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Prof. Cassiano Rech 1 Controle de Conversores Estáticos Controlador de tempo mínimo para um inversor PWM monofásico.

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1 Prof. Cassiano Rech 1 Controle de Conversores Estáticos Controlador de tempo mínimo para um inversor PWM monofásico

2 2 Prof. Cassiano Rech Inversor PWM monofásico

3 3 Prof. Cassiano Rech Inversor PWM monofásico: Modelo da planta Devido à diversidade de cargas aplicadas na saída do inversor, não é possível elaborar um modelo geral para qualquer tipo de carga Pode-se definir uma carga como um ponto nominal de operação e, então, obter um modelo nominal da planta Variações na carga podem ser analisadas como variações paramétricas onde:

4 4 Prof. Cassiano Rech Inversor PWM monofásico: Modelo da planta A utilização de microcontroladores e DPSs em sistemas de controle torna necessário o cálculo dos sinais de controle em tempo discreto O projeto e a análise do sistema em malha fechada depende do modelo da planta no domínio discreto O modelo exato da planta no domínio discreto depende da estratégia de modulação, ou seja, do padrão PWM empregado ZOH Válido com PWM simétrico (pulso centrado no período)

5 5 Prof. Cassiano Rech Inversor PWM monofásico: Modelo da planta Variáveis de estado

6 6 Prof. Cassiano Rech Controlador de tempo mínimo A resposta mais rápida possível para um sistema em malha fechada será obtida quando seus pólos estiverem em uma freqüência infinita (freqüência real) No domínio discreto corresponde a alocar pólos na origem do plano z O projeto do controlador de tempo mínimo é baseado nos parâmetros da planta Devido à isso, usualmente apresentam uma grande sensibilidade à variação paramétrica

7 7 Prof. Cassiano Rech Estrutura do controlador A partir do modelo da planta no domínio discreto obtém-se a seguinte equação diferença: Admitindo que a saída segue o sinal de referência com erro nulo nos instantes de amostragem, então pode-se substituir y(k+1) por r(k+1). Com isso obtém-se a seguinte lei de controle:

8 8 Prof. Cassiano Rech Os coeficientes da planta variam, por exemplo, com a mudança de carga Usualmente, os ganhos do controlador são fixos e projetados para uma condição nominal de operação Assim, o controlador OSAP (One Sampling Ahead Preview) é obtido a partir da lei de controle anterior, onde p 1, p 2, q 1 e q 2 são definidos a partir dos parâmetros da planta para um ponto de operação: Estrutura do controlador

9 9 Prof. Cassiano Rech Análise do sistema em malha fechada Fazendo a transformada z da lei de controle OSAP: d OSAP (z)

10 10 Prof. Cassiano Rech A função de transferência em malha fechada do sistema realimentado é dada por: Se os parâmetros p 1, p 2, q 1 e q 2 são iguais aos parâmetros da planta a 1, a 2, b 1 e b 2, respectivamente, a função de transferência em malha fechada possui dois pólos na origem do plano z e um pólo localizado sobre o zero da planta (-b 2 /b 1 ), resultando em uma resposta deadbeat para este ponto de operação Se os parâmetros da planta mudam após os ganhos do controlador OSAP serem determinados, com base nos parâmetros anteriores da planta, então os pólos do sistema em malha fechada se deslocam, e a resposta deadbeat não é mais obtida Análise do sistema em malha fechada

11 11 Prof. Cassiano Rech Parâmetros para simulação

12 12 Prof. Cassiano Rech Simulação 1 – Sistema discreto Amostras Tensão (V) Ref y Amostras Razão cíclica Carga nominal

13 13 Prof. Cassiano Rech Simulação 2 – Planta contínua Tempo (s) Tensão (V) Ref y Tempo (s) Razão cíclica Carga nominal

14 14 Prof. Cassiano Rech Simulação 3 – Modulação PWM Carga nominal

15 15 Prof. Cassiano Rech A vazio Simulação 3 – Modulação PWM

16 16 Prof. Cassiano Rech Variação paramétrica

17 17 Prof. Cassiano Rech Degrau de carga Simulação 3 – Modulação PWM

18 18 Prof. Cassiano Rech Carga nominal + Pulso PWM no início do período Simulação 3 – Modulação PWM

19 19 Prof. Cassiano Rech Carga nominal + Atraso na atualização da lei de controle Simulação 3 – Modulação PWM

20 20 Prof. Cassiano Rech Bibliografia C. Rech, Análise e implementação de técnicas de controle digital aplicadas a fontes ininterruptas de energia, Dissertação de Mestrado, UFSM, C. Rech, H. Pinheiro, H. L. Hey, H. A. Gründling, J. R. Pinheiro, Comparison of digital control techniques with repetitive integral action for low cost PWM inverters, IEEE Trans. Power Electr., v. 18, n. 1, pp , Jan K. P. Gokhale, A. Kawamura, R. G. Hoft, Dead beat microprocessor control of PWM inverter for sinusoidal output waveform synthesis, IEEE Trans. Ind. Applicat., v. IA-23, n. 5, pp , Set./Out A. Kawamura, T. Haneyoshi, R. G. Hoft, Deadbeat controlled PWM inverter with parameter estimation using only voltage sensor, IEEE Trans. Power Electr., v. 3, n. 2, pp , Abril T. Haneyoshi, A. Kawamura, R. G. Hoft, Waveform compensation of PWM inverter with cyclic fluctuating loads, IEEE Trans. Ind. Applicat., v. 24, n. 4, pp , Jul./Ago


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