Ключові слова
control algorithm
electrical drives
voltage controller
stability
load current compensation DC-DC перетворювач
комбінований алгоритм керування
електропривод
регулятор напруги
стійкість
компенсація струму навантаження
Як цитувати
Анотація
Роботу присвячено розробці каскадних систем керування напругою ланки постійного струму реверсивних силових DC-DC перетворювачів, які живлять високодинамічні навантаження, такі як векторно-керовані синхронні електроприводи. Новітні результати по розробці методів синтезу і аналізу керувань DC-DC перетворювачів, які є суттєво нелінійними та немінімально фазовими об’єктами, дали змогу не тільки синтезувати системи з підвищеними показниками якості керування, але й встановили невідомі раніше властивості, що важливі для їх подальшого вдосконалення і оптимізації. Показано, що струм навантаження діє не тільки як зовнішнє збурення, але й впливає на параметри замкненої системи і таким чином визначає показники якості керування та її стійкість. Задля послаблення впливу варіацій параметрів, обумовлених цим явищем, запропоновано використовувати комбіноване керування, яке містить: а) оптимізацію каскадної системи на ‘симетричний’ оптимум з налаштуванням виходячи з ‘найгіршого випадку’, що забезпечує заданий запас стійкості відносно максимального значення навантаження; б) компенсацію збурення на основі вимірювання або оцінювання струму навантаження. В той час як перша технологія покращує робастність відносно значень струмів, але зменшує динамічну точність, друга сприяє підвищенню точності стабілізації напруги. Для DC-DC перетворювачів, які живлять векторно-керовані синхронні двигуни з постійними магнітами (IPMSM), розрахунок навантаження здійснюється з рівняння балансу потужності системи «DC-DC перетворювач – електропривод». Композитна електромеханічна система забезпечує високі показники якості перехідних процесів DC-DC перетворювача разом з розширеним діапазоном навантаження, що підтверджується результатами експериментів, а також моделювання на основі експериментальних процесів синхронного електроприводу. Бібл. 13, рис. 7, табл. 1.
Посилання
1. Kapat S., Krein P.T. A tutorial and review discussion of modulation, control and tuning of high-performance DC-DC converters based on small-signal and large-signal approaches. IEEE Open Journal of Power Electronics. 2020. Vol. 1. Pp. 339-371. DOI: https://doi.org/10.1109/OJPEL.2020.3018311.
2. Gorji S.A., Sahebi H.G., Ektesabi M., Rad A.B. Topologies and control schemes of bidirectional DC-DC power converters: An overview. IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pp. 117997-118019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2937239.
3. Forouzesh M., Siwakoti Y.P., Gorji S.A., Blaabjerg F., Lehman B. Step-up DC-DC converters: A comprehensive review of voltage-boosting techniques, topologies, and applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2017. Vol. 32. No 12. Pp. 9143-9178. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2652318.
4. Vasca F., Iannelli L. Dynamics and Control of Switched Electronic Systems: Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters. Springer London, 2012. 494 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-2885-4.
5. Sira-Ramirez H.J., Ramón S.O. Control Design Techniques in Power Electronics Devices. Springer London, 2006. 423 p. DOI: https://doi.org/10.1007/1-84628-459-7.
6. Sanders S.R., Noworolski J.M., Liu X.Z., Verghese G.C. Generalized averaging method for power conversion cir-cuits. IEEE Transactions on Power Electronics. 1991. Vol. 6. No 2. Pp. 251-259. DOI: https://doi.org/10.1109/63.76811.
7. Vazquez S., Rodriguez J., Rivera M., Franquelo L.G., Norambuena M. Model predictive control for power convert-ers and drives: Advances and trends. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017. Vol. 64. No 2. Pp. 935-947. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2625238.
8. Mukherjee N., Strickland D. Control of cascaded DC-DC converter-based hybrid battery energy storage systems - part II: Lyapunov approach. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63. No 5. Pp. 3050-3059. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2511159.
9. Song Z., Hou J., Hofmann H., Li J., Ouyang M. Sliding-mode and Lyapunov function-based control for bat-tery/supercapacitor hybrid energy storage system used in electric vehicles. Energy. 2017. Vol. 122. Pp. 601-612. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.01.098.
10. Peresada S., Kovbasa S., Pushnitsyn D., Zaichenko Y. Two nonlinear controllers for voltage source AC-DC con-verter. IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Kyiv, Ukraine, 2017. Pp. 462-467. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100532.
11. Peresada S.M., Nikonenko Y.O., Kovbasa S.M., Kuznetsov A., Lukianchikov A.L. Design of cascaded voltage control systems of bidirectional DC-DC buck-boost converters. Tekhnichna Elektrodynamika. 2024. No 1. Pp. 27-37. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2024.01.027. (Ukr)
12. Lyubchyk L. Inverse model approach to disturbance rejection problem. In: Advanced Control Systems: Theory and Applications. River Publishers, 2021. Pp. 129-166. DOI: https://doi.org/10.1201/9781003337010-6.
13. Peresada S., Nikonenko Y., Reshetnyk V., Kiselychnyk O. Dynamics of the synchronous motor based traction elec-tromechanical systems with hybrid energy sources. IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP). Kremenchuk, Ukraine, 2020. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240798.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА