I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 ,   p p .   2 4 0 9 ~ 24 21   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 5 .i 4 . p p 2 4 0 9 - 24 21       2409     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Fraction a l order   PID cont ro ller de sig n of a DC - DC  multilev el  bo o st conv erte r u sing  t he N elder - M ea d optimiza tio n       G hris s i  T a hri 1, 2 ,   F a t im a   T a h ri 3 , 2 ,   Ali Ta hri 2   1 I n st i t u t   d e s Sc i e n c e s  e t   Te c h n i q u e s A p p l i q u é e s   ( I S TA ) ,   U n i v e r si t é   O r a n   1   A h me d   B e n   B e l l a ,   O r a n ,   A l g e r i a     2 La b o r a t o i r e   d e   G é n i e   E l e c t r i q u e   d ’ O r a n   ( LG EO ) ,   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o t e c h n i c s ,   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,     U n i v e r si t y   o f   S c i e n c e s   a n d   Te c h n o l o g y   o f   O r a n   M o h a m e d   B o u d i a f ,   O r a n ,   A l g e r i a   3 La b o r a t o i r e   d e   D é v e l o p p e m e n t   d e s   R é sea u x   E l e c t r i q u e s I n t e l l i g e n t s   ( LD R EI ) ,   Ec o l e   S u p é r i e u r e   e n   G é n i e   E l e c t r i q u e   e t   E n e r g é t i q u e   d' O r a n   ( ESG EE) ,   O r a n ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   9 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J u n   2 7 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   J u l 2 4 ,   2 0 2 4       Th is  p a p e r  a i m s  to   p re se n t  a n d   a n a ly z e   th e   fra c ti o n a l  o rd e r  p r o p o rti o n a l - in teg ra l - d e ri v a ti v e   ( F OPID)  c o n tr o l  tec h n iq u e   o f  t h e   DC - DC  two - l e v e l  b o o st   c o n v e rter.  T h e   sta te - sp a c e   a v e ra g e d   (S S A)  m e th o d   is  u se d   to   b u i l d   a   sm a ll - sig n a l  c o n v e rter  m a th e m a ti c a l  m o d e l,   w h ich   is  a   c ru c ial  tas k   f o r  t h e   c o n tr o l   d e sig n .   A  F OPID   c o n tro ll e r   b a se d   o n   th e   Ne ld e r - M e a d   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   a n d   a n   a rti ficia l  in tell ig e n c e   stra teg y   b a se d   o n   a   fu z z y   lo g ic  c o n tr o ll e r  (F LC)   a re   b o th   d e si g n e d   f o r  th e   v o lt a g e   m o d e   c o n tr o l  (VMC)  a p p r o a c h   a n d   o p e ra te   o n   th e   c o n ti n u o u s   c o n d u c ti o n   m o d e   (CCM ).   Va rio u s  ste p   c h a n g e s   i n   t h e   i n p u t   v o lt a g e   a m p li t u d e   a n d   o u t p u t  l o a d   a re   a p p li e d   to   a n a ly z e   th e   p e rfo rm a n c e   o f   th e   p r o p o se d   c o n tr o l  tec h n iq u e s.  I n   a d d it i o n ,   d e t a il e d   sim u lati o n   re s u lt s  u sin g   th e   M ATLAB - S im u li n k   sy ste m   a re   e x ten siv e ly   d isc u ss e d .   K ey w o r d s :   DC - DC   2 - L   MB C     Fra ctio n al  o r d er   PID     Fu zz y   lo g ic  co n tr o l    Neld er - M ea d   o p tim izatio n   alg o r ith m   Stat sp ac e  av er ag in g     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Gh r is s i T ah r i   I n s titu t   d es Scien ce s   et  T ec h n iq u es Ap p liq u ée s   ( I STA) ,   Un iv er s ité  Or an   1   Ah m ed   B en   B ella   Or an ,   Alg er ia    E m ail: ta h r i.g h r is s i@ u n iv - o r a n 1 . d z ,   g h r is s i.ta h r i@ u n iv - u s to . d z       1.   I NT RO D UCT I O N    T h e  f u zz y   lo g ic  c o n tr o l  s y s t em   wh ich   is   b ased   o n   h u m a n   ex p er tis e  was  in tr o d u ce d   i n   1 9 7 5   b y   Ma m d an i  an d   Ass ilian .   I t  wa s   im p lem en ted   as  an   ex p er im en t  o n   lin g u is tic  co n tr o ller   s y n th esis   f o r   a  s team   en g in e - b ased   m o d el  i n d u s tr ial   p lan t  [ 1 ] .  Mo r e o v er ,   s in ce   1 9 8 9 ,   f u zz y   l o g ic  co n tr o l  h as  b ee n   u s ed   in   m an y   d o m esti c  elec tr ic  ap p lian ce s .   Fu zz y   lo g ic   allo ws s u ch   ap p li an ce s   to   b e  ac c u r ate  a n d   s tr aig h tf o r war d   in   d ea l in g   with   q u alitativ e  k n o wled g e  o f   o p er atio n s ,   wh ich   ar e  d escr ib ed   as  f u zz y   if - th e n   r u les  [ 2 ] .  F r ac tio n al  ca lcu lu s ,   as  a  f ield   with   p r ac tical  im p licatio n s ,   is   ap p lied   in   v ar io u s   d o m ain s   s u ch   as  ec o n o m ic  p r o ce s s es  [ 3 ] ,   s ig n al   p r o ce s s in g   [ 4 ] ,   ch em ical  p r o c ess es  [ 5 ] ,   an d   b io en g i n ee r in g   [ 6 ] .   I n   th e   last   d ec ad e,   f r ac ti o n al  ca lcu lu s   was  in tr o d u ce d   in   s y s tem   th e o r y   an d   a u to m ated   co n tr o l  [ 7 ] .   T h er ef o r e ,   th e   ap p licatio n   o f   f r ac tio n al  d if f er en tial   eq u atio n s   h as  r esu lted   in   m o r e   ac cu r ate  d y n am ic  s y s tem   m o d els,  n o v el  c o n tr o l   s tr ateg ies,  an d   en h a n ce d   co n tr o l  lo o p   ch a r ac ter is tics ,   d em o n s tr atin g   f r ac tio n al  ca lc u lu s ' s   p r ac tical  ad v an tag es a n d   b en ef it s .     I n   p o wer   elec tr o n ics,  co n v er ter s   ar e  h ig h ly   n o n lin ea r   an d   th eir   co n tr o l  is   cr u cial  f o r   in d u s tr ial  ap p licatio n s .   DC - DC   m u ltil e v el  b o o s t  co n v er ter s   as  h ig h   g ain   DC - DC   s o u r ce s   ar e  a  k ey   f o r   ad v an ce d   tech n o lo g y ,   s im u ltan eo u s ly   with   th e  co n tin u o u s   ad v an c es  in   s em ico n d u cto r s   an d   r e ac tiv e  co m p o n en ts .   C o n tr astl y   to   th e  co n v en tio n al   DC - DC   b o o s t c o n v er ter ,   th e  DC - DC   m u ltil ev el  b o o s t c o n v er ter s   ca n   o p er ate  at  a  h ig h - d u ty   cy cle  to   ac h iev e   a  h ig h   o u tp u t  v o ltag e,   th u s   r ed u cin g   s witch in g   f r e q u en cy   an d   d ec r ea s in g   elec tr o m a g n etic  in ter f e r en ce   [ 8 ] .   T h e r ef o r e ,   DC - DC   m u lti lev el  co n v er ter s   ca n   b e  u s ed   in   m an y   in d u s tr ial  d o m ain s ,   lik e   au to m o tiv e  en g in ee r in g ,   p h o to v o ltaic  s y s tem s ,   an d   f u el  ce ll  a p p licatio n s   [ 9 ] .   Sev er al   DC - DC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2409 - 24 21   2410   m u ltil ev el  b o o s t  co n v er ter   ( M B C )   to p o lo g ies  wer e  p r o p o s e d   in   p r e v io u s   wo r k s   [ 10 ] .   T h e y   ar e  s im ilar   to   th e  co n v en tio n al  DC - DC   b o o s t  co n v er ter   b y   a d d in g   m o r e   ca p ac i to r s   an d   d io d es.  T h ese  to p o lo g ies  ca n   g en e r ate  a   h ig h er   v o ltag e  at  d if f er en t  l ev els  b y   u s in g   o n ly   a   s in g le  in d u cto r   an d   s witch .   T h e  a d v an tag es  o f   th ese   co n f ig u r atio n s   in clu d e   th e  p o s s ib ilit y   o f   u s in g   s witch ed   ca p ac ito r   co n v e r ter s   with o u t  a  tr a n s f o r m er   o r   a  lar g e   d u ty   cy cle   to   ac h ie v e  h ig h   v o ltag e  co n v er s io n   r ati o s   [ 11 ] .   I t  i s   th e  b est  in s tan ce   o f   t h e  s witch ed   ca p ac ito r   s in ce   th e  in p u t  cu r r en t  in ten s ity   is   co n s tan t.  T h e  d i o d es  h av e  r ep lace d   all  co n tr o lle d   s witch es  in   th e  s witch ed   ca p ac ito r   m ec h a n is m   [ 12 ] .    T h is   p ap er   aim s   to   estab lis h   a   m ath em atica l  m o d el  f o r   t h e  to w - lev el  b o o s t  co n v er ter   ( 2 - L   MBC )   b ased   o n   th e   s tate - s p ac e  av er ag ed   ( S SA )   m eth o d   f o r   d e v elo p in g   th e  tr an s f er   f u n ctio n s   o f   t h e  in p u t  cu r r en t  an d   o u tp u t   v o ltag e  r elate d   to   th e   d u ty   cy c le.   T wo   co n tr o l  tech n iq u es  ar e   ap p lied   t o   2 - L   MBC ,   th e  f ir s t  is   th e   f u zz y   lo g i c   co n tr o ller   ( FLC )   an d   th e  s ec o n d   o n e  is   b ased   o n   a   f r ac tio n a l - o r d er   p r o p o r tio n al - in te g r al - d er iv ativ e   ( FOPID )   co n tr o ller .   T h e  s im u latio n   r es u lts   d ev elo p ed   u n d e r   MA T L AB /Si m u lin k   an d   SimPo wer Sy s tem s   to o lb o x   s h o w   th at  th e  d y n am ic  r esp o n s es  with   th e  p r o p o s ed   FOPID  co n tr o ller   b ased   o n   th e  Neld er - Me ad   o p tim izatio n   m eth o d   ar e   m o r e   ac cu r ate  a n d   f aster   th an   th e  o n es o b tain e d   with   th e  FLC co n tr o ller .       2.   M O DE L L I NG   O F   A  RE DUCED  O RDE R  NO NL I NE AR  DYNA M I C  SYS T E M   O F   A  2 - L   M B C   WI T H   E Q UIVA L E NT   C AP ACIT Y   T h is   s ec tio n   d is cu s s es  th e  d if f er en t  s tep s   in   m o d elin g   th e   2 L - MBC   b ased   o n   th e  SS A  m eth o d .   T h e   m ath em atica l m o d el  o f   th e  2 L - MBC   i s   n o n - lin ea r .   Alth o u g h   th is   s y s tem 's n o n lin ea r ities   m ask ,   o n   av er ag e,   all   th e  in f o r m atio n   ass o ciate d   wi th   th e  f ast  d y n am ics  an d   in s t ab ilit y   o f   s u b h ar m o n ic  o s cillatio n s ,   th ey   a r e  n o t  ca p tu r ed   [ 13 ] .   Du e   to   th e   m u ltip licativ e  co m p o n en ts   li n k in g   th e  s tate  v ar iab les  to   th e  d u ty   cy cle,   t h e  d ev elo p m e n t  o f   th e  m ath em ati ca l  m o d el  o f   th e  2 L - MBC   is   b ased   o n   th e  SS A  m eth o d   in   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d e  ( C C M)   [ 14 ] ,  [ 15 ] .   T h e   in p u t  cu r r en t  an d   o u tp u t  v o l tag e  tr an s f er   f u n ctio n s   ar e  th en   d ev elo p e d   an d   ca lcu lated .   Fig u r e  1   illu s tr ates th e  p o wer   ci r cu it o f   t h e  2 L - M B C   as s o ciate d   with   th e  co n tr o l ler .   Stead y - s tate  an d   s m all  s ig n al  m o d ellin g s   f o r   a  h ig h e r - o r d er   s y s tem   ar e  v er y   co m p lex .   I t is  s u itab le  to   r ed u ce   th e  m o d el  f o r   s im p licity .   Ho wev er ,   c o n s id er in g   th e  eq u iv alen t  ca p ac ity   d u r in g   th e  s witch - o n   an d   s witch - o f f   m o d es,  a p p ly in g   t h e  b asic   p r in cip les  a n d   co n s id er in g   th at  th e  ca p ac ito r s   ar e   id en tical :  C 1 =C 2 =C 3 =C.  I n   ad d itio n ,   th e   v o ltag e   ac r o s s   ea ch   ca p ac ito r   is   eq u al  to   t h e  o u tp u t  v o ltag e   g en er ate d   b y   N  le v els  o f   ca p ac ito r s .   W h er e  th e  s tate  s p ac e   v ec to r   i s   ( ) = [ ( )     ( ) ]   an d   th e   o u t p u t  ( )   i s   th e   v o ltag e  lo ad   o f   th e   2 - L   MBC   wh ich   is   n o ted   b y    .   T h er e  a r e  two   b asic  m o d es  ac co r d in g   to   th e  s tate  o f   th e   s witch .   T h e  2 - L   MBC   ca n   o p er ate  in   d if f er e n t m o d es.           Fig u r e  1 .   T h e  p o we r   cir cu it d i ag r am   o f   th e  2 L - MBC   co n tr o l led       2 . 1 .   Switc h - o n m o de  re du ce d o rder   T h e  eq u iv alen t  r ed u ce d   o r d er   cir cu it  in   s witch - o n   m o d e  is   d ep icted   in   Fig u r e  2 .   T h e   s t a t e   s p ac e   r e p r e s e n t a ti o n   o f   t h e   DC - DC   2 - L   M B C   e l ec t r i c al   m o d e l   i n   s wi t c h - o n   m o d e   i s   i n t r o d u c e d   by   ( 1 ) .     { ̇ ( ) = 1 ( ) + 1  ( ) = 1 ( )     ( 1 )     T h e  m atr ix   1 A an d   th e  v ec to r s   1 B   an d   1 C   ar e  p r esen ted   b y   ( 2 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         F r a ctio n a l o r d er P I D  co n tr o ller   d esig n   o f a   DC - DC   mu ltil e ve l b o o s t c o n ve r ter u s in g   th e   …   ( Gh r is s i Ta h r i )   2411   1 = [ − 0 0 −  1 ] ; 1 = [ 1 0 ] ;   1 = [ 0 1 ]   ( 2 )     2 . 2 .   Switc h - o f f   m o de  re du ce d o r der   Fig u r e  3   illu s tr ates  th e  eq u i v alen t  r ed u ce d   o r d er   cir c u it  in   s witch - o f f   m o d e.   T h e  s tate  s p ac e  r ep r esen tatio n   o f   th e  DC - DC   2 - L   MBC   elec tr ical  m o d el  in   s witch - o f f   m o d e  is   in tr o d u ce d   b y   ( 3 ) .     { ( ) = 2 ( ) + 2  ( ) = 2 ( )   ( 3 )     T h e  m atr ix   2 A   an d   th e   v ec to r s   2 B   an d   2 C   ar e  p r esen ted   b y   ( 4 ) .     2 = [ − − 1  1  2 −  2 ] ; 2 = [ 1 0 ] ;   2 = [ 0 1 ]     ( 4 )             Fig u r e  2 .   2 - L   MBC   s witch - o n   m o d e  r e d u ce d   o r d e r     Fig u r e  3 .   2 - L   MBC   s witch - o f f   m o d e  r e d u ce d   o r d er       2 . 3 .   No nli nea r  f ull - o rder   dy na m ic  m o del   T o   o b tain   th e  f u ll - o r d e r   d y n a m ic  m o d el,   th e  two   o p e r atin g   m ath em atica l m o d els ar e  co m b in ed   in to   a  s in g le  m o d el  b y   th e  m ea n   o f   th e  SAA  m eth o d   p r esen ted   b y   ( 5 ) .     { = 1 + 2 ( 1 − ) = 1 + 2 ( 1 − ) ;     { = 1 + 2 ( 1 − ) = 1 + 2 ( 1 − )     ( 5 )     A 1 ,  B 1 ,  C 1 ,   an d   D 1   ar e  th e  s ta te   m atr ices in   s w itch - o n   m o d e,   wh er ea s   A 2 ,  B 2 ,  C 2 ,   an d   D 2   ar e   th e  o n es in   s witch - o f f   m o d e.   T h e  av er a g e  o u tp u t  v o ltag e  an d   cu r r en t a r e  e x p r es s ed   by   ( 6 )   an d   ( 7 )   r esp ec tiv ely :      = ( 1 − )      ( 6 )      = ( 1 − )     ( 7 )     W h er e   N   is   th e   DC   o u tp u t  lin k   ca p ac ito r   n u m b er ;  d :  is   th e   d u ty   r atio ;  V in :  is   th e  in p u t   v o l tag e ;  B y   co m b in in g   th e  f r o m   ( 1 )   to   ( 5 ) ,   th e  m atr ix   s y s tem   o b tain ed   b y   ( 8 )   an d   ( 9 )   r e p r esen t s   th e  2 - L   MBC   m ath em atica l  m o d el   with   th e  two   s witch   m o d es.     [ ( ) ( ) ] = [ − − ( 1 − )  ( 1 − )  −  ] [ ( ) ( ) ] + [ 1 0 ]    ( 8 )     [  ] = [ 0 1 ] [ ( ) ( ) ]     ( 9 )     W ith   th e  eq u iv alen t c ap ac ito r   as g iv en   b y   ( 1 0 ) .      1 + ( 1 − )  2 =      ( 1 0 )     T o   estab lis h   th e  s tate  s p ac e  m o d el,   wh ich   is   a  co m b in atio n   o f   th e  two   af o r em en tio n ed   o p er atio n   m o d els,  th e  lin ea r izatio n   o f   t h e  s y s tem   is   d o n e  b y   ( 1 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2409 - 24 21   2412   = [ 1 + 2 ( 1 − ) ] + [ 1 + 2 ( 1 − ) ]     ( 1 1 )     2 . 4 .   Sta t e  s pa ce   a v er a g ing   ma t he m a t ica l  m o del o f   t he  2 - L   M B C   T h e  SS A  m eth o d   co n s is ts   o f   in tr o d u cin g   th e  ter m   r ep r esen ted   b y   ( ^)   as  a  s m all  p er tu r b atio n .   Fo r   in s tan ce ,   th e  v ar iab le  ( )   is   wr itten   b y   ( 1 2 ) :     ( ) = + ̂ ( )     ( 1 2 )     W h er e  Y is   th e  DC   ter m   an d   ˆ y is   th e  s m all  s ig n al  ter m .   T h is   ap p r o ac h   is   ap p lied   t o   th e   s tate  s p ac e  v ec to r   ( ) ,  th e  in p u t  v o ltag e   ( )   an d   d u ty   cy cle  ( ) .   Ap p ly in g   th e  s m all  p er tu r b atio n   ap p r o ac h   to   ( 1 1 )   wh ic h   g iv e s   two   ex p r ess io n s   as g iv en   b y   ( 1 3 ) .   T h er ef o r e,   two   m o d es   a r e  o b tain ed ,   AC   an d   DC ,   ex p r ess ed   b y   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 )   r esp ec tiv ely .       ̂ 0 + ̇ ̂ ( ) = [ 1 ( + ̂ ) + 2 ( 1 − − ̂ ) ] ( 0 + ̂ ) +   [ 1 ( + ̂ ) + 2 ( 1 − − ̂ ) ] ( 0 + ̂ )   ( 1 3 )     -   I n   DC   mode   All th e  d er iv ativ e  ter m s   ar e  e q u al  to   ze r o ,   s u ch   as:     [ 1 + 2 ( 1 − ) ] ( 0 ) + [ 1 + 2 ( 1 − ) ] ( 0 ) = 0     ( 1 4 )     -   I n   AC   m o d e   Fu r th er m o r e ,   in   th e   AC   eq u ati o n ,   v a r iab les  h av in g   p r o d u cts  o f   ̂ ,  ̂   an d   ̂   ar e  ig n o r e d   ( s m all  v ar iatio n s   m u ltip lied   b y   t h e  s am e  o n es y i eld s   an   ev en   s m aller   r esu lt).     ̇ ̂ ( ) = [ 1 + 2 ( 1 − ) ] ̂ ( ) + [ 1 + 2 ( 1 − ) ] ̂ ( ) +   [ ( 1 − 2 ) 0 + ( 1 − 2 ) 0 ] ̂ ( )     ( 1 5 )     W h er e  th e  ca p ac ito r s    2 =   an d    1 = 2   ar e  r ep lace d   in   ( 3 )   an d   ( 4 ) ,   an d   tak in g   in to   ac co u n t  th at  th e  DC - DC   co n v er ter   is   two   lev els,  t h u s   = 2   an d    = .   C o n s eq u en tly ,   t h e  ( 1 5 )   is   wr itten   i n   d etailed   f o r m   as   g iv en   b y   ( 1 6 ) .       [ ̇ ̂ 1 ( ) ̇ ̂ 2 ( ) ] = [ − − ( 1 − ) 2 ( 1 − ) − 2 ] [ ̂ 1 ( ) ̂ 2 ( ) ] + [ 1 0 ] ̂ ( ) + [ 0 1 2 − 1 1 ] [ 10 20 ] ̂ ( )     ( 1 6 )     2 . 5 .   Ste a dy - s t a t e  s t ud y   In   o r d er   to   d ed u ce   th e   s o lu tio n s   o f   x 10   an d   x 20   in   a   s tead y   s tate,   it  is   cr u cial  to   s o lv e  t h e  s y s tem   in   DC   co n tin u o u s   m o d e.   T h e  s tate  o f   eq u ilib r iu m   is   r e p r esen ted   b y   ( 1 7 ) .       =  +  = 0 ⇒ [ 0 0 ] = [ − − ( 1 − ) 2 ( 1 − ) − 2 ] [ 10 20 ] + [ 1 0 ]    ( 1 7 )       T h e   ( 1 8 )   a n d   ( 1 9 )   in tr o d u ce   th e  c u r r e n t  an d   v o ltag e    r esp ec ti v ely   wh ich   r ep r esen t  th e  DC   v alu es  eq u iv alen t   to   x 10   an d   x 20   q u a n titi es,  wh ich   ar e  th e  s o lu tio n   o f   th e  ( 1 7 ) .     = 4 ( 1 − ) 4 ( 1 − ) + ( 1 − ) 3      ( 1 8 )     = 2 ( 1 − ) 4 + ( 1 − ) 2      ( 1 9 )     2 . 6 .   T he  t ra ns f er   f un ct io n o f   t he  DC - DC  2 - L   M B C   W h en   th e  DC   m o d e  ter m s   ar e   o m itted ,   th e  r esu ltin g   m atr ix   s y s tem   p r esen ts   th e  f o llo win g   s m all - s ig n al  m o d el   as g iv en   b y   ( 2 0 ) .         [ ̂ ( ) ̂ ( ) ] = [ (  + ) ( 1 − ) 2 ( 1 − ) ( −  − 2 ) ] ( − 1 ) ∗ [ [ ] ̂ ( ) + [ 1 0 ] ̂  ( ) ]     ( 2 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         F r a ctio n a l o r d er P I D  co n tr o ller   d esig n   o f a   DC - DC   mu ltil e ve l b o o s t c o n ve r ter u s in g   th e   …   ( Gh r is s i Ta h r i )   2413   Fo llo win g   th at,   ( 2 1 )   a n d   ( 2 2 )   p r esen t th e  cu r r en t a n d   v o ltag e  tr an s f er   f u n ctio n s ,   r esp ec tiv e ly .     ̂ ( ) ̂ ( ) = ( 2 ( 1 − ) 4 + ( 1 − ) 2  ) ( (  + 2 ) + 1 )  2 + ( 2 + ) + ( 2 + ( 1 − ) 2 )     ( 2 1 )     ̂ ( ) ̂ ( ) = (  4 + ( 1 − ) 2 ) ( − 4 (  + ) + 2 ( 1 − ) 2 )  2 + ( 2 + ) + ( 2 + ( 1 − ) 2 2 )     ( 2 2 )       3.   CO NT RO L   D E S I G N   T wo   co n tr o l m eth o d s   ar e  ap p l ied   to   th e  DC - DC   2 - L   M B C :   t h e  FLC an d   th e  FOPID.   T h e  t wo   co n tr o l   s tr ateg ies ar e  co m p ar ed   with   d if f er en t te s ts .     3 . 1 .   F uzzy   lo g ic  co ntr o ller  des ig n   T h e  f u zz y   l o g ic  co n tr o ller ' s   in p u ts   ar e  er r o r   a n d   its   d er iv ativ e,   an d   th e  o u tp u t c o r r esp o n d s   to   th e  d u t y   cy cle  v ar iatio n ,   wh ich   a r e  th e   m o s t  r elev an t  q u an titi es  o f   th e  co n tr o ller   an d   ar e   s elec ted   to   im p r o v e  c o n tr o l   clo s e  to   th e   d esire d   o p e r atin g   p o in t.  C o n s eq u en tly ,   it  r eq u ir es  a  s et  o f   r u les  p r im a r ily   d eter m in e d   b y   t h e  o p er ato r ' s   ex p er tis e  wh en   m an ip u latin g   th e  s y s tem   [ 16 ] .   T h e  ch ar ac ter is tic  p ar am eter s   o f   th e  in p u ts   o f   th e  FLC   ar e  d en o te d   b y   ( )   an d   (  )   an d   o u t p u t  (  ) .   Fig u r e  4   d ep icts   th e  f u zz y   lo g ic  b lo ck   d iag r a m ,   wh ich   is   co m p o s ed   o f   th e   f o llo win g   f o u r   ess en tial  b lo ck s .  T h e  n o r m aliza tio n   f a cto r s   in clu d e  th o s e  co n n ec ted   with   th e  er r o r   a n d   its   v ar iati o n   an d   d u ty   c y cle  v ar iatio n .   T h e  f u zz if icatio n   b lo ck   co n v er ts   in p u t  v alu es  to   s u b - f u zz y   s ets.   T h e  f u zz y   i n f er en ce   m ec h an is m   b lo ck .   T h e  d ef u zz if icatio n   b lo ck   en ab les  u s   to   id en tify   th e  a c tu al  o u tp u t  v a r iab le  v alu e  f r o m   th e  f u zz y   in f er en ce   an d   co n v er t it  in to   a   n u m e r ical  v alu e  f o r   ap p licatio n   to   th e  p r o ce s s .   a.   Fu zz if icatio n   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   ( MFs)  ar e  u s ed   in   th is   s tep   to   co n v e r t  ac tu al  q u a n titi es  in to   f u zz y   v ar iab les.  T h ese  MFs  co m e  in   v ar io u s   f o r m s ,   b u t  tr ian g u lar   an d   tr ap e zo id al  ar e  th e  m o s t  co m m o n .   Fig u r e  5   d ep icts   th e   MFs o f   th e  in p u t a n d   o u tp u t  v ar iab les.   b.   Fu zz y   in f er e n ce   m ec h a n is m   T h e  co n tr o l  o u tp u t  is   g en e r ate d   b y   c o m b in i n g   th e   ( MFs)  an d   co n tr o l  r u les.  T h e  f u zz y   co n tr o l  r u les  ar e   a  cr u cial  elem en t  o f   th is   s tep ,   clo s ely   ass o ciate d   with   h u m an   ex p er tis e.   Dep en d in g   o n   th e   Ma m d an i  m eth o d   [ 1 ] ,  [ 17 ] ,   4 9   f u zz y   r u les o f   e r r o r   an d   th eir   v a r iatio n   ar e  s elec ted   in   T ab le  1 .   c.   Def u zz if icatio n   T h e  d ef u zz if icatio n   s tep   u s es  th e  ce n tr o id   m eth o d ,   wh ich   p er m its   d eter m in in g   th e   o u tp u t   v ar iab le's   ac tu al  v alu e  f r o m   th e  f u zz y   in f er en ce   m ec h an is m   [ 18 ] .   T h is   o u tp u t  v al u e  is   th en   co n v er ted   t o   a  n u m er ical  v alu e   an d   ap p lied   to   th e  p r o ce s s   [ 19 ] .       T ab le   1 .   Fu zz y   r u le  b ase  tab le  f o r   a  d u ty   c y cle     Er r o r   ( )   V a r i a t i o n   o f   e r r o r   (  )     N B e   N M e   N S e   Ze   PSe   PMe   P Be   NB∆e   P B ∆d   P B ∆d   P B ∆d   N B ∆d   N M ∆d   Z∆d   Z∆d   NM∆ e   P B ∆d   P B ∆d   P B ∆d   P M ∆ d   P S ∆d   Z∆d   Z∆d   NS∆ e   P B ∆d   P M ∆ d   P S ∆d   P S ∆d   P S ∆d   Z∆d   Z∆d   Z∆e   P B ∆d   P M ∆ d   P S ∆d   Z∆d   N S ∆d   N M ∆d   N B ∆d   P B∆e   Z∆d   Z∆d   N M ∆d   N S ∆d   N S ∆d   N M ∆d   N B ∆d   NB∆e   Z∆d   Z∆d   N S ∆d   N M ∆d   N B ∆d   N B ∆d   N B ∆d   NB∆e   Z∆d   Z∆d   N M ∆d   N B ∆d   N B ∆d   N B ∆d   N B ∆d           Fig u r e  4 .   B lo ck   d esig n   o f   th e  FLC f o r   DC - DC   2 - L   MBC   o u tp u t v o ltag e  c o n tr o l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2409 - 24 21   2414       Fig u r e   5 .   T h e  MFs o f   th e  er r o r   ( ) ,   its   v ar iatio n   (  )   an d   th e  v ar iatio n   o f   th e   co n tr o l  (  )       3 . 2 .   F un da m ent a l f ra ct io na l c a lculu s   pr incip les   T h e  ad a p tatio n   o f   d if f er e n tiatio n   a n d   i n teg r atio n   to   n o n - in te g er   o r d er   o p e r ato r s   ( ) at is   r ef er r e d   to   as  f r ac tio n al  ca lcu lu s   s o   th at  t h e  o p er atio n ' s   b o u n d s   ar e   ( )   an d   ( ) ,   an d   a  r ea l  n u m b er   ( )   d en o tes  f r ac tio n al   o r d er   [ 20 ] .   T h e   f r ac tio n al  o p er ato r   is   estab lis h ed   in   s ev er al  d ef in itio n s .   C o n s id er in g   G r ü n wald - L etn i k co v   d ef in itio n   [ 21 ] ,  [ 22 ] .   T h is   is   o n e  o f   th e   m o s t  u s ed   d ef in itio n s   to   estab lis h   n u m er ical  s o lu tio n s   o f   th e  d if f er en tial   f r ac tio n al  o r d er   e q u atio n s ,   an d   d eter m in ed   b y   ( 2 3 ) .     ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 1 l i m 1 N k at at h k d f t f t f t k h k d t h  → =  = = − −       ( 2 3 )     T h e  L ap lace   tr an s f o r m   o f   th e  f u n ctio n ' s   ( ) _ ℎ   d er iv ativ e  with   ∈ ℝ +   an d   s u p p o s in g   t h e  in itial  co n d iti o n   is   ze r o   at  = 0   is   g iv en   b y   ( 2 4 ) .       ℓ { ℘ ( ) } = ( ) = + − 1 − 1 + ⋯ ⋯ + 1 1 + 0 0 + − 1 − 1 + ⋯ ⋯ + 1 1 + 0 0     ( 2 4 )     3 . 2 . 1 .   F ra ct i o na l o rder   2 L - M B C  m o del ident if ica t io n   T h is   s ec tio n   d ef in es  th e  i d en t if icatio n   o f   t h e  f r ac tio n al  o r d er   m o d el   f o r   th e  DC - DC   2 L - MBC .   T h e   Ou s talo u p   ap p r o x im atio n   f ilte r   m eth o d   is   u s ed   to   r ep r esen t  th e  s y s tem   d y n am ics  ef f icien tly   an d   g iv e  a  s u itab le   f r ac tio n al  o p er ato r   ap p r o x i m atio n   f o r   a   s p ec if ic  f r e q u en c y   r a n g e  [ 23 ] .   Ou s talo u p   f ilter s   ap p r o x im ate  f r ac tio n a l   o p er ato r s   ef f icien tly   d escr ib ed   b y   th e  ( 2 5 ) .       ≈ ∐ + ′ + = −     ( 2 5 )       ′ ,  an d   K ar e  ca lcu lated   u s in g   f o r m u las   g iv en   b y   ( 2 6 ) :       ′ = ( ) ( + 2 2 + 1 ) ;   = ( ℎ ) ( − 2 2 + 1 ) ;   = ℎ     ( 26 )       is   th e  ap p r o x im atio n   o r d e r   in s id e  th e  f r eq u en cy   r an g e  [ , ℎ ]   an d   ≥ 1 ,   an d   tak i n g   in to   co n s id er atio n ,   a  g o o d   a p p r o x i m atio n   is   p er f o r m ed   u s in g   th e   eq u atio n   ( 2 6 )   with   = 10   an d   = 9   [ 20 ] .   T h e   tr u s t - r eg io n - r ef lectiv e  an d   L e v en b er g - Ma r q u ar d t  esti m atio n   tech n iq u es  ar e  u s ed   to   f in d   th e  in teg er   o r d e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         F r a ctio n a l o r d er P I D  co n tr o ller   d esig n   o f a   DC - DC   mu ltil e ve l b o o s t c o n ve r ter u s in g   th e   …   ( Gh r is s i Ta h r i )   2415   s y s tem   in to   a   f r ac tio n al  o r d er   s y s tem ,   Ass u m in g   th e   v a r iab les  y ,   u ,   an d   t   ar e  t h e  id e n tify in g   d ata  s tr u ctu r e   s tated   b y   th e  MA T L AB   f u n ctio n :  id d ata= f id ata  ( y , u , t )   y   r ep r esen t s   th e  D C - DC   2 L - MB C   m o d el  o u tp u t,  u   r ep r esen ts   th e  in p u t  s ig n al,   an d   t   r ep r esen ts   th e  tim e  v ec to r .   T h e  co ef f i cien ts   ar e  co n s tr ain ed   in   th e  in ter v al   [ 1 0 2 ,   1 0 3 ] ,  an d   th e   o r d er s   ar e  b o u n d ed   i n   th e  in te r v al  o f   [ 1 0 − 9 ,   5 ] ,   an d   ap p r o x im atio n   with in   a  f r e q u en c y   r an g e  o f   [ 1 0 − 4 ,   1 0 + 4 ] ( )   u s in g   th e  Ou s talo u p   f ilter ,   a n d   th e  o r d er   o f   = 5 .   T h e  f r ac tio n al   o r d er   id en tific atio n   o f   th e   2L - MBC   s y s tem   tr an s f er   f u n ctio n   with   th e   tr u s t - r eg io n - r ef lectiv e  an d   L ev e n b er g - Ma r q u ar d t  o p tim izatio n   alg o r ith m s   ar e  d e f in ed   b elo w,   r esp ec tiv ely   b y   ( 2 7 )   an d   ( 2 8 ) .      ( ) = ( 2 . 7645 . ( 5 0 . 93085 ) + 514 . 18 ) ( 530 . 47 1 . 00000 + 551 . 83 0 . 8 7 2 4 7 + 1 )   ( 2 7 )      ( ) = ( 8 . 993 1 0 . 0 1 6 8 6 8 + 239 . 62 ) ( 0 . 0 0 0 91 3 0 5 0 . 98128 − 0 . 027436 0 . 0 6 2 3 5 6 + 1 )     ( 2 8 )     A  s tep   r esp o n s e  is   u tili ze d   to   co m p ar e  t h e  tem p o r al  d o m ain   p r o p e r ties   o f   th e   d er iv e d   m o d els  to   th o s e  o f   th e   o r ig in al  m o d el  in   Fig u r e  6 .   T h e  tr u s t - r eg io n - r ef lectiv e  esti m ate  ap p r o ac h   y ield s   a  m o r e  p r ec is e  r esu lt  in   th is   s p ec if ic  ca s e.   T h e  tim e   d o m a in   f it  is   ex ce llen t   in   b o th   ca s es,  b u t  ex a m in in g   th e  tem p o r al  d o m ain   r esp o n s e  r ev ea ls   th e  d is tin ct  d if f er e n ce s   b etwe en   th e  two   m o d els.     3 . 2 . 2 .   F ra ct i o na l  o rder   P I D  c o ntr o ller  ( F O P I D)   Po d lu b n y   was th e  f ir s t to   in tr o d u ce   th e  n o tio n   o f   FOC   in   [ 24 ] ,   [ 25 ] .   T h e  t r an s f er   f u n ctio n   d escr ip tio n   o f   th e  FOPID  co n tr o ller   is   p r e s en ted   b y   ex p r ess io n   ( 2 9 ) :        _ ( ) = + − +     ( 2 9 )     I t  is   ev id en t  f r o m   ( 3 1 )   t h at  t h e  FOPID  co n tr o ller   h as  f iv e   tu n in g   p ar a m eter s :  a  p r o p o r t io n al  g ain   ( ) ,   an   in teg r ato r   g ain   ( )   with   an   o r d er   ( )   a n d   a  d if f er e n tiato r   g ain   ( )   with   a n   o r d er   ( ) .   T h er e  ar e  s ev er al  FOP I D   d esig n   m eth o d s   d ep en d en t  o n   th e  co n tr o lled   s y s tem .   I f   th e  p lan t  is   r ep r esen ted   b y   an   in teg er - o r d er   m o d el,   co n v en tio n al  tu n in g   tech n iq u e s   m ay   b e   u s ed   to   p r o d u ce   in t eg er - o r d er   PID   p ar a m eter s .   T h en ,   FOPID  o r d er s   m ay   b e  ad ju s ted   to   o p ti m al  p er f o r m an ce .   A  to o l  is   g iv en   th at  id en tifie s   th e  p r o ce s s   ( wh ich   m ay   also   b e   f r ac tio n al - o r d er )   b y   u s in g   k n o wn   m o d els,  wh ich   wer e   s tu d ie d   in   v ar i o u s   p r e v io u s   s cien tific   wo r k s   [ 26 ] .   MA T L AB ' s   FO MCO N  to o lb o x   is   d esig n ed   to   f ac ilit ate  th e   cr ea tio n   o f   f r ac tio n al - o r d er   m o d els  an d   co n tr o ller s   an d   ev alu ate  t h eir   p er f o r m an ce   [ 27 ] .   T h is   s tu d y   u s es  th e  FOPID  co n tr o ller   to   r eg u late  th e  DC - DC   2L - MBC   o u tp u t  v o ltag e.   T h e  p r o b lem   o f   o p tim izin g   p ar am eter s   is   r eso lv ed   u s in g   th e  Neld er - Me a d   o p tim izatio n   cr iter io n .   Ma n y   s tu d ies d is cu s s ed   th e  co n v er g e n ce   o f   th e  o p tim izatio n   with   a  f am ily   o f   f u n ctio n s   o f   two   v ar iab les.  T h ese  s tu d ies  em p h asize  o n   th e  n ec ess i ty   f o r   v ar ian ts   o f   th e  o r ig in al  Neld er - Me ad   to   g u ar an tee  th e  c o n v e r g en ce   p r o b lem s   [ 28 ] .   T h e  Neld er - Me a d   alg o r ith m   was  im p r o v ed   f o r   m u ltid im en s io n al,   u n co n s tr ain e d   o p tim izatio n   b ased   o n   th e  s elec tiv e  s im p lex   th at  allo ws  th e  alg o r ith m   to   ch o o s e  its   elem en ts   d y n am ically   in   co n tr ast  t o   th e   co n v en tio n al   Neld er - Me a d   al g o r ith m ,   wh ich   u s es  a   d eter m in an t  s im p lex   [ 29 ] .  An o th er   im p r o v em en t  o f   th e  alg o r ith m ,   wh ich   u s es  a  b o o s ted   in cr em en tal  Neld er - Me ad   s im p lex   alg o r ith m ,   was  ap p lied   to   a n aly ze   a   wir eless   s en s o r   n etwo r k   b y   a  d is tr ib u ted   r e g r ess io n   [ 30 ] .   T h e  Ne ld er - Me ad   s im p lex   s ea r ch   was  al s o   u s ed   with   th e  m etah eu r is tic  g lo b al  o p tim izatio n   k n o wn   as  th e  s tate  tr an s itio n   alg o r ith m   an d   th e   q u ad r atic  i n ter p o latio n   to   en h an ce   a  lo ca l   s ea r ch   [ 31 ] .   T h e  Neld er - Me ad   o p tim izatio n   ca n   also   b e   ap p lie d   t o   th e  au to m atiza tio n   an d   s elec tiv e  p r o tectio n   with   th e  l o west  tr ip p in g   tim es  b y   th e  m in im izatio n   o f   an   ap p r o p r iately   d esig n ed   o b ject   f u n ctio n   [ 32 ] .   Fo r   h ig h er   d im e n s io n al  p r o b lem s ,   a  m u ltil ev el  m eth o d o lo g y   f o r   a   Neld er - Me ad   o p tim izatio n   was  d ev elo p ed   [ 33 ] .   T h e  m et h o d o lo g y   ca n   en h a n ce   th e  o p tim izer ' s   s p ee d   o f   co n v er g en ce   as it g ets clo s er   t o   th e  o p tim al  s o lu tio n .   T h e  p r o b lem   o f   o p tim izin g   p ar am eter s   is   r eso lv ed   u s in g   th e  Neld er - Me ad   o p tim izatio n   cr it er io n   [ 34 ] .  T h is   is   p r esen ted   b y   Fig u r e  7 .   C o n s id er   th e  tr u s t - r eg io n - r ef le ctin g   id en tific atio n   o b tain ed   m o d el  ( 2 7 )   f r o m   th e   in teg er   m o d el  o f   th e  2 L - MBC .   T h e  FOMCON  to o lb o x ' s   ( f p id _ o p tim ize)   f u n ctio n   g iv es  a  s u b o p tim al  FOPID   f o r   th e  2 L - MBC   s y s tem   u n d er   th ese  co n d itio n s : = = = 1 ,  = 0 . 9   an d   = 0 . 7 .   T h e  p r o p o r tio n al   an d   in teg r al,   an d   d e r iv ativ e  g ain s   ar e  d ef in e d   b y   th e   s ea r ch   lim its :  [ ,   ,   ] ∈ [ 0 ,   100 ] .   T h e  Ou s talo u p   f ilter   ap p r o x im atio n   is   u s ed   f o r   s im u latio n   with   d ef au lt  s ettin g s   th at  ∈ [ 1 0 − 4 ,   1 0 + 5 ] ( )   an d   an   o r d e r   = 10 .  T h e   s p ec if icatio n s   ar e  s h o w n   as :  T h e   g ain   m ar g in   is   1 0   dB ,   an d   th e  p h ase  m a r g in   is   4 5   d eg r ee s .   I n teg r al  ab s o lu te  er r o r   ( I AE )   as  g iv en   b y   ( 3 0 ) ,   is   u s ed   as  a  p er f o r m a n c e  m etr ic  to   m in im ize  th e  o v e r s h o o t  an d   th e  s ettlin g   tim e  in   th e  clo s ed - lo o p   r esp o n s e  o f   th e  s y s tem .     = ∫ | ( ) | 0      ( 3 0 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2409 - 24 21   2416   T h en ,   t h e  n ec ess ity   f o r   r o b u s t n ess   to   g ain   ch an g es  is   im p o s ed ,   to g eth er   with   th e   r ec o v er y   o f   th e  c r o s s o v er   f r eq u e n cy   c ,   wh ich   is   ca lcu lated   b y   ( 3 1 ) .       ( (  ) )  | = = 0     ( 3 1 )     W h e r e   (  )   is   t h e  o p e n - l o o p   f r e q u e n c y   r e s p o n s e   o f   t h e   D C - DC   2 L - MBC   s y s te m   a n d   F O P I D   c o n t r o l l e r .   M o r e o v e r ,   t o   a v o i d   g a i n   f l u ctu a t i o n ,   t h e   p h as e   r es p o n s e   at   c r i t i c al   f r e q u e n c y   m u s t   b e   f l at.   A f t e r   6 3 1   r e p e a te d   i t e r a ti o n s   o f   t h e   N e l d e r - M ea d   a l g o r i t h m ,   t h e   s u b o p t i m a l   F OP I D   c o n t r o l l e r   s et t i n g s   a r e   c o m p u t e d   a s   g i v e n   b y   ( 3 2 ) .       { = 0 . 013775       = 0 . 0024307 = 0 . 01494         = 0 . 50021 = 0 . 0334     ( 3 2 )           Fig u r e  6 .   Step   r esp o n s es o f   id en tifie d   an d   o r ig in al  m o d els           Fig u r e  7 .   Neld er - Me ad   f l o wch ar t to   tu n e  th e   p ar am ete r s   o f   th e  FOPID  co n tr o ller     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         F r a ctio n a l o r d er P I D  co n tr o ller   d esig n   o f a   DC - DC   mu ltil e ve l b o o s t c o n ve r ter u s in g   th e   …   ( Gh r is s i Ta h r i )   2417   4.   SI M UL A T I O N  A ND  RE SU L T S   T o   ev alu ate  th e  p er f o r m an ce   o f   th e  FLC  an d   FOPID   co n tr o ller s   u s in g   a  VM C   co n tr o l  ap p r o ac h   o f   th e   DC - DC   2 L - M B C ,   a  p r o g r am   was  im p lem en ted   u n d er   MA T L AB /Si m u lin k   to   ac h iev e  a  s e t  o f   s im u latio n   test s .   T h e  s y s tem ' s   s im u latio n   p ar am eter s   ar e  g iv e n   in   th e   T a b le  2 .  F ig u r es  8   a n d   9   s h o w   th e  d u ty   cy cle,   in p u t  cu r r en t ,   an d   o u tp u t  v o ltag e  o f   th e   2 L - MBC   u s in g   FLC  an d   FOPID  co n tr o ller s .   R ap id   s tep   c h an g e s   ar e  ap p lied   to   th e   r ef er en ce   v o ltag e ,   s tar tin g   with   1 0 0   ( V)   f r o m   0   to   0 . 0 7   s ,   8 0   ( V)   f r o m   0 . 0 7   to   0 . 1 4   s ,   an d   e n d in g   with   1 2 0   ( V)   f r o m   0 . 1 4   t o   0 . 2   s .   Fig u r es  1 0   a n d   1 1   d ep ict  in p u t  cu r r e n t  an d   o u tp u t  v o ltag e   u s in g   FLC  an d   FOPID  co n t r o ller s   to   ev alu ate  th e  ef f icien cy   o f   th e   p r o p o s ed   co n t r o ller s .   First,  th e   s y s tem   is   in itially   s u p p lied   with   an   in p u t  v o ltag e  o f   5 0   v o lts ,   th en   a  s tep   ch an g e   f r o m   5 0   to   4 0   v o lts   is   ap p lied   at  t=0 . 0 7   s ,   s u cc ee d ed   b y   a  s tep   ch an g e  f r o m   4 0   to   6 0   v o lts   at  t= 0 . 1 4   s .   Fin all y ,   Fig u r es  1 2   an d   1 3   an aly ze   an d   s h o w  an   ess en tial  asp ec t  o f   th e  c o n tr o ller ' s   o p er atio n :   th e  s y s tem ' s   r esp o n s e  to   lo ad   ch an g es.  At  t=0 . 0 7   s ,   th e  lo a d   r esis to r   is   d r o p p e d   f r o m   its   n o m in al  v alu e  o f   1 0   ( Ω )   to   6   ( Ω )   an d   s u b s eq u en tly   r aised   f r o m   6   ( Ω )   to   1 6   ( Ω )   at  t= 0 . 1 4   s .   T h e   s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  th at  t h e  v o ltag e  d r o p   is   r ec o v er e d   m o r e  r a p id ly   b y   th e   FOPID  co n tr o ller   th an   b y   th e   FLC  wh en   a   s u d d en   ch a n g e  in   l o ad   o cc u r s .       T ab le.   2   Simu latio n   p ar am eter s   Th e   D C - D C   t w o - l e v e l   b o o s t   c o n v e r t e r   p a r a met e r s   P a r a me t e r s   V a r i a b l e s   V a l u e s   I n p u t   v o l t a g e        50   [ ]   D u t y   c y c l e     0 . 5   O u t p u t   v o l t a g e   0   200   [ ]   I n d u c t o r     100   [  ]   I n d u c t o r   r e si s t a n c e     0 . 0516   [ ]   C a p a c i t o r     200   [  ]   Lo a d   r e si s t o r      10   [ ]   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y     25   [ ℎ ]   S a mp l i n g   t i me     1   [  ]           Fig u r e  8 .   Du t y   cy cle  an d   in d u cto r   cu r r e n t o f   th e  DC - DC   2 - L   MBC   with   ch an g e  in   r ef er e n c e  v o ltag e     ( 1 0 0 ,   8 0 ,   an d   1 2 0   v o lts )   u s in g   FLC an d   FOPID           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2409 - 24 21   2418       Fig u r e  9 .   Du t y   cy cle  an d   o u tp u t v o ltag e  o f   th e  DC - DC   2 - L   MBC   wi th   ch an g e  in   r ef er e n c e  v o ltag e  ( 1 0 0 ,   8 0 ,   an d   1 2 0   v o lts )   u s in g   FLC an d   FOPID           Fig u r e  1 0 .   I n d u cto r   c u r r e n t o f   th e  DC - DC   2 - L   MBC   wi th   ch an g e  in   th e   in p u t  v o ltag e  u s in g   FLC an d   FOPID           Fig u r e  1 1 .   Ou tp u t  v o ltag e  o f   t h e  DC - DC   2 - L   MBC   with   ch a n g e  in   th e   in p u t  v o ltag e  u s in g   FLC an d   FOPID   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.