Projeto de controlador repetitivo por VRFT para fonte ininterrupta de energia

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo relacionado ao projeto de controladores repeti tivos por técnicas baseadas em dados para o controle de fontes ininterruptas de energia, em inglês chamadas de uninterruptible power supplies (UPS). O projeto considera uma topologia de controle em cascata com realimentação da saída e de um sinal interno da planta, o qual proporciona a melhoria do desempenho dinâmico do sistema em malha fechada. Um controlador repetitivo é inserido na malha externa do sistema de controle, atuando sobre o erro na tensão de saída, enquanto na malha interna, um controlador proporcional atua sobre o sinal de corrente do indutor do filtro de saída. Os dois contro ladores são sintonizados simultaneamente por meio do método virtual reference feedback tuning (VRFT), aplicando sua adaptação para sistemas em cascata. A partir da variação de parâmetros do modelo de referência e do filtro do controlador repetitivo, investigam-se os efeitos dessas escolhas sobre o desempenho em regime permanente e transitório. São realizados ensaios tanto em ambiente de simulação quanto na planta real de uma UPS monofásica experimental. Os resultados demonstram que o VRFT aplicado à topologia em cascata é capaz de ajustar simultaneamente ambos os controladores de maneira eficaz, produzindo respostas compatíveis com as exigências normativas e garantindo boa rejeição de harmônicas, mesmo na presença de não linearidades. Os experimentos em bancada confirmam a viabilidade prática da abordagem, reforçando o potencial de métodos de controle baseados em dados para conversores eletrônicos de potência.

This work presents a study on the design of repetitive controllers using data-driven methods for the control of uninterruptible power supplies (UPS). The design considers a cascade control topology with feedback from the output and from an internal signal of the plant, which improves the closed-loop system’s dynamic performance. A repetitive controller is inserted in the outer loop of the control system, acting on the output voltage error, while in the inner loop a proportional controller acts on the current signal of the output-filter inductor. Both controllers are tuned simultaneously using the virtual reference feedback tuning (VRFT) method, applying its adaptation for cascade systems. By varying parameters of the reference model and the repetitive controller’s filter, the effects of these choices on steady-state and transient performance are investigated. Experiments are carried out both in a simulation environment and on the real plant of an experimental single-phase UPS. The results show that the VRFT method applied to the cascade topology is capable of simultaneously tuning both controllers effectively, producing responses that comply with normative requirements and ensuring good harmonic rejection, even in the presence of nonlinearities. The experimental tests confirm the practical feasibility of the approach, reinforcing the potential of data-driven control methods for power electronic converters.