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Extremsökande reglering (ESC) är en modellfri adaptiv reglermetod som kan användas för att lokalisera den optimala arbetspunkten i olinjära processer. Det har nyligen visats att det finns problem med traditionell ESC om det reglerade systemet är dynamiskt. I den här avhandlingen behandlar vi en ny metod för extremsökande reglering som är applicerbar för både statiska och dynamiska system. Metoden är baserad på att reglera processens arbetspunkt tills det lokala fasskiftet hos processen når ⇡/2. Resultatet är baserat på det faktum att fasskiftet hos processer generellt förändras kraftigt kring optimum, och för låga frekvenser motsvarar optimum ett fasskift på ⇡/2radianer. Regulatorstrukturen som används liknar en faslåst slinga (PLL). Ett olinjärt Kalmanfilter används för att estimera fasen och en integrerande regulator används för att justera arbetspunkten tills fasen når det önskade fasskiftet. Resultaten är illustrerade i ett exempel där den nya regulatorstrukturen används för att optimera produktionen i en kemisk reaktor. / Extremum Seeking Control (ESC) is a model-free adaptive control method to locate and track the optimal working point for nonlinear plants. However, as shown recently, traditional ESC methods may not work well for dynamic systems. In this thesis, we consider a novel ESC loop to locate the optimal operating point for both static and dynamic systems. Considering that the phase-lag of the system undergoes a large shift near a steady-state optimum and reaches the value of ⇡/2attheoptimaloperatingpoint, thenovelESC applies the phase-lag of the target system to track the optimum. An ex-tended Kalman filter is used to ensure the accuracy of the phase estimation. The structure of a phase locked loop (PLL) is employed in combination with an integral controller to lock the phase near ⇡/2, such that the target system will operate near the optimal working point. The controller is demonstrated by application to optimization of the substrate conversion in a chemical re-actor.

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Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Resumo: Nesta tese, utiliza-se um otimizador analógico não derivativo proposto por Teixeira & Żak em 1999 como principal ferramenta para os sistemas de controle dos projetos desenvolvidos. Tal otimizador é composto por blocos não lineares e pode ser classificado como um sistema neural artificial. Sistemas chaveados têm grande aplicação prática na otimização de sistemas e são caracterizados por possuírem subsistemas e uma lei de chaveamento que seleciona cada subsistema a cada momento. Deve-se definir condições para que seja possível projetar uma lei de chaveamento que atenda requisitos de projeto. O estudo de técnicas de controle extremal na solução de problemas de busca pelo rastreamento do máximo ponto de potência (do inglês: Maximum Power Point Tracking - MPPT), vem apresentando resultados interessantes na literatura e um tipo de sistema à qual essa técnica pode ser aplicada, é na geração fotovoltaica. Aplica-se o otimizador analógico citado na busca do MPPT de uma célula fotovoltaica, com o objetivo de observar o controle extremal atuando em um processo de otimização, estendendo o controle para quando existem variações de irradiação solar (cenário de uma possível passagem de nuvens). Também observa-se o comportamento do sistema quanto a manter seu correto funcionamento e estabilidade ultimate bounded. A contribuição principal desta tese foi uma nova proposta de utilização conjunta do otimizador de Teixeira & Żak no projeto de controladores ˙ chaveados baseados na minimização da d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: On this thesis, a non-derivative analog optimizer, proposed by Teixeira & Żak in 1999, was used as the main tool for the proposed control system. Such optimizer is structured by nonlinear blocks and can be classified as an artificial neural system. Switched systems have great theoretical and practical application in systems optimization and are characterized by having subsystems, and a switching law that selects each subsystem at each moment. It is necessary to define conditions so that it is possible to design a switching law for the desired performance of the controlled system. The study of Extremum Seeking Control techniques in the solution of problems of Maximum Power Point Tracking has presented interesting results, and one type of system which this technique can be applied is in the photovoltaic generation. The analog optimizer is applied in the Maximum Power Point Tracking of a photovoltaic cell, with the objective of observing the actuation of the extremal seeking control in an optimization process, extending the control when there are solar irradiation variations (a possible clouds passage scenario). And also observe the behavior of the system and how to maintain its correct functioning and ultimate bounded stability. The main contribution of this thesis was a new procedure for using the mentioned analog optimizer in the design of switched controllers based on the minimization of the derivative of a Lyapunov function. This method allows the relaxed design of controll... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Ces dernières années, un intérêt croissant pour les systèmes électroniques de puissance a été motivé par l'émergence de sources d'énergie distribuées et renouvelables raccordées aux réseaux électriques. Dans ce contexte, la nécessité de topologies de faibles puissances alimentées par quelques modules photovoltaïques, en évitant l'utilisation de transformateurs, a ouvert l'étude de convertisseurs spéciaux et l’étude des stratégies de commande associées afin d’assurer la stabilité, la fiabilité et un rendement élevé du dispositif. Une possible solution est d’utiliser un dispositif générique connu dans la littérature scientifique et commerciale comme « micro-onduleur » ou «convertisseur intégré au module » qui avec le module photovoltaïque définit un produit « plug and play » appelé "module AC".Ce travail est consacré à l'étude d'un micro-onduleur monophasé avec deux étapes sans transformateur raccordée au réseau. La topologie proposée est composé d’un convertisseur DC-DC non isolé élévateur avec un gain quadratique et un onduleur réducteur lié au réseau connectés en cascade. Le convertisseur DC-DC extrait en permanence la puissance maximale du module photovoltaïque malgré les changements dans les conditions environnementales. L'étape DC-AC injecte la puissance extraite par l'étape DC-DC dans le réseau et assure un niveau élevé de qualité de l’énergie. Les efforts de recherche de ce travail sont concentrés sur la mise au point de commandes utilisant comment base, la théorie de contrôle par mode de glissement, qui conduit à une mise en œuvre simple avec une description théorique complète validée á partir de simulations et expérimentations.Après avoir décrit l'état de l’art dans le premier chapitre, le manuscrit est divisé en quatre chapitres, qui sont dédiés respectivement à l’algorithme de recherche du point de puissance maximale (MPPT), á l’étape de conversion DC-DC, á l'étape de conversion DC-AC et finalement au micro-onduleur complet. Un nouvel algorithme de recherche extrémal du point de puissance maximale est développé (SM-ESC). Pour la étape DC-DC, le convertisseur élévateur quadratique avec seulement un interrupteur contrôlé est étudié utilisant le concept de résistance sans perte par mode de glissement (de l’acronyme anglais : Sliding-Mode Loss-Free-Resistor – SM-LFR) afin d’obtenir un gain de tension élevé avec un fonctionnement sûr et compatible avec l’algorithme MPPT. Pour la étape DC-AC, le convertisseur de pont complet est contrôlé comme un onduleur de source de puissance (de l’acronyme anglais : Power Source Inverter - PSI) en utilisant une commande par mode de glissement qui poursuit une référence sinusoïdale de courant de sortie. Cette commande est complétée par une boucle de régulation de la tension du bus DC qui assure une haute qualité d’énergie injectée dans le réseau. Enfin, les trois étapes constitutives sont fusionnées pour obtenir un micro-onduleur complètement contrôlé par la technique de mode de glissement, ce qui constitue le principal résultat et contribution de cette thèse. / These last years, a growing interest in power electronic systems has been motivated by the emergence of distributed renewable energy resources and their interconnection with the grid. In this context, the need of low power topologies fed by a few photovoltaic modules avoiding the use of transformers opens the study of special converters and the associated control strategies ensuring stability, reliability and high efficiency. A resulted generic device known in the commercial and scientific literature as “microinverter” or “module integrated converter” performs a plug and play product together with the PV module called an “AC module”.This work is devoted to the study of a transformer-less single-phase double-stage grid-connected microinverter. The proposed topology has a non-isolated high-gain boost type DC-DC converter and a non-isolated buck type DC-AC converter connected in cascade through a DC bus. The DC-DC converter permanently extracts the maximum power of the PV module ensuring at the same time a good performance coping with power changes introduced by the change in the environmental conditions. The DC-AC stage injects the power extracted by the DC-DC stage into the grid ensuring a high level of power quality. The research efforts focus on the involved control functions based on the sliding mode control theory, which leads to a simple implementation with a comprehensive theoretical description validated through simulation and experimental results.After giving the state-of-the-art in the first chapter, the manuscript is divided into four chapters, which are dedicated to the Maximum Power Point Tracking (MPPT), the DC-DC stage and its control, the DC-AC stage and its control and the complete microinverter. A new Extremum Seeking Control (ESC) MPPT algorithm is proposed. The single-switch quadratic boost converter is studied operating as a Loss-Free-Resistor (LFR) obtaining a high DC output voltage level with a safe operation. The full-bridge converter is controlled as a Power Source Inverter (PSI) using a simple sliding-mode based tracking law, regulating the voltage of the DC bus and then ensuring a high power quality level in the grid connection. Finally, the three building blocks are merged to obtain a sliding mode controlled microinverter constituting the main result and contribution of the work