Algoritmo genético aplicado à identificação de parâmetros de um conversor boost

dc.contributor.advisor1Gonçalves, Amilcar Flamarion Querubini
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1742343294433199
dc.contributor.authorCosta, João Gabriel Morais
dc.date.accessioned2025-10-21T19:34:16Z
dc.date.issued2025-07-17
dc.description.abstractWith the increased penetration of renewable sources in the electrical grid, particularly solar photovoltaic generation, the use of DC-DC converters has become a fundamental part of the efficient integration of these systems into the grid. However, in several practical applications, the physical parameters and accurate models of these converters are not completely known, hindering rigorous simulations and a proper understanding of the dynamic behavior of these systems. In this context, this work proposes a methodology for the parametric identification of Boost converters operating in continuous conduction mode, based on the integration of small-signal modeling, pseudo-random binary signal (PRBS) excitation, and genetic algorithms. First, the theoretical basis of the Boost converter is developed, analytically deducing the transfer function Gvg(s) using the state space averaging method. This deduction establishes the dependence between the physical parameters resistor (R), inductor (L), capacitor (C) and duty cycle (D), and the dynamic response of the converter. Subsequently, the experimental methodology is implemented in the MATLAB/Simulink environment, introducing small PRBS-type disturbances in the input voltage, which makes it possible to obtain the transfer function experimentally through differential spectral analysis. The genetic algorithm is configured with real encoding, with each chromosome responsible for simultaneously estimating the four parameters of the converter, using as an objective function the minimization of the normalized mean square error between the magnitudes of the theoretical and experimental transfer functions. The robustness of the proposed technique is evaluated considering three progressive scenarios of increasing complexity: ideal components with narrow search limits (±1%), inclusion of non-idealities (equivalent series resistances - ESR), and expansion of search limits to larger ranges (±5% and ±10%). The results obtained demonstrated good accuracy in parametric identification, with relative errors within the established ranges, validating the effectiveness and reliability of the proposed methodology. This study contributes to the field of parametric identification applied to power electronics, offering a robust, versatile, and replicable computational approach with the potential to be used in diagnostics, controller self-tuning, and predictive maintenance of DC-DC converters, and can also be extended to other topologies and industrial contexts.eng
dc.description.resumoCom o aumento da penetração de fontes renováveis na rede elétrica, particularmente a geração solar fotovoltaica, o uso de conversores CC-CC tornou-se uma parte fundamental para a integração eficiente desses sistemas a rede. Contudo, em diversas aplicações práticas, os parâmetros físicos e modelos precisos desses conversores não são completamente conhecidos, dificultando simulações rigorosas e o entendimento adequado do comportamento dinâmico desses sistemas. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para identificação paramétrica de conversores Boost operando em modo de condução contínua, baseada na integração de modelagem por pequenos sinais, excitação por sinais pseudoaleatórios binários (PRBS) e algoritmos genéticos (AGs). Primeiramente, desenvolve-se a fundamentação teórica do conversor Boost, deduzindo analiticamente a função de transferência Gvg(s) através do método da média no espaço de estados. Esta dedução estabelece a dependência entre os parâmetros físicos resistor (R), indutor (L), capacitor (C) e ciclo de trabalho (D), e a resposta dinâmica do conversor. Posteriormente, implementa-se a metodologia experimental no ambiente MATLAB/Simulink, introduzindo-se pequenas perturbações do tipo PRBS na tensão de entrada, o que possibilita obter experimentalmente a função de transferência por meio de análise espectral diferencial. O algoritmo genético é configurado com codificação real, sendo cada cromossomo responsável por estimar simultaneamente os quatro parâmetros do conversor, utilizando como função objetivo a minimização do erro quadrático médio normalizado entre as magnitudes das funções de transferência teórica e experimental. A robustez da técnica proposta é avaliada considerando três cenários progressivos de complexidade crescente: componentes ideais com limites estreitos de busca (±1%), inclusão de não-idealidades (resistências série equivalentes - ESR) e ampliação dos limites de busca para faixas maiores (±5% e ±10%). Os resultados obtidos demonstraram boa precisão na identificação paramétrica, com erros relativos dentro das faixas estabelecidas, validando a eficácia e a confiabilidade da metodologia proposta. Este estudo contribui para a área de identificação paramétrica aplicada à eletrônica de potência, oferecendo uma abordagem computacional robusta, versátil e replicável, com potencial para ser empregada no diagnóstico, na auto-sintonia de controladores e na manutenção preditiva de conversores CC-CC, podendo ainda ser estendida para outras topologias e contextos industriais.por
dc.identifier.citationCOSTA, João Gabriel Morais. Algoritmo genético aplicado à identificação de parâmetros de um conversor boost. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22942.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22942
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Elétrica - EE
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectConversor boostpor
dc.subjectAlgoritmo genéticopor
dc.subjectIdentificação paramétricapor
dc.subjectFunção de transferênciapor
dc.subjectPRBSpor
dc.subjectEletrônica de potênciapor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
dc.titleAlgoritmo genético aplicado à identificação de parâmetros de um conversor boostpor
dc.title.alternativeGenetic algorithm applied to boost converter parameter identificationeng
dc.typeTCC

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