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Relatório 2: Sistema de controle para o Inversor CC-CA Push-Pull
João Paulo C. M. F. Gomes (9368786), Max Marcucci Maciel (9425640) e Paulo Victor P. Silva (9313141)
I. INTRODUÇÃO E OBJETIVO
Essa etapa do projeto tem como objetivo, determinar
a função de transferência do inversor push-pull simulado,
comparar o resultado da simulação utilizando componentes
do Simscape(simulink) com os resultados da simulação uti-
lizando a função de transferência obtida - simulações em
malha aberta. Numa segunda etapa, será proposto uma malha
de controle para a planta (função de transferência da planta),
e será analisado o desempenho da mesma, como o erro em
regime permanente.
II. METODOLOGIA
Os resultados obtidos até o estágio atual do projeto foram
possíveis por meio de simulação no software MATLAB R©
SIMULINK R©.A biblioteca utilizada para a simulação dos
componentes Elétricos foi Simscape/PowerSystem. A função
de transferência de malha aberta foi obtida analisando a
literatura e foi simulada , para se comparar o resultado
com a simulação utilizando a biblioteca Power System do
Simscape. As análises em malha fechada da planta, foram
feitas a partir da função de transferência obtida por meio da
literatura.
III. FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE MALHA
ABERTA
A modelagem da função de transferência de malha aberta,
foi baseada no diagrama de blocos da planta controlada por
malha única de tensão.
Fig. 1. Malha interna de tensão e planta. Fonte: Rodrigues, Álvaro Jorge
- Estudo comparativo de estratégias de controle para inversores de fontes
ininterruptas de energia/ A.J. Rodrigues. - ed.rev.-São Paulo,2010 - página
23
Pára análise do diagrama de blocos da figura 1, considera-
se Gv com ganho unitário (Ganho da fonte de tensão
invariável - fonte fixa), e o bloco PWM+conversor, com
ganho próximo ao ganho de transformação do trafo.
Analisando o diagrama de blocos da 1, temos:
iC(s) = iL(s)− V 0(s)
Z0
, e
iL(s) =
[voref(s)− v0(s)] ∗Gv − vo(s)
s ∗ L
A função de transferência do ramo direto do diagrama de
blocos da figura 1, é a própria função de transferência de
malha aberta, portanto:
v0(s) = [[(voref(s)−v0(s))∗Gv−v0(s)]∗ 1
sL
−v0(s)
Z0
]∗ 1
sC
Simplificando a expressão acima, teremos:
Gv(s) =
v0(s)
voref(s)− vo(s)
=
Gv
LCs2 + LZ0 ∗ s+ 1
IV. COMPARAÇÃO DA SIMULAÇÃO EM
SIMSCAPE E FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA
OBTIDA
A função de transferência descrita no item anterior com-
preende o filtro LC e carga resistiva, a entrada do sistema,
é o sinal de tensão proveniente da etapa de comutação do
inversor,que consiste das chaves Mosfet. Para comparação
entre as simulações, a função "to workspace"foi utilizada
para se obter o sinal de tensão pré filtragem da simulação
utilizando do Simscape, e esse sinal foi utilizado na entrada
da simulação com a f. de transferência, como demonstrado
nas figuras ?? e 3.
Fig. 2. Obtenção da tensão pré filtragem na simulação utilizando compo-
nentes do Simscape (bloco simout)
A tensão de saída tanto da simulação em simscape quanto
da simulação com f. de transferência é demonstrado nas figu-
ras 4 e 5. Observa-se que o valor de pico das senoides estão
Fig. 3. Simulação em malha aberta utilizando a função de transferência
próximas a 250 V, para o índice de modulação estabelecido.
Contudo, o modelo da figura 3 poderá ser utilizado para as
simulações em malha fechada.
Fig. 4. Tensão de saída (azul) da simulação utilizando a f. de transferência
e o sinal de entrada(amarelo) - M=1
Fig. 5. Tensão de saída (azul) da simulação utilizando a biblioteca do
Simscape - M=1
V. SIMULAÇÃO EM MALHA FECHADA
Para a simulação em malha fechada, utilizamos a biblio-
teca do Simscape, com uma malha de tensão de realimenta-
ção, como proposto anteriormente e um controlador PI.
Os parâmetros, P (proportional) e I(integral), foram defini-
dos a partir da função de transferência obtida anteriormente,
simulando-a em malha fechada. Os valores de P e I da f. de
transferencia do controlador PI, foram respectivamente: 50 e
15. A Função de transferência do controlador é demonstrada
a seguir. Para se chegar nos valores de P e I, foi utilizado a
função "tune"do bloco de parâmetros do controlador PID no
Simulink.
P + I ∗ 1
s
A malha de tensão foi simulada, como demonstrado na
figura 6. A entrada de referencia foi um sinal senoidal com
a amplitude desejada na saída inversor (que não ultrapasse
os valores nominais do transformador). Diversos valores
de set-point(referência) foram simulados, os resultado são
apresentados na seção Resultados e conclusões.
Fig. 6. Malha de tensão e controlador. Na entrada (-) do bloco subtrator é
colocada a tensão de realimentação, proveniente da carga. A tensão senoidal
de referência, pode ser variada de acordo com os limites operacionais do
transformador
VI. RESULTADOS E CONCLUSÕES
Algumas vantagens foram conferidas ao inversor
aplicando-se a malha de controle.A primeira vantagem, foi
a diminuição do erro de regime permanente, garantindo
também maior eficiência na conversão CC-CA.
A figura 7, compara o sinal de referência(120 Vpp -
amarelo), com o sinal de tensão de saída(azul). Observa-
se que o erro de regime per manete é desprezível, e o
setting time é de aproximadamente 150 ms. Para demais
cargas resistivas (80 e 60 ohms), os resultado foram muito
próximos, com eficiência entre 95 e 97 %.
Com as simulações em malha fechada concluídas, os
próximos passos a serem realizados serão: montagem e teste
do protótipo em malha abeta, digitalização do sistema de
controle e por fim testes do inversor em malha fechada/
análise de desempenho.
VII. LINK DE EVOLUÇÃO DO PROJETO
https://drive.google.com/drive/folders/
1xw7YM31u70UMSl-KYXHx_mC-1tBE4Jbf?usp=
sharing
Fig. 7. Referencia(amarelo) e saída(Azul). Entrada de referencia de 120
Vpp. Setting time de 150 ms. Erro de regime permanente desprezível
REFERENCES
[1] Rodrigues, Álvaro Jorge - Estudo comparativo de estratégias de con-
trole para inversores de fontes ininterruptas de energia/ A.J. Rodrigues.
- ed.rev.-São Paulo,2010 - 128 p.