Orientador: Grace Silva Deaecto

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Esta tese é dedicada ao estudo da teoria de controle de sistemas afins com comutação e algumas de suas aplicações no contexto de eletrônica de potência. Após discussões preliminares, as contribuições principais são apresentadas. O objetivo comum ao longo deste trabalho é desenvolver, sob a...

Resumo: Esta tese é dedicada ao estudo da teoria de controle de sistemas afins com comutação e algumas de suas aplicações no contexto de eletrônica de potência. Após discussões preliminares, as contribuições principais são apresentadas. O objetivo comum ao longo deste trabalho é desenvolver, sob a perspectiva de otimização convexa, estratégias capazes de governar eventos de chaveamento em sistemas dinâmicos afins de maneira a levar a trajetória do estado a um ponto de referência desejado ou a rastrear uma trajetória variante no tempo. Metodologias de projeto, baseadas em uma função de Lyapunov quadrática generalizada, para função de comutação dependente do estado ou da saída são fornecidas para sistemas afins com comutação a tempo discreto para os quais apenas estabilidade prática é possível de ser assegurada. Subsequentemente, novas condições para estabilidade prática são introduzidas baseadas em desigualdades de Lyapunov-Metzler e levando em conta uma função de Lyapunov do tipo mínimo, que permite reduzir o conservadorismo referente à garantia de estabilidade. Uma metodologia para projetar ciclos limites e assegurar a estabilidade assintótica global foi também apresentada, que leva em conta uma função de Lyapunov variante no tempo e permite tratar otimização de desempenho H2 e Hinf. Ademais, novas discussões sobre a estabilidade de uma classe de sistemas com comutação não-lineares a tempo contínuo são introduzidas, nas quais o problema de rastreamento de trajetória é tratado. O estudo desta classe é de interesse visto que ela modela o comportamento dinâmico de conversores de potência CA-CC e de máquinas síncronas de ímã permanente alimentadas por inversores de tensão. Esta nova abordagem permite o controle de forma mais simples quando comparada a estratégias clássicas de controle vetorial. Finalmente, alguns resultados experimentais são apresentados, validando as estratégias de controle desenvolvidas. As condições de estabilidade e projeto são majoritariamente escritas em termos de desigualdades matriciais lineares e, logo, podem ser resolvidas de forma eficiente por resolvedores de programação semi-definida prontamente disponíveis

Abstract: This dissertation is devoted to the study of switched affine systems control theory and some of its applications in power electronics context. After some preliminary discussions, the main contributions are presented. The common goal throughout this work is to develop, from a convex...

Abstract: This dissertation is devoted to the study of switched affine systems control theory and some of its applications in power electronics context. After some preliminary discussions, the main contributions are presented. The common goal throughout this work is to develop, from a convex optimization viewpoint, strategies capable of governing switching events in dynamical affine systems in order to bring the state variable to a desired reference value or to track a time-varying trajectory profile. Design methodologies for state or output dependent switching function based on a generalized Lyapunov function are provided for discrete-time switched affine systems, where only practical stability is possible to be assured. Subsequently, novel practical stability conditions are proposed, based on Lyapunov-Metzler inequalities and taking into account a min-type Lyapunov function, which allows us to reduce conservativeness regarding stability guarantee. A methodology for designing limit cycles and assuring their global asymptotic stability is also presented, which takes into account a time-varying Lyapunov function and permits to cope with H2 and Hinf performance optimization. Afterward, novel discussions on the stability of a continuous-time nonlinear switched systems class are introduced, where the trajectory-tracking problem is addressed. The study about this class is of interest as it models the dynamic behavior of AC-DC power converters and permanent magnet synchronous machines fed by voltage source inverters. This new approach allows their control in a simpler manner when compared to classical field-oriented control strategies. Finally, some experimental results are presented, validating the developed control strategies. Stability and design conditions are mostly written as linear matrix inequalities and, thus, can be efficiently solved by readily available semi-definite programming solvers

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