مدل‌سازي و كنترل هيبريد سرتاسري مبدل DC-DC باك- بوست به وسيله سيستم‌‌هاي ديناميكي- منطقي مخلوط

Global Hybrid Modeling and Control of a DC-DC Buck-Boost Converter via Mixed Logical Dynamical Systems

اين مقاله به ارائه يك مدل جديد براي مبدل DC-DC باك- بوست با در نظر گرفتن پديده‌‌هاي سوئيچينگ كنترل‌‌‌شده و كنترل‌نشده در دو مد هدايتي پيوسته و ناپيوسته مي‌پردازد. اين مدل بر اساس نظريه سيستم‌‌هاي هيبريد و با استفاده از مدل سيستم‌‌هاي ديناميكي- منطقي مخلوط (MLD) و يك نوع بهبوديافته اين سيستم‌ها موسوم به سيستم‌‌هاي ديناميكي- منطقي مخلوط توسعه‌يافته (EMLD) ارائه مي‌گردد. روش مدل‌سازي پيشنهادي در مقايسه با مدل‌‌هاي MLD و EMLD موجود از تعداد متغير‌هاي گسسته و نامساوي‌‌هاي كمتري برخوردار بوده و در نتيجه منجر به كاهش پيچيدگي در ساختار مسأله بهينه‌سازي مخلوط و زمان حل آن در كنترل‌كننده‌‌هاي پيش‌بين متناظر مي‌شود. اين برتري از طريق مقايسه روش پيشنهادي با كار‌هاي مشابه قبلي و همچنين كنترل‌كننده‌‌هاي كلاسيك از نوع تناسبي- انتگرالي (PI) مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. مضاف بر اين، چالش‌‌هاي اثبات پايداري براي سيستم حلقه بسته، مورد بحث قرار گرفته و در اين ارتباط، چشم‌اندازهايي براي كار‌هاي تحقيقاتي آينده مطرح شده است. رفتار حالت ماندگار و گذراي سيستم حلقه‌بسته در رنج وسيعي از نقاط كاري، نشان از عملكرد مطلوب اين سبك از مدل‌سازي و كنترل براي مبدل باك- بوست دارد.

This paper presents a new model for a DC-DC buck-boost converter considering its all controlled and uncontrolled switching phenomena in both continuous and discontinuous conduction modes. The proposed model is developed based on hybrid systems theory using mixed-logical dynamical (MLD) systems, and an improved version of these systems called as extended mixed-logical dynamical (EMLD) Systems. Compared to the existing MLD and EMLD models of the DC-DC converters, the proposed model contains fewer numbers of integer variables and inequalities, and, as a result, leads to the less complexity and solution time of the mixed integer optimization problems arising from the corresponding hybrid model predictive controllers. The advantage of the proposed modeling and control method is evaluated via the comparison of the existing MLD models and hybrid predictive controllers as well as classic proportional-integral (PI) controllers. Moreover, the theoretical challenges for the closed-loop stability proof are discussed and in this regard some future research outlines and ideas are introduced. The steady state and transient performance of the closed-loop control system over a wide range of the operation points show the satisfactory operation of the proposed modeling and control scheme for the DC-DC buck-boost converter.