ردیابی نقطه بیشینه توان در سیستم‌ فتوولتائی دارای نامعینی با رویکردکنترل غیرخطی زمان-متناهی

در این مقاله با بکارگیری راهکار کنترل غیرخطی مقاوم زمان-متناهی، مسئله‌ی ردیابی نقطه بیشینه توان برای سیستم‌ حلقه‎بسته‎ی فتوولتائی مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرد. ابتدا مدل‎سازی دینامیکی جامعی برای سیستم فتوولتائی ارائه شده و با تحلیل ریاضی، مقادیر مرجع و مبنا برای جریان و ولتاژ خروجی ماژول فتوولتائی چنان تعیین می‎گردند تا بیشینه توان از سیستم حلقه‎بسته حاصل گردد. در ادامه با تعریف خطاهای ردیابی و تعدادی متغیرهای کمکی، نشان داده می‎شود که چالش ردیابی نقطه بیشینه توان سیستم فتوولتائی (دارای نامعینی) معادل و هم‎ارز با مسئله‎ی پایدارسازی زمان-متناهی کلّی نقطه‎ی تعادل یک سیستم غیرخطی مرتبه دوم دارای نامعینی است. سپس با تعمیم روش کنترل مد لغزشی پایاندار و تعریف چندین خمینه‌ لغزشی ابتکاری، سه نوع مجزا از کنترل‎کنندهای غیرخطی مقاوم زمان-متناهی طراحی و پیشنهاد می‎گردند تا هدف پایدارسازی فوق‎الذکر و در نتیجه ردیابی زمان-متناهی نقطه بیشینه توان سیستم حلقه‎بسته‎ی فتوولتائی برآورده گردد. با استفاده از لم‎های پایداری زمان-متناهی به صورت تحلیلی اثبات می‎گردد که هر سه نوع کنترل‎کننده‎های پیشنهادی قادرند تا پایداری زمان-متناهی کلّی سیستم حلقه‌بسته فتوولتائی را تضمین کنند. هر سه راهکار ارائه شده شامل تعدادی ثابت‎ اختیاری هستند که با انتخاب مقادیر عددی مناسب برای آن‎ها می‎توان زمان رسیدن به نقطه بیشینه توان را تا حد قابل توجهی کاهش داد. در انتهای مقاله، کنترل‎کننده‎های پیشنهادی بر روی سیستم فتوولتائی، مورد شبیه‌سازی کامپیوتری قرار گرفته و نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که این راهکارهای کنترلی معرفی شده به خوبی قادرند تا هدف ردیابی زمان-متناهی نقطه بیشینه توان را برآورده سازند.  

maximum power point tracking in an uncertain photovoltaic system utilizing finite-time nonlinear control approach

in this paper, by utilizing the finite-time robust nonlinear control approach, the maximum power point tracking problem is discussed and investigated for a closed-loop photovoltaic system. first, a comprehensive dynamical model for the photovoltaic system is introduced and elaborated. next, to achieve the maximum power point, reference values for current and voltage of the photovoltaic module are determined by mathematical analysis. by defining tracking errors and two auxiliary variables, it is mathematically demonstrated that the maximum power point tracking problem of an uncertain photovoltaic system is equivalent to the global finite-time stabilization problem of an equilibrium point associated with an uncertain second order nonlinear system. by developing the terminal sliding mode control and defining several innovative sliding manifolds, three different types of finite-time robust nonlinear controllers are designed and proposed to accomplish the maximum power point tracking goal for the closed-loop photovoltaic system. by applying several lemmas, it is proven that all proposed controllers are able to guarantee the mentioned stability of the closed-loop photovoltaic system in the presence of uncertainties. in proposed control schemes, the convergence finite time depends on the values of arbitrary constants and, in consequence, by choosing proper values for these constants, the aforementioned finite time would be reduced significantly. eventually, three proposed control schemes are numerically simulated onto the photovoltaic system and simulation results illustrate that the suggested controllers properly fulfill and provide the maximum power point tracking objective.