DC–DC boost dönüştürücülerde yük akımı kestirimi için yeni bir model geliştirilmesi ve optimizasyon tabanlı kalman gözlemleyici tasarımı
A novel model development and optimization-based kalman observer design for load current estimation in DC-DC boost converters
- Tez No: 992180
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ALTUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, DC-DC boost dönüştürücüler için parazitik elemanları içeren yüksek doğruluklu bir matematiksel modelleme ve bu modele dayalı yük akımı kestirimine yönelik gelişmiş bir gözlemci tasarımı sunulmaktadır. Çalışmada, bobin direnci, kapasitör eşdeğer seri direnci, MOSFET iletim direnci, diyot ileri yön gerilim düşümü ve diyot direnci gibi tüm temel parazitik etkiler dikkate alınarak, görev oranına (duty cycle) bağlı doğrusal olmayan bir boost dönüştürücü modeli elde edilmiştir. Yük direncindeki değişimlerin sistem dinamiği üzerindeki etkisini doğru biçimde temsil edebilmek amacıyla, model Taylor açılımı kullanılarak doğrusallaştırılmış ve yük akımı, nominal çalışma noktasından sapmayı temsil eden bir bozucu büyüklük olarak ele alınmıştır. Bu yaklaşım doğrultusunda, yük akımının doğrudan kestirilebilmesi için sistem modeli genişletilmiş ve durum vektörü kapasitör gerilimi, bobin akımı ve yük akımını içerecek şekilde üç boyutlu olarak tanımlanmıştır. Elde edilen quasi-LPV (qLPV) model temelinde, yük akımı kestirimi amacıyla hem Luenberger hem de Kalman gözlemcileri tasarlanmıştır. Kalman gözlemcinin süreç ve ölçüm gürültüsü kovaryans matrisleri görev oranına bağlı olarak tasarlanmıştır. Gözlemci parametrelerinin optimal şekilde belirlenmesi için Grey Wolf Optimizer ve Dream Optimization Algorithm gibi metasezgisel optimizasyon algoritmaları kullanılmıştır. Önerilen yöntem, MATLAB/Simulink® ortamında gerçekleştirilen benzetim çalışmaları ile değerlendirilmiş ve farklı yük değişim senaryoları altında gözlemci performansı ayrıntılı olarak incelenmiştir. Ayrıca, tasarlanan ve üretilen boost dönüştürücü prototipi üzerinde, dSPACE® tabanlı gerçek zamanlı deneysel çalışmalar gerçekleştirilerek benzetim sonuçları deneysel olarak doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, parazitik etkileri ve yük değişimlerinde gözlemci yapısının, yük akımı ve sistem durumlarının doğru, hızlı ve kararlı bir şekilde kestirilebildiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a high-fidelity mathematical modeling and load current estimation approach is presented for DC–DC boost converters by explicitly considering parasitic elements. All major non-ideal effects, including inductor resistance, capacitor equivalent series resistance, MOSFET on-state resistance, diode forward voltage drop, and diode resistance, are incorporated into a duty-cycle-dependent nonlinear boost converter model. In order to accurately represent the impact of load resistance variations on system dynamics, the model is linearized using a Taylor series approximation, and the load current is treated as a disturbance representing deviations from the nominal operating point. Based on this formulation, the system model is augmented to enable direct estimation of the load current, resulting in a three-state representation consisting of capacitor voltage, inductor current, and load current. Using the derived quasi-LPV (qLPV) model, both Luenberger and Kalman observers are designed for load current estimation. The observer parameters are optimally tuned using metaheuristic optimization algorithms, namely the Grey Wolf Optimizer and the Dream Optimization Algorithm. The proposed approach is evaluated through comprehensive simulation studies conducted in the MATLAB/Simulink® environment under various load variation scenarios. Furthermore, experimental validation is performed using a boost converter prototype designed, produced and real-time tests are carried out with a dSPACE® based control platform to verify the accuracy of the simulation results. The obtained results demonstrate that the proposed parasitic-inclusive structure enables accurate, fast, and stable estimation of both the system states and the load current under realistic operating conditions.
Benzer Tezler
- Online impedance measurement of batteries using cross-correlation technique
Çapraz-korelasyon tekniğini kullanarak çevrimiçi batarya empedansı ölçümü
TAHA NURETTİN GÜCİN
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT OVACIK
- Design and simulation of high-performance multilevelinverters for renewable energy systems
Yenilenebilir enerji sistemleri için yüksek performanslı çokseviyeli eviricilerin tasarımı ve benzetimi
REVING MASOUD ABDULHAKEEM ABDULHAKEEM
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHarran ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KIRÇAY
PROF. DR. RAKAN KHALIL ANTAR
- Tek fazlı güç faktörü düzeltmeli (PFC) köprüsüz ac-dc dönüştürücülerin incelenmesi ve karşılaştırılması
Investigation and comparison of single phase power factor correction (PFC) bridgeless ac-dc converters
METİN ÇAVDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI BODUR
- Pv sistemler için yumuşak anahtarlamalı maksimum güç noktası izleyici tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of soft switching maximum power point tracker for pv systems
SALİH NACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELİM ÖNCÜ
- Design and implementation of control techniques of power electronic interfaces for photovoltaic power systems: Cascade pi controller-based model reference adaptive control, notch filter dynamics-based pr-p controller designed by symmetrical pole placement method, extremum seeking adaptive control
Fotovoltaik güç sistemleri için güç elektroniği arayüzlerinde kontrol tekniklerinin tasarımı ve uygulaması: Kademeli pı denetleyici tabanlı model referanslı adaptif kontrol, çentik (notch) filtresi dinamiklerine dayalı simetrik kutuplama ile tasarlanmış pr-p denetleyici ve ekstremum arama (es) adaprif kontrol
CAĞFER YANARATEŞ