Sepıc dönüştürücünün ayrık zamanlı çıkış geri beslemeli dinamik kayan kipli kontrolcü ile kontrolü

Abstract

DC-DC dönüştürücüleri, PFC (Power Factor Correction), MPPT (Maximum Power Point Tracking) ve dc gerilim seviyesi değişimleri gibi birçok endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu uygulamalara ek olarak, her geçen gün artan yenilenebilir enerji üretim talebi ve artan dc gerilim kullanan elektronik ev eşyaları gibi faktörler dc gerilim kontrolünün önemini artmasına neden olmuştur. DC-DC dönüştürücüler, kontrolünde karşılaşılan zorluklar, endüktör ve kapasitör gibi değişen devre parametrelerinin bozucu etkileri, yük değişimi, kaynak gerilim dalgalanmaları, çıkış gerilim talebi değişimi ve modellenmemiş dinamiklerin çalışmaya etkileri olarak sıralanabilir. Bu belirtilen bozucu etkilerin çalışmaya olan etkisini minimum düzeyde tutmak için gürbüz kontrol algoritmalarına ihtiyaç vardır. Bir çeşit gürbüz kontrol algoritması olan SMC (Sliding Mode Control), özellikle parametre belirsizliklerinin ve eşlenmemiş belirsizliklerin sistem çalışması üzerindeki olumsuz etkisinin minimuma indirgenmesinde tercih edilir. SMC sualtı araç pozisyon kontrolü ve uydu oryantasyon kontrolü gibi dış bozucuların sistem çalışması üzerindeki etkisinin küçümsenmeyecek derecede olduğu problemlerde kullanılır. Genel olarak, geleneksel durum geri beslemeli SMC tasarımı, kriterlere uyan sistem için açık ve basittir. Ancak, minimum olmayan faz özelliğine sahip sistemler için açık bir durum geri besleme SMC tasarımının sistematik bir yolu genellikle yoktur ve sistem karmaşıklığına göre farklılık gösterebilmektedir. Minimum olmayan sistemler için SMC tasarımı birçok matematiksel manipülasyonu gerektirir. Durum geri besleme SMC, ayrıca tüm sistem durumlarının mevcut olmasına ihtiyaç duyar, ki bu ifade tüm sistem durumlarının hazır bir sekilde ölçülebilir ve mevcut olması ya da bir gözleyici tasarımı koşulunu da beraberinde getirir. Çıkış geri beslemeli ayrık zaman SMC (ODSMC) bir çeşit çıkış geri beslemeli SMC algoritmasıdır. ODSMC tasarımı, sistematik olarak özetlenebilir ve tasarlanabilir olmasından ve bahsedilen durum gözleyiciye olan ihtiyacı ortan kaldırmasından dolayı, tasarım süresini kısaltır. Bu çalışmada, SEPIC dönüştürücü için ODSMC tasarlanacaktır ve kontrolcünün performansı ve bozuculara olan direnci yapılacak birçok bilgisayar ortamındaki simülasyon çalışmaları ile test edilecektir.

DC-DC power converters are utilized widely in industrial applications such as active power factor correction, maximum power point tracking and power conversion. In addition to those applications, with the increase in demand of renewable energy production, and household electronical equipments that require DC voltage, makes the control of DC-DC voltage an important topic. The challenging aspect of the control of DC-DC converters can listed as the disturbance effects of the changing plant parameters such as inductance and capacitor, load variation, supply voltage fluctuation, changing output voltage demand, unmodeled dynamics. Robust control algorithms are required to mitigate the negative effects of the listed disturbances. Sliding Mode Control (SMC), being one type of robust control algorithm is especially preferred to control the plants having parameter uncertainty and matched uncertainty which is a disturbance that enters the system through the input channel. SMC is used in the problems where outside disturbance is an important consideration such as underwater vehicle position control and satellite orientation control. In general, conventional state feedback SMC design is straightforward and easy to implement. However, there is no straightforward way to design a state feedback SMC for the plants having non-minumum phase characteristics and invariant zeros and SMC design for those plants requires rigorous mathematical manipulations. State feedback SMCs also require all states to be available which requires a full state observer such as Kalman Filter or Luenberger Observer. Output Feedback Discrete Sliding Mode Control (ODSMC) is one type of output feedback Sliding Mode Control algorithm. The desing of ODSMC is straightforward and does not necessitates a state observer thereby shortening the design process. In this study, an ODSMC is design for a Single-Ended Primary Inductance Converter (SEPIC) converter and efficacy of the controller is validated through numerical simulations in Matlab/Simulink environment.