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

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.

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

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

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

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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

30. 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

31. 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