PRISTOPI VODENJA PREKLOPNIH HIBRIDNIH SISTEMOV NA PODLAGI MEHKIH MODELOVBAŽDARIĆ, ROBERT (Avtor) Škrjanc, Igor (Mentor) Matko, Drago (Komentor) hibridnisistemipreklopnihibridnisisteminelinearnovzbujenipojaviDC-­‐DCpretvornikmodeliranjeDC-­‐DCpretvornikanavzgoridentifikacijanelinearnihsistemovmehkimodeliidentifikacijanaosnovimehkihmodelovprediktivnovodenjeV zadnjih dvajsetih letih je vodenje hibridnih sistemov vzpodbudilo velik znanstveni interes. Glavni razlogi se skrivajo predvsem v uporabnosti hibridnih sistemov za širok spekter fizičnih sistemov, še posebej tistih, ki so nastali v sklopu sodobnega tehnološkega razvoja. Cilj naše študije je razvoj pragmatičnega izogibanja nelinearnim fenomenom pri vodenju hibridnih sistemov, s fokusom na podmnožici preklopnih hibridnih sistemov. Razviti zakoni vodenja predstavljajo avtorjevo splošno idejo o vodenju nelinearnih dinamičnih sistemov. Ti zakoni se bodo uporabljali za namen vodenja na podlagi hevrističnega principa. Glavni poudarek bo na vodenju na osnovi identifikacije mehkih modelov, kot univerzalnem aproksimacijskem pristopu k modeliranju in izboljšanju več strukturnih in globalnih modelov. Prva faza se nanaša na identifikacijo ustaljenega stanja hibridnih sistemov. Druga faza se nanaša na identifikacijo dinamičnega modela hibridnega sistema (sprejemljive natančnosti), ki z analitičnega stališča predstavlja kvalitativne in kvantitativne lastnosti sistema. Pri razvoju algoritmov bo poudarek na prediktivnih metodah vodenja hibridnih sistemov na osnovi mehkih modelov, ki bodo v večji meri odpravile glavno negativno značilnost takšnih metod in sicer tj. kompleksnost obdelave v realnem času. Prilagojena različica algoritma, ki predvideva sub-­optimalno vodenje, pa je širše uporabna in sicer tudi za sisteme, ki imajo vgrajen šibkejši mikroprocesor. Tradicionalno poenostavljanje modelov hibridnih sistemov je (v skladu s teorijo elektronskih vezij) običajno izvedeno s tako imenovanim postopkom povprečja, pri katerem se izogibamo modernim pristopom kombiniranja diskretnih in zveznih sistemov. V nasprotju s tem bodo v naši študiji (poleg tradicionalnih) harmonično integrirani tudi moderni pristopi k obravnavi hibridnih sistemov. Takšno homogeniziranje dveh nasprotnih pristopov bo afirmiralo modeliranje nelinearnih sistemov na podlagi identifikacije. Slednja predstavlja vodilno strategijo na poti k izdelavi modela za širšo uporabo. Osnovna ideja je še vedno zgraditi model kompleksnega sistema (sestavljenega iz diskretnih in zveznih elementov) v obliki nadomestnega zveznega modela, pri čemer se moramo zavedati kompleksnosti prehodov iz enega načina delovanja v drugi način. Ti prehodi hkrati vplivajo na končno in edinstveno obliko modela. Obravnavani sistemi imajo merljive spremenljivke stanj, kot tudi parametre procesa. Ta predpostavka spodbuja glavno idejo in odpira možnost zajema podatkov z opazovanjem kompleksnih prehodov stanj (pri katerih gre za sočasno spremembo zveznih trajektorij in diskretnih stanj). Ta informacija se kasneje še vedno ohranja v končni transformaciji iz prostora stanj v psevdo-­‐normiran prostor. Te ideje ustvarjajo čvrste temelje za končno formiranje nove metode vodenja ter prispevajo k parcialnim in ciljnim dosežkom. Primer sistema, ki omogoča uporabo predstavljene metodologije, je DC-­‐DC pretvornik navzgor. Ta ni samo dober primer preklopnega sistema, ampak je hkrati tudi primer vsesplošno uporabnega vira napetosti, ki je prisoten predvsem pri alternativnih energetskih virih. Njegova pomembnost se kaže tudi v obliki številnih študij, ki so nastale od začetka uporabe polprevodnikov. Izogibanje nelinearnim fenomenom [1,7-­‐10,56,57] je ena od glavnih motivacij in ciljev pri izdelavi algoritma vodenja, ki je inteligenten, robusten in ekonomičen v smislu porabe časa procesiranja. V nasprotju s prvimi ugotovitvami avtorjev Ćuk, Ericson in Middlebrook [23,24] je natančnost matematičnega modeliranja v veliki meri odvisna od prehodnih pojavov med stanji sistema in nezveznosti njihovih funkcij pri istem času. Ti problemi so bili odkriti že v sredini prejšnjega stoletja, šele proti koncu prejšnjega stoletja pa so se pojavili v obravnavi »chattering« efektov, »Zeno« obnašanja in nelinearnih fenomenov tudi pri dobro poznanih metodologijah HS. S stališča linearne teorije vodenja sistemov vodenje na osnovi majhnih signalov (kot so to imenovali omenjeni avtorji) dobro deluje v okolici delovne točke sistema. Torej, z linearizacijo v izbrani delovni točki in analitičnim pristopom je model (omenjeni avtorji navajajo, da gre za »povprečni model«) mogoče uporabiti na širšem območju delovanja. Kot je že bilo omenjeno, z namenom, da bi dosegli robustno delovanje algoritma vodenja, je potrebno pri širjenju področja delovanja DC-­‐DC pretvornika in preklopnih hibridnih sistemov upoštevati teorijo vodenja nelinearnih dinamičnih sistemov. Z obravnavanjem hibridne strukture [2,3], robustne rešitve [3,4], naravne limite [3], redukcije kompleksnosti [5,6] in vseprisotnega problema izogibanja nelinearnim pojavom [7-­‐10] se pojavijo zelo zanimivi izzivi, ki jih je potrebno rešiti za uspešno vodenje DC-­‐DC pretvornikov. Najuspešnejše sodobne rešitve [3] temeljijo na linearni matrični neenakosti in optimizaciji HS [3,5,6], na algoritmih za zmanjšanje kompleksnosti [11], na formalizmu komplementarnosti (za namen zmanjšanja nedoločenosti modela) [12,13], na metodi drsnega načina vodenja [14,15], na metodi hevrističnega vodenja, na nevronskih mrežah in na metodi mehkega vodenja [10,16, 138]. Slednja metoda [16,138] je obravnavana in podrobno predstavljena v tej disertaciji, tako da formira enotno in izboljšano metodologijo vodenja na področju preklopnih hibridnih sistemov, kamor sodi tudi obravnavani DC-­‐DC pretvornik navzgor.20172017-11-27 12:00:08Doktorsko delo/naloga98327sl