ارائه شیوه جدیدی برای مدلسازی مبدل Cuk بر مبنای گراف سیگنال جریان و کنترل آن به روش مقاوم از نوع حساسیت ترکیبی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله شیوه جدیدی بر مبنای گراف سیگنال جریان برای مدلسازی مبدل Cuk ارائه شده و در کنار آن روش اولیه مبتنی بر گراف سیگنال جریان پیشنهاد شده در مراجع نیز بر روی مبدل Cuk پیاده شده است. روش پیشنهادی فرآیند بسیار ساده­تری در مقایسه با سایر روش­های مدلسازی و هم چنین روش قدیمی­تر مبتنی بر گراف سیگنال جریان داشته و از گراف به دست آمده می­توان سه مدل سیگنال کوچک، سیگنال بزرگ و حالت ماندگار مبدل را استخراج نمود. هم چنین بعد از به دست آوردن گراف مبدل می­توان تابع تبدیل هر متغیری در مدار را نسبت به متغیر دلخواه دیگر و بدون افزودن بار محاسباتی بیش­تر به دست آورد. بعد از انجام مدلسازی، مساله طراحی یک سیستم کنترلی برای مبدل Cuk مورد بحث قرار گرفته است. در فرآیند پیشنهادی از یک روش کنترل مقاوم برای طراحی سیستم کنترلی استفاده شده است. با وجود اینکه مدار مبدل ذاتأ غیرخطی می­باشد، در اینجا نشان داده می­شود که این مساله در طراحی کنترل کننده تاثیر نداشته و به وسیله کنترل کننده­های خطی با پارامترهای تنظیم شده به روش مقاوم و از نوع حساسیت ترکیبی، کنترل مبدل امکان­پذیر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A New Method of Modeling for Cuk Converter Based on Signal Flow Graph Approach and its Control by using a Mixed Sensitivity Type Robust Technique

نویسندگان [English]

  • Leila Mohammadian
  • Ebrahim Babaei
  • Mohammad Bagher Bannae Sharifian
چکیده [English]

In this paper, a new method based on signal flow graph is proposed for modeling a Cuk converter. Furthermore, the original signal flow graph based method suggested in literature is also implemented on the Cuk converter. The proposed method is very simple in the process, compared to other methods of modeling and the old method of signal flow graph. By using signal flow graph approach the three models of small signal, large signal and steady state are extracted. Also, without adding any additional computation, the desired transfer function between any two state variables of the circuit is extractable. After modeling the converter, a controller design problem for the Cuk converter will be discussed. A robust control method is proposed for controlling the system. It will be shown that, although the switching converter has a nonlinear nature, but this does not affect the controller design problem. By using a linear controller with parameters tuned with a robust method of mixed sensitivity type, controlling the converter is possible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mixed sensitivity
  • Model based control
  • Robust control
  • Signal flow graph
  • Cuk converter

 

 

 

[1] Kapat, S. (2009). ”Control methods for improving the performance of dc-dc converters”. Ph.D. Thesis, Kharagpur, India.

[2] Gatto, G., Marongiu, I., Mocci, A., Serpi, A. (2013). “An improved averaged model for boost dc-dc converters” in Proc. IEEE, IECON, pp. 412– 417, Vienna.

[3] Morales-Saldana, J.A., Carbajal Guierrez, E.E., Leyva-Ranos, J. (2002). “Modelling of switch mode dc-dc cascade converters”, IEEE Trans. Aerospace Electron. Sys., Vol. 38, No. 1, pp. 295-299.

[4] Priewasser, R. (2012). “Modeling, control and digital implementation of dc-dc converters under variable switching frequency operation”. PhD. Thesis, Klagenfurt University.

[5] Priewasser, R., Agostinelli, M., Unterrieder, Ch., Marsili, S., Huemer, M. (2014). “Modeling, Control, and Implementation of dc–dc Converters for Variable Frequency Operation”. IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, No. 1, pp. 287–301.

[6] Wong, L.K., Man, T.K. (2010). “Small signal modeling of open loop SEPIC converters”. IET Power Electron., Vol. 3, No. 6, pp. 858-868.

[7] Babaei, E., and Mashinchi Maheri, H. (2013). “Analytical solution for steady and transient states of buck dc–dc converter in CCM”. Arab. Journal Sci. Eng., Vol. 38, No. 12, pp. 3383-3397.

[8] Mashinchi Mahery, H., and Babaei, E. (2013). “Mathematical modeling of buck–boost dc–dc converter and investigation of converter elements on transient and steady state responses”.Electrical Power and Energy Systems, Elsevier, Vol. 44, pp.949-963.

[9] Ki, W.H. (1998). “Signal flow graph in loop gain analysis of dc-dc PWM CCM switching converters”. IEEE Trans. Circuit Sys., Vol. 45, No. 6, pp. 644-655.

[10] Smedley, K., Cuk, S. (1994). “Switching flow graph nonlinear modeling technique”. IEEE Trans. Power Electron., Vol. 9, No. 4, pp. 405-413.

[11] Veerachary, M. (2004). “General rules for signal flow graph modeling and analysis of dc-dc converters”. IEEE Trans. Aerospace Electron. Sys., Vol. 40, No. 1, pp. 259–271.

[12] Veerachary, M. (2008). “Analysis of fourth-order dc-dc converters: A flow graph approach”. IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 55, No. 1, pp. 133-141.

[13] Palomo, R.L., Saldan, J.A.M., Ramos, J.L. (2012). “Signal flow graphs for modeling of switching converters with reduced redundant power processing”. IET Power Electron., Vol. 5, No. 7, pp. 1008-1016.

[14] Veerachary, M., and Singamaneni, B.S. (2009). “Stability Analysis of Cascaded DC–DC Power Electronic System”. IEEJ Trans. Elec. Electron. Eng., Vol. 4, No. 6, pp. 763–770.

[15] Renaudineau, H., Martin, J., Mobarakeh, B.N., Pierfederici, S. (2014). “DC-DC converters dynamic modeling with state observer-based parameter estimation”. IEEE Trans. Power Electron., Vol. 99, No.1, pp.1-9.

[16] Mohammadian, L., Babaei, E., Sharifian, M.B.B. (2015). “Buck-boost dc-dc converter control by using the extracted model from signal flow graph method” International Journal of Applied Mathematics, Electronics and Computers, vol. 3. No. 3, pp. 155-160.

 

[17] Liao, L.Ch., Chien, K.W., Tseng, B.Ch. (2014). “Switching flow-graph modeling technique for DC-DC cuk converters” in Proc. IEEE, ECCE, pp. 1- 10, Lappeenranta.

[18] Abramovitz, A., Yao, J., Smedley, K. (2016). “Unified modeling of PWM converters with regular or tapped inductors using TIS-SFG approach” IEEE Trans. Power Electron.,Vol. 31, No.2, pp.1702- 1716.

[19] Selwan, E., Park, G., Gajic, Z. (2015). “ Optimal control of the Cuk converter used in solar cells via a jump parameter technique” IET Control Theory Appl., Vol. 9, No. 6, pp. 893–899.

[20] Long, B., Lim, Sh.T., Bai, Zh.F., Ryu, J.H., Chong, K.T. (2014). “Energy management and control of electric vehicles, using hybrid power source in regenerative braking operation”. Energies, Vol. 7, No. 7, pp. 4300-4315.

[21] Camara, M.B., Gualous, H., Gustin, F., Berthon, A., Dakyo, B. (2010). ”DC/DC converter design for supercapacitor and battery power management in hybrid vehicle applications—Polynomial control strategy”. IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 57, No. 2, pp. 587–597.