Adaptive Sliding Mode Control with Recursive Least Square Estimator for MPPT of Photovoltaic Module

In this research, an Adaptive Sliding Mode (ASM) controller has been designed in order to deal with estimation of the uncertain terms in the system model by considering it to be unknown. This report is focused on a PV system with an ASM based on Recursive Least Square (RLS) estimation method, to perform the Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique. Assuming that the output power of a standalone Photovoltaic Module (PVM) is connected to a dc/dc buck converter which is feeding the load, despite having a non-linear load and uncertainties in the system parameters, it is shown and proven that by properly controlling the duty cycle signal of the PWM in the buck converter, it is possible to accurately maintain the working point of PVM at the Maximum Power Point (MPP) of its characteristics. For this purpose, first, the uncertainty is estimated by RLS method. Then, by using the Sliding Mode (SM) control law, the duty cycle signal of the PWM is regulated. Furthermore, the online error signal generated by the RLS algorithm, is used to compensate deviations that can happen. The asymptotic stability of the controller is guaranteed by conducting the Lyapunov theorem. The controller is designed and implemented in MATLAB Simulink® SimPower- Systems. The simulation results validate the effective performance of the proposed controller in presence of uncertainties in parameters, non-linear load and sudden irradiance changes. While designing the SM controller, the buck converter is assumed to be operating in continuous-conduction mode.

In questa ricerca, è stato progettato un controllore ASM (Modalità di Scorrimento Adattivo) per gestire la stima dei termini incerti nel modello di sistema, partendo dalla premessa che sia sconosciuto. Questo resoconto è focalizzato su un sistema PV con un ASM basato sul metodo di stima RLS, e il suo scopo è quello di eseguire la tecnica MPPT. Supponendo che la potenza di uscita di un Modulo Fotovoltaico (PVM) autonomo sia collegata ad un convertitore buck dc/dc che alimenta il carico, pur avendo un carico non lineare e dei parametri incerti del sistema, si dimostra che, controllando il segnale del ciclo di lavoro del PWM nel convertitore buck, è possibile mantenere con precisione il punto di lavoro del PVM al punto di massima potenza (MPP) delle sue caratteristiche. A tal fine, in primo luogo, l’incertezza è stimata con il metodo RLS. Utilizzando la legge di controllo Sliding Mode (SM), viene regolato il segnale del ciclo di lavoro del PWM. Inoltre, il segnale di errore in linea generato dall’algoritmo RLS, viene utilizzato per compensare le deviazioni che possono verificarsi. La stabilità asintotica del controllore è garantita eseguendo il teorema di Lyapunov. Il controllore è progettato e implementato in MATLAB Simulink® SimPowerSystems. I risultati della simulazione convalidano le prestazioni effettive del controllore proposto in presenza di incertezze nei parametri, carico non lineare, e improvvisi cambiamenti di irraggiamento. Peraltro, durante la progettazione del controllore SM, si presume che il convertitore buck operi in modalità di conduzione continua.