Kendali arus dan tegangan pada konverter DC-DC boost dengan metode kaskade proportional integral derivative

Sofyan Muhammad Ilman; Febi Ariefka Septian Putra

doi:10.35313/jitel.v3.i3.2023.191-202

Authors

Sofyan Muhammad Ilman Politeknik Negeri Bandung
Febi Ariefka Septian Putra Politeknik Negeri Bandung

DOI:

https://doi.org/10.35313/jitel.v3.i3.2023.191-202

Keywords:

dynamic, steady-state, kaskade PID

Abstract

Kendali diperlukan untuk konverter DC-DC pada implementasi di berbagai bidang ketenagalistrikan dan industri. Penelitian ini mengusulkan kendali arus dan tegangan untuk konverter jenis boost berbasis kaskade proportional integral derivative (PID). Tahap pertama dimulai dengan memodelkan dynamic dan steady state dari konverter hingga menentukan fungsi alih sistem dan pengendalian. Kendali kaskade PID dirancang dengan metode Zigler Nichols II. Metode ini dipakai dengan mengimplementasikan nilai gain K pada konverter untuk melihat osilasi sinyal keluaran untuk memperoleh parameter kendali PID (Kp, Ki dan Ti), lalu parameter hasil tuning kemudian dioptimasi kembali untuk mendapatkan kinerja sistem kendali yang lebih baik. Hasil simulasi menunjukkan kendali tegangan keluaran dapat menyesuaikan dengan tegangan setpoint dengan skenario tegangan sumber yang berubah. Kendali arus dapat menjajaki arus referensi dengan skenario beban yang berubah dan tegangan keluaran dapat menjejaki nilai setpoint yang berubah. Hasil respon kendali tegangan keluaran dan arus yaitu rise time dan settling time di bawah 0,5 detik, kurang dari 5%, dan steady state error 5% untuk kendali tegangan.

References

S. Sadaf, N. Al-Emadi, P. K. Maroti, and A. Iqbal, “A New High Gain Active Switched Network-Based Boost Converter for DC Microgrid Application,” IEEE Access, vol. 9, pp. 68253–68265, 2021.

M. Samiullah, A. Iqbal, I. Ashraf, and S. Rahme, “Split Duty Super Boost Converter for High Voltage Applications in a DC Microgrid,” IEEE Access, vol. 9, pp. 101078–101088, 2021.

Y. Huangfu, S. Zhuo, F. Chen, S. Pang, D. Zhao, and F. Gao, “Robust Voltage Control of Floating Interleaved Boost Converter for Fuel Cell Systems,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 54, no. 1, pp. 665–674, 2018.

S. A. Gorji, “Reconfigurable Quadratic Converters for Electrolyzers Utilized in DC Microgrids,” IEEE Access, vol. 10, no. September, pp. 109677–109687, 2022.

H. Li et al., “A Describing Function-Based Stability Analysis Method for Cascaded DC-DC Converters,” IEEE Open J. Ind. Electron. Soc., vol. 3, no. July, pp. 484–495, 2022.

J. Jongudomkarn, J. Liu, Y. Yanagisawa, H. Bevrani, and T. Ise, “Model Predictive Control for Indirect Boost Matrix Converter Based on Virtual Synchronous Generator,” IEEE Access, vol. 8, pp. 60364–60381, 2020.

L. Guo, J. Y. Hung, and R. M. Nelms, “Comparative evaluation of sliding mode fuzzy controller and PID controller for a boost converter,” Electr. Power Syst. Res., vol. 81, no. 1, pp. 99–106, 2011.

U. Sadek, A. Sarjaš, R. Sve?ko, and A. Chowdhury, “FPGA-based control of a DC-DC boost converter,” IFAC, vol. 28, no. 10, pp. 22–27, 2015.

K. Sharma and D. K. Palwalia, “Design of digital PID controller for voltage mode control of DC-DC converters,” 2017 Int. Conf. Microelectron. Devices, Circuits Syst. ICMDCS 2017, vol. 7, no. 7, pp. 1–6, 2017.

G. Abbas, M. A. Samad, J. Gu, M. U. Asad, and U. Farooq, “Set-point tracking of a DC-DC boost converter through optimized PID controllers,” Can. Conf. Electr. Comput. Eng., vol. 2016-October, pp. 1–5, 2016.

C. L. Remes, G. R. G. Da Silva, A. Treviso, M. A. J. Coelho, and L. Campestrini, “Data-driven approach for current control in DC-DC boost converters,” IFAC-PapersOnLine, vol. 52, no. 1, pp. 190–195, 2019.

J. Ren, D. X. Liu, K. Li, J. Liu, Y. Feng, and X. Lin, “Cascade PID controller for quadrotor,” IEEE Int. Conf. Inf. Autom. IEEE ICIA 2016, vol. 1, no. 1, pp. 120–124, 2016.

E. Tridianto, T. H. Ariwibowo, S. K. Almasa, and H. E. G. Prasetya, “Cascaded PID temperature controller for FOPDT model of shell-and-tube heat exchanger based on Matlab/Simulink,” Proc. IES-ETA 2017 - Int. Electron. Symp. Eng. Technol. Appl., vol. 1, no. 1, pp. 185–191, 2017.

H. P. Ren, X. Guo, Y. C. Zi, and J. Li, “Double loop control of boost converter based current switching controller and voltage compensator,” Proc. 2015 7th Int. Conf. Electron. Comput. Artif. Intell. ECAI 2015, vol. 7, no. 7, pp. E11–E16, 2015.

J. Z. Zhong Wu, Jianhui Zhao, “Cascade PID Control of Buck-Boost-Type,” World Congr. Intell. Control Autom., vol. 6, no. 6, pp. 8467–8471, 2006.

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.

S. M. Ilman, F. Ariefka, and S. Putra, “Pemodelan dinamis dan kendali multi-loop konverter DC-DC boost dengan pengendali PI,” J. Ilm. Telekomun. Elektron. dan List. Tenaga, vol. 3, no. 1, pp. 47–56, 2023.

D. W. Hart, Power Electronics. US: Mc Graw Hill, 2011.