Intelligent voltage controller based on ufzzy logic for DC-DC boost converter

• Autorzy: Darmansyah Darmansyah , Robandi Imam

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.09.07

Warianty tytułu

PL

Inteligentny kontroler napięcia oparty na logice rozmytej dla konwertera doładowania DC-DC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the photovoltaic (PV) applications is as a renewable energy source. The photovoltaic (PV) output voltage becomes the voltage source for the DC-DC boost converter. To adjust the DC-DC boost converter's output voltage, the control system needs to adjust the output voltage of the DC-DC boost converter applied by the PV. The voltage generated by the DC-DC boost converter follows the needs of the electrical equipment or load. The control system on the DC-DC converter uses a Proportional Integral (PI) Controller and a Fuzzy Logic (FL). The PI controller and FLC can control the output voltage of the DC-DC converter. This PI controller is compared with FL to obtain the appropriate output voltage for the dc-dc boost converter. The output of this PI and FLC controller system is the duty cycle used to control the DC-DC boost converter's performance. The PI controller system is tuned by autotuning and FL to obtain control parameters of a DC-DC boost converter with a 12 V PV voltage source and a 24 V output voltage. The results of the PI controller constants obtained are: kp = 1.8, ki = 0.9, maximum overshoot voltage (Mp) = 39 V (62.25%), rise time = 1.0 seconds, settling time = 5.0 seconds, transient state = 5.0 seconds, and steady-state error of 8.4%. The simulation results of the FL controller constants were obtained: 4.2% steady-state error and a settling time of 1.5 seconds, with a 4.2% steady-state error. The results of the control output voltage DC-DC boost converter fed by PV showed FL was better than the PI controller.

PL

Jednym z zastosowan fotowoltaicznych (PV) jest odnawialne zrodlo energii. Napiecie wyjsciowe fotowoltaiki (PV) staje sie zrodlem napiecia dla prztwomicy podwyzszajacej DC-DC. Abywyregulowac napicie wyjsciowe przetromicy podwyzszajacej DC-DC, system sterowania musi wyregulowac napieciewyjściowe przetwornicy podwyższającej DC-DC, system sterowania musi wyregulować napięcie wyjściowe przetwornicy podwyższającej DC-DC stosowanej przez PV. Napięcie generowane przez przetwornicę podwyższającą DC-DC odpowiada potrzebom sprzętu elektrycznego lub obciążenia. System sterowania w przetworniku DC-DC wykorzystuje sterownik proporcjonalno-całkujący (PI) i logikę rozmytą (FL). Kontroler PI i FLC mogą sterować napięciem wyjściowym przetwornika DC-DC. Ten regulator PI jest porównywany z FL w celu uzyskania odpowiedniego napięcia wyjściowego dla przetwornicy podwyższającej DC-DC. Wyjściem tego systemu kontrolera PI i FL jest cykl pracy używany do sterowania wydajnością przetwornicy DC-DC boost. System regulatora PI jest dostrajany przez autotuning i FL w celu uzyskania parametrów kontrolnych przetwornicy podwyższającej napięcie DC-DC ze źródłem napięcia PV 12 V ki napięciem wyjściowym 24 V. Otrzymane wyniki stałych regulatora PI to: kp = 1,8, ki = 0,9, maksymalne napięcie przeregulowania (Mp) = 39 V (62,25%), czas narastania = 1,0 s, czas ustalania = 5,0 s, stan przejściowy = 5,0 s, błąd stanu ustalonego 8,4%. Uzyskano wyniki symulacji stałych regulatora FLC: błąd stanu ustalonego 4,2% i czas ustalania 1,5 sekundy z błędem stanu ustalonego 4,2%. FL był lepszy od kontrolera PI.

Słowa kluczowe

EN

control parameter; DC-DC boost converter; proportional integral controller; fuzzy logic

PL

parametry sterowania; przetwornica doladowania DC-DC; proporcjonalny regulator calkujacy; logika rozmyta

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 9
• Strony: 36--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Darmansyah Darmansyah

• Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya, Indonesia
• Universitas Lancang Kuning, Pekanbaru, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0003-2465-727X

autor

Robandi Imam

• Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0003-3220-4211

Bibliografia

• [1] J. Ramos-Hernanz, J. M. Lopez-Guede, O. Barambones, E. Zulueta, and U. Fernandez-Gamiz, “Novel control algorithm for MPPT with Boost converters in photovoltaic systems,” Int. Journal Hydrogen Energy, vol. 42, no. 28, pp. 17831–17855, 2017, doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.02.028.
• [2] A. Seddjar, K. D. E. Kerrouche, and L. Wang, “Simulation of the proposed combined Fuzzy Logic Control for Maximum Power Point Tracking and Battery Charge Regulation used in CubeSat,” Archives Electrical Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 521–543, 2020, doi: 10.24425/aee.2020.133916.
• [3] K. Ramash Kumar, “Implementation of sliding mode controllerplus proportional double integral controller for negative output elementary boost converter,” Alexandria Eng. Journal., vol. 55, no. 2, pp. 1429–1445, 2016, doi: 10.1016/j.aej.2016.03.027.
• [4] A. Özdemir and Z. Erdem, “Double-loop PI controller design of the DC-DC boost converter with a proposed approach for calculation of the controller parameters,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part I J. Syst. Control Eng., vol. 232, no. 2, pp. 137–148, 2018, doi: 10.1177/0959651817740006.
• [5] R. Alzate, V. A. Oliveira, R. F. Q. Magossi, and S. P. Bhattacharyya, “Double Loop Control Design for Boost Converters Based on Frequency Response Data,” IFAC-PapersOnLine, vol. 50, no. 1, pp. 10413–10418, 2017, doi: 10.1016/j.ifacol.2017.08.1968.
• [6] P. Karamanakos, T. Geyer, and S. Manias, “Direct model predictive current control strategy of DC-DC boost converters,”IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 1, no. 4, pp. 337–346, 2013, doi: 10.1109/JESTPE.2013.2279855.
• [7] W. Janke, M. Baczek, J. Kraśniewski, and M. Walczak, “Largesignal input characteristics of selected DC–DC switching converters Part I. Continuous conduction mode,” Archives Electrical Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 739–750, 2020, doi: 10.24425/aee.2020.133929.
• [8] C. R. Algarín, J. T. Giraldo, and O. R. Álvarez, “Fuzzy logic based MPPT controller for a PV system,” Energies, vol. 10, no. 12, 2017, doi: 10.3390/en10122036.
• [9] M. Irwanto et al., “Photovoltaic powered DC-DC boost converter based on PID controller for battery charging system,”in Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1432, no. 1, doi: 10.1088/1742-6596/1432/1/012055.
• [10] G. Dileep and S. N. Singh, “Selection of non-isolated DC-DC converters for solar photovoltaic system,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 76, no. August 2016, pp. 1230–1247, 2017, doi: 10.1016/j.rser.2017.03.130.
• [11] L. Dinca, “P . I . Versus Fuzzy Control For A DC to DC Boost Converter,” no. 2, pp. 803–808, 2016.
• [12] A. Nakpin and S. Khwan-on, “A Novel High Step-Up DC-DC Converter for Photovoltaic Applications,” Procedia - Procedia Comput. Sci., vol. 86, no. March, pp. 409–412, 2016, doi: 10.1016/j.procs.2016.05.051.
• [13] P. Vivek, S. Member, N. B. Muthuselvan, and J. Nanadhagopal, “Modeling of Solar PV System for DC-DC Converter with improved voltage stability Using Hybrid - Optimization Techniques,” vol. 142, no. Pecteam, pp. 187–192, 2018.
• [14] M. M. Amin, S. Member, M. A. Elshaer, S. Member, and O. A.Mohammed, “DC Bus Voltage Control for PV Sources in a DC Distribution System Infrastructure,” pp. 4–8, IEEE Explore, 2010.
• [15]C. Asma, Z. Abdelaziz, and Z. Nadia, “Dual loop control of DC-DC boost converter based cascade sliding mode control,” Int. Conf. Green Energy Convers. Syst. GECS 2017, pp. 0–5, 2017, doi: 10.1109/GECS.2017.8066151.
• [16] N. Genc, H. Uzmus, and I. Iskender, “Dynamic behavior of DC-DC boost converter controlled with cascade PI-ASC,” Proc. 8th Int. Conf. Electron. Comput. Artif. Intell. ECAI 2016, no. 1, pp. 2–5, 2017, doi: 10.1109/ECAI.2016.7861148.
• [17] N. Genc, H. Uzmus, and I. Iskender, “Dynamic behavior of DC-DC boost converter controlled with cascade PI-ASC,” Proc. 8th Int. Conf. Electron. Comput. Artif. Intell. ECAI 2016, no. 1, pp. 2–5, 2017, doi: 10.1109/ECAI.2016.7861148.
• [18] S. W. Mohod and A. V. Padgavhankar, “Closed loop digital controller of DC-DC converter for renewable energy source (PV Cell),” Proc. - 2013 Int. Conf. Renew. Energy Sustain. Energy, ICRESE 2013, pp. 112–116, 2014, doi: 10.1109/ICRESE.2013.6927798.
• [19] A. Nugroho, “Cooperative Multi-agent for The End-Effector Position of Robotic Arm Base on Consensus and PID Controller,” IEEE Explore, 2019.
• [20] A. Mochamad, “Sistem Konverter DC,” ITS Press, 2012.
• [21] S. Bacha, I. Munteanu, and A. I. Bratcu, “Power Electronic Converters Modeling and Control”, Springer, 2013.
• [22] Rahmat, Basuki, Nugroho, “Pemograman Fuzzy dan Jaringan Syaraf Tiruan,” Indomedia Pustaka, 2019.
• [23] Mahmood T. Alkhayyat1 , Mohammed Y. Suliman, ‘Adaptive Neuro-Fuzzy Controller Based STATCOM for Reactive Power Compensator in Distribution Grid’ PRZEGLĄD ELEKTROTECNICZNY.
• [24] Mohamed Aslam, “Closed loop control of Boost Converter.” MATLAB Central File Exchange, 2022.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).