Control of an active rectifier with an inductive-capacitive-inductive filter using a Twisting based algorithm

This paper presents a novel controller for an active rectifier with an inductive-capacitive-inductive filter. The proposed control scheme comprises two levels. The internal level, is a current controller based on the second order sliding mode Twisting algorithm, which robustly ensures an unity power factor at the connection point. The slower external level is a PI controller in charge of regulating the output DC voltage to a desired reference. The controller setup also includes a finite-time observer of the current derivative that can be used to avoid direct (and sometimes problematic) numerical differentiation. Finally, simulation results are presented to validate the proposed control scheme.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de SeñalesConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Modelado, simulación y control lineal para multicópteros

En años recientes la evolución de la propulsión eléctrica ha comenzado a impactar en el desarrollo de la aviación liviana. Los multicópteros no tripulados de pequeño tamaño ya se han consolidado como plataformas de observación aérea en una multiplicidad de usos; y ahora su evolución se orienta naturalmente hacia aplicaciones de mayor escala. Muchas de estas demandaran alta precisión en el control de posición, y un elevado nivel de operatividad en relación a las condiciones climáticas. En este trabajo en primer término se propone un modelo dinámico para un cuadricóptero, orientado al análisis y diseño de sistemas de control de vuelo; y a partir de este se diseña un control lineal multivariable. En [5] concluimos que una realimentación lineal permitiría alcanzar estabilidad robusta en la actitud para el modelo no lineal del multicóptero (aunque debemos advertir que en ese análisis no se incluyó la dinámica de los actuadores); y ademas, la masiva aplicación comercial del control lineal muestra que, mediante compensadores adecuadamente sintonizados, se pueden lograr resultados aceptables para el uso habitual. Lo que aquí se pretende es maximizar la capacidad de rechazo sobre las perturbaciones atmosféricas. Finalmente, se presentan los aspectos fundamentales del simulador de vuelo elaborado para esta clase de aeronaves; pensado no solo para validar el diseño de cualquier sistema de control en situaciones más realistas a las que pueden simularse con los modelos matemáticos de análisis y síntesis, sino también para proveer una herramienta versátil de evaluación en distintas condiciones de vuelo no solo de los algoritmos, sino también de la realización física de un sistema de control de vuelo usando un esquema de "hardware in the loop” como paso previo al estudio experimental.Sección: AeronáuticaFacultad de Ingenierí

Modelado, simulación y control lineal para multicópteros

En años recientes la evolución de la propulsión eléctrica ha comenzado a impactar en el desarrollo de la aviación liviana. Los multicópteros no tripulados de pequeño tamaño ya se han consolidado como plataformas de observación aérea en una multiplicidad de usos; y ahora su evolución se orienta naturalmente hacia aplicaciones de mayor escala. Muchas de estas demandaran alta precisión en el control de posición, y un elevado nivel de operatividad en relación a las condiciones climáticas. En este trabajo en primer término se propone un modelo dinámico para un cuadricóptero, orientado al análisis y diseño de sistemas de control de vuelo; y a partir de este se diseña un control lineal multivariable. En [5] concluimos que una realimentación lineal permitiría alcanzar estabilidad robusta en la actitud para el modelo no lineal del multicóptero (aunque debemos advertir que en ese análisis no se incluyó la dinámica de los actuadores); y ademas, la masiva aplicación comercial del control lineal muestra que, mediante compensadores adecuadamente sintonizados, se pueden lograr resultados aceptables para el uso habitual. Lo que aquí se pretende es maximizar la capacidad de rechazo sobre las perturbaciones atmosféricas. Finalmente, se presentan los aspectos fundamentales del simulador de vuelo elaborado para esta clase de aeronaves; pensado no solo para validar el diseño de cualquier sistema de control en situaciones más realistas a las que pueden simularse con los modelos matemáticos de análisis y síntesis, sino también para proveer una herramienta versátil de evaluación en distintas condiciones de vuelo no solo de los algoritmos, sino también de la realización física de un sistema de control de vuelo usando un esquema de "hardware in the loop” como paso previo al estudio experimental.Sección: AeronáuticaFacultad de Ingenierí

Modelado, simulación y control lineal para multicópteros

En años recientes la evolución de la propulsión eléctrica ha comenzado a impactar en el desarrollo de la aviación liviana. Los multicópteros no tripulados de pequeño tamaño ya se han consolidado como plataformas de observación aérea en una multiplicidad de usos; y ahora su evolución se orienta naturalmente hacia aplicaciones de mayor escala. Muchas de estas demandaran alta precisión en el control de posición, y un elevado nivel de operatividad en relación a las condiciones climáticas. En este trabajo en primer término se propone un modelo dinámico para un cuadricóptero, orientado al análisis y diseño de sistemas de control de vuelo; y a partir de este se diseña un control lineal multivariable. En [5] concluimos que una realimentación lineal permitiría alcanzar estabilidad robusta en la actitud para el modelo no lineal del multicóptero (aunque debemos advertir que en ese análisis no se incluyó la dinámica de los actuadores); y ademas, la masiva aplicación comercial del control lineal muestra que, mediante compensadores adecuadamente sintonizados, se pueden lograr resultados aceptables para el uso habitual. Lo que aquí se pretende es maximizar la capacidad de rechazo sobre las perturbaciones atmosféricas. Finalmente, se presentan los aspectos fundamentales del simulador de vuelo elaborado para esta clase de aeronaves; pensado no solo para validar el diseño de cualquier sistema de control en situaciones más realistas a las que pueden simularse con los modelos matemáticos de análisis y síntesis, sino también para proveer una herramienta versátil de evaluación en distintas condiciones de vuelo no solo de los algoritmos, sino también de la realización física de un sistema de control de vuelo usando un esquema de "hardware in the loop” como paso previo al estudio experimental.Sección: AeronáuticaFacultad de Ingenierí

Fundamentals of Sliding-Mode Control Design

This chapter provides an introduction to Variable Structure Control theory and its extension to the so-called Sliding-Mode (SM) control. The presentation is not intended as a comprehensive survey of the state-of-the-art in the field, but to supply the basic concepts on SM control required to understand the developments to come in this book. The readers can use this material as a straightforward introduction to the field of SM control.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Efficiency Optimisation of an Experimental PEM Fuel Cell System via Super Twisting Control

A robust control solution is proposed to solve the air supply control problem in autonomous polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) based systems. Different second order sliding mode (SOSM) controllers are designed using a model of a laboratory test fuel cell generation system. Very good simulation results are obtained using such algorithms, showing the suitability of the SOSM approach to PEMFC stack breathing control. Subsequently, for experimental validation, a controller based on one of the previously assessed SOSM algorithms, namely a Super Twisting, is successfully implemented in the laboratory test bench. Highly satisfactory results are obtained, regarding dynamic behaviour, regulation error and robustness to uncertainties and external disturbances.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Stability Criteria for Input Filter Design in Converters with CPL: Applications in Sliding Mode Controlled Power Systems

Microgrids are versatile systems for integration of renewable energy sources and non-conventional storage devices. Sliding Mode techniques grant excellent features of robustness controlling power conditioning systems, making them highly suitable for microgrid applications. However, problems may arise when a converter is set to behave as a Constant Power Load (CPL). These issues manifest in the stability of internal dynamics (or Zero Dynamics), which is determined by the input filter of the power module. In this paper, a special Lyapunov analysis is conducted to address the nonlinear internal dynamics of SM controlled power modules with CPL. It takes advantage of a Liérnad-type description, establishing stability conditions and providing a secure operation region. These conditions are translated into conductance and invariant region diagrams, turning them into tools for the design of power module filters.Fil: Anderson Azzano, Jorge Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Moré, Jerónimo José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Puleston, Pablo Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin

Efficiency Optimisation of an Experimental PEM Fuel Cell System via Super Twisting Control

A robust control solution is proposed to solve the air supply control problem in autonomous polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) based systems. Different second order sliding mode (SOSM) controllers are designed using a model of a laboratory test fuel cell generation system. Very good simulation results are obtained using such algorithms, showing the suitability of the SOSM approach to PEMFC stack breathing control. Subsequently, for experimental validation, a controller based on one of the previously assessed SOSM algorithms, namely a Super Twisting, is successfully implemented in the laboratory test bench. Highly satisfactory results are obtained, regarding dynamic behaviour, regulation error and robustness to uncertainties and external disturbances.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Singularity crossing phenomena in nonlinear electrical circuits

In a nonlinear system a singular crossing point is a singular point such that there is at least one solution crossing through it. In this article we study a family of nonlinear electrical circuits, that can be represented by nonlinear Implicit Differential Equations -IDEs-. We set conditions that ensure the existence of singular crossing points in these circuits. There are different approaches to this problem for a given general IDE, but the results we get for this family of circuits allow us to find these points in an extremely simple way. The results are illustrated in a concrete example.Facultad de Ingenierí

Advances in HOSM Control Design and Implementation for PEM Fuel Cell Systems

A second order sliding mode strategy to control the air supply and oxygen stoichiometry of a fuel cell based generation system is presented. The control design is accomplished from a complete model of a experimental plant that was previously developed by the authors and specially suited for nonlinear control issues. The resulting controller endows the system with enhanced dynamic characteristics and robustness to model uncertainties and external disturbances. Simulations and experimental results are provided, showing the feasibility and reliability of the approach.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale