Un controlador super-torsional integral PID de dos grados de libertad basado en el optimizador de búsqueda de átomos aplicado a convertidores entrelazados DC-DC para aplicaciones de celdas de combustible
Autores: Saadi, Ramzi; Hammoudi, Mohamed Yacine; Salah, Okba; Laadjal, Khaled; Cardoso, Antonio J. Marques
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un controlador super-torsional integral PID de dos grados de libertad basado en el optimizador de búsqueda de átomos aplicado a convertidores entrelazados DC-DC para aplicaciones de celdas de combustible
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Conversor
Estrategia de control
Eficiencia
Rendimiento
Algoritmo de optimización
Estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 86
Citaciones: Sin citaciones
Este documento se centra en la implementación en tiempo real de un control óptimo de alto rendimiento aplicado a un convertidor DC/DC entrelazado no aislado diseñado para aplicaciones de celdas de combustible. Se utilizan convertidores elevadores entrelazados trifásicos para minimizar la fluctuación de corriente de entrada, aumentar la eficiencia y proporcionar un voltaje de salida alto para garantizar el rendimiento de la pila de celdas de combustible. La estrategia de control propuesta contiene un lazo externo que genera la corriente de referencia basada en un controlador PID de dos grados de libertad. Este controlador proporciona un seguimiento robusto del punto de ajuste y rechazo de perturbaciones, lo que mejora la respuesta y eficiencia del sistema. Se desarrolla un lazo de regulación interna rápida basado en un algoritmo de modo deslizante integral de super-rotación (STISM) para lograr un voltaje de salida de convertidor fijo, una distribución equitativa de corriente de fase y una regulación rápida contra perturbaciones de carga en caso de fallo operativo. El algoritmo STISM exhibe una propiedad de convergencia rápida del modo deslizante y evita eficazmente el fenómeno de batido frecuentemente observado en los modos deslizantes convencionales. Las ganancias del controlador propuesto se determinan utilizando el algoritmo de optimización de búsqueda de átomos, que garantiza una confiabilidad excepcional y un alto grado de robustez y estabilidad de los controladores bajo una variedad de condiciones operativas. Este método está inspirado en el comportamiento de los átomos y sus electrones durante el proceso de excitación que conduce a una técnica de optimización única que contribuye a la confiabilidad del controlador. Mediante herramientas de simulación Matlab-Simulink, la eficacia y el rendimiento del control diseñado se han evaluado y comparado primero con otros algoritmos de optimización, y luego con un lazo doble basado en un controlador PID. Posteriormente, se han verificado mediante la implementación en hardware en tiempo real en un prototipo de convertidor FC de 1.2 KW impulsado por la tarjeta dSPACE-1104 bajo una variedad de pruebas. El enfoque sugerido ofrece resultados experimentales impresionantes en estados dinámicos y estacionarios.
Descripción
Este documento se centra en la implementación en tiempo real de un control óptimo de alto rendimiento aplicado a un convertidor DC/DC entrelazado no aislado diseñado para aplicaciones de celdas de combustible. Se utilizan convertidores elevadores entrelazados trifásicos para minimizar la fluctuación de corriente de entrada, aumentar la eficiencia y proporcionar un voltaje de salida alto para garantizar el rendimiento de la pila de celdas de combustible. La estrategia de control propuesta contiene un lazo externo que genera la corriente de referencia basada en un controlador PID de dos grados de libertad. Este controlador proporciona un seguimiento robusto del punto de ajuste y rechazo de perturbaciones, lo que mejora la respuesta y eficiencia del sistema. Se desarrolla un lazo de regulación interna rápida basado en un algoritmo de modo deslizante integral de super-rotación (STISM) para lograr un voltaje de salida de convertidor fijo, una distribución equitativa de corriente de fase y una regulación rápida contra perturbaciones de carga en caso de fallo operativo. El algoritmo STISM exhibe una propiedad de convergencia rápida del modo deslizante y evita eficazmente el fenómeno de batido frecuentemente observado en los modos deslizantes convencionales. Las ganancias del controlador propuesto se determinan utilizando el algoritmo de optimización de búsqueda de átomos, que garantiza una confiabilidad excepcional y un alto grado de robustez y estabilidad de los controladores bajo una variedad de condiciones operativas. Este método está inspirado en el comportamiento de los átomos y sus electrones durante el proceso de excitación que conduce a una técnica de optimización única que contribuye a la confiabilidad del controlador. Mediante herramientas de simulación Matlab-Simulink, la eficacia y el rendimiento del control diseñado se han evaluado y comparado primero con otros algoritmos de optimización, y luego con un lazo doble basado en un controlador PID. Posteriormente, se han verificado mediante la implementación en hardware en tiempo real en un prototipo de convertidor FC de 1.2 KW impulsado por la tarjeta dSPACE-1104 bajo una variedad de pruebas. El enfoque sugerido ofrece resultados experimentales impresionantes en estados dinámicos y estacionarios.