Controle de um inversor elevador monofásico não-linear: Uma análise comparativa entre métodos lineares e não-lineares

Abstract

Neste trabalho, estudaram-se diferentes propostas de controladores lineares e nãolineares aplicados a uma nova topologia de inversor elevador de tensão apresentada recentemente na literatura. O objetivo geral do trabalho foi realizar uma análise comparativa entre métodos de controle lineares e não-lineares, para solucionar o problema de rastreamento de saída de uma referência senoidal de 60 Hz, com robustez a perturbações paramétricas e de carga, considerando o modelo dinâmico do inversor Boost. Foram projetados os seguintes controladores para o inversor Boost: Proporcional Integral (PI), Proporcional Ressonante (PR), Proporcional Multi-Ressonante (PMR), Proporcional Integral Multi-Ressonante (PIMR), e dois controladores por realimentação linearizante. Os controladores foram validados no sofware de simulação PSIM. Em seguida, fez-se uma análise comparativa detalhada dos seus desempenhos, tanto em termos do rastreamento da referência senoidal quanto da robustez a perturbações paramétricas e de carga, observando índices como distorção harmônica total (THD), defasagem, tensões e correntes máximas e mínimas e tempo de acomodação. Os resultados do trabalho indicaram que o controlador PIMR (Proporcional Integrativo Multi- Ressonante) apresentou o melhor conjunto de resultados para as simulações, seguido pela Realimentação Linearizante com Escalonamento de Ganho e pelo controlador PR (Proporcional Ressonante). Com isso, evidenciou-se o potencial que controladores mais sofisticados possuem para aprimorar o desempenho de inversores na prática. Além disso, foram listadas as melhores indicações de uso para os controladores projetados, e uma tabela enfatizando as vantagens e limitações de cada técnica de controle foi elaborada para auxiliar projetos que pretendam utilizar o inversor Boost no futuro.

In this project, different proposals of linear and non-linear controllers applied to a new inverter topology recently introduced in the literature, were studied. The general objective of the study was to perform a comparison between linear and non-linear control methods to solve the output tracking problem of a 60 Hz sinusoidal reference, with robustness to parametric and load disturbances, considering the dynamic model of the Boost inverter. The following controllers were designed for the Boost inverter: Proportional Integral (PI), Proportional Resonant (PR), Proportional Multi-Resonant (PMR), Proportional Integral Multi-Resonant (PIMR), and two controllers based on Exact Linearization techniques. The controllers were validated using the PSIM electronic circuit simulation software. Subsequently, a detailed comparative analysis of their performances was conducted, focusing on both sinusoidal reference tracking and robustness against parametric and load disturbances, considering metrics such as total harmonic distortion (THD), phase lag, maximum and minimum voltages and currents, and settling time. The results of the study indicated that the PIMR (Proportional Integral Multi-Resonant) controller exhibited the best overall performance in simulations, followed by Gain-Scheduled Feedback Linearization and the PR (Proportional Resonant) controller. This highlighted the potential that more sophisticated controllers have to enhance the performance of inverters in practical applications. Additionally, optimal recommendations for the use of the designed controllers were listed, and a table emphasizing the advantages and limitations of each control technique was prepared to assist projects intending to use the Boost inverter in the future.