Εύρωστοι και προσαρμοτικοί  Μη-Γραμμικοί ελεκτές για διάταξη DC-DC  μετατροπέα ανύψωσης τάσης

Μάρκου Αχιλλέας; Markou Achilleas

dc.contributor.author	Μάρκου Αχιλλέας	el
dc.contributor.author	Markou Achilleas	en
dc.date.accessioned	2017-11-09T11:46:09Z
dc.date.available	2017-11-09T11:46:09Z
dc.date.issued	2017-11-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45895
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7691
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μη-Γραμμικός έλεγχος	el
dc.subject	Εύρωστος έλεγχος	el
dc.subject	Προσαρμοστικός έλεγχος	el
dc.subject	Ηλεκτρονικά ισχύος	el
dc.subject	Μετατροπέας ανύψωσης	el
dc.subject	Non-Linear control	en
dc.subject	Robust control	en
dc.subject	Adaptive control	en
dc.subject	Power electronics	en
dc.subject	Boost Converter	en
dc.title	Εύρωστοι και προσαρμοτικοί Μη-Γραμμικοί ελεκτές για διάταξη DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης	el
dc.title	Robust and adaptive non-linear controllers for dc-dc boost converter	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	CONTROL	el
heal.classification	POWER ELECTRONICS	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-03
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και αντιμετώπιση των προβλημάτων που προκύπτουν κατά τον έλεγχο ενός DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης που τροφοδοτεί είτε καθαρά ωμικό φορτίο είτε φορτίο σταθερής ισχύος και λειτουργεί σε περιβάλλον με αβεβαιότητες/διαταραχές. Καθώς ο μετατροπέας ανύψωσης λειτουργεί ως ενδιάμεσος κατά τη μεταφορά της ενέργειας από μια πηγή προς ένα φορτίο, στην πραγματικότητα, αβεβαιότητες μπορεί να προκύψουν σε όλα στοιχεία αυτού του συστήματος. Στο πρόβλημά μας θεωρήσαμε ότι αβεβαιότητα υπάρχει στην πηγή και στα φορτία και όχι στον ίδιο τον μετατροπέα, καθώς στην πράξη, τα στοιχεία του μπορούν να μοντελοποιηθούν με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Για τον έλεγχο του μετατροπέα χρησιμοποιήθηκαν δύο μη-γραμμικοί ελεγκτές, ένας εύρωστος και ένας προσαρμοστικός. Και στις δύο μεθόδους αποδεικνύεται η ευστάθεια μικρού σήματος (small signal stability), δηλαδή γύρω από το σημείο ισορροπίας, και μεγάλου σήματος (large signal stability) δηλαδή το γεγονός ότι εξασφαλίζεται η ικανότητα του ελεγκτή να οδηγήσει το σύστημα από την αρχική κατάσταση στο επιθυμητό σημείο ισορροπίας. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται στην γραμμικοποίηση του μαθηματικού μοντέλου του μετατροπέα και αποδεικνύεται η ευστάθεια του συστήματος γύρω από το επιθυμητό σημείο ισορροπίας (small signal stability). Ύστερα, τα αποτελέσματα επεκτείνονται σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του μετατροπέα με την εφαρμογή της θεωρίας σχεδιασμού κερδών (Gain Scheduling Theory). Με την χρήση της πρώτης μεθόδου γίνεται εκτίμηση του μέρους της αβεβαιότητας που μπορεί να αντιμετωπίσει ο ελεγκτής και να λειτουργήσει αποτελεσματικά. Τα αποτελέσματα αυτά ποσοτικοποιούνται με την χρήση μέτρων μη-αντιστοίχισης των αβεβαιοτήτων (measures of mismatch) και σύγκρισής τους με ένα ανώτατο όριο επιτρεπτής μη-αντιστοίχισης (threshold of mismatch). Ο δεύτερος ελεγκτής βασίζεται στη μέθοδο γραμμικοποίησης εισόδου-εξόδου (Input-Output Linearization). Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο το τμήμα των μεταβλητών κατάστασης που δε γραμμικοποιείται μένει μη ελέγξιμο και ονομάζεται εσωτερική δυναμική. Αν η εσωτερική δυναμική του συστήματος είναι ασταθής τότε ο έλεγχος δεν μπορεί να εφαρμοστεί. Για το λόγο αυτό, επαναπροσδιορίζεται η μεταβλητή εξόδου με τέτοιο τρόπο ώστε η εσωτερική δυναμική του συστήματος να παραμένει ευσταθής. Ο έλεγχος αυτός είναι προσαρμοστικός καθώς κατά την εφαρμογή του γίνεται εκτίμηση και της τάσης εισόδου και της τιμής των φορτίων. Αποδεικνύεται ότι η προτεινόμενη μέθοδος εξασφαλίζει ασυμπτωτική σύγκλιση της μεταβλητής εξόδου στην επιθυμητή τιμή και ότι η εσωτερική δυναμική παραμένει ευσταθής σε όλη την τροχιά, από την αρχική κατάσταση μέχρι το επιθυμητό σημείο ισορροπίας, με την ελάχιστη δυνατή επίδραση στην έξοδο. Για την επαλήθευση των θεωρητικών αποτελεσμάτων υλοποιούνται προσομοιώσεις σε περιβάλλον Matlab/Simulink καθώς και πειράματα σε μετατροπέα ανύψωσης και φορτίο σταθερής ισχύος τα οποία σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας στο εργαστήριο ΣΗΕ.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is to study and address the problems that arise when controlling a DC-DC voltage converter which feeds either a purely ohmic load or a fixed power load and operates in an uncertain environment. As the boost converter acts as an intermediary when transferring energy from a source to a load, in fact, uncertainties can arise in all components of that system. In our problem, we assume that uncertainty exists in the source and the loads, instead of the converter itself, since in practice its elements can be modeled accurately. Two non-linear controllers, one robust and one adaptive were used to control the inverter. Both methods show the small signal stability, i.e. around the equilibrium point, and large signal stability, i.e. the fact that the controller's ability to lead the system from the initial state to the desired point of operation. The first method is based on the linearization of the mathematical model of the inverter and the stability of the system is guaranteed around the desired point of operation. Then, the results are extended to the entire operating range of the inverter by applying the Gain Scheduling Theory. Using the first method makes an assessment of the part of the uncertainty the controller may deal with and work effectively. These results are quantitated using measures of mismatch and comparing them with a threshold of mismatch. The second controller is based on the Input-Output Linearization method. According to this method the part of the non-linearized state variables remains uncontrollable and is called internal dynamics. If the internal dynamics of the system is unstable then the control cannot be applied. For this reason, the output variable is redefined in such a way that the internal dynamics of the system remain stable. This control is adaptive, as the application and the input voltage and the value of the loads are estimated. It turns out that the proposed method ensures asymptotic convergence of the output variable to the desired value and that the internal dynamics remains stable throughout the track from the initial state to the desired equilibrium point with the least possible effect on the output. To verify the theoretical results simulations are performed in Matlab/Simulink environment as well as experiments in a boost converter and a constant power load, which were designed and constructed in the context of the present diploma thesis in the laboratory.	en
heal.advisorName	Σολδάτος, Αργύρης	el
heal.committeeMemberName	Χατζηαργυρίου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Σαριμβέης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Σολδάτος, Αργύρης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	45 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true