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Title in Portuguese: Controle MPC robusto aplicado ao conversor Boost CCTE otimizado por inequações matriciais lineares
Title: Robust control MPC applied to CCTE boost conveter optmized using linear matrix inequalities
Author: Costa, Marcus Vinicius Silvério
Advisor(s): Almeida, Otacílio da Mota
Co-advisor(s): Nogueira, Fabrício Gonzalez
Keywords: Engenharia elétrica
Conversores
Controle robusto
Boost converte
Robust control
Issue Date: 21-Jul-2017
Citation: COSTA, M. V. S. Controle MPC robusto aplicado ao conversor Boost CCTE otimizado por inequações matriciais lineares. 2017. 178 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Este trabalho propõe uma estratégia de controle preditivo MPC aplicado a um conversor boost com célula de comutação em 3 estados (CCTE) que confere mais simplicidade e sistematização nas fases de projeto e análise do controlador. O ganho integral do controlador pode ser ajustável, dispensando o reprojeto nas matrizes de ponderação. Para simplificar a análise de estabilidade do controlador, utiliza-se o conceito de elipsóides de estabilidade. O controle MPC proposto parte da modelagem da planta no espaço de estados médio linear e variante no tempo (LTV). As variações paramétricas, no contexto deste trabalho, são tratadas como incertezas politópicas expressas por meio de desigualdades matriciais lineares (LMIs) com relaxações. Aspectos teórico-experimentais são aplicados e analisados em um conversor boost CCTE de 1 kW com incertezas na tensão de entrada e na carga. Para os ensaios, são considerados os testes de degrau de tensão e de carga para o projeto em 500 W e para o degrau de carga com operação em 1000 W . Além disso, para estabelecer uma base de desempenho, o MPC proposto é comparado com o controlador LQI clássico conhecido na literatura. A estratégia de controle proposta apresenta vantagens considerando as variações do modelo decorrente dos testes de cargas em aplicações boost CC-CC do tipo CCTE, sendo uma proposta viável na solução de problemas em conversores de alto rendimento.
Abstract: This work proposes a MPC predictive control strategy applied to a three-state switching cell boost (3SSC) converter that gives more simplicity and systematization to the control design steps and analysis. The integral gain controller can adjusted, eliminating the re-design the weighting matrices. Besides, the stability elipsoid theory are used to simplify the stability analysis of converter. The proposed MPC begins using the linear time varying (LTV) model plant. The parameters variations are considered polytopic uncertainties using linear matrix inequalities approach (LMIs) with relaxations. Theoretical and experimental aspects are applied and analyzed to a 1 kW 3SSC boost converter with voltage input and load uncertainties. To 500 W experimental test, it is considered load and voltage input steps variations. To 1000 W experimental test, it is only considered load steps variation. Also, the proposed MPC-LMI is compared with a classical LQI known in the literature. Theoretical-experimental aspects are applied and analyzed in a 1 kW converter with uncertainties in the input voltage and load. For the experiments, the voltage and load step tests for the 500 W project and a load step test for the 1000 W one were considered. In addition, to establish a performance reference, the proposed MPC is compared with the classic LQR controller known in the literature. The proposed control strategy presents advantages considering the variations of the model due to load tests in DC-DC 3SSC boost applications, being a feasible proposal in solving problems for high-performance converters.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/25555
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