This paper proposes a model predictive control based on the discrete Lyapunov function to improve the performance of power electronic converters. The proposed control technique, based on the finite control set model predictive control (FCS-MPC), defines a cost function for the control law which is determined under the Lyapunov stability theorem with a control error compensation. The steady state and dynamic performance of the proposed control strategy has been tested under a single phase AC/DC voltage source rectifier (S-VSR). Experimental results demonstrate that the proposed control strategy not only offers global stability and good robustness but also leads to a high quality sinusoidal current with a reasonably low total harmonic distortion (THD) and a fast dynamic response under linear loads.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.12
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pp.231-238
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2023
For boost PFC (Power Factor Correction) converters, various control methods are being studied to achieve unity power factor and low THD (Total Harmonic Distortion) of AC input current. Among them, average current mode control, which controls the average value of the inductor current to follow the current reference, is the most widely used. However, nowadays, as advanced digital control becomes possible with the development of digital processors, predictive control of boost PFC converters is receiving attention. Predictive control is classified into predictive current mode control, which generates duty in advance using a predictive algorithm, and model predictive current control, which performs switching operations by selecting a cost function based on a model. Therefore, this paper simply explains the average current mode control, predictive current mode control, and model predictive current control of the boost PFC converter. In addition, current control under entire load and disturbance conditions is compared and analyzed through simulation.
This paper offers two Maximum Power Point Tracking (MPPT) systems for Photovoltaic (PV) applications. The first MPPT method is based on a fixed frequency Model Predictive Control (MPC). The second MPPT technique is based on the Predictive Hysteresis Control (PHC). An experimental demonstration shows that the proposed techniques are fast, accurate and robust in tracking the maximum power under different environmental conditions. A DC/DC converter with a high voltage gain is obligatory to track PV applications at the maximum power and to boost a low voltage to a higher voltage level. For this purpose, a high gain Switched Inductor Quadratic Boost Converter (SIQBC) for PV applications is presented in this paper. The proposed converter has a higher gain than the other transformerless topologies in the literature. It is shown that at a high gain the proposed SIQBC has moderate efficiency.
In this study, a dynamic model of proportional pressure control valve using the bond graph and a predictive controller are presented in the form of dynamic matrix control which is concerned with a design method of digital controller for the electro hydraulic servo system. The bond graph can be utilized for all types of systems which involve power and energy, and it is applied to a propotional pressure control valve in this study. Recently, many researchers suggested that better control performance could be obtained by means of the predictive controls with future reference input, future control output and future control error. The Predictive controller is very practical because the controller can be easily applicable to a personal computer or a microprocessor. This study investigates through numerical simulations that hydraulic system with the predictive controller shows very good control performances.
A model predictive control method is applied to design an automatic controller for thermal power control in a reactor core. The basic concept of the model predictive control is to solve an optimization problem for a finite future at current time and to implement as the current control input only the first optimal control input among the solutions of the finite time steps. At the next time step, the second optimal control input is not implemented and the procedure to solve the optimization problem is then repeated. The objectives of the proposed model predictive controller are to minimize the difference between the output and the desired output and the variation of the control rod position. The nonlinear PWR plant model (a nonlinear point kinetics equation with six delayed neutron groups and the lumped thermal-hydraulic balance equations) is used to verify the proposed controller of reactor power. And a controller design model used for designing the model predictive controller is obtained by applying a parameter estimation algorithm at an initial stage. From results of numerical simulation to check the controllability of the proposed controller at the $5\%/min$ ramp increase or decrease of a desired load and its $10\%$ step increase or decrease which are design requirements, the performances of this controller are proved to be excellent.
In this paper, a predictive direct power control (DPC) method based on a Kalman filter is presented for three-phase pulse-width modulation (PWM) rectifiers to improve the performance of rectifiers with source voltages that are distorted with harmonic components. This method can eliminate the most significant harmonic components of the source voltage using a Kalman filter algorithm. In the process of predicting the future real and reactive power to select an optimal voltage vector in the predictive DPC, the proposed method utilizes source voltages filtered by a Kalman filter, which can mitigate the adverse effects of distorted source voltages on control performance. As a result, the quality of the source currents synthesized using the PWM rectifier is improved, and the total harmonic distortion (THD) values are reduced, even under distorted source voltages.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.50
no.8
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pp.376-383
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2001
Factors leading to poor control of the steam generator in a nuclear power plant are nonminimum phase characteristics, unreliable of flow measurements and nonlinear characteristics, which increase more at low power(below 20%) operation. And the study of problems for water level control in the steam generator is that design water level controller only power renge, not entire. This paper introduces a model predictive control(MPC) algorithm for solving poor control factors and quadratic programming(QP) for solving input constraints. Also presents the design method of stable model predictive controller in the entire power range. The simulation results show the efficiency of proposed MPC controller by comparing with PI controller, and effect of the design parameters.
A model predictive controller is designed to control thermal power in a nuclear reactor. The basic concept of the model predictive control is to solve an optimization problem for finite future time steps at current time, to implement only the first optimal control input among the solved control inputs, and to repeat the procedure at each subsequent instant. A controller design model used for designing the model predictive controller is estimated every time step by applying a recursive parameter estimation algorithm. A 3-dimensional nuclear reactor analysis code, MASTER that was developed by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI), was used to verify the proposed controller for a nuclear reactor. It was known that the nuclear power controlled by the proposed controller well tracks the desired power level and the desired axial power distribution.
Model predictive direct power control (MPDPC) is a widely recognized high-performance control strategy for a three-phase grid-connected pulse width modulation (PWM) rectifier. Unlike those of conventional grid-connected PWM rectifiers, the active and reactive powers of permanent magnet synchronous generator (PMSG)-connected PWM rectifiers, which are used in electromagnetic transmitters, cannot be calculated as the product of voltage and current because the back electromotive force (EMF) of the generator cannot be measured directly. In this study, the predictive power model of the rectifier is obtained by analyzing the relationship among flux, back EMF, active/reactive power, converter voltage, and stator current of the generator. The concept of duty cycle control in the proposed MPDPC is introduced by allocating a fraction of the control period for a nonzero vector and rest time for a zero vector. When nonzero vectors and their duration in the predefined cost function are simultaneously evaluated, the global power ripple minimization is obtained. Simulation and experimental results prove that the proposed MPDPC strategy with duty cycle control for the PMSG-connected PWM rectifier can achieve better control performance than the conventional MPDPC-SVM with grid-connected PWM rectifier.
A parallel active power filter is designed and implemented to compensate for undesired current harmonics generated by a nonlinear load. The filter works based on PWM strategy and control signal is generated using a model predictive controller. To evaluate the achievements, a PI controller is also designed and implemented. Experimental results indicate about 50% increase in the efficiency over PI controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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