Fonte DC variável chaveada com topologia forward: uma aplicação de controle digital LQR/LGG (2021)
- Authors:
- USP affiliated author: BACCARO, MARCELO MONARI - EP
- School: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: FILTROS DE KALMAN; MATLAB; SIMULINK; CONTROLE DIGITAL
- Language: Português
- Abstract: Este trabalho de conclusão de curso apresenta o projeto e implementação virtual de uma fonte chaveada variável de tensão contínua com a topologia do conversor forward com dois transistores, de maneira que os seus componentes eletrônicos são selecionados de catálogos comerciais, exceto pelo transformador, que é projetado. A dinâmica da eletrônica de potência é estudada para obter um modelo médio linearizado. O algoritmo de controle segue o paradigma de realimentação de estados em tempo discreto com ação integral, em que o seu ganho _e obtido por minimização de um funcional quadrático com uma execução de horizonte infinito (LQR). Além disso, o controlador emprega o filtro de Kalman de horizonte infinito (LQG) como observador de estados. A implementação virtual ocorre em duas parte. Na primeira parte, faz-se simulações no Matlab/Simulink do controlador em conjunto com o modelo médio linear da fonte chaveada, em que testa-se a capacidade do controlador resolver o problema de servomecanismo, ou seja, se o sistema em malha fechada converge para uma dada referência. E, na segunda parte, faz-se simulações no PSIM do controlador em conjunto com o circuito equivalente da fonte chaveado implementado com diagramas de blocos, em que novamente testa-se a rastreabilidade do sistema em malha fechada, mas também verifica-se a variação da tensão de saída em regime permanente. Em ambas as partes, considera-se a presença de ruído, tanto dentro do conversor DC-DC quanto na medição da tensão de saída, e a não-linearidade da quantização, que ocorre devido a resolução limitada do ADC e do DAC, tornando o controle em tempo discreto em controle digital. As simulações testaram o controlador em diversos cenários, tanto no caso da fonte ter os parâmetros nominais de projeto do controlador quanto emcasos com perturbações nos parâmetros, variações de tensão de entrada, variações de carga e presença de dinâmica rápida não modelada e perturbação constante. Em todos os cenários o controlador conseguiu fazer o sistema em malha fechada convergir para a referência, o que lhe confere robustez de estabilidade. Além disso, nos casos em que a carga não obriga o conversor forward a estar em DCM, a performance do controlador satisfaz os requerimentos de projeto mesmo com variações carga, o que lhe confere certa robustez de performance. Porém, os testes da variação da tensão de saída em regime permanente mostram que a variação é aceitável, principalmente, no caso da fonte chaveada com parâmetros nominais e pequenas perturbações no sistema. Porém, a fonte chaveada ainda precisa de um cuidado com o projeto de supressores de ruído EMI para competir com as fontes comerciais.
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ABNT
BACCARO, Marcelo Monari. Fonte DC variável chaveada com topologia forward: uma aplicação de controle digital LQR/LGG. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/2c7d0995-af8e-46fc-b7ba-4a57d9d4f12f/MARCELO%20MONARI%20BACCARO%20TCC21.pdf. Acesso em: 27 abr. 2024. -
APA
Baccaro, M. M. (2021). Fonte DC variável chaveada com topologia forward: uma aplicação de controle digital LQR/LGG (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/2c7d0995-af8e-46fc-b7ba-4a57d9d4f12f/MARCELO%20MONARI%20BACCARO%20TCC21.pdf -
NLM
Baccaro MM. Fonte DC variável chaveada com topologia forward: uma aplicação de controle digital LQR/LGG [Internet]. 2021 ;[citado 2024 abr. 27 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/2c7d0995-af8e-46fc-b7ba-4a57d9d4f12f/MARCELO%20MONARI%20BACCARO%20TCC21.pdf -
Vancouver
Baccaro MM. Fonte DC variável chaveada com topologia forward: uma aplicação de controle digital LQR/LGG [Internet]. 2021 ;[citado 2024 abr. 27 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/2c7d0995-af8e-46fc-b7ba-4a57d9d4f12f/MARCELO%20MONARI%20BACCARO%20TCC21.pdf
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