Εύρωστοι και προσαρμοτικοί Μη-Γραμμικοί ελεκτές για διάταξη DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης - Μάρκου Αχιλλέας (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, 2017)
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και αντιμετώπιση των προβλημάτων που προκύπτουν κατά τον έλεγχο ενός DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης που τροφοδοτεί είτε καθαρά ωμικό φορτίο είτε φορτίο σταθερής ισχύος και λειτουργεί σε περιβάλλον με αβεβαιότητες/διαταραχές. Καθώς ο μετατροπέας ανύψωσης λειτουργεί ως ενδιάμεσος κατά τη μεταφορά της ενέργειας από μια πηγή προς ένα φορτίο, στην πραγματικότητα, αβεβαιότητες μπορεί να προκύψουν σε όλα στοιχεία αυτού του συστήματος. Στο πρόβλημά μας θεωρήσαμε ότι αβεβαιότητα υπάρχει στην πηγή και στα φορτία και όχι στον ίδιο τον μετατροπέα, καθώς στην πράξη, τα στοιχεία του μπορούν να μοντελοποιηθούν με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Για τον έλεγχο του μετατροπέα χρησιμοποιήθηκαν δύο μη-γραμμικοί ελεγκτές, ένας εύρωστος και ένας προσαρμοστικός. Και στις δύο μεθόδους αποδεικνύεται η ευστάθεια μικρού σήματος (small signal stability), δηλαδή γύρω από το σημείο ισορροπίας, και μεγάλου σήματος (large signal stability) δηλαδή το γεγονός ότι εξασφαλίζεται η ικανότητα του ελεγκτή να οδηγήσει το σύστημα από την αρχική κατάσταση στο επιθυμητό σημείο ισορροπίας. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται στην γραμμικοποίηση του μαθηματικού μοντέλου του μετατροπέα και αποδεικνύεται η ευστάθεια του συστήματος γύρω από το επιθυμητό σημείο ισορροπίας (small signal stability). Ύστερα, τα αποτελέσματα επεκτείνονται σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του μετατροπέα με την εφαρμογή της θεωρίας σχεδιασμού κερδών (Gain Scheduling Theory). Με την χρήση της πρώτης μεθόδου γίνεται εκτίμηση του μέρους της αβεβαιότητας που μπορεί να αντιμετωπίσει ο ελεγκτής και να λειτουργήσει αποτελεσματικά. Τα αποτελέσματα αυτά ποσοτικοποιούνται με την χρήση μέτρων μη-αντιστοίχισης των αβεβαιοτήτων (measures of mismatch) και σύγκρισής τους με ένα ανώτατο όριο επιτρεπτής μη-αντιστοίχισης (threshold of mismatch). Ο δεύτερος ελεγκτής βασίζεται στη μέθοδο γραμμικοποίησης εισόδου-εξόδου (Input-Output Linearization). Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο το τμήμα των μεταβλητών κατάστασης που δε γραμμικοποιείται μένει μη ελέγξιμο και ονομάζεται εσωτερική δυναμική. Αν η εσωτερική δυναμική του συστήματος είναι ασταθής τότε ο έλεγχος δεν μπορεί να εφαρμοστεί. Για το λόγο αυτό, επαναπροσδιορίζεται η μεταβλητή εξόδου με τέτοιο τρόπο ώστε η εσωτερική δυναμική του συστήματος να παραμένει ευσταθής. Ο έλεγχος αυτός είναι προσαρμοστικός καθώς κατά την εφαρμογή του γίνεται εκτίμηση και της τάσης εισόδου και της τιμής των φορτίων. Αποδεικνύεται ότι η προτεινόμενη μέθοδος εξασφαλίζει ασυμπτωτική σύγκλιση της μεταβλητής εξόδου στην επιθυμητή τιμή και ότι η εσωτερική δυναμική παραμένει ευσταθής σε όλη την τροχιά, από την αρχική κατάσταση μέχρι το επιθυμητό σημείο ισορροπίας, με την ελάχιστη δυνατή επίδραση στην έξοδο. Για την επαλήθευση των θεωρητικών αποτελεσμάτων υλοποιούνται προσομοιώσεις σε περιβάλλον Matlab/Simulink καθώς και πειράματα σε μετατροπέα ανύψωσης και φορτίο σταθερής ισχύος τα οποία σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας στο εργαστήριο ΣΗΕ.