References

probener

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Power engineering: research, equipment, technology

1998-99032658-5456

Kazan State Power Engineering University

10.30724/1998-9903-2024-26-5-79-91

probener-3139

Research Article

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ

ENERGY SYSTEMS AND COMPLEXES

Разработка алгоритма управления повышающим преобразователем с возможностью динамической коррекции параметров системы управления

Development of a control algorithm for a boost converter with the possibility of dynamic correction of control system parameters

https://orcid.org/0000-0001-7189-8178

Иванов

И. А.

Ivanov

I. A.

Иванов Илья Алексеевич – ассистент кафедры Электропривода и автоматизации промышленных установок (ЭАПУ

г. Новосибирск

Ilya A. Ivanov

Novosibirsk

i.a.ivanov@corp.nstu.ru

https://orcid.org/0000-0003-3879-3029

Котин

Д. А.

Kotin

D. A.

Котин Денис Алексеевич – канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедры Электропривода и автоматизации промышленных установок (ЭАПУ)

г. Новосибирск

Denis A. Kotin

Novosibirsk

d.kotin@corp.nstu.ru

Новосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation

2024

28102024

2657991

2024

Иванов И.А., Котин Д.А.

Ivanov I.A., Kotin D.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.energyret.ru/jour/article/view/3139

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в разработке алгоритма управления преобразователем постоянного напряжения, обеспечивающего качественный переходной процесс при широком изменении входных параметров объекта управления, влияющих на его нелинейные свойства. ЦЕЛЬ. Рассмотреть методы разработки непрерывных и дискретных систем управления повышающим преобразователем постоянного напряжения и получить аналитическую зависимость учета нелинейных свойств объекта управления, влияющих на качество регулирования выходного напряжения стабилизатора напряжения. МЕТОДЫ. В качестве метода расчёта коэффициентов системы управления преобразователем постоянного напряжения был выбран метод разделения движения, причем контур тока настраивается на технический оптимум, а контур напряжения на симметричный оптимум. Сравнение полученных аналитических решений математических моделей и имитационных моделей производилось в программной среде SimInTech. РЕЗУЛЬТАТЫ. Результаты моделирования показывают, что аналитическое решение математической модели системы стабилизации напряжения имеет меньшее время переходного процесса, чем результаты имитационного моделирования. Это объясняется тем, что в математической модели, по которой синтезировался непрерывный алгоритм управления, не учитывается наличие силового входного фильтра, а также степень предзаряда силовых конденсаторов. Из-за чего время переходного процесса в имитационных моделях протекает медленнее, примерно в 4 раза, чем в математической модели. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При сравнении алгоритмов управления между собой видно, что алгоритм, полученный путем переоборудования непрерывного алгоритма методом Тустена имеет наименьшее время переходного процесса, чем остальные разработанные алгоритмы. Непрерывный алгоритм и алгоритм, полученный методом обратного преобразования Эйлера, имеют близкое к друг другу быстродействие, а самым медленным является алгоритм, полученный прямым преобразованием Эйлера.

RELEVANCE of the study lies in the development of an algorithm for controlling a DC voltage converter capable of providing a high-quality transient process with a wide change in the input parameters of the control object, affecting its nonlinear properties. purpose. THE PURPOSE. To consider methods for the development of continuous and discrete control systems for a step-up DC voltage converter and to obtain an analytical dependence of accounting for the nonlinear properties of the converter that affect the quality of regulation of the output voltage of the voltage stabilizer METHODS. The method of the average geometric root was chosen as a method for calculating the coefficients of the DC voltage converter control system, and the current circuit is adjusted using the technical optimum method, and the voltage circuit using the symmetric optimum method. The obtained analytical solutions of mathematical models and simulation models were compared in the SimInTech software environment. results. RESULTS. The simulation results show that the analytical solution of the mathematical model of the voltage stabilization system has a shorter transition time than the simulation results. This is due to the fact that in the mathematical model according to which the continuous control algorithm was synthesized, the presence of a power input filter, as well as the degree of their precharge, is not taken into account. Because of this, the transition time on simulation models is slower, applied 4 times than in the mathematical model. conclusion. CONCLUSION. When comparing the algorithms with each other, it can be seen that the algorithm obtained by converting a continuous algorithm by the Tusten method has the shortest transition time than all other algorithms. The continuous algorithm and the algorithm obtained by the inverse Euler transformation method have a speed close to each other, and the algorithm obtained by the direct Euler transformation turns out to be the slowest.

синтез регулятораПИД-регуляторсамоподстройкаboost преобразовательSimInTechDC/DC преобразователь

controller synthesisPID controllerself-tuningboost converterSimInTechDC/DC converter

References1

Olivares D.E. et al. Trends in Microgrid Control // IEEE Trans. Smart Grid. 2014. Vol. 5, № 4. P. 1905–1919.

Rezkallah M. et al. Microgrid: Configurations, Control and Applications // IEEE Trans. Smart Grid. 2019. Vol. 10, № 2. P. 1290–1302.

El-Shahat A., Sumaiya S. DC-Microgrid System Design, Control, and Analysis // Electronics. 2019. Vol. 8, № 2. P. 124.

Лукутин Б.В., Муравьев Д.И. Перспективы децентрализованных систем электроснабжения постоянного тока с распределённой солнечной генерацией // ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИНЖИНИРИНГ ГЕОРЕСУРСОВ. 2020. Vol. 331, № 6. P. 184–196.

Lukutin B.V., Muravyov D.I. Prospects for decentralized DC power supply systems with distributed solar generation // NEWS OF THE TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY GEORESOURCES ENGINEERING. 2020. Vol. 331, no. 6. pp. 184–196. (In Russ.)

Муровский С.П., Курзо А.Н. Система Автономного Электроснабжения Удаленных Потребителей На Базе Возобновляемых Источников Энергии // УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ. 2017. Vol. 6, № 3. P. 54–57.

Murovsky S.P., Kurzo A.N. System of Autonomous Power Supply to Remote Consumers Based on Possible Energy Sources // SUCCESS OF MODERN SCIENCE. 2017. Vol. 6, no. 3. pp. 54– 57. (In Russ.)

Бычков О.В., Степанов Е.Е., Васенин С.Е. Стабилизированные энергоисточники для линейных потребителей нефтегазопроводов // ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ ПОДГОТОВКА ПЕРСОНАЛА И ПОДДЕРЖАНИЕ ЕГО КВАЛИФИКАЦИИ. 2021. № 5. P. 25–36.

Bychkov O.V., Stepanov E.E., Vasenin S.E. Stabilized energy sources for linear consumers of oil and gas pipelines // OPERATIONAL MANAGEMENT IN ELECTRIC POWER INDUSTRY TRAINING OF PERSONNEL AND MAINTAINING ITS QUALIFICATIONS. 2021. No. 5. pp. 25– 36.7. (In Russ.)

M. S. Simoiu, V. Calofir, S. S. Iliescu, I. Fagarasan and N. Arghira, "BOOST converter modelling as a subsystem of a photovoltaic panel control system," 2020 IEEE International Conference on Automation, Quality and Testing, Robotics (AQTR), Cluj-Napoca, Romania, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/AQTR49680.2020.9129963.

D. P. Nam, B. M. Thang and N. T. Thanh, "Adaptive Tracking Control for a Boost DC – DC Converter: A Switched Systems Approach," 2018 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2018, pp. 702-705, doi: 10.1109/GTSD.2018.8595580.

Gadekar S.D., Murali M. Optimizing Electric Vehicle Charging with Moth Flame Control Algorithm of Boost-KY Converter // Probl. Reg. Energ. 2023. № 4 (60). P. 126–140.

Hamasaki S., Mukai R., Tsuji M. Control of power leveling unit with super capacitor using bidirectional buck/boost DC/DC converter // 2012 International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). 2012. P. 1–6.

M. Zerouali, A. El Ougli, B. Tidhaf and H. Zrouri, "Fuzzy logic MPPT and battery charging control for photovoltaic system under real weather conditions," 2020 IEEE 2nd International Conference on Electronics, Control, Optimization and Computer Science (ICECOCS), Kenitra, Morocco, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICECOCS50124.2020.9314531.

M. Zerouali, A. El Ougli, B. Tidhaf and H. Zrouri, "Fuzzy logic MPPT and battery charging control for photovoltaic system under real weather conditions," 2020 IEEE 2nd Internation-al Conference on Electronics, Control, Optimization and Computer Science (ICECOCS), Kenitra, Morocco, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICECOCS50124.2020.9314531.

Y. I. Son and I. H. Kim, "Complementary PID Controller to Passivity-Based Nonlinear Control of Boost Converters With Inductor Resistance," in IEEE Transactions on Control Sys-tems Technology, vol. 20, N 3, pp. 826-834, May 2012, doi: 10.1109/TCST.2011.2134099.

Y. I. Son and I. H. Kim, "Complementary PID Controller to Passivity-Based Nonlinear Control of Boost Converters With Inductor Resistance," in IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 20, N 3, pp. 826-834, May 2012, doi: 10.1109/TCST.2011.2134099.

J. Wang, S. Li, J. Fan and Q. Li, "Nonlinear disturbance observer based sliding mode control for PWM-based DC-DC boost converter systems," The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC), Qingdao, China, 2015, pp. 2479-2484, doi: 10.1109/CCDC.2015.7162338.

J. Wang, S. Li, J. Fan and Q. Li, "Nonlinear disturbance observer based sliding mode con-trol for PWM-based DC-DC boost converter systems," The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC), Qingdao, China, 2015, pp. 2479-2484, doi: 10.1109/CCDC.2015.7162338.

L. Roggia, F. Beltrame, J. E. Baggio and J. R. Pinheiro, "Digital control system applied to a PFC boost converter operating in mixed conduction mode," 2009 Brazilian Power Electronics Conference, Bonito-Mato Grosso do Sul, Brazil, 2009, pp. 698-704, doi: 10.1109/COBEP.2009.5347724.

M. Mosin, N. Popov, V. Anibroev, M. Vilberger, E. Domakhin, Engine power distribution system for four-wheel drive autonomous electric vehicle, Energy Reports, Volume 9, Supplement 1, 2023, Pages 115-122, ISSN 2352-4847, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.388.

M. Jang, M. Ciobotaru and V. G. Agelidis, "Design and Implementation of Digital Control in a Fuel Cell System," in IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 9, N 2, pp. 1158-1166, May 2013, doi: 10.1109/TII.2012.2221724.

S. -K. Kim and C. K. Ahn, "Proportional-Derivative Voltage Control With Active Damping for DC/DC Boost Converters via Current Sensorless Approach," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 68, no. 2, pp. 737-741, Feb. 2021, doi: 10.1109/TCSII.2020.3008432.

S. -K. Kim and C. K. Ahn, "Proportional-Derivative Voltage Control With Active Damping for DC/DC Boost Converters via Current Sensorless Approach," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 68, N 2, pp. 737-741, Feb. 2021, doi: 10.1109/TCSII.2020.3008432.

D. Maksimovic and R. Zane, "Small-Signal Discrete-Time Modeling of Digitally Controlled PWM Converters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, N 6, pp. 2552-2556, Nov. 2007, doi: 10.1109/TPEL.2007.909776.

D. Maksimovic and R. Zane, "Small-Signal Discrete-Time Modeling of Digitally Con-trolled PWM Converters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, N 6, pp. 2552-2556, Nov. 2007, doi: 10.1109/TPEL.2007.909776.

L. V. Bellinaso, H. H. Figueira, M. F. Basquera, R. P. Vieira, H. A. Gründling and L. Michels, "Cascade Control With Adaptive Voltage Controller Applied to Photovoltaic Boost Converters," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, N 2, pp. 1903-1912, March-April 2019, doi: 10.1109/TIA.2018.2884904.

L. V. Bellinaso, H. H. Figueira, M. F. Basquera, R. P. Vieira, H. A. Gründling and L. Mi- chels, "Cascade Control With Adaptive Voltage Controller Applied to Photovoltaic Boost Con-verters," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, N 2, pp. 1903-1912, March-April 2019, doi: 10.1109/TIA.2018.2884904.

Сафарзода, А. Х. Система управления напряжением автономной микросетипостоянного тока / А. Х. Сафарзода // Международный технико-экономический журнал. – 2019. – N 6. – С. 26-32. – DOI 10.34286/1995-4646-2019-69-6-26-32. – EDN XBSVTL.

Safarzoda, A. Kh. Voltage control system for an autonomous DC microgrid / A. Kh. Safarzoda // International Technical and Economic Journal. – 2019. – N 6. – P. 26-32. – DOI 10.34286/1995-4646-2019-69-6-26-32. – EDN XBSVTL. (In Russ.)

Морозов, В. П. Система стабилизации постоянного напряжения для источника питания высотной привязной платформы-носителя / В. П. Морозов // Датчики и системы. – 2019. – N 2(233). – С. 57-64. – EDN VJMFCG.

Morozov, V. P. DC voltage stabilization system for the power source of a high-altitude tethered carrier platform / V. P. Morozov // Sensors and systems. – 2019. – N 2(233). – pp. 57-64. – EDN VJMFCG. (In Russ.)

Красноборов, В. В. Моделирование работы системы вспомагательных машин с устройством стабилизации напряжения / В. В. Красноборов, С. В. Власьевский // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. – 2020. – N 3(24). – С. 59-63. – EDN HTXXNU.

Krasnoborov, V.V. Modeling the operation of a system of auxiliary machines with a voltage stabilization device / V.V. Krasnoborov, S.V. Vlasevsky // Transport of the Asia-Pacific Region. – 2020. – N 3(24). – pp. 59-63. – EDN HTXXNU. (In Russ.)

Маслов, А. Е. Система стабилизации напряжения в вентильном магнитоэлектрическом генераторе с реверсивным вольтодобавочным каналом / А. Е. Маслов, Г. С. Мыцык // Практическая силовая электроника. – 2021. – N 2(82). – С. 2-7. – EDN MZDIKA.

Maslov, A. E. Voltage stabilization system in a valve magnetoelectric generator with a reversible voltage boost channel / A. E. Maslov, G. S. Mytsyk // Practical power electronics. – 2021. – N 2(82). – P. 2-7. – EDN MZDIKA. (In Russ.)

Коробко, Г. И. Разработка систем управления преобразователем частоты для дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и их сравнительный анализ / Г. И. Коробко, М. П. Шилов, И. Г. Коробко // Вестник Чувашского университета. – 2019. – N 3. – С. 97-109. – EDN ZAQLAP.

Korobko, G. I. Development of control systems for a frequency converter for a diesel generator with variable speed and their comparative analysis / G. I. Korobko, M. P. Shilov, I. G. Korobko // Bulletin of the Chuvash University. – 2019. – N 3. – P. 97-109. – EDN ZAQLAP. (In Russ.)

Джендубаев, А. З. Р. Моделирование автономной электроэнергетической системы постоянного тока с полупроводниковыми трансформаторами / А. З. Р. Джендубаев, Ю. Г. Кононов, Э. А. З. Джендубаев // Электричество. – 2022. – N 7. – С. 24-39. – DOI 10.24160/0013-5380-2022-7-24-39. – EDN RBEOLN.

Dzhendubaev, A. Z. R. Modeling of an autonomous electric power system of direct current with semiconductor transformers / A. Z. R. Dzhendubaev, Yu. G. Kononov, E. A. Z. Dzhendubaev // Electricity. – 2022. – N 7. – P. 24-39. – DOI 10.24160/0013-5380-2022-7-24-39. – EDN RBEOLN. (In Russ.)

Автономная электроэнергетическая система на основе синхронного генератора с постоянными магнитами / Ю. Т. Портной, А. С. Авдеев, Е. В. Володин [и др.] // Электричество. – 2023. – N 4. – С. 17-28. – DOI 10.24160/0013-5380-2023-4-17-28. – EDN ZLHALU.

Autonomous electric power system based on a synchronous generator with permanent magnets / Yu. T. Portnoy, A. S. Avdeev, E. V. Volodin [etc.] // Electricity. – 2023. – N 4. – P. 17-28. – DOI 10.24160/0013-5380-2023-4-17-28. – EDN ZLHALU. (In Russ.)

Системы стабилизации выходного напряжения синхронных генераторов / Е. А. Бирюкова, М. А. Подгузова, Д. А. Шевцов [и др.] // Практическая силовая электроника. – 2022. – N 2(86). – С. 26-31. – EDN XOSVFI.

Systems for stabilizing the output voltage of synchronous generators / E. A. Biryukova, M. A. Podguzova, D. A. Shevtsov [et al.] // Practical power electronics. – 2022. – N 2(86). – P. 26-31. – EDN XOSVFI. (In Russ.)

Портной, Ю. Т. Регулировочная характеристика активного выпрямителя напряжения в составе автономной электроэнергетической системы при стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами / Ю. Т. Портной, А. С. Абдурагимов, Д. Э. Доброхотов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. – 2021. – Т. 182, N 3. – С. 3-6. – EDN WFBGYV.

Portnoy, Yu. T. Regulating characteristics of an active voltage rectifier as part of an autonomous electric power system when stabilizing the voltage of a synchronous generator with permanent magnets / Yu. T. Portnoy, A. S. Abduragimov, D. E. Dobrokhotov // Issues of Electromechanics. Proceedings of VNIIEM. – 2021. – T. 182, N 3. – P. 3-6. – EDN WFBGYV. (In Russ.)

Малёв Н.А., Мухаметшин А.И., Погодицкий О.В., Чичков П.В. Сравнительный анализ аппаратно-программного обеспечения метода контроля функционирования электромеханических преобразователей постоянного тока. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020;22(5):142-154. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-5-142-154

Malev N.A., Mukhametshin A.I., Pogoditsky O.V., Chichkov P.V. Comparative analysis of hardware and software of the monitoring method of fun ctioning electromechanical DC converters. Power engineering: research, equipment, technology. 2020;22(5):142-154. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-5-142-154

Никулин О.В., Шабанов В.А. Компьютерная модель регулятора подачи долота на основе электродвигателя постоянного тока и ферропорошкового тормоза. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2017;19(3-4):184-194. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-3-4-184-194

Nikulin O.V., Shabanov V.A. Computer simulation of a drilling bit feed rate regulator comprising of a dc motor. Power engineering: research, equipment, technology. 2017;19(3-4):184-194. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-3-4-184-194

Малёв Н.А., Погодицкий О.В., Козелков О.В., Малацион А.С. Цифровой алгоритм контроля функционирования электромеханического преобразователя постоянного тока. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(1):126-140. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-1-126-140

Malev N.A., Pogoditsky O.V., Kozelkov O.V., Malacion A.S. Digital algorithm monitoring functioning of electromechanical dc converter. Power engineering: research, equipment, technology. 2022;24(1):126-140. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-1-126-140

The authors declare that there are no conflicts of interest present.