I MFN (s) - -Malha de
CONCLUSÃO E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Apresentação da conclusão sobre o trabalho realizado e sobre os resultados obtidos. Apresentação de sugestões para trabalhos futuros tendo em vista o trabalho desenvolvido.
Na Seção 1, modelaram-se os conversores trifásicos via matrizes de transferência. Essa abordagem permitiu compreender melhor o acoplamento entre as fases dos conversores trifásicos por conta das tensões de sequência zero e compreender as diferenças de comportamento entre as topologias estudadas.
Mostrou-se também que tensões de sequência zero podem ser injetadas no sinal de referência do conversor de modo a minimizar a ondulação das correntes de saída e aumentar em 15% o alcance das tensões CA geradas pelo conversor (injeção de tensão de sequência zero ótima).
Na Seção 2, foram estudadas as malhas de controle dos conversores trifásicos 3F3B e 4F4B+Ln no sistema de referência abc e foi mostrado que é possível implementar estratégias de controle de corrente e de tensão desacopladas no referencial abc. Trata-se de um resultado importante, uma vez que permite ao projetista realizar o ajuste de apenas um controlador SISO e replicá-lo N-1 vezes para implementar o controle de um conversor trifásico. Adicionalmente, permite o uso das diversas técnicas de projeto para o controlador de sistemas SISO.
Através da estrutura de controle apresentada neste trabalho, caracterizada pelo desacoplamento e pela injeção de sequência zero ótima, mostra-se que o controle de tensão e de corrente no referencial abc é possível. O controle no referencial abc não requer transformações de coordenadas e opera indistintamente com componentes de correntes e tensões de sequências positiva e negativa, o que não acontece no referencial dq0.
Na Seção 3, foram estudadas técnicas de controle mais simples (Dead-Beat, P e PI), de modo a serem utilizadas na malha de corrente do conversor no esquema de malha concatenada. Observou-se que de acordo com a estratégia de controle adotada, o sistema controlado se torna menos robusto a variações nos parâmetros da planta, sendo que o controlador Dead-Beat e os controladores com compensação de delay apresentaram os piores resultados. Ainda, observou-se que o FF da tensão de carga melhora muito a rejeição de perturbação da malha de corrente, de modo
que o erro de rastreamento em regime permanente dos controladores P com FF se equipara ao dos controladores PI sem FF para as frequências analisadas.
Por fim, na Seção 4, foram estudadas técnicas de controle mais complexas para o controle de tensão da malha concatenada (PR, P+MR e Repetitivo), as quais podem ser classificadas como técnicas de controle de banda estreita devido ao emprego de ganhos altos para frequências específicas. O uso dessas técnicas se deu por conta da aplicação do conversor como fonte trifásica programável o que implicou no rastreamento das frequências harmônicas ímpares da 1ª à 13ª. O uso dessas técnicas se mostrou bem sucedido, conferindo ao sistema a capacidade de rastrear múltiplos harmônicos de tensão com erro muito reduzido independentemente da carga resistiva ligada na saída e com desempenho transitório de acordo com o especificado. Observa-se, no entanto, que as técnicas de controle estudadas necessitam de maiores cuidados em sua implementação prática, uma vez que ocupam mais recursos, são em geral mais sensíveis a erros de quantização em seus coeficientes e necessitam de estratégias de anti-windup. Ressaltam-se as dificuldades em encontrar trabalhos que empregam o controlador P+MR na malha de tensão e em ajustar múltiplos termos ressonantes, ainda mais levando em conta a resposta transitória do sistema e o acoplamento entre os termos ressonantes.
Apesar de ser mais trabalhoso e envolver análises mais complexas tanto na modelagem da planta quanto no projeto dos controladores, o projeto de controle em tempo discreto (ou em tempo contínuo com as devidas aproximações) resulta em ajustes precisos (sem warping) e permite que os parâmetros projetados e as simulações representem o comportamento do sistema real com muito mais precisão.
Nesse aspecto, destaca-se a modelagem apresentada no Apêndice B, uma vez que considera a influência do feedforward imperfeito da tensão de saída na malha de corrente e a influência da carga ligada à saída do conversor nas funções de transferência. Para projetos com especificações estritas (como é o caso de muitos projetos na área de eletrônica de potência) ou para projetos com estratégias de controle mais complexas (como as de controle moderno) essas características são essenciais para que se extraia o melhor desempenho possível do sistema a ser controlado.
A seguir são apresentadas sugestões para trabalhos futuros a partir dos temas estudados neste trabalho:
Demonstração para conversores com quatro braços de que a injeção de tensão de sequência zero proposta em (SILVA JUNIOR, 2007) é ótima para a minimização da ondulação de corrente de saída (sem depender de comparações com o 3DSVPWM);
Estudo detalhado sobre a interação das malhas interna e externa no controle em malha concatenada (que vá além de recomendações e regras práticas);
Estudo sobre os efeitos do dead-time no funcionamento do conversor, sobre sua modelagem e sobre técnicas de compensação de dead-time para conversores monofásicos e trifásicos;
Estudo sobre técnicas de controle Dead-beat aprimoradas, de forma a mitigar a sua baixa robustez a variações nos parâmetros;
Estudo sobre a implementação de controladores P+MR em FPGAs;
Estudo detalhado sobre a otimização dos ganhos para controladores PR e P+MR para a malha de tensão de conversores de potência;
Estudo de estratégias de controle moderno, ou seja, baseadas em variáveis de estado, como: LQR (Linear Quadratic Regulator), LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery), controle robusto H-Infinito.
Comparação das técnicas de controle moderno com o controle proposto (P na malha de corrente e P+MR na malha de tensão);
Estudo de técnicas de controle para conversores com filtro LCL;
Estudo comparativo sobre as vantagens e desvantagens entre o uso de variáveis de ponto fixo e de ponto flutuante na implementação em tempo discreto de controladores que exigem precisão em seus ganhos e coeficientes;
Estudo sobre a Transformada γ para a implementação de controladores em tempo discreto.
APÊNDICE A
Modelagem de conversores trifásicos com filtro indutivo no sistema de coordenadas abc
Modelagem da função de transferência em tempo contínuo do conversor monofásico com filtro indutivo através da sua representação no espaço de estados.
Modelagem das matrizes de transferência em tempo contínuo no referencial abc dos conversores 3F3B, 4F3B, 4F4B e 4F4B+Ln através do processo empregado no caso do conversor monofásico.
CONVERSOR MONOFÁSICO
Diagrama esquemático e simplificado do conversor monofásico com filtro indutivo. Equacionamento da função de transferência do sistema em tempo contínuo.
A modelagem do comportamento de conversores trifásicos foi realizada tendo em vista o comportamento do conversor monofásico. Dessa forma, as equações e considerações utilizadas para o conversor monofásico foram utilizadas como base para as modelagens apresentadas nesta seção. O diagrama esquemático de um conversor tipo fonte de tensão monofásico com filtro indutivo (filtro L) pode ser visto na Figura 85. A princípio, os conversores atuam como fontes de corrente para as suas saídas, as quais alimentam cargas quaisquer.
Figura 85 – Diagrama esquemático do conversor fonte de tensão monofásico com filtro L
Fonte: Elaborada pelo autor
Para a modelagem do sistema (conversor monofásico), a carga foi representada por meio de uma fonte de tensão ideal.
Somado a isso, os PWMs podem ser considerados como um ganho unitário ao considerar que a frequência da portadora triangular é muito maior que a máxima