Automation and modeling in design and management Automation and modeling in design and management Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении 2658-3488 2658-6436 56014 10.30987/2658-6436-2022-4-87-96 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ ELECTRICAL COMPLEXES AND SYSTEMS ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ Calculation optimal control system parameters for nonlinear dynamic processes of pulse voltage converters Расчет оптимальных параметров систем управления нелинейными динамическими процессами импульсных преобразователей напряжения Андриянов Алексей Иванович Andriyanov Aleksey Ivanovich ahaos@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Брянский государственный технический университет Россия Брянский государственный технический университет Russian Federation 30 12 2022 30 12 2022 2022 4 87 96 01 07 2022 18 07 2022 https://naukaru.ru/en/nauka/article/56014/view

Предложена методика выбора оптимальных параметров систем управления преобразователей постоянного напряжения, базирующаяся на совместном применении теории линейных систем автоматического управления и теории нелинейных динамических систем. Рассмотрена малосигнальная структурная динамическая модель разомкнутого контура системы автоматического управления на основе непосредственного повышающего преобразователя напряжения с системой управления нелинейными динамическим процессами на основе метода с запаздывающей обратной связью. Использование данной модели позволяет осуществлять научно-обоснованный выбор параметров системы управления нелинейными динамическими процессами с использованием методов теории линейных систем автоматического управления. Выполнен расчет диаграмм Боде разомкнутого контура системы без дополнительного управления нелинейными динамическими процессами и с дополнительным управлением. Показаны эффективности использования систем управления нелинейными динамическими процессами, которые позволяют устранять нежелательные динамические режимы без дополнительного параметрического синтеза регулятора, а следовательно, без снижения быстродействия системы в целом. Кроме того, применение данных методов позволяет корректировать параметры регулятора с целью повышения быстродействия системы без перехода системы в нежелательные динамические режимы. Полученные результаты могут быть применены на этапе проектирования импульсных преобразователей постоянного напряжения широкого класса.

A technique for choosing the optimal control system parameters for DC voltage converters is proposed, based on the joint application of the theory of linear automatic control systems and the theory of nonlinear dynamic systems. A small-signal structural dynamic model of an open loop of an automatic control system based on a direct step-up voltage converter with a control system for nonlinear dynamic processes based on a delayed feedback method is considered. Applying this model makes it possible to carry out a scientifically substantiated choice of the control system parameters for nonlinear dynamic processes using the methods of linear automatic control system theory. Bode diagrams of an open loop system are calculated without additional control of nonlinear dynamic processes and with additional control. The efficiency of using control systems for nonlinear dynamic processes is shown, which allows eliminating undesirable dynamic modes without additional parametric synthesis of the controller and, consequently, without reducing the system performance as a whole. In addition, applying these methods allows adjusting the controller parameters to increase the system performance without switching the system to undesirable dynamic modes. The results obtained can be applied at the stage of designing wide-class DC voltage pulse converters

 импульсный преобразователь напряжения нелинейная динамика запаздывающая обратная связь система автоматического управления частотные характеристики switching voltage converter nonlinear dynamics delayed feedback automatic control system frequency characteristics

Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and chaos in piece-wise-smooth dynamical. Singapore: World Scientific Pub Co Inc. 2003. 376 p. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and Chaos in Piece-Wise-Smooth Dynamical Systems. Singapore: World Scientific Pub Co Inc; 2003. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей / А.В. Кобзев, Г.Я. Михальченко и др. // Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. 2007. 224 c. Kobzev A.V. Mikhalchenko G.Ya., Andriyanov A.I., Mikhalchenko S.G. Nonlinear Dynamics of Semiconductor Converters. Tomsk: Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics; 2007. Андриянов, А.И. Применение адаптивного метода с запаздывающей обратной связью для управления транзисторными преобразователями постоянного напряжения // Вестник Московского энергетического института. 2015. № 5. P. 111-117. Andriyanov A.I. Application of Adaptive Time Delayed Feedback Control Method for Transistor Power Converters. Bulletin of Moscow Power Engineering Institute. 2015;5:111-117. Natsheh, A.N. Janson N.B., Kettleborough J.G. Control of chaos in a DC-DC boost converter // 2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Cambridge. UK: IEEE. 2008. P. 317-322. Natsheh AN, Janson NB, Kettleborough JG. Control of Chaos in a DC-DC Boost Converter. In: 2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Cambridge (UK): IEEE; 2008. p. 317-322. Магницкий Н.А., Сидоров С.В. Новые методы хаотической динамики. М.: Едиториал УРСС. 2004. 320 с. Magnitsky N.A., Sidorov S.V. New Methods for Chaotic Dynamics. Moscow: Editorial URSS; 2004. Dragan F. Controlling chaos in a current mode controlled Boost Converter using Ott-Grebogi-Yorke and Derivate methods // Proceedings of the 7th WSEAS International Conference on Automation & Information. Stevens Point, Wisconsin, United States: World Scientific and Engineering Academy and Society. 2006. P. 62-65. Dragan F. Controlling Chaos in a Current Mode Controlled Boost Converter Using Ott-Grebogi-Yorke and Derivate Methods. In: Proceedings of the 7th WSEAS International Conference on Automation & Information; Stevens Point, Wisconsin (USA): World Scientific and Engineering Academy and Society: 2006. p. 62-65. Andriyanov A.I. A comparative analysis of efficiency of nonlinear dynamics control methods for a buck converter // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Institute of Physics Publishing. 2017. P. 1-9. Andriyanov AI. A Comparative Analysis of Efficiency of Nonlinear Dynamics Control Methods for a Buck Converter. In: Proceedings of IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering. Institute of Physics Publishing: 2017. p. 1-9. Kavitha A., Uma G. Control of chaos by resonant parametric perturbation in a current mode controlled buck-boost DC-DC converter // 2008 Twenty-Third Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. - Austin. TX. USA: IEEE. 2008. P. 323-327. Kavitha A, Uma G. Control of Chaos by Resonant Parametric Perturbation in a Current Mode Controlled Buck-Boost DC-DC Converter. In: Proceedings of the 23rd Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition; Austin, TX (USA): IEEE: 2008. p. 323-327. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания. Москва: Научно-техническое издательство «Горячая линия-Телеком». 2019. 540 с. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Stability and Electromagnetic Compatibility of Devices and Power Supply Systems. Moscow: Hot Line-Telecom; 2019. Andriyanov, A.I. Investigating the dynamics of a buck converter with time-delay feedback control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 1227. № 1. P. 012011. Andriyanov AI. Investigating the Dynamics of a Buck Converter with Time-Delay Feedback Control. In: Proceedings of IOP Con-ference Series: Materials Science and Engineering. 2022;1227(1):012011. Severns R.P., Bloom G.E. Modern DC-to-DC switchmode power converter circuits. 1985. Severns R.P., Bloom G.E. Modern DC-to-DC Switchmode Power Converter Circuits; 1985. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера. 2005. 632 с. Meleshin V.I. Transistor Converter Technology. Moscow: Technosfera; 2005. An Approach for Buck Converter PI Controller Design Using Stability Boundary Locus / M.M. Garg, Y.V. Hote, M.K. Pathak, L. Behera // 2018 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T D). Denver: IEEE. 2018. P. 1-5. Garg MM, Hote YV, Pathak MK, Behera L. An Approach for Buck Converter PI Controller Design Using Stability Boundary Locus In: Proceedings of IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D). Denver: IEEE: 2018. p. 1-5. Apkarian P., Dao M.N., Noll D. Parametric Robust Structured Control Design // IEEE Transactions on Automatic Control. 2015. Vol. 60. № 7. P. 1857-1869. Apkarian P., Dao M.N., Noll D. Parametric Robust Structured Control Design. IEEE Transactions on Automatic Control. 2015;60(7):1857-1869. Apkarian P., Gahinet P., Buhr C. Multi-model, multi-objective tuning of fixed-structure controllers // 2014 European Control Conference (ECC) 2014 European Control Conference (ECC). Strasbourg, France: IEEE. 2014. P. 856-861. Apkarian P Gahinet P, Buhr C. Multi-Model, Multi-Objective Tuning of Fixed-Structure Controllers. In: Proceedings of Euro-pean Control Conference (ECC); Strasbourg (France): IEEE: 2014. p. 856-861. Apkarian P., Noll D. Nonsmooth H Synthesis // IEEE Transactions on Automatic Control. 2006. Vol. 51. № 1. P. 71-86. Apkarian P. Noll D. Nonsmooth H Synthesis. IEEE Transactions on Automatic Control. 2006;51(1):71-86. Apkarian P., Noll D. Nonsmooth optimization for multiband frequency domain control design // Automatica. 2007. Vol. 43. № 4. P. 724-731. Apkarian P. Noll D. Nonsmooth Optimization for Multiband Frequency Domain Control Design. Automatica. 2007;43(4):724-731. Bruinsma N.A. Steinbuch. M. A fast algorithm to compute the H-norm of a transfer function matrix. P. 7. Bruinsma N.A., Steinbuch M. A Fast Algorithm to Compute the H-Norm of a Transfer Function Matrix. Systems and Control Letters. 1990;14(4):7.