In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  1797~ 18 05  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp1797-1805          1797     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Design of a discr e te PID contr ol ler b a sed on identification dat for a simscape buck   boost converter model       M o h a mm ed   A lm aged ,   S ala m  Ib r ah im  K h a th er ,   Ab du ll I. A b d u lla   S y st e m an Cont rol  En g i neering  D e part ment,   Col l ege  o f  Elect ro n ic En gine e r in g , Nin e v a h  Un i v e rsi t y,   Iraq      Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Mar  28,  2 0 1 9   Re vise d Ju n 2 0 ,  2019   A c c e pte d   J u l   8 ,   2019       Th is  wo r k s hows   th e des i g n  an d   t un in g p r oced ure o f   a  discret e P I D   c on tr o l le r   f o regu lati ng   b uck   b oos con v erter  circu its .   Th bu ck  b o o s t   c o nv erter  m odel   is   i m p l e m e n t ed   u si ng   S im scap M a t l ab  l ibrary   w it ho ut   h av i n g   t o   deri ve  a   com p lex  m a th ematical   m o d el.  new  t unin g   p roces of   d ig it al  P ID   con t ro llers   b a sed  on   i d e ntif i cation  dat a   h as   b ee n   p r opo sed .   S i m u l ation  resu l t are  int r od uced   t ex ami n th p o tential s   o t h d e s i g n ed   c o n t r o ller  in  power   elect roni appl icat io ns  a n d   v alid a t the  cap ab ilit y   a nd   s tabili ty   o t h e   con t ro ller  u n d er  s up pl an loa d   p erturb ati o n s Desp it co ntro l l e r   li n e a r it y ,   the   ne a p pro a c h   h a s   p rove d   to   b e   succ e ssful  e v e with   h ig h l n on li near   sy st e m s .   T h e   p ropo sed   co ntro ll er  h as   s ucceed ed  i reject in all  t h e   di st urb a n ces  e f f ect ivel an m a i n t a i n i n g   con s t a nt  out pu v o lt ag e   f r o m   t h e   regulat o r.   K eyw ord s :   B u ck  Boo st  C on v e r t ers   PID Co nt r o l l er   Sim s cape   Mat l a b S i muli n k   N o n line a S y st em s Tuni ng   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   M o h a mmed  Al m ag e d   S y stem s a n d   Con t ro Engi nee r in g D e partm e nt,   N i ne vah  U n ive r sity,     U n i v ersi ty S tr eet,  N i neva h,  Mosu l , I raq.  Em ail:  moha mm ed. youn us@ u o n i ne va h. edu. iq       1.   I N TR OD U C TI O N   S w it c h ing  m o de  c o n v er t e rs  h a v bee n   w i d ely  u t i l i ze i n   c ompu ter   h a r d w ar e,  phot o v o ltaic   e nerg y   and   i n d u str i a l   a ppl ica t i o ns  [ 1 - 4].   D C -D po w e con v e r ters   a r e   t he  m ost   e fficie n w a to   d e l iver  a   s ta b l D C   ou tpu t   r egar dl e s of  l oad  a n i n pu vo l t a g va ria tio ns.   The  c l a ssic   p ow er  c on verte r ar gene ral l c l a s si fi e d   i n t o  t h r e e   t opo lo gi e s bu c k–b oo st b u c k   an d   bo o s t   co nv e r t e rs. B uc k bo os t con v e r ter is a b asic sw i tch i ng m o d e   circ u i in  w hic h  the  s upp lie vo ltage  c a n  be   large r  or   sm aller  t h a n  t he  i n p u t s ourc e   vol ta ge  leve l   [ 5].     Rec e n t l y,   it  ha bee n   a   g row i ng   c o n ce rn   t o w a r ds  t he  d e v e l o p m e n t   o eff ecti v e   co n t ro a ppr oac h es   t o   enha nc t h be hav i or  o pow e r   c on ver t e r s.  H ow e v e r ,   c ontro ll i n g   th e s c onv ert e rs  i s   a   di ffi c u lt   t ask   d u e   t o   t h in heri te na t u re   o n o n l i ne arit ass o c i ate d   w it p o w e r   sw i t c h es  [ 6 ] .   T h e r e f o r e ,  d e s i g n i n g  a  c o n t r o l l e r   f o r   buc bo os t   c o nver t er   i n o rm ally  a c c o mp l i s h ed  by  a p prox im at i n the  dy na mic  m o de o f   t he  s y s t e m.   T he  mode l i ng  o f   buc b o o st  c on verter   c i r cu it   h as  a   c e r tain  a mo un o difficulti e m a in ly   b e cau se   o th no n l i n ea ri t y   a nd  t i m e   v a r yi ng  na ture  o pow er  s w i tche [7,  8] Line a r izat io of  s t a te  s pa c e   a ver a gin g   appr oa ch   i s   c o m m on  w a o f   c o nve r tin s u ch  tim vary in a n d   n o n lin e a mo d e l s   i nto   a   go od   a pp rox i mat i o line a m o del  f o buc k   b o o st   c on verte r   c ircu it   [ 9,  1 0].  S e vera li ne ar  c on t r o l   a p p r o a ch es  w ere   i m p l emen t e d   on   the s co n v er ter s   u si ng  t h eir  li nea r   m o d e l s.   T hese  t ec hn i que co m p rise   s t r ateg ies  re lie o n   class i ca fre q u e ncy   con t ro a ppr oa ch  s uc h   as  Z i e gl e r –N ic ho a nd  r o o t   l oc us   [ 1 1 -1 5].   H owe v er,   m o st  o t h ese  c o n t ro t h eor y   requ ire s   p rec i se   line a m a the m a t ica l   m ode ls  w hic h   i di ffi c u l t   to  a c h ie ve  d ue   t par a m e te var i a t ion  tha t   ca use s  a  s i g n i fi ca nt cha n g e i n  ope ra ti n g  po i nts,  non-l i nea r ity ,  load  and i n pu t vo l t a g dis t urbanc e s  [1 6 - 1 8].  Thi s   p ap e r   i nt ro du c e sy st ema t i c   a pp ro ach   t o   co nst r u c a   mo d e l   fo r   D C -D C   bu c k   b oo st   c o n v e r t e r us i n Ma t l a b   S imsc ape  S i mul i nk   l ibr a ry.   The  m e t h od   i s   q u ite   u se f u l   i n  s i t u a t i o n s  w h e r e  t h e r e  i s   n o   n e e d   t o   deri ve   m athe m a tica l   m o d el  f or  t he  p lan t It  w il l   a l s o   e l i mina t e   t he   n e e d   for  a n l i ne a r izat i on  p r ocess   an d   opera tin p o i n t re str i c t i o n.  P ID   i d o mina te   c o n t ro l l e r   d ue  t o   t he  d e s i g s i mpl i c ity  a n d   g o od  tran sie n a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e 2 0 19   :   1 797    1 805  1 798 stea dy  s t a t pe r f or m a nc e.   T unin g   P I D   c ontr o l l er a r usua l l a c c o m p l i sh e d   b cla s s i ca fr e que ncy  r e s p o n se   tec h n i q u e s   s uc as  r oot  l oc u s - t y p an Zi egler N i c h o l   a ppr oa che s.   T h i pa per   w i l l   s how   a   n ew   t u n i n g   pr o c ess   o f   d i g i t al   P I D   c on tro lle rs  b a s ed   o the   s i m u l a ti on   d ata   o b t a i ne f r o m   the   co ns tr ucte S i m s ca p e   b uck   bo os m ode l.         2.   CONVERTER  M ODEL LING   W h e n   m a t h e ma t i c a l   m od el   o t h sy st e m   i rea d il y   av ail a bl e,  i t   is  poss i b l e   to  e mp lo se v e r a l   de si gn   a ppr oac h es  f or  calcu la t i n g   t h e   p a r am eter o f   t he  c on tro l ler  tha w i l l   a c h ie ve   t he  d es ir ed  r e s ponse   of   t he   p la n t .   Ho wev e r,  i n   mo st   c a s e s t h sy st e m   i e x t r emel y   sop h i s ti cat ed  a nd   h igh l no n l i n ea r   s o   t ha t h m a t h e m atica l   m odel  c a n n o be  s i m pl der i ve d.   T hus,   an  a nal y ti cal  a p p r o ac t o   t he  c o n tr olle r   de si gn   i no a n   o p tion.   T o   e l im i n a t t h e   n eed  f or  a ny  m a them at ica l   m o d el,  Ma t l ab  S i m ul i n w e r e   i n t r o duc e d .   Thi s   a ppr oac h   w i l l   n o t   b e   r e str i cte d   by  t h val i d it of  l i n ea r   m a them at ical  m o d e l   nor   t he   s ma l l   sig n a l   o f   t h e   op era t ion   poi nt .   Th b u ck  bo os c o n v er te r   is  c ons t r uc te d   usi n S i msc a p e   pow er   s ys te m   S i m s ca pe  e l e c t r i c a l   w hi c h   c onta i n s   e lem e nt f o r   de ve l o p i ng   a n d   s i m u l at i ng  elec t r i c al   a n d   e l ec tr o n ic   p ow er   s ys te m s .   I t   c om pr ise s   m ode ls  o f   p a ssi v c o mpo n e n t s ,   sem i co nd uc tor s   a nd  m o tor s   t b u i l d   a pp l i c a t i o ns  f o r   v ari o u s   e l e c t ro me ch a n i c al  a n d   m e c h a t r o n i c s  s y s t e m s .   I t  c a n  a l s o   b e  u s e d   i n  d e v e l o p i n g  c o n t r o l   s ys tem s   a nd  tes t i n pla n t   pe r f o r m a n c e .   The   m odel  o f   t he  c on ver t e r   c on st r u c t e d   i S i msc a pe  e lec t r i c a a nd  p ow e r   s yste m   is  s how in  F igur 1.             F i gur 1.   B uc k   boost  co n v er te r   m odel       Mo st  o the   c o m pone n t w e r e   i ns er ted  fr om   S im sc ape  pow er   s ystem   l i b r a r y .   H o w e ve r ,   t he  m od e l   re q u i r e s   u sing  v a ri abl e   r esi s t o fro Si msc a p el ec t r ic al   l i b rary Th u s Cu rren t - V o lta g e   S i m scap I n t e rfa ce  b l oc wa use d   a s   an  i deal  c ou p l i n be tween  S i m sca p P o w e r   S y ste m and  S i m s ca pe  e l e c t r i ca l   c i r c u it.  T he  b l o ck  a c t as a  c ur r e nt  s our ce  on  the  S i m s ca pe  P ow er System s si de an d  a s a  v o l t a g e s ourc e   o n t h e   S i mscap e   s id e. Th e  v alu e  o f   th e co mp on e n ts  o f th bu ck  b oo s t  co n v e r ter   ar e c a lcula t e d  a nd  lis te i n   T a b le  1 .       Tab l 1. Con ve r t e r  pa r am ete r s spec ifica t io n   P a r a m e t e r   /   C o m p one nt   V a lue   S upply   Vol t a g e   18  D e si r e Vol t a g e   Le v e 12,   24  S w i t c h ing  F r e que n c 7800  H z   E quiva l e nt  L o a d Re sistor  5   Ω   Ca p a c i t o r   8200  μF   I n d u c t or   220  μH  R i ppl e   1%      3.   S I MULAT I ONS   AN D RES U LT S   I n   P r opor t i o n a l   I nte g r a D e r i vat i ve   ( P I D)   c on tr o l   s ystem s ,   the  des i r e o u t p ut  i c o m p a r e d   w it t h e   a c tua l   o utp u t   a nd  t h e   ob ta ine d   e r r or   i pa sse d   t t h co ntr o ll e r   t o   b e   pr oc e s sed.   I buc b oos c o n t r o l   sy stem Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       D e sig n  o f  a  d i s c re t e  PI D  cont ro ller b a se o n   iden t i f i c a ti o n  da t a  fo r a sim s cape   Mo h a m m e d Alm a ged   1 799 t h out put   o f   t h cont r o l l e r   i s   a   dut c y cle   wh i c i s   p a s sed   to  t h e  p u l s e  w i d t h  m o d u l a t i o n  g e n e r a t o r  t o   pr oduc pul s e   t r a i n   t ha t   dr i v es  t he   M O S FET  p o w e r   sw itc w i th  adj u sta b l e   d u t y   cy c l e.  T h e   s c h e m at i c   o f   c l o s e   lo o p   f e e d b ac c o n t r o of   buc b o o s t   c o nver t e r   m odel  is  s h ow i n   F i g ur e   2.           F i gur e   2.   F eedba ck  c o n t r o l   schem a ti c       A s   t he  s im ula t i o mo de l   c o n t ai ns  h ig h- fr e que nc sw i t c h in a nd  t hu cann o t   b e   l in ea ri zed t h k e y   c h al le ng is  t o   line a r i z e   t he  s ys tem   and  tu n e   t he  P I D   g ain s .   Th u s w h e n   c l i c ki ng   t h e   t un e   but ton   of   t he   P I D   c o n t r o ller ,   P I D   T une r   w i l l   t r y   t l i near i z t h pl a n t   mode l .   H o w e ver ,   s in ce  t h e   m o de h a di sco n t i nui t i es,   it   l i n e ari z es  t o   z e ro T h e r ef o r e,  i t   i s   n e c e ssa ry   t o   i d ent i f y   a   n e p l a n t   by   g i v en   a n   i n p u t   resp on se   a nd   o bt ai an  ou t p u t   d a t fr o m   t he   s i m u l at ion  m o del  to  b ui l d   a   l i n e a r i ze t r a ns fer   fu nc ti on.   T his  is  achie ve by  te mpor a l l y   di sco n n ec t i ng   t he   P I D   c on tr o l ler   an d inje c t in a st e p   s i g nal   in to   t he   p l a nt In   t hi c o n f i gura t io n ,   t h e   s t e in put  i s   g iv en   t th pl a n t   in s t ead   o f   th e   PID  o u t p u t   wh il e   th e   resul tin g   si gn al   i fe to   w he r e   t h e   c o n t r o l l e r   i n put  use d   t o   be.   Th r e ou tp u t   d a t a   r e spo n ses  ar e   gene r a ted  a s   s how i n   F i g ur 3.   T he se  a r e   t h e   o ff se r e s p o n se ,   in p u t   r e sponse   and   i d e n t i f i c a t i o n   da ta.   The   o f f s e t  r e s ponse   i s   th e co ntroller  erro r   o f   t h e  offset d uty   c y cle  v a lu ( 0 . 2 ) .   T he   i np u t   r espo nse  is  t h e   c on t r o l ler   er r o r   of   t he   c omp l e te   i np u t   s te r e sponse   si g n a l .   The   i d e n t i f i c a t i o da t a   i the  d i f f e r e nce   be t w e e n   t he   o ff se r e sponse   an i npu r e sponse.             F i gur 3.   O ut p u da ta  r espo ns es      Th e   si mul a tio re su lt a r e   co ll ec t e d   and   used   f o r   s yst e i d e n ti fica t i o n   t ide n tif a   tra n sfer  f u n c t i o n   of   t he co n v er t e r . P la nt  i den t i f ic ati o t o o l bo give a n  op t i o n   to  c hoo se   d if f e r e nt f or m   of   t r a nsf e r   fu nc ti o n s.  I n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e 2 0 19   :   1 797    1 805  1 800 th is  c a s e,   a u nde r   da mpe d   p a i r   o f   a   c omp l e x   c on j uga tes  p o l e s.   The  ide n tifie p l a n i s   c re ated   w h i ch   m a t che s   the  i d e n t i fi e d  d ata   as  i l l us trate d   i Fig u re  4.          F i gur 4.   I dent i f i e pla n str u c t ur of   u n d er d a m p ed  p o l pa i r       O n ce   t h e   t r a ns fe r   f unc tio n   h a be e n   o b t ai n e d,   P I D   T une r   au t o m a t i c a l l y  c o m p u t e s  P I D  c o n t r o l l e r   ga ins  to  m ee sys t em   r equire m e nts.  Base d   on  the   sys t em   r equ i re m e n t ,   i t   i s   p oss i ble  m a ke   t he  s ys t e step   r e spo n se ,   r e vel e i n   F igur 5,   s l o w e r   or   f a s t e r   a s   w ell   a s   c on t r o l l i ng  t h pea k   o ve r s h oot   v al ue.   The  fo l l ow in spec if ica t i o li st e d   i Ta b l e   2   i s   a do pte d           F i gur e   5.   T une ste p   r e s po nse       Ta b l e   2.   S pecif i c a t i on  o f   t he  t r a ns ien t   r espo ns Pa r a m e te Va lu Ris e  ti m e   20  m s   S e tt ling ti me  35  m s   O v e r shoot   G a in  M a r gin  In f .   Pha s e   Ma r g i n   71 °      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       D e sig n  o f  a  d i s c re t e  PI D  cont ro ller b a se o n   iden t i f i c a ti o n  da t a  fo r a sim s cape   Mo h a m m e d Alm a ged   1 801 S e ver a l   simula ti o n   r uns  a r e   p er for m ed  t vali da te  t he   e ffe c tive ness  o t h de s i g n e d   c on tr ol ler .  F igur e   6( a )  r eve a ls t h e  o utp u t   r e sp o n se  f or   t he  buc bo os t   c o nver t e r  a c o n s t a nt  i npu vol ta g e  o 18   V   a nd   a   d esi r e d   r e fe r e nc vo lta ge  o f   1 2   V I n   t his  b u c k   m od e,   a n   ove r s h o o t   i n o t   e x i ste n in  t he   c a p tur e vo lta ge  r e s ponse ,   w h i l t h r i se   t im and  se ttl i n g   t i me   a r e   a ppr ox im ate l y   70 m s   a nd  1 0 0   m r e spec t i ve ly.   S i milar l y,   F i g u r 6 ( b)  r e vea l t h ou t p u t   r esp ons o f   t he   c o nve r t er   c i r cui t   f or   t he   s a me   c onsta nt   i npu v o lta ge  a nd  de sir e ou tpu t   vo l t age  of  2 V.  T he  c irc u it   w ill  o p era t e   i n   b oo st  m o d e   a nd  o v e rsho ot   a l s o   do es  not   a p p e ar  i t h e   o u t p ut   r e spo n se whil the  r i se   t i m a nd  set t l i n g   tim are  appro x i m a t e ly   45  ms  a nd  6 5   m r e spect i v e l y.   F igu r 6( c)   a nd  F i g u r e   6 ( d )   sh ow   t he   c on tr o l   l aw   s ig na ls  o f   b u c k   a nd  b oos t   mo d e r e spec t i ve ly .   Fr om  t he   o b t ai ne tr a n sie n t   r e s p o n se  d ata,   i t   c a b e   s um m a r i ze d   tha t   t he   c on ver t e r   has  a   fas t er   r espo nse  in  b oo st  m od e   ope r a ti o n .   A l so  i b o th  m o d e s ,   the  s y ste m   s how sma l l   d i f f e r e nc i n   t ra ns ien t   b eha v io in  t e r m   of  r i s e   tim a nd  se t tli n g   t i m w h ile  i r e ve al an  e xa c t   p ea o v e r sh oo va lu e .   H owe v er,   the  simu la t e s y stem   r e s p ons is   st ill  cl ose e n ou g h   t o t h des i r e t u ne d   pla n t re sp on se  da t a .         F i gur e   6.   O utp u v o l t a ge  r esp ons es  a nd  co n t r o la w   sig n a l in  b uc and  b o o st  m odes       To  v a lida t the   ca pa bi li ty   a n d   rob u s t ne ss  o the   c o n t r o ller ,   t h e   r e sp on se  o f   t h e   buc b o o s c o n v er t e r   is  e xam i ne d   u nder   se ve r a l   type o f   d i s t u r b anc e s .   Th is  f ir st  d is tur b a n c e   is  a   s ud de n   cha nge   i r e f e r e nc vo l t age   fr om   1 t o   2 V   w h ile   k e e p i ng  t h e   i n p u t   v o ltage   u ncha n g e a b l e   a 1 8 V .   Fi gu re  7   r ev e a l s   t h e   o ut put  vo l t age  r e sp on se  dur i ng  a   su d d en  r efe r enc e   vol tage   c h a n g e .           F i gur e 7 .   O u tp u t   v o l t a ge  r esp o n se  a r e f e r e nce   vol t a ge  s u d d e n   cha n ge   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e 2 0 19   :   1 797    1 805  1 802 I t   can  b c l e a r l no tic ed   t ha t h r e sp onse   ge ner a t e in  t he  f i r s pe r i o d   ( 0- 0 . 5)   i e x ac tl t h sam e   a the   r e sp o n ses  gene r a te i n   c on tin u o u s   buc m o de  o pe r a t i o n   w h i l e   a s   t h refere nce  v o l t age   c h an ge s,  a   s ma ll   di ff er e n ce  i n   t h e   r ise   a n d se tt ing  t i m e ap pea r s in  b o o s t  m o d ye ke ep i ng  the  r e s p o n se  o ver d a m pe d.  A lso,  th e   r i pp l e   i n   th e   o u t pu t   vo lt a g e   ri se as  t h e   r ef e r e n c e   vol t a ge   i n c re ase.   A n o t h er  t e s is  p er form ed  t te st  t h e   e ffe c t i v e n ess o f   t he co n tr ol ler   by  m a k i n g   a   s har p   r i s e   i n   t he  i n put  v o lta ge f r o m   ( 18- 21 )   V   fo l l ow e d  b su dde n   f a l l   f r o m ( 21- 1 5 )   V   w h ile  kee pin g   t he  r efe r e n c e   vol tage   c o n s t an t a t  12 V   i n  b uc m o de a nd  2 4   V  b o o st   m ode T h vol t a g e   t ran s i e nt   b eh avio a t   s t e p   ch ang e   i n   i npu t   vo lt ag e   f o r   bo t h   b uck  a nd  b oost  m odes  a r sh o w i n   F i g u r e   8   a n d   F igur r e spec ti vel y .             F i gur 8.   B uc k   m ode  out p u v o l t a g r e spo n s e   a a   sudde inp u t   v o l tag e   c ha nge           F i gur 9.   B o o s t   m ode  o u t pu vo l t age  r e sp on se  a a   sudde inp u t   vo l t ag cha n g e       I t   can  b c o n c lude t h a t   t h e   c on tr o l ler   h a succe e d ed  t ma ke  a  r a p i d  r e c o v e r y   o f   t h e   o u t p u t   r e spo n se   t t h e   r e quir e r e fe r e nc sta t e.   H ow e v er ,   on e   peak  h as   o cc ur r e a t   e a c i n p u vo l t a g tr ans iti on  a n d   it leve is  p ro por ti ona l   t o   t h e   t o t a l   c h a n g e   in   t he   i n p u t   v olt ag e   v a lu e.  F in a l l y to   t est   t h robu st n e ss  o th de sig n e d   c on tr ol l e r ,   l oa var y in tes t   i p e r f or m e by   s u d d e n ly   c han g i n g   t he   r esistanc a t   t h e   o u t pu of   t h e   buc bo os t   c o nver t e r .   Thi s   i nv o l ve a   ste p   i nc r e a s i n   l o a r e s is ta nce   b y   3 %   fr om  t he   n om ina l   o p e r a t i ng   po i n f o l l ow e d   by  5 0   %   a   s te decr ease   i n   s ta tic  l oa d,   w hile  k e ep i ng  bo t h   t he  i np u t   a n d   r e f er ence   v o lta ges   c o n s ta nt.   F i gu r e   10( a)   a nd  ( b )   show   t he  c on tr o lle r   ou t p u t   v o l ta ge   r e s po nses  f or   s t e c h a n ges  in   l o a d   r e si s t a n ce  at   co n s t a nt  i n put  v olt a g e  o f   18   V  i n   bot h   bu c k  a n d   b o o s t  m o d es.   I bo th  m ode s,  the  c on tr ol ler   ha s   succ ee ded t o  rejec t t h e e x tern a l   p erturba tio n s  a nd m a in tai n  the   o utp u v o l t a ge   unaf f ec t e d.   A l s o,   t he  a m oun t   of   r i p p le  v a r ies  as   t he   l oa c u r r e nt   c ha nge s.   S imilar l y,   F igur e   10 (c)  and   Figu re  1 0 ( d )   r ev eal  th lo a d   c u rren t at  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       D e sig n  o f  a  d i s c re t e  PI D  cont ro ller b a se o n   iden t i f i c a ti o n  da t a  fo r a sim s cape   Mo h a m m e d Alm a ged   1 803 va r i a b le  r esis ta nce   va l u e   in buc a n b o o s m ode r e spe c t i v e l y   wh ile,  F ig ure  1 0 ( e)  a n d   Fig u r 10 (f)  s h ow  t he  loa d   p ow er   v ar i a ti on in  b o t m odes.       d     f     F i gur 1 0 .   O u tpu t   v ol ta ge  r espo nses,   loa d   c u r r e nt   a nd  loa d   pow e r   va r i at io ns       F r om  t he   o bta i ned   r e su l t s,   i c a be  c o n c l u d ed   t ha the   r e spo n s e   i s   o ut st an di n g   s i n ce  th d e si gn ed  c o n t r o ller   ha s u cc eede d   i r e j e c t i n a ll  t h d i s t ur ba nces  e ff e cti v e l an m a in ta in i n t h e ou tpu t  vo lta ge   a t   t h e   se t   r e fe r e nc st ate.   T h e   o u t pu t   r e sp onse   i s   a lm ost  t h e   sa me   a the  r e spon s e   i n o m i na c o n d i t i o n s   w ith  s om m i nor   d if f e r e n ces  i t h e   r i se   time ,   s e t ti ng  t i m e   a nd  r i pp le  v al ue.       4.   CONCLUSION  I n   t his  pa pe r ,   a   n ew   a p p r o a c h   f or   d es i g n i ng  a n tu n i n g   di g i t a PID  con t ro l l ers  is  p r e sente d   f or  r e gu lat i ng  D C - D C   buc b o o st  c o nve r t er s.   T he  d e s ig pr oced ur e   w a ac co mp li sh ed   w i t h o u t   any   ne e d   f o r   m a them at ica l   d eri v a t i on  a s   i t   relie on  M a t l a b   S im scape   m ode l   i ns tead.   U n der   n o m i na c o n d i t i on,   t he   c o n t r o ller   w a able   t pr oduc fa st   t r a ns i e n t   r espon se  a n d   s e t   t h ou tp u t   v o lta ge  o the  buc b o o s t   c o nve r t e r   to   t he  d es ired   r efere n ce  va l u wit h o u t   p e a k   over s ho a nd  stea d y - s ta te   e r r or   f or   bot b u c k   a n d   bo ost   c o n v ert i ng  mo de s.   D e s pi te  i t s   line a ri t y the   con t ro lle has   sho w n  a  r o b u s t   r e s p o n s e  u n d e r  t h e   d i s t u r b a n c e  o f   i npu t   and   re fe ren c e   vol t a g e   v ari a ti on an d   hen c e   p r ov e s   t he  e ff e c tive n ess   of  t h e   t un i ng  m e tho d .   A l so,   loa d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 7 9 7  – 1 805  1 804 vary in tes t   w as  p e rform ed  b y   c o n n ec t i n g   a   r esisti ve  l oad   in   s e ries   a n d   p a r alle w i th  t h e   o utp u t   l o a d U nder  loa d   v aria ti o n s,   t he   c o n t r o lle r   pr od uce d   s upe rior  r ise  t i m e   a n d   s e t t lin t i m e   b u t   t he   r ip ple   w a hi gher  i n   s om e   ca se a n d   l o w e r   i n   o t h er s.  I ove ra ll,  t he   c o n tr olle yie l de r obu st  r es pon se   i n   n o m i n al  o p e rat i ng  c ond iti o n s   as w ell as  duri n par a m e ter  fl uct u a t i o ns  a n d  e xter na l   per t ur ba t io ns.    REFE RENCES   [1]  S.  K a itwanidv ilai,   P O l rant h i c h a c ha t,  a n d   M Pa rn ic hk un " F i xed   s t ruct ure  robu st   l oop   s hapin g   c o n t r oller  f o bu c k -b oo st  c on ve rte r   u sin g   g e n e t ic   a lg orith m ,"   i n  Pr oceed in gs of   t h e in ter natio na l M u l ti conf eren ce  o f  eng i neer an d c o mp ute r  sc ie nt is ts ,   20 08.   [ 2 ]   M .  H .   T o d o r o v i c ,   L .  P a l m a ,   a n d   P .  E n j e t i ,  " D e s i g n  o f   a   w i d e   i npu rang DC-D c o nv erter  wi th   a   r ob us po wer  co nt rol   schem e   s uitabl f o f u e l   cell   po wer  con v ers i on ,"  i n  Nin e t eent h  A nnual  I E EE App lied Power  El ec t r on i c s   Co nf erence  and  Exp o s i tio n, 2 0 0 4 . APEC'04 . , 20 0 4 , pp . 3 74 -3 79 [3 V.   V iswa n a th a ,   " M i c r o c on tr olle r   ba se bid i re c t io n a bu c k b o os con v erter  f o ph ot o-vo lt aic  po we p l an t, J o ur na o f  Electri ca l  Systems  an d   In fo rmat i o n  T echn o l ogy , 20 1 7 .   [4]  M .   K aou a ne,  A.  B o u k h el if a,  a n d   A Ch eriti,  " R eg ul ated  o u t pu vo ltag e   d oub le  s w i tch   Bu c k -Boo st   c on verter  f or  ph otov ol ta ic  e n e rgy   a p p l ic a t io n,"   In te rna t io na l J o urna l o f  Hy drog e n   En e r g y ,   vol. 4 1,   p p .   2 0 8 4 7 -208 57,   2 0 1 6 .   [5]  E.   W .   Zur i t a -B ust a m a n t e,   J .   L i n a res - Fl ores E.  G uzm á n-Ram í r e z and   H.  S ira-Ram í rez,  " A   co m p ari s o n   b etw e en  t h GP and  P I con t rol l ers   f o the  stab ilizat ion   o f   a   D C– DC  b uck   c on vert er:  fi eld   p r og ramm ab le  g ate  array   imp l e m e n t a ti on , "   IE EE  Tran sa cti o n s  o n  In du s t ria l  Electro nics ,   vol 5 8 p p .   5 2 5 1 - 526 2,   2 0 11.   [6]  C.  Elm as O .   D eperl i o g l u and   H.  H Say a n,  " Ad apt i ve  f u zzy  logi cont roller  f o DC–DC  converters ,"  Ex p e rt   S y st ems  wit h   A p p licati ons vol.   36,   p p .   1 5 4 0 - 15 4 8 ,   20 09 [7]  S .   E shteh a rdi h a,  A Ki yo u m arsi,  and  M .   A taei "O pti m izi n g   L QR  a n d   p o l e   place m e nt   t con t ro buck   co nv erter  b y   g e net i c al go rithm , " in   20 07 Int e rn ation a l Conference o n  Co nt rol, A u t o mati on an d   Syst ems ,   2 0 07,  p p.   2 19 5-2 200 [8]  R.  C aceres R.  R oj as,  and  O.  C am acho,   " Robu st   P ID  c on tro l   o a   bu c k -b oo st  D C-AC  c on ve rte r , "   i n  INTE LEC.  T w en ty-S e c o n d  Int e rn ation a l   T e leco mm uni cat i o n Ener gy  Co nf eren ce   ( C at.  No.  0 0 CH 37 13 1),   2 000,   pp.   1 8 0 -1 85.   [9]  K.   A .   T e hrani ,   A Amirahmadi ,   S .   R a f ie i ,   G G r iv a ,   L .   B a r r a nd o n ,   M.  H a m zaou i et  a l.,  "Desi g n   of  f racti o n a o r de r   P I D   con t roller  fo bo os co nverter  b as ed  o m u l t i - objecti v o p t i m ization,"  in   Proceed in gs o f  1 4 th In ter natio nal  P o wer   El ectr onics a n d   M o ti on Con t r o Con f eren ce EPE-PEM C 201 0 ,   201 0,   p p . T3-17 9-T 3 -18 5 .   [ 1 0 ]   J .   M a h d a v i ,  A .   E m a d i ,  a n d  H .   T o l i y a t ,  " A p p l i c a t i o n   o f  s t a t space  av erag in m e th od   t o   slidin m o de  c o n t r ol  o PW M   D C / D c o n v ert e rs , "   i IAS ' 9 7 .   Confer en ce Recor d  of   t h e 19 97 I EEE  In d u st ry Ap plicatio ns  Co nf e r enc e   Thirty -Se c on IAS Ann u a l  Me e t i n g ,   1 99 7,  p p.   820-8 27.   [11 ]   S I.   K h a ther,  M .   A lm aged and   A.   I A b d u llah,   " F r act ion a l   o rder  b ased   o n   ge n e ti alg o rit h m   PID   con t roll er  f or  cont rolling  the  speed  o f   DC  m otors,"  Internation a l Jour na of   E n g i neer in g &  T echn o l o g y vo l.  7 p p 53 86 -53 9 2 ,   20 18 [1 2]  L .   Gu o ,   J .   Y.  H u n g a n R.  N e l ms " C o m pa ra tive   e va lua t io o f   s l i ding   m od fuzzy  c o n tro l l e and  P I D   cont rol l er  f o b o o s converter, "   E l ectric Power  Sys t em s R e sear ch ,   vol.  8 1 ,   pp .   9 9-10 6,   2 0 1 1 .   [1 3]  A .   Pro d ic   a n d   D Ma ks i m ov ic ,   "Design  o f   a   d igital  PID  regu lat o based   o n   l ook-u p   t ab les  f o con t ro of  h ig h - f r eq uen c DC-DC  con v erters ,"  i 20 02 IEEE  Wo rks hop   o n  Compu t ers   i n  Po wer  El ec t r o n i c s ,  20 0 2 . Pro ceedi ngs 20 02 p p . 1 8-2 2 .   [1 4]  A .   Ke lly  a n d   K Rinn e ,   " Con t ro o f   D C-DC  c on ve rte r b y   d ir ect  p ol pl acem e n and  ad ap tiv f e edf o rward  gai n   adjustme nt , "   i Twentieth  An nu a l  IE EE  A p p l ied Po we r   El ectroni cs  Confer ence an d Exp o s i tion,  2 005 . APEC  20 05 ,   200 5,   p p . 1 970 -19 7 5 .   [15 ]   M Nam n abat,  M.   B .   P ood eh,  an S .   E sht e h a rd ih a ,   " Co mp aris o n   t h co ntrol  m e t hods  i i m p r ov e m e n t h p e r f or m a nce  of  t he D C - DC  co n v e r t er , "  i n   20 07  7t h In ter nat on al  Con f er ence o n  P o wer  Elect ro n i cs 20 07 , p p .   2 46 - 25 1.  [1 6]  A .   C a va l l o ,   G .   Ca n c ie llo a n d   B.  G uida ,   " S up e r vise c o n t ro o f   b uck - boo st   c onv erters  f o r   aeron auti cal   ap pl icat ions,"  Aut o ma ti ca , v o l .   8 3 , p p.  73 - 8 0 ,   20 17 [1 7]  A .   J.   K oshk o u e i ,   K .   J Bu rn ha m ,   a nd   A S .   Z in o b e r " D yn a m i c   sl id in mo de   c o n trol   d e s ig n , "   IEE Pr oceedi n g s - Co nt rol  T h eory an d A pplicati ons , vo l .   15 2,  p p.  39 2 -3 96 , 20 0 5 .   [18 ]   L .   G uo,   J .   Y.   H un g,   a nd   R .   M .   N e l m s ,   "Ev a lu atio o f   D S P -b a sed   P I D   an f u zzy   c o n t r oll e rs  f or  D C–DC  co nv erters, "   IE EE   transaction s  o n  industri a l  e l ect ronics v o l .   5 6 ,   pp.   223 7-2 2 4 8 200 9.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N 2088- 86 94       D e sig n  o f  a  d i s c re t e  PI D  cont ro ller b a se o n   iden t i f i c a ti o n  da t a  fo r a sim s cape   Mo h a m m e d Alm a ged   1 805 BIOGRAPHI E S  OF  AUT HORS     M oham m ed   N u s s r at  Y o unu A l m a ged  rec e iv ed  a   B S c   d egr ee  i n   M ec h a t ro ni cs  E ng in eering   f r o m   M o su l Univers i ty in 20 11 After  t h g r adu a tio n,  h e start e d his   career  w ork i ng   i n   a po wer  p l ant   as  f i e l eng i n eer.  In   2 01 5,  h ac h i ev ed  h i s   M S c   i n   M echat ron i c s   En g i neeri ng  f r om   N ew c a s t l e   Un iversit y Th en,  he  s tart ed  h is   a c a dem i jo urn e work in as   a n  a s s i s t a n t  l e c t u r e r  a t   N i n e v a h   Un iversit y H i cu rrent   r esearch   i nteres ts  i n c lu d e   a d v an c e co n t r ol  s t r ateg i e an d   op ti mizati o n   tech niq u es .             S a lam   Ibrahim   Khat her  receiv e d   BS deg r e e   i El ectri ca l   Engin eerin f r o m   M os ul  U n i v e rsi t y   in   2 00 5.   I 20 08 ,   h e   a ch iev e his   M S in  E lect rical  E n g i n eering   f ro Mosu Univers i ty.  He  st arted  his   career  w ork i n g   a an   E lectri cal  E ng i n eer  i t h P o w er  P lant  a n d   S ubstati ons  ( 20 09 - 20 17).   T h en he  s tart ed  h i s   a c a dem i jo urn e y   wo rkin g   as  a ass i s t ant  lect urer  a Nin e vah  Un iversit y H i m a jo research   a reas  a r e   P o w er  a nd   M achi n es Co ntro Sy ste m a n Po we El ec t r onics  Ap p licati ons.           Ab dullah   Ibrahim   Abd u llah   Recei ved   a   BS deg r ee  in  E lect rical  a n d   E l ectronic  E ngineeri ng  f r o m   A -Rash eed  E n g in eerin and   S c ien ce  Co ll ege  in  1 985 Af ter   t he   g ra d u a tion ,   h e   sta r te his  care e w o rki n g   as  l ect urer  i n   A l -Rash eed  C ol le g e In  1 9 9 5 ,   h e   a chi e ved  h i s   M S in   C o n t r o l   En gin eerin f r om   B aghd ad  U ni vers ity.   T h en,   h e   s tart ed  h is   a c a d e m i j o u r ney  work in as   a   lect urer at Ni nev a h   Un iv ersi ty .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.