Controllo predittivo non lineare di un convertitore boost con induttore in parziale saturazione

Abstract

Un convertitore boost è un convertitore di potenza DC-DC switching, il cui scopo è aumentare la tensione costante fornita da una sorgente, mantenendo idealmente inalterato il livello di potenza. L'aumento della densità di potenza (rapporto tra la potenza erogata e il volume del dispositivo) è necessario in molti ambiti applicativi e può essere ottenuto tramite l'uso di induttori più piccoli che operano in condizioni di parziale saturazione magnetica. In questa tesi, viene utilizzato il model predictive control (MPC) non lineare per regolare un convertitore boost in cui l'induttore lavora in parziale saturazione. A differenza dei tradizionali regolatori ad azione proporzionale-integrativa, l'MPC può garantire il rispetto di vincoli sull'evoluzione del sistema stesso e consente talvolta di ottenere prestazioni migliori. Tuttavia, il controllo predittivo necessita di un modello sufficientemente preciso del sistema a cui viene applicato. Per questa ragione, è stato impiegato un modello comportamentale di induttore che tiene conto sia della saturazione magnetica sia delle perdite. Il controllore MPC realizzato è confrontato con regolatori ottenuti con tecniche di controllo tradizionali.

A boost converter is a DC-DC switching power converter, the purpose of which is to increase the constant voltage supplied by a source while ideally keeping the power level unchanged. Increasing the power density (ratio of power output to device volume) is necessary in many application areas and can be achieved through the use of smaller inductors operating under conditions of partial magnetic saturation. In this thesis, nonlinear model predictive control (MPC) is used to regulate a boost converter in which the inductor operates in partial saturation. Unlike conventional proportional-integrative action controllers, MPC can ensure that constraints on the evolution of the system itself are met and sometimes enables better performance. However, predictive control requires a sufficiently accurate model of the system to which it is applied. For this reason, a behavioral inductor model was employed that takes into account both magnetic saturation and losses. The realized MPC controller is compared with controllers obtained by traditional control techniques.