Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models

Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models

Introduction. A DC-DC buck converter plays a crucial role in industrial applications by efficiently stepping down voltage levels to power various electronic components and systems. However, controlling a buck converter is challenging due to its inherently nonlinear behavior. This paper presents a no...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2025
Hauptverfasser: Ayada, A., Guiza, D., Ounnas, D., Tidjani, N.
Format: Artikel
Sprache:English
Veröffentlicht: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025
Schlagworte:
discrete-time Takagi–Sugeno fuzzy models
DC-DC buck converter
linear matrix inequalities
Online Zugang:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/311161
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Institution

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-311161
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-05-01T21:16:03Z
collection OJS
language English
topic discrete-time Takagi–Sugeno fuzzy models
DC-DC buck converter
linear matrix inequalities
spellingShingle discrete-time Takagi–Sugeno fuzzy models
DC-DC buck converter
linear matrix inequalities
Ayada, A.
Guiza, D.
Ounnas, D.
Tidjani, N.
Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
topic_facet дискретні нечіткі моделі Takagi–Sugeno
понижуючий DC-DC перетворювач
лінійні матричні нерівності
discrete-time Takagi–Sugeno fuzzy models
DC-DC buck converter
linear matrix inequalities
format Article
author Ayada, A.
Guiza, D.
Ounnas, D.
Tidjani, N.
author_facet Ayada, A.
Guiza, D.
Ounnas, D.
Tidjani, N.
author_sort Ayada, A.
title Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
title_short Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
title_full Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
title_fullStr Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
title_full_unstemmed Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
title_sort design and control of a dc-dc buck converter using discrete takagi-sugeno fuzzy models
title_alt Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models
description Introduction. A DC-DC buck converter plays a crucial role in industrial applications by efficiently stepping down voltage levels to power various electronic components and systems. However, controlling a buck converter is challenging due to its inherently nonlinear behavior. This paper presents a novel fuzzy tracking control approach for the buck converter, based on the combination of time-discrete Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models and the concept of virtual desired variables (VDVs). Originality. This paper introduces an innovative fuzzy tracking control that integrates time-discrete T-S models and VDVs concept to develop an efficient digital controller. Goal. The proposed fuzzy control strategy aims to regulate the output voltage regardless of sudden change in setpoint, load variation and change in input voltage. Methodology. The proposed control strategy aims to regulate the output voltage of a DC-DC buck converter. The design starts with a discrete T-S fuzzy controller based on the nonlinear model of the buck converter. A nonlinear tracking controller is developed using a virtual reference model that incorporates the VDVs concept. System stability is analyzed via Lyapunov’s method and expressed through linear matrix inequalities. Results. Simulation tests under varying conditions validate the accuracy and effectiveness of the controller in achieving superior voltage tracking performance. Comparative analysis with a conventional PID controller highlights faster dynamic response and better tracking, showcasing the advantages of the proposed approach. Practical value. The practical value of this research lies in the development of a robust voltage control strategy for DC-DC buck converters and the establishment of reliable and efficient electrical systems using discrete-time fuzzy T-S control. This work also opens up the prospect for future implementation in experimental prototypes. References 30, table 2, figures 7.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
publishDate 2025
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/311161
work_keys_str_mv AT ayadaa designandcontrolofadcdcbuckconverterusingdiscretetakagisugenofuzzymodels
AT guizad designandcontrolofadcdcbuckconverterusingdiscretetakagisugenofuzzymodels
AT ounnasd designandcontrolofadcdcbuckconverterusingdiscretetakagisugenofuzzymodels
AT tidjanin designandcontrolofadcdcbuckconverterusingdiscretetakagisugenofuzzymodels
first_indexed 2025-07-17T11:50:26Z
last_indexed 2025-07-17T11:50:26Z
_version_ 1850412193147781120
spelling eiekhpieduua-article-3111612025-05-01T21:16:03Z Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models Design and control of a DC-DC buck converter using discrete Takagi-Sugeno fuzzy models Ayada, A. Guiza, D. Ounnas, D. Tidjani, N. дискретні нечіткі моделі Takagi–Sugeno понижуючий DC-DC перетворювач лінійні матричні нерівності discrete-time Takagi–Sugeno fuzzy models DC-DC buck converter linear matrix inequalities Introduction. A DC-DC buck converter plays a crucial role in industrial applications by efficiently stepping down voltage levels to power various electronic components and systems. However, controlling a buck converter is challenging due to its inherently nonlinear behavior. This paper presents a novel fuzzy tracking control approach for the buck converter, based on the combination of time-discrete Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models and the concept of virtual desired variables (VDVs). Originality. This paper introduces an innovative fuzzy tracking control that integrates time-discrete T-S models and VDVs concept to develop an efficient digital controller. Goal. The proposed fuzzy control strategy aims to regulate the output voltage regardless of sudden change in setpoint, load variation and change in input voltage. Methodology. The proposed control strategy aims to regulate the output voltage of a DC-DC buck converter. The design starts with a discrete T-S fuzzy controller based on the nonlinear model of the buck converter. A nonlinear tracking controller is developed using a virtual reference model that incorporates the VDVs concept. System stability is analyzed via Lyapunov’s method and expressed through linear matrix inequalities. Results. Simulation tests under varying conditions validate the accuracy and effectiveness of the controller in achieving superior voltage tracking performance. Comparative analysis with a conventional PID controller highlights faster dynamic response and better tracking, showcasing the advantages of the proposed approach. Practical value. The practical value of this research lies in the development of a robust voltage control strategy for DC-DC buck converters and the establishment of reliable and efficient electrical systems using discrete-time fuzzy T-S control. This work also opens up the prospect for future implementation in experimental prototypes. References 30, table 2, figures 7. Вступ. Понижуючий DC-DC перетворювач відіграє важливу роль у промисловості, ефективно знижуючи рівні напруги живлення різних електронних компонентів і систем. Однак управління понижуючим перетворювачем є складним завданням через його початковий нелінійний характер. У статті представлено новий підхід до управління нечітким відстеженням для понижуючого перетворювача, заснований на поєднанні дискретних за часом нечітких моделей Такагі-Сугено (T-S) та концепції бажаних віртуальних змінних (VDV). Оригінальність. У статті наведено інноваційний підхід до управління нечітким відстеженням, який поєднує дискретні за часом моделі T-S та концепцію VDV для розробки ефективного цифрового контролера. Мета. Запропонована стратегія нечіткого управління спрямована на регулювання вихідної напруги незалежно від раптової зміни уставки, зміни навантаження та зміни вхідної напруги. Методологія. Запропонована стратегія управління спрямована на регулювання вихідної напруги понижуючого DC-DC перетворювача. Проєктування починається з дискретного нечіткого контролера T-S на основі нелінійної моделі знижувального перетворювача. Нелінійний контролер відстеження розроблено з використанням віртуальної еталонної моделі, що включає концепцію VDV. Стійкість системи аналізується за допомогою методу Ляпунова та виражається через лінійні матричні нерівності. Результати. Тести моделювання в різних умовах підтверджують точність та ефективність контролера у досягненні високої продуктивності відстеження напруги. Порівняльний аналіз із традиційним PID-регулятором підкреслює швидшу динамічну реакцію та краще відстеження, демонструючи переваги запропонованого підходу. Практична цінність цього дослідження полягає у розробці надійної стратегії управління напругою для понижуючих DC-DC перетворювачів та створення надійних та ефективних електричних систем з використанням дискретного часу нечіткого управління T-S. Ця робота також відкриває перспективи майбутньої реалізації у експериментальних прототипах. Бібл. 30, табл. 2, рис. 7. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-05-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/311161 10.20998/2074-272X.2025.3.08 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2025); 53-58 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2025); 53-58 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2025); 53-58 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/311161/317137 Copyright (c) 2025 A. Ayada, D. Guiza, D. Ounnas, N. Tidjani http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Ähnliche Einträge