فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

طراحی کنترل کننده پیش بین مدل برای مبدل افزاینده ولتاژ مرتبه دوم تک سوئیچ و مقایسه با کنترل کننده غیر فعال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 گروه مهندسی برق، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، ایران
2 گروه مهندسی برق، دانشکده فناوری و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران.
10.48301/kssa.2026.552680.3326
چکیده
در این پژوهش، یک استراتژی کنترل پیش‌بین مدل MPC به ‌منظور دست یابی به کنترل دقیق ولتاژ خروجی مبدل بوست مرتبه دوم طراحی و تحلیل شده است. کنترل دقیق مبدل های قدرت، بدلیل رفتار غیر خطی و وابستگی چند متغیره، بخصوص در حضور اغتشاشات و تغییرات بار همیشه بعنوان یک چالش جدی فنی به حساب می آید. در این مقاله، پس از مدل‌سازی دقیق ریاضی مبدل بوست مرتبه دوم، با بهره‌گیری از پیش‌بینی وضعیت آینده و اعمال محدودیت‌های کنترلی درورودی، نرخ ورودی و نیز خروجی های کنترل‌کننده، یک کنترل کننده MPC طراحی گردید. از مهمترین قابلیت های این کنترل‌کننده این است که در هر لحظه، سیگنال کنترلی بهینه را برای رسیدن به ولتاژ مرجع با کمترین نوسان و فراجهش انتخاب می نماید. به ‌منظور ارزیابی عملکرد کنترل کننده بر روی سیستم مورد مطالعه، شبیه‌سازی‌ها با عناصر واقعی در محیط MATLAB/Simulink انجام شد و نتایج آن با پاسخ کنترل کننده کلاسیک PI و کنترل کننده بر مبنای غیر فعالی مقایسه گردید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که کنترل‌کننده MPC در مقایسه با کنترل کننده PI و کنترل کننده غیر فعالی ، نوسانات جریان سلف را به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش داده و ولتاژ خروجی را با دقت بالاتری تثبیت می‌کند. همچنین عملکرد مطلوب کنترل‌کننده در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ ورودی و تغییرات بار مورد بررسی قرار گرفت که کارآیی بالای کنترل کننده پیشنهادی را تایید می کند. بنابراین، روش پیشنهادی می‌تواند گزینه مناسبی برای به‌کارگیری در سیستم‌های قدرت مدرن و حساس تلقی شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Design of a Model Predictive Controller for a Second-Order Single-Switch Boost Converter and Comparison with a Passivity-Based Controller

نویسندگان English

Hossein Saeidi 1
Seyed saleh mohseni 1
habiballah adarang 2
1 Department of Electrical Engineering, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Islamic Azad University, Noor Branch, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده English

In this study, a Model Predictive Control (MPC) strategy is designed and analyzed to achieve accurate voltage regulation of a second-order boost converter. Precise control of power converters has always been considered a significant technical challenge due to their nonlinear and multivariable behavior, especially under disturbances and load variations. In this paper, after deriving an accurate mathematical model of the second-order boost converter, the MPC controller is developed by employing future state prediction and incorporating control constraints on the input, input rate, and output variable. One of the most important features of this controller is its ability to select, at each instant, the optimal control signal that ensures the output voltage tracking with minimal overshoot and oscillation. To evaluate the performance of the proposed controller on the studied system, simulations were carried out based on real elements in the MATLAB/Simulink environment, and the results were compared with those obtained using a conventional PI controller and a passivity-based controller. The results demonstrate that, compared to the PI and passivity-based controllers, the MPC controller significantly reduces inductor current oscillations and stabilizes the output voltage with high accuracy. Furthermore, the controller’s robustness against sudden input voltage and load variations was investigated, confirming the high efficiency of the proposed strategy. Therefore, the presented approach can be regarded as a promising candidate for implementation in modern and sensitive power systems.

کلیدواژه‌ها English

Boost Converter
Model Predictive Control
Control Constraints
passivity-based control

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 12 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 08 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 29 اردیبهشت 1405