1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2021-26-6-533-546621.314.1:681.5Modified Predictive Control System of the DC-DC Boost ConverterМодифицированная прогнозирующая система управления повышающего DC-DC-преобразователя533546http://ivuz-e.ru/en/issues/6-_2021/modifitsirovannaya_prognoziruyushchaya_sistema_upravleniya_povyshayushchego_dc_dc_preobrazovatelya/

Nowadays, predictive control systems are becoming more and more popular, which significantly reduce the cost of setting up converters. However, DC-DC converter control problem persists. In this work, a modified model of the predictive control system (MPCS) for step-up DC-DC converters is presented. For its implementation, a nonlinear model of a converter with discrete time switching was derived, which describe a continuous conduction mode of operation. The synthesis of the controller was achieved by formulating the objective function that should be minimized considering the dynamic model of the converter. The proposed predictive control strategy, used as a voltage control system, allows keeping the output voltage at the reference level. The modified system for calculating the objective function makes it possible to significantly reduce the required computing power and expand the prediction horizon. The results of modeling have been presented that demonstrate the advantages of the proposed control method: a fast transient response and a high degree of robustness.

Системы управления прогнозирующего типа являются перспективными, так как позволяют значительно уменьшить затраты на настройку преобразователей. Однако сохраняется проблема управления DC-DC-преобразователями. В работе представлена модифицированная модель прогнозирующей системы управления (МПСУ) для повышающих DC-DC-преобразователей. Для ее реализации предложена нелинейная модель преобразователя с дискретным переключением времени, описывающая непрерывный режим работы. Синтез регулятора достигнут путем формулирования целевой функции, которая должна быть минимизирована с учетом динамической модели преобразователя. Предложенная модифицированная МПСУ, используемая в качестве системы управления напряжением, позволяет удерживать выходное напряжение на опорном уровне. Оптимизированный способ расчета целевой функции дает возможность заметно сократить требуемую вычислительную мощность и расширить горизонт прогнозирования. Приведенные результаты моделирования показывают преимущества модифицированной МПСУ - быстрый переходный отклик и высокую степень робастности.

 A stable design of PI control for DC-DC converters with an RHS zero / J. Alvarez-Ramirez, I. Cervantes, G. Espinosa-Perez et al. // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Fundamental Theory and Applications. 2001. Vol. 48. Iss. 1. P. 103–106. DOI: https://doi.org/10.1109/81.903192Sachin C.S., Nayak S.G. Design and simulation for sliding mode control in DC-DC boost converter // 2017 2nd International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES). Coimbatore: IEEE, 2017. P. 440–445. DOI: https://doi.org/10.1109/CESYS.2017.8321317Mayne D.Q., Rawlings J.B., Rao C.V., Scokaert P.O.M. Constrained model predictive control: Stability and optimality // Automatica. 2000. Vol. 36. Iss. 6. P. 789–814. DOI: https://doi.org/10.1016/S0005-1098(99)00214-9Gil-González W., Escobar-Mejía A., Montoya-Giraldo O.D. Model predictive direct power control applied to grid-connected voltage source inverters // 2020 IEEE 11th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG). Dubrovnik: IEEE, 2020. P. 610–614. DOI: https://doi.org/ 10.1109/PEDG48541.2020.9244406Shi H., Zong J., Ren L. Modified model predictive control of voltage source inverter // 2019 IEEE 4th Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Confe-rence (IAEAC). Chengdu: IEEE, 2019. P. 754–759. DOI: https://doi.org/10.1109/IAEAC47372.2019.8997737Sun X., Zhou Y., Chen G., Ren B. Model predictive control of a phase-shifted full-bridge DC-DC converter // 2020 IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC2020-ECCE Asia). Nanjing: IEEE, 2020. P. 2710–2714. DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9367652Nguyen T.-L., Vu H.-C., Tran Q.-H., Lee H.-H. Voltage sensorless model predictive control of AC/DC matrix converters // 2020 IEEE 9th International Power Electronics and Mo-tion Control Conference (IPEMC2020-ECCE Asia). Nanjing: IEEE, 2020. P. 214–218. DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC-ECCEAsia48364.2020.9368177Research on model predictive control method for multi-paralleled DC-DC converters / Z. Chen, B. Duan, G. Zhang et al. // 2019 3rd Conference on Vehicle Control and Intelligence (CVCI). Hefei: IEEE, 2019. P. 1–5. DOI: https://doi.org/10.1109/CVCI47823.2019.8951733Enumeration-based predictive control for buck DC-DC converter / Q. Huang, X. Yan, R. Ling et al. // 2017 29th Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Chongqing: IEEE, 2017. P. 6700–6704. DOI: https://doi.org/10.1109/CCDC.2017.7978383Rawlings J.B., Mayne D.Q. Model predictive control theory and design. Madison, WI: Nob Hill, 2009. 533 p.Karamanakos P., Geyer T., Manias S. Direct voltage control of DC-DC boost conver-ters using enumeration-based model predictive control // IEEE Transactions on Power Electron-ics. 2014. Vol. 29. Iss. 2. P. 968–978. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2256370