the multivariable cost function presents a balance between the other functions, reducing the error values and keeping the average values closer to the desired ones, when compared to the scenarios where the control of the variables is done indirectly. For the Boost and VR-BESS converters, the results show that the use of the multivariable cost function alone does not solve the optimization problem caused by the non-minimum phase characteristic. However, when the system is indirectly controlled by current, or when operating with NMP corrections, the FCS-MPC is able to optimize the output with low steady-state errors. In addition, the use of the multivariable cost function with correction reduces steady-state oscillations and mean errors. |
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Controle preditivo baseado em modelo com conjunto de controle finito aplicado a conversores CC-CCFinite control set model predictive control for DC-DC convertersConversores CC-CCFinite Control Set - Model Predictive Control ((FCS-MPC)Voltage Regulator - Battery Energy Storage System (VR-BESS)DC-DC convertersEngenharia ElétricaThe generation of energy through renewable and distributed sources has numerous advantages. However, due to intermittence and volatility, it is necessary that these systems be associated with energy storage systems or connected to the electrical grid. This work proposes the applica- tion and performance comparison of the FCS-MPC control in face of the choice of different cost functions applied to a scenario of Buck converter and to two different scenarios of Boost con- verter and Voltage Regulator - Battery Energy Storage System (VR-BESS). The first scenario consists on the use of a classical cost function (voltage) and proposes the use of two others: mul- tivariable voltage and electrical current control; And indirect voltage control through a current cost function. In this scenario there are no corrections for the delays caused by non-minimum phase (NMP). In the second scenario, a new minimum phase output is replaced on the voltage cost function, both classical and multivariable. The converters are simulated in Matlab/Simu- link and the results obtained for the Buck converter demonstrate that the indirect control of the output voltage reaches steady-state values very close to the desired value for voltage. In addi- tion, the multivariable cost function presents a balance between the other functions, reducing the error values and keeping the average values closer to the desired ones, when compared to the scenarios where the control of the variables is done indirectly. For the Boost and VR-BESS converters, the results show that the use of the multivariable cost function alone does not solve the optimization problem caused by the non-minimum phase characteristic. However, when the system is indirectly controlled by current, or when operating with NMP corrections, the FCS-MPC is able to optimize the output with low steady-state errors. In addition, the use of the multivariable cost function with correction reduces steady-state oscillations and mean errors.A geração de energia por meio de fontes renováveis e distribuídas possui inúmeras vantagens. No entanto, devido a intermitência e volatilidade na geração, é necessário que estes sistemas sejam associadas à sistemas de armazenamento de energia ou conectadas à rede elétrica. Sendo assim, este trabalho propõe a aplicação e comparação de desempenho do Controle Preditivo Baseado em Modelo com Conjunto de Controle Finito (FCS-MPC) perante a escolha de dife- rentes funções custo aplicadas a um cenário para o conversor Buck e a dois cenários diferentes para o conversor Boost e para o Sistema Regulador de Tensão - Armazenamento em Baterias (VR-BESS - Voltage Regulator - Battery Energy Storage System). O primeiro cenário consiste no emprego da função custo clássica (tensão) e propõe a utilização de outras duas: controle multivariável de tensão e corrente, e o controle indireto da tensão por meio de uma função custo de corrente. Neste cenário não há correções para os atrasos causados pela fase não mínima. No segundo cenário, uma nova saída de fase mínima proposta por Villarroel et al. (2019) é substi- tuída na função custo de tensão, tanto na clássica quanto na multivariável. Os conversores são simulados no software Matlab/Simulink, e os resultados obtidos para o conversor Buck demons- tram que o controle indireto da tensão de saída alcança valores em regime permanente muito próximos ao valor desejado para tensão. Além disso, a função custo multivariável apresenta o equilíbrio entre as demais funções, diminuindo os valores de erros e mantendo os valores médios mais próximos aos desejados, quando comparados aos cenários onde o controle das va- riáveis é feito de forma indireta. Para os conversores Boost e VR-BESS, os resultados mostram que o uso da função custo multivariável por si só não resolve o problema de otimização causado pela característica de fase não mínima. Entretanto, quando o sistema é controlado de forma indireta pela corrente, ou quando opera com as correções de fase não mínima (FNM), o FCS- MPC é capaz de otimizar a saída com baixos erros em regime permanente. Além disso, o uso da função custo multivariável com correção reduz as oscilações e os erros médios em regime permanente.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e AutomaçãoUFLAbrasilDepartamento de EngenhariaFerreira, Sílvia CostaPacheco, Vínicius MirandaPacheco, Vínicius MirandaPereira, Daniel AugustoLeite, Daniel FurtadoFaria, Ivan Paulo deBraga, Isadora Nascimento Della-Sávia2022-07-07T20:49:15Z2022-07-07T20:49:15Z2022-07-072022-06-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBRAGA, I. N. D. S. Controle preditivo baseado em modelo com conjunto de controle finito aplicado a conversores CC-CC. 2022. 118 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/50496porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2023-05-02T12:41:02Zoai:localhost:1/50496Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2023-05-02T12:41:02Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false |
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