Int ern at i onal  Journ al of  P ow er El ectron i cs a n d  Drive  S ys te m   (I J PE D S )   Vo l.   10 ,  No.   1 ,  Ma rch   201 9 , p p.   357 ~ 365   IS S N: 20 88 - 8 694,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 10 .i 1 . pp 357 - 365          357       Journ al h om e page :  http: // ia escore.c om/j ourn als/i ndex. ph p/IJPE D S   Perform ance ana lysis of   DC / DC   bid irec ti onal c onverter w ith  slidi ng mode an d pi  co nt ro ll er       Chandr a She kher P urohi t 1 ,  Geet ha M . 2 ,  P. San jeev ik u mar 3 , P and av  Kiran  M aroti 4 ,    Shrut i  Swami 5 , V i gn a K . Ra mach an d ar am urthy 6   1,5 Depa rtment   of   Control a nd   Aut om at ion,   VI T, Ve ll or e, T N,   India   2 School  of El ec t ric a l  Eng ineeri n g,   VIT ,   Ve ll ore ,   TN,   Indi a   3 Depa rtment of  Ene rg y   Technol og y ,   Aalbor g  Un ive rsit y ,   Esbj erg   6700,   Denm ark   4 Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   E l ec tron ic s E ng ineeri ng,   Univer si t y  of  Johann esburg,   South Afr ic a   6 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Pow er   Engi n ee ri ng ,   U nive rsiti T ena g a Nasional ,   Mal a ysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   1 7 , 2 01 8   Re vised  Oct   2 2 , 2 01 8   Accepte d  Dec   3 , 2 01 8       A  slidi ng  m ode  cont roller  for  a  non - isola t ed  DC/DC,  bidi re ct ion al   conve r te r   is  pre sente d  and  compara ti v e  stu d y   with  PI  cont r oll er  is  done  a lo ng  with  ISE  ana l y sis,  in  orde r  to  do  per form anc e  anal y s is.  T he  proposed  s y s te m   ca n  b e   uti lized  in  m any   appl i ca t io ns  such  as  elec tri c a l  vehicle,  distr i bute d  power   gene ra ti on  or  s m al l  grids.   Sec ond  the ore m   of   L y apunov  is  uti lized  and  stabi lit y   of  th e  cl osed  loop  s y st em  is  m at hemat ic a lly   prove n .   T he  adopted  cont rol  st rateg y  ac h ie ves  eff e c ti ve  ou tput   vo l ta ge   reg ul at ion   a nd  good   d y nami c  stabi l ity .   R ej e ction  of  disturba nc e  is  als o  an  inhe ren t  c har acte rist i c   of  thi s  t ec hniq ue.   Furth ermore,   it   is  il lustr at ed  that  th e  s y stem  can   succ essfull y   fo l low  cha ng es  o f  loa d  d emand   and  compensa te s  sudden  disturba nc es  in   oper ating  cond iti on.   The  design   is  ev al u at ed   a nd  ver if ie d   using  Matl ab /Si m uli nk.   Resul ts  of  Matlab  sim ul at ion  are  provid ed  to   show  the   fe asibi l ity   of   the   proposed  s y stem  and  eff e c ti ven ess  of  control  m et hod.   Sim ula ti on  resul ts  show   tha t  th is  te chn ique   ca n  p rovide   a   consider abl e  ed g e   over   cont ro l  t echnique s  which  are   pre s ent l y   av ai l abl e  ( applied)   over   thi s     t y p e  of   conv ert e r .   Ke yw or d s :   Distrib uted p ower  g e ner at io n   Ele ct rical   v ehi cl e    Non - i s olate d D C/ DC conv e rte r   PI  c ontrolle r     Sli din g m od e c on t ro ll er   Copyright   ©   201 9   Ins t it ut e  o f  Ad vanc ed   Engi n e er ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Pandav  K i ran  Ma ro ti ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng Scienc e,   Un i ver sit y o f  J oh a nnes burg,   B2 La b 111, K ing s way Ca m pu s, PO  Bo x 5 24  Au c klan d Pa rk, J oh a nnes burg  20 06, So uth Afric a.   Em a il :  kiran pa nd a v88@y ah oo.c o. in 4 ,  sa n@et .aau.dk 3       1.   INTROD U CTION   Pr ese ntly ,  the  trans portat ion   sect or   is  m a inly   dep en de nt  on  ve hicle s  wh i ch  us e  p et r oleum   or   fo ssil   fu el   as  a n  ene r gy  source .  The   rate  at   wh ic h  us e  of  f os sil   f ue l   is  increasin g,   it   will   dep le te   so on   [ 1] .  Us es  of   fo ssil   f uel  are  al so   pro ve n  to  be  haza rdo us   t o  the  e nv ir onm ent  an d  cause s  su dde n  cl im a te  change.  Be ca use   of  the  m any  disad van ta ges  of  f ossi l  fu el   burn i ng  an d  it s  no n - a va il abili ty   in  fu ture ,  f oc us   of   re searche rs  is  sh i fted   to  fin d  ne wer   te chnolo gies  f or   t ran s portat ion.  Ba tt ery  fe d  el ect ric  ve hi cl e  is   a   prom is ing   te c hnology   in  thi s   reg a rd.  In sp it e  o f  it s h i gh init ia l cost it  is fo und  t o be m os t prom isi ng  b ec ause  of it s zer o ca r bon  em issio n an d  low  c os t  of ope rati on.   Ba tt ery   fed   el ect rical   veh ic le   basical ly   ta kes  power   from   a  set   of   batte rie s  and   runs  a  m otor  for  it s  op e rati on.  A  D C/ DC  conver te r  has  to  be  use d  to  supp ly   po wer   f ro m   batte ry   or   ph otovo lt ai c   to  load  [2 ] ,   [3 ]   or   m oto r  of  an   el ect rical   veh ic l e  [4 ] .   This   pa pe r  de al s   with   a   non - isolat ed   DC/DC  bid ire ct ion al   co nvert er  wit h  Sli din g  Mo de  Con tr ol   (S MC )   f or  r eg ulate d  volt age  s uppl y.  Sli ding  m ode  te ch nique  is  pro ven  to  be   a   good   con t ro l  te ch ni que  f or  bo os t  D C/ DC  co nv e rter  [ 5] ,  [ 6],   s o  th is  pap e r  e xten ds   the  a ppli cat ion   of   sl idin g  m od e  con t ro ll er t o bi directi onal  con ver te r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Syst , Vol.  10 , No .  1 ,  Ma rch   2019   :    357  –   365   358   The  f oc us   are a  of   this  pa pe r   is  in   con tr ol  of   ou t pu t  volt age  of  non - iso la te d  DC/DC  bid irect io nal   conve rter  for b oth  t ran sie nt a nd steady st at e  conditi on. S te ppin g - up a nd stepp i ng do wn of  vo lt age  can  be .         M ai n  S ou r c e / B at t e r y DC - DC   B i di r e c t i on al   C on v e r t e r L oad P W M S li di n g M ode   C on t r ol l e r i o V o V o D e s ir e d  R e gu l at e d V o     Figure  1. Bl oc k d ia gram  p rop os e d  syst em         done  acc ordin g  to  the  re qu i rem ent  of   volt age.  In   t his  pa per ,   sta te   sp a ce  aver a ge d  m od el   of   co nverter  is   represe nted [7 ]  w it h  m od e  of  op e rati on a nd s li din g  m od e  contr oller is  desi gn e d f or  c onve rter  op e rati on.   Desig n  pa ram e te r  is  discuss e d  so   t hat   the   m ini m u m   req uir ed  capaci ty   of   passive  c om ponen t  ca n  be   sel ect ed  [ 8] .   T he  sta bili ty   is  analy zed  by  L ya punov’s  the or em   [9] .  P I  c on t ro ll er  has  be en  im ple m ent ed  to  com par e  the  r esult   [ 10 ] - [ 16 ] .  Ma tl ab/Sim ul ink   platf or m   is  us e d  for  sim u la ti on   of   t he  s yst e m .  Bi directi on al   DC/DC  c onve r te r  can   be  us e d  f or  va rio us   a ppli cat ion s  li k e  ou t pu t   volt age  con t ro l,   ene r gy  stora ge   syst em   fo r   el ect ric  veh ic le ,  re new a ble  en erg y  sto ra ge  syst e m .  This  co nverter  with  sli di ng   m od e  co ntr ol  can  al s o  be  use d  to h a r ness  e nergy f ro m  r ege ne rati ve bra king  of ele ct ric v e hi cl e.       2.   DC / DC BIDI RECTIO N AL   CON VERTE R   The  propose d  non - isolat ed  conve rter  ca n  al te r  the  outp ut  volt age  in  two  m od es.  R egu la ti on  of   vo lt age   co uld be  ac hieve d  in  two  w ay s.  Firs tl y,  it   can  incre ase  the  volt age   by b oost  m ode  an d  sec ondly ,  it   can  decr ease   the  m agn it ude  of  ou tpu t  vo lt age   b y  bu c k  m od e  a ccordin g  t o  th e  giv e n  ref e re nce  value  set   by   us er .   Ou t pu t  v oltage   fo ll ows  re fer e nce  val ue   an d   the  ci rcu it   topolo gy  ga ve  in ve rted  outp ut  volt age.  I n  this  ty pe  of   conve rter ,   boost   op e rati on   is  fo ll owe d  by  a  bu c k  op e rati on   so   it   has  an  a nalo gy  to   buck - bo os t  co nv e rter  but   with  in ver te d  outp ut   volt age .  I n  the  c onve rter ,  the  ca pacit or   has  been   util iz ed  f or  tra ns fe r  of   e ne rg y  a nd   sam e   capaci tor  is  util iz ed  fo r  se rv i ng  the  pur po se o f  ene r gy  stora ge.   Com po ne nt   of   this  conve rters  is  two  indu ct or s,   two  ca pacit ors,  one  diode a nd  on e  MOS FET   wh ic h  act s as  a  sw it ch .   The  DC/DC  bid irect io nal co nverter  with no n - isolat ed  to polog y ca n be u se d  f or  elec tric al  v ehicl e  du e   it s ad va ntage s  su c h  as :   a.   It can  work i n a hig h  e ff ic ie nt m ann er.   b.   As  c onve rter t opology i s  non -   iso la te d t ype  it  is li gh t i n we igh t  with c om pactness in si ze.   c.   No cou pling i nduct or s  are  u se d  s o  el ect r om a gn et ic  inte rf e re nce is  quit e lo wer t ha n other  topolo gy.   d.   It is able t o  c ontr ol the fl ow  of powe r  e ve n i f  there  is  var ia ti on  in  in pu t  vo lt age .   Fo r  bet te r  ef fic ie ncy of the  conv e rter,  losse s  of p assi ve  el e m ents and s witc hing lo sses s houl d be m ini m i zed     2 . 1.     Circui t  T opolo gy   2.1.1 .   M od e  of   Op er at i on   2.1.1. 1.   M od e  (0 < t <  t ON )   Figure 2   sho ws   Ci rcu it   to polo gy  of D C/ DC  Bi directi on al   c onve rter .  Fig ure  3   sho ws  c on ver te r   ci rc uit  durin g ON m od e .       D V in C 2 S C 1 L 2 L 1   D V in C 2 S C 1 L 2 L 1   Figure  2. Ci rcui t t op ol og y  of  DC/DC    Bi directi on al  c onve rter   Figure  3. Co nverter circ uit d uri ng  ON  m od e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   Syst     IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  analysis  of  DC/DC bi direct ional co nverter wi th slidin g m ode  ... ( Chan dra  Sh ek her  Puro hi t )   359   Fo r  t he  tim e  durati on  “t ON ”  switc h  (MO S FET)  is  switc hed   ON   at   t= 0  an d  the   cu r ren t  flo wing  thr ough induct or   L 1   in creases .  A t t he  sam e in sta nt,  di od e  ha s b een  re ver se d  biase d  an d  tu rn e d  O FF beca us e of   vo lt age  sto re d i n  capaci t or   C 1 .    The  ca pacit or  has  to   disc harge  it s  ene r gy  into  t he  ci rc uit  form ed  by  C 2 ,  L 2   an d  loa d.   E qu at io ns   f or  “t ON ”   m od e                       (1)                       (2)                       (3)                       (4)       2.1.1. 2.   M od e  (t ON  < t  < t OFF )   Wh e n  s witc h  ( MOSFET )  is  tur ne d  OFF  at   t= t on,  the  vo lt ag e  acro ss  L 1   ch a ng e s  it s  po la rit y  in  order   to   m ai ntain  it s  cur re nt  uninter rupted.   Highe r  pote ntial   is  offe red   at   a node  of  di od e  D ,  s o  it   beco m es  fo r ward   bias.  T he  passi ve  com pone nt  C 1   wh ic h  is  no t hing,   bu t  t he  e nergy  tran sfe r  capaci tor  is  c ha rg e d  by  input source  V in   an d  the  e ne rg y  is  sto red   in  an oth e r  pas sive  com ponent   L 1 .  Ene rg y  st or e d  in  passi ve   el e m ent  L 2   and   t he   energy  store d  i n  C 2   is  util iz ed  to  m eet   the  req ui rem ent  of   load  c urre nt.  T he  cu rr e nt  w hi ch  flo ws  th r ough   t he  inducto r  L 1   dec reases li n ea rly   durin g  ti m e “t O FF ”.   Fig ur e  4 s hows   c onve rter  circuit  durin g OFF  m od e .                     (5)                       (6)                       (7)                       (8)     Stat e Sp ace  eq uation afte r  ac com plishing  a ve rag i ng is g i ve n by:       D V in C 2 S C 1 L 2 L 1     Figure  4. Co nverter  ci rc uit d uri ng  OF F m ode     Cx Y Bu Ax X   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Syst , Vol.  10 , No .  1 ,  Ma rch   2019   :    357  –   365   360   Wh e re,   2 2 2 2 1 2 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 ) 1 ( 0 RC C L L d C d C d L d A   ; 0 0 0 1 1 L B ;  0 0 0 1 C ; 0 D   2 2 1 1 4 3 2 1 v i v i x x x x X     2 . 2 .    Desi gn  P arameter   The val ue  of t wo in du ct or  L 1   an d   L 2   of  pro pose d  c onver te r i s calc ulate d  as                           ( 9 )                       ( 10 )     The val ue  of t wo capacit or   C 1   an d  C 2   of   pro po s ed  con ver te r  is cal culat e d as                           ( 11 )                       ( 12 )       3.   SLIDI NG M ODE  CONTR OLL ER   Sli din g  m od e  c on t ro l  te ch niqu e  is  first  pro posed  by U K TI N   [17].  This p a pe r  prese nts   a   sli din g  m od e   con t ro l  m et hod  to  c ontr ol  ou tpu t  vo lt age   of   co nv e rter .  Sli ding  m od e  co nt ro ll er  is  a  c on trol  s olu ti on  f or  no n - li near   syst em s.   It  featur e s  re m ark able  properti es  li ke  accu racy  and   r obust ness.   Sli di ng   m od e  con tr ol  m et hod  is  a  kind  of v ar yi ng   str uctu re co nt ro l  in which  al te rati on  of the  dynam ic s  of   a  no nlinear  s yst e m   is  achie ved  by   app ly in g  s witc hing  c on tr ol  a nd   t his  s witc hi ng   is  done  at   high  f re qu e nc y   [18] - [ 22 ] .  I n  sta te   sp ace  c urren t  po sit io n  is  c he cked  for   eac h  i n sta nt  a nd  sw it chin g  is  do ne  to  va ry  the  syst e m   structur e  i n  sta te   sp ace  f rom   on e  con ti nu ous  str uctu re  to   a no t he r  as   pe r  requi rem ent.  SMC   is  a  c on t ro l  so l ution  wh ic h  ca n  handle  i nacc ur aci es   of   m od el in g,   wh et her   it   is  in  the  f or m   of   pa ram et ric  u ncer ta inti es  or   un st ru ct ur e d  un ce rtai nties.  These   un ce rtai nties ar e h a nd le d usin g rob us t co ntr ol .  Sli ding m od e  contr ol consist  of tw o  m ajo r   par ts   a.   Desig ning  of sl iding s urface   b.   Con tr ol law     3.1.    S li ding   s urf ace   The  c on t ro ll er  is  desig ne d  to  force  the  syst em   s ta te s  to  re a ch  a nd   rem ai n  on  the  pre - de fi ned   surface ,   wh ic h  s houl d  l ie   in  sta te   s pac e.  T he  sta te s  a re  dr i ven  by   di sco ntinuo us   c ontr ol  to   the  sli ding  s urface.   Wh e n  the  syst em ’s  sta te   trajecto ry  i s  “ab ove”  the   s li din g  surface ,  on e   gai n  li ke   ‘ - 1’  will   be  t here  in  feedba c k  wh ic h  will   turn  OFF   the  switc h  f or  ve ry  sho rt  durati on  or   ti ll   it   reach  to  refe ren ce  surface   and  if  syst em ’s  sta te   trajecto ry  goes   “below ” ,  the  su r face  fee dba ck  path  will   hav e  an oth e r  ga in  su c h  as  ‘+1’  w hich  will   turn   ON  switc h  ti ll  it  r e aches at  ref e re nce level  [23 ] .   Con si der a  general n on - li nea r sy stem .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   Syst     IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  analysis  of  DC/DC bi direct ional co nverter wi th slidin g m ode  ... ( Chan dra  Sh ek her  Puro hi t )   361                   ( 13 )     Gen e ral f orm  o f  sli ding  surfac e is gi ven b y                     ( 14 )     Wh e re,   ( ) = −    e(t)  is  the  error   betw een  CV  a nd   re fer e nce  val ue,   Lam bd a  is  a  con sta nt  w hich  is  po sit ive  in  m agn it ude  a nd   it   is  decided   by  the  us e r,   q   is  cal le d  to  be  rela ti ve  degree  of  the  syst e m .  It  can  be   wr it te n  as                   ( 15 )     3.1.1 .   L yapun ov  st ab il it y   Ly apun ov   a p proac h  is  us ed  t o  determ ine  the  sta bili ty .  A  diff e re ntiable   fu nctio n  ha s  to  be  def ine d.   Let   V( r )  be  tha t  fu nctio n.   It  sh ould  be  co ntinuo us   an d  s hould   ha ve  do m ai n  with  ori gi n.   A  f un ct io n  is  s ai d  to   be  posit ive  if  V(0)   =   0  a nd  V(r)   < 0  for  r .  I t  is  sai d  to  be   ne gative  def init e  if  V (0)  = 0  an d  V (r)> 0  f or   x.  Syst e m   is cal le d  to  be st able w he n  th e f un ct io n  is  ne gative  def i nite.   The  sta bili ty  su r face  for  the  c onve rter is  def i ned as                     (16)     Var ia bles h a s t o be  kep t al ong sl idin g  s urface , So,   4 , xk   4 0 x   Abo ve  e qu at io ns   wh e n ap plied  ov e r  e quat io ns   of stat e sp ac e of c onver te r         11 12 1 1 2 1 3 22 1 32 22 11 0 3 11 d x x V g LL dd x x x CC d x x k LL xk C RC                     (17)     To  pro ve  sta bili ty   us ing  Ly ap unov’s   ap proa ch,   a   f unct io n  wh ic h  is  c onti nuously  d iffe re nt ia ble  has  t o  be defi ned. T hi s fun ct io n sh ou ld b e  posit ive a nd d e finite  as   well .   Let  V ( r) b e  tha t functi on a nd  V(r)  is  g i ven by                   (18)     Wh e re,  k is t he  v ect or  represe ntati on .       1 2 3 T X X X X       is t he  sta te   vari able eq uili br iu m  g iven  by .     1 2 3 t e e e e X X X X     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Syst , Vol.  10 , No .  1 ,  Ma rch   2019   :    357  –   365   362   And p is  gi ven  by      1 2 3 1 2 3 , , , 0 p d i a g m m m m m m      To fin d ou t t he  stabil it y of  t he  fun ct io n, the  de rivati ve o f  V ( r)  m us t be  n e ga ti ve  de finite , whe re,               (19)     If  1   =1 000  a nd   2 = 3 = 1   are  sel ect e d,  Vr   f or   al l  ≠   is  ne gative.   The re fore,  Vr   is  ne gat ive   def i nite functi on a nd V(r )  is a   Ly apun ov fun c ti on .     3. 2 .    C ontr ol  law   The  m os t  te dio us   w ork  is  to  de sign   s witc h  con t ro l  f or   this  syst e m   becau se  syst e m   will   be  dri ve n  to   sli din g  s urface   by   it   an d  will   be   m ai ntained  on   it   as  well .  Con tr ol  la w  (u(t))  ha s  t wo  pa rts  No m inal  Con t rol   (  )   an d Disco ntin uous  C ontr ol  (  )   , S uc h  t hat     n o m d i s u t u u                    (21)     The  Disc on ti nuous  co ntr ol  w il l  br ing   the  sta te   of   syst e m   on   the  sli ding  su r face  an d  no rm al  con trol  act s as a negati ve feed bac k  a nd it  wo rk s  in  a ccorda nce s uch that sy ste m  r em ai ns  on s li ding s urface .   To  c om pu te  contr ol law ta ke deri vative  of e qu at io n                      (20)     Her e  u is de fin ed  as  a f ee dbac k  c on t ro ll er  gi ven b y                        (21)     Wh e re,  k is a  ga in m at rix  wh i ch  ca n be  ob ta i ned usi ng P ole  Plac e m ent o r   Ack e rm an’ s fo rm ula.                         (22)     Wh e re,  G   is s witc hing  gain                     (23     Fr om   (2 2)  is  the  Sli ding  m od e  c ontrol  la w .  Fig ure  5  s hows  s im ulatio n  DC/DC  bi directi onal   conve rter  with  sli din g m od e c on t ro l .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   Syst     IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  analysis  of  DC/DC bi direct ional co nverter wi th slidin g m ode  ... ( Chan dra  Sh ek her  Puro hi t )   363   D V in C 2 S C 1 L 2 L 1 Con s t an t 40 I n t e gr at or 1 / S - 1 G ai n - 1 Re l ay G ai n V 0 i in     Figure  5.   Sim ulati on  D C/ DC  bid irect io nal c onve rter  with s li din g  m od e  contr ol       4.   SIMULATI O N RESULT  A ND D I SCUS S ION   The  Pro posed  bid irect io nal  conve rter  is  si m ulate d  in  Ma tl ab  R2 016a  wit h  sim ulatio n  pa ram et er  as   arti culat ed  in   T able 1.   A  com par iso n  of   re spo ns e  of  both  te ch niques  ha s  bee n  pr ese nt  f or   20   %  load  var ia ti on ,  for  bot h  boos t  a nd  buc k  op e rati ng  m od e   of  c onve r te r.   I SE  perform ance  analy sis  is  al so   perf or m ed  as  s hown  in     Table - 2  w hich   ind ic at es  that  SMC   is  able  t o  ha nd le   la r ge  erro rs  as  I SE  va lue  for  SMC   is  low  for  both   bu c k  and bo os t m ode.   Fig ure  6   s hows  c om par iso n o f  re spo ns e  of SMC  and  PI   duri ng nor m al  o per at in g  c ondit ion .       Table  1.   Sp eci f ic at ion  Pa ram e te r   Table  2.   IS E  Analy sis f or   L oa d Variat io n of   20%   Para m eter   Valu e   Inp u t  Vo ltag e ( Vin )   75V   Ind u cto r   L 1   4 5 0  μ H   L 2   1 .2  m H   Cap acito r   C 1   3 5 0  μ F   C 2   1 0 0  μ F     Sr.  No.   Mod e of  op eration   SMC   PI   1   Bo o st Mod e   0 .00 0 1 2 7   1 .00 5   2   Bu ck  M o d e   1 .39 4 e - 0 .5   0 .07 1 6 1         A  c om par ison  of  res ponse   of   both   syst em s   has  been  sh ow n  for  bo t h  bu c k  a nd  boos t   m od e  of   op e rati on of th e conver te r  an d  IS E a naly sis i s also p er form ed.  Ta ble 3   sho ws  the r es ult o f  IS E a naly sis. V al ue   of   I SE  analy si s  sh ows  that  S MC   te chn iq ue  is  good   at   ha ndli ng   la r ge  er r or   as  c om par e  to  PI   co ntr ol le r.   He re   IS E  val ue  of  S MC   is  m uch   l ow e r  tha n  PI   c on t ro ll er  f or  both  buc k  an d  boos t  m od e,  s o  we  ca n  sugge st  that  SMC   is  a  m uc h  bette r  te ch ni qu e  tha n  P I.   F igure  6  s hows  a  com par ison   of   the  respo nse   of   SMC   an d  PI   for  norm al  o per at i ng con diti on .   Figure  7  an d  Figure  8  re pr e sent  a  com par ison   of  res ponse s  of   PI   a nd  SMC   con troll ed  DC/DC   bid irect io nal  c onve rter  w he n  load  is  var ie d  f ro m   20   %  of   norm al   op erati ng  co ndit ion.  H ere  in  bo t h  gr a ph s   w e   can  obser ve  that  PI   co ntr olled  conve rter  sh ows  high  osc il la ti ng   wh il e  SM C  con trol le d  conve rter  sho w s   sm oo th  res ponse   an d  al so   fro m   IS E  analy sis ,  we  ca n  say   th at   SMC   is  capa ble  of  ha ndli ng  la rg e  e rror.   Ta ble  3  IS E  A naly sis f or   Loa d Va riat ion   of  20 p e rce nt .   Figure  9  an d  F igure  10  Shows  response  of   PI   an d  SMC   con t ro ll ed  c onve rter   w hen   20%   par am et ric  var ia ti on  is  present  in  co nve rter  desi gn   para m et er  and   f rom   the  resu lt s  we  can  say   th at   SMC   is  capab le   of  handlin g  the se  kinds  of unce rtai nties. ISE a na ly sis shows  t ha t even u nder  this varia ti on S MC  is able to  handle   la rg e e rror s   as  co m par e to  t he   PI   co ntr oller  with e ff ic ie ncy .       O u t pu t  Vol t age   ( V ) 80 60 40 20 0 100 T i m e   ( s e c ) 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 120 S M C PI S e t P oin t  ( D ote d L in e ) 0 . 6   O u t pu t  Vol t age   ( V ) 200 150 100 50 0 250 T i m e   ( s e c ) 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 S M C PI S e t P oin t  ( D ote d L in e ) 0 . 6       Figure  6. Com par is on of  res ponse   of   SMC  a nd PI  durin g n or m al   op e rati ng c ondi ti on     Figure  7. Com par is on of  res ponse  whe n  t he  conve rter is  op erati ng i n b oo s t  m od e a nd un der 2 0  %     load va riat ion   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Syst , Vol.  10 , No .  1 ,  Ma rch   2019   :    357  –   365   364   O u t pu t  Vol t age   ( V ) 80 60 40 20 0 100 T i m e   ( s e c ) 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 S M C PI S e t P oin t  ( D ote d L in e ) 0 . 6 120   O u t pu t  Vol t age   ( V ) 200 150 100 50 0 250 T i m e   ( s e c ) 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 S M C PI S e t P oin t  ( D ote d L in e ) 0 . 6 300       Figure  8. Com par is on of  res ponse  whe n  t he  conve rter is  op erati ng in b uck m od e an d und er    20 % l oad v a riat ion   Figure  9. Com par is on of  res ponse  whe n  t he c onve rter is  op e rati ng in  bo os t m od e a nd und e r 2 0  %    par am et ric v ari at ion s       O u t pu t  Vol t age   ( V ) 80 60 40 20 0 100 T i m e   ( s e c ) 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 S M C PI S e t P oin t  ( D ote d L in e ) 0 . 6     Figure  10. C om par ison   of r e sp onse  whe n  t he  c onve rter is  op e rati ng in  bu ck  m od e a nd und e r 2 0  %     pa ram et ric v ariat ion s       Table  3.   IS E   a naly sis f or   loa d va riat ion   of  20 p e rcen t   Sr.  No.   Mod e of  op eration   SMC   PI   1   Bo o st Mod e   4 .18 4 e - 07   1 .06   2   Bu ck  M o d e   1 .32 8 e - 05   0 .01 6 1 3       5.   CONCL US I O N   In   this  resea rc h  pa per ,   we  analy zed  the  pe rfor m ance s   of   DC/DC  Bi dire ct ion al   conve rter  with  two  con t ro l  te ch ni qu e  SMC   and  PI .  F or   perform ance  analy sis  three  cases  are  co ns ide red  and   th os e  cas es  are   norm al   op erati ng   c onditi on,  load  var ia ti on  and   par am et er  var ia ti on .  F or   al l  three  cases  conve rter  is  op e rated   i n  two  op e rati ng   m od e  buc k  m od e  and   bo ost   m od e  and   a f te r  analy zi ng   a ll   con diti ons,  i t  can  be  infe rred  that  SMC   is  a  ve ry  rob us t  te ch ni qu e   an d  pro vid es  e ff ic ie nt  c on t ro l  durin g  norm al   op erati ng  co ndit ion   a nd  it   is   able  to  handle  la rg e  e rror.  A s   far   as   tra ns i en t  conditi on   is  c on ce r ned   PI   c ontr oller  gi ves  os ci ll at ing   res ponse ,   wh e reas  SMC   ou t pu t  do es   no t show oscil la ti ng r es ponse  which is   a  good  featur e  of  SMC  techn i qu e  bu t i t al so   sh ows  c hatte ri ng   phen om enon  du rin g  a  tra ns ie nt  sit uatio n.   Othe r  tha n  chatt erin g  SM C  giv es  ver y  s m oo th  respo ns e  a nd   be tt er  respo ns e ,   sta bili zat ion   th an  P I  co ntr oller.  I n  this  pa per  IS E  a naly sis  is  al so   pe rfo rm ed  to   check   e rror   ha nd li ng  ca pacit y  and   f ro m   resu lt s,  it   can  be  con cl ud e d  that   SMC   giv e s   ve ry  low  I SE  val ue  the n  PI   f or   al l  cond it ion s  an d  both   op e rati ng   m ode  (i.e.  buck  m od e  an d  boost   m od e)  and   hence  are   able  to  handle   un ce rtai nties  as  com par e  to  PI   co ntr oller  for   al l  three  op e ra ti ng   co ndit ion s   and   bo t h  buck   and   boos t  ope rati ng   m od e.  Als o  c oncl ude  t hat  S MC   is  able  t o  work  f or   a   wi de   ra ng e   of  i nput   and  loa d  va riat ion   as   com pa re  to   P I.  Howe ver, eli m inati on   of c hatte rin g  a nd pract ic al  i m plica t ion  is  require d.       REFERE NCE S     [1]   F.  Bla ab je rg ,   Y.   Yang,   K.  Mam   and  X.  W ang,   “ Pow er  El ec tron ic s - The   k e y   T echnolog y   for  ren ewa ble   ener g y   s y stem  Int e gra t i on, ”  Conf .   Proc ,   0IE EE  4th  Int l.   conf.  on   rene wable   Ene rgy   R ese arch  and   Ap pli ca t ion ,   IE EE - ICRERA’15,   22 - 25  Nov,  Pa le rm o  (Ital y ),  2015 .   [2]   Pandav  Kira n  Maroti ,   P .   Sanjeevikumar,   et   al . ,   “ Multi stage   Sw it ch ed  Induc tor  Boost  Convert er   For  Rene wab l e   Ene rg y   Appli cat ion” ,   The   3rd   IE EE   Conf .   on  En ergy   Conve rs ion   ( IEE E - CENCON'17) ,   Kuala   Lu m pur  (Malay si a) ,   10/2017.   [3]   Pandav  Kira n  M aro ti,  P.  Sanj ee v ikuma r,   e t  a l.,  “ Modifie d  Boost  with  Sw it che d   I nduct or  Diff ere n t  Configurational   Struct ure s  for  D C - DC  Convert er   for  Rene wabl e  Applic a ti on” ,   IE EE   3rd  Annual   Southe rn  Hemisphere  Conf.   o n   Powe r E le c troni cs  ( IEE E - SP EC'17) ,   Puert  Var as  (Chil e) ,   12/2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   Syst     IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  analysis  of  DC/DC bi direct ional co nverter wi th slidin g m ode  ... ( Chan dra  Sh ek her  Puro hi t )   365   [4]   X.  S.  Li,  et   al . ,   " Anal y sis  and  Si m pli fic a ti on  of  Thre e - Dim ensio nal   Spac e  Ve ct o r  PW M  for  Thre e - Phase  Four - Leg   Inve rte rs,"   IE EE Tr ansacti ons on   Industrial Elect ronics ,   vol .   58 ,   p p.   450 - 464 ,   Feb   2011.   [5]   Yakub  Anw ar  Maka ndar   and  S.  S.  Vana m ane,  “ Perform anc e  Anal y sis  of  B id ire c ti ona l  DC - DC  Convert er   for   El e ct ri c  Veh ic l e   Applicati on , ”   I JIR ST  – Int ernational  Journal   for   Innov at iv e   R ese arch  in   Scienc e  &   Technol ogy ,  Vol.   1(9) ,   pp .   43 - 49,   2014 .   [6]   F.  Un - Noor,  S.  Padm ana ban,   L.   Mihet - Popa,   M .   Molla h,   and  E .   Hos sain,   “ A  Com pre hensive   S tu d y   of  K e y   Elec tr ic   Vehic l e  (EV)  C om ponent s,  Te c hnologi es,   Ch al l enge s,  Im pac ts ,   and  Future  Dire ct ion  of  Dev el o pm ent , ”  En ergies ,  vol.   10 ,   no .   8 ,   p .   1217,   Aug.   2017 .       [7]   Moham ed  Derbe li ,   Maissa  Farh at,  Os ca r   Bar ambones  and  La ss aad  Sbita,  “ Contro l  of  PEM  fue l  c e ll   power  sy st em  using  slidi ng  m ode  and  supe r - twisti ng  a lgor it hm s,”   Inte rnat ionl   journal  o f   hydroge n  En e rgy ,   vol .   42(13 ),     pp.   8883 - 8844 ,   2017.   [8]   Ze ngshi  Chen,   “ PI  and  Slidi ng  Mode  Control   of  a  Cuk  Convert er, ”  IE EE   Tr ans act ions  on  Power   El ec tronic s ,   vol.  27 (8),   pp . 3695 - 3 703,   2012 .   [9]   Sim on  Ang   and  Alej andr a  Oliva,   “ Po wer -   Sw it chi ng  Convert ers,   2010”,   3rd  edi t i on,   CRC  Press  On  one  appr oach   to  the   cont rol  o f  unce rt ai n  s y s t em,  George   L eitm ann,   Dec ision  and  Control,  Proce ed ings  of  1994  33rd  IE E E   Confe renc e  on   Dec is ion  and   Co ntrol ,   vo l. 4, pp.  2112 - 2116.   [10]   C.   Zha o  and  L .   Guo,  “ PID  cont roll er  design  for   sec ond  orde r  nonli ne ar  unce rt a in  s y stems ”,   Sci .   China   Inf.   Sci .   2017,   60:022201 .   [11]   P.Sanje ev ikumar,   G.Grandi ,   Fr ede   Blaabje rg ,   Patri ck  W hee le r ,   Pierl uig i   Siano,   Mane l   Hamm ami,   “A  Com pre hensive   Anal y sis  and  Hardware   Im ple m ent a ti on  of  Control   Strat egies  for  High  Output  Volta ge  DC - D C   Boost  Pow er  Convert er ”,  Inte rn ati onal  Journal  of  Computati on al  Intelli g ence  S yste m  ( IJCI S) ,   Atla nti s  Press   a nd   Tay lor   and   Fran ci s publ ic a ti ons,   v ol.   10 ,   no .   1 ,   pp .   140 – 152 ,   2017 .   [12]   P.  Sanje evi kum a r  and  K.  Raj ambal,   “ Ext r a  high  volt ag e  DC - DC  b oost  conve rte rs  with  sim pli fie d  cont rol  stra teg y ” ,   Inte rnational   Jo urnal  of  Mode ling  and  Simulati on ,   Hindawi   Publishing  Corpor at ion ,   US ,   vol .   2008,   Arti cl e   I D  59 3042,   8   page s ,   Jan.   2008.   ISS N :  1697 - 5591,   EI SS N:  1687 - 5605.     [13]   P.  Sanje evi kum a r,   J.  Kum ara guru,   R.   Ravi   and  K. P rab aka ran ,   “ Anal y s is of   DC - DC   boost  conve rte r w it h  sim pli fie d   PI  cont roll er  str at eg y ” ,   Conf .   P roc.   of  Nati ona l  Leve l  Powe r  Engg .   Conf. ,   NP EC’07,   Thi ag a raj ar  Col le g e  of   Engi ne eri ng,   Ma dura i  (Ind ia ) ,   pp .   113 – 124,   21 – 22   Jun.  2007 .     [14]   Ramji  Ti wari ,   N.Ra m esh  Babu,   R. Arunkrishna   and  P.Sanje evikum ar,   “ Com pa rison  bet wee n  PI  cont roll er  an d  Fuzz y   log ic   b as ed  con trol   str ate gie s  for  h armoni c  red u ct ion   in   Grid  in t egr a te d   W ind  en erg y   conv ersion  s y st em”,   Le c ture Note s in   Elec tr ical Engi n ee ring ,   Spring er  Journal  Pub li ca t ions ,   vol ,   435 ,   p p.   297 - 306 ,   o ct .   2017.     [15]   K.Harshava rdha na  Redd y ,   P.R a m ana tha n,   Sudh a  Ramasam y   an d  P.Sanje evi ku m ar,   “ LQR  PI  C ontrol ler  design  for  Firs t  orde r  ti m e  del a y   s y s te m s”,   Le c ture   Not es  in   El e ct ri ca l   Enginee ring ,   Springe r  Journal  Publ i c ati ons ,   vol ,   442,   pp.   405 - 413 ,   o ct .   2017.     [16]   P.Sanje ev ikumar,   Frede   Blaabj er g,   Pier lui gi   Sian o,   Lu igi   Mar ti ra no,   Zb igni ew  L eonowic z ,   Kir an   M.  Pandav ,   “ PI  and  Fuzz y   Contr ol  Stra te gi es  for  High  Volta g e  O utput   DC - DC  B oost  Pow er  Con ver te r   –   Hardw a re  Im ple m entation  And  Anal y sis”,   Conf.   Proc.   of  16  IEE E  In tl .   Conf.   on  Env ir onment  and  El e ct rical   Engg .,  ( IEE E - EE EIC’16 ),   Florenc e   (It aly ),  7 - 10  Jun.  2016 .     [17]   K.D.Young,   V.I .   Utkin,  and   U.  O zgune r,  “ A  cont r ol  eng ine er ' s  gui de  to   slidi ng   m ode  Contro l” ,   IE E E  Tr ansacti ons  on  Control  S ystem   Technol ogy ,   v ol.   7(3) ,   pp .   3 28 - 342,   1999 .   [18]   P.Sanje ev ikumar,   Emre  Ozso y ,   Vili am  Fedák  an d  Frede   Bla abjer g,   “ Deve lopment  of  Slidi ng  Mode  Control l er  for  A  Modifie d  Boost  Ćuk  Convert er  Configura ti on ” ,   Ene rgies  Journ al ,   MD PI  A G  P ubli c at ions,  Sw itzer l and,   vol .   10,   no.   15 ,   pp .   1 – 14 ,   29  Sept .   2017 .   [19]   Ekl as  Hos sain,   Ron  Pere z,   P.S anj e evi kum ar,   F red e  Bl aa bj erg ,   Vigna  K.  Rama cha ndar amurth y ,   “ Slidi ng  Mode   Control le r   and   L y apunov   Red esi gn  Control l er  to   Im prove   Micro grid  Stabilit y :   A   Com par at iv e  A naly s is  with  CP L   Pow er  Vari at io n”,   En ergie s  J ournal ,   MD PI  AG   Public at ion s,  Sw it ze rl and,  vol.   10 ,   no.   1959,   pp.   1 – 2 4 ,     24  Nov.  2017 .     [20]   Ekl as  Hos sain,  Ron  Pere z ,   P.S anj e evi kum ar,  Pierl uig i  Si ano,   “ Inve stigation  on   Deve lopment   o f  Slidi ng  Mode   Control le r  for  Constant   Pow er  Loa ds  in  Microgr ids”,   Ene rgi es  Journal ,   MD PI  AG  Public ations,  Sw it ze rl an d,     vol.   10 ,   no .   1086 ,   pp .   1 – 24 ,   26   Jul.  2017 .     [21]   P.  Sanje ev ikuma r,   G.Grandi,  Pat ric k  W heele r ,   Frede   Bl aa bj erg   a nd  J.L onc arski,   “ A  Si m ple   MP P T  Algorit hm   for   Novel  PV   Pow er  Gene r at ion   s y s te m   b y   High   Output  Volt age  D C - DC  Boost  Co n ver te r ”,  Conf.   Proc. ,   24th  I EEE  Inte rnational   S ymposium  on  I ndustrial  Elec tronic s,  I EE E - ISI E’15 ,   R io  de   Jane iro  (Br az i l) ,   pp.   214 – 220,     3 – 5  Jun.  2015 .     [22]   T. Anuradha ,   P. Deiva   Sundari,   P.Sanje ev ikumar,   Pierl uig i  Siano ,   Zbi gni ew  Le on owicz ,   “ Com par at iv e  Anal y s is   of  Com m on  M PP T   Techni ques  for   Solar  PV   S y st e m   with  Soft  Sw it ch ed,   In te r le av ed  Isola te d  Con ver te r ”,  IEEE  1s t   Industria l  and  C om m erc ia l  Pow e r  S y stem  Europ e ,   17th   Inte rnat io nal  Conf.  on  En vi ronm ent   and   E le c tric al   Engg . ,   IEE E - I &CPS /IE EE - E EE IC ' 17,   J un.   6 - 9 ,   Mi l an  (I ta l y ) ,   2017 .     [23]   M.  H.  R ashid, Power  elec troni cs   Handbook, 201 7;  4th   edition ,   E LSEVIER.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.