基于分段仿射模型的DC/DC变换器预测控制研究

基于混杂系统理论,分析了DC/DC功率变换器在连续工作模式下的动态特性,采用 步离散法得到一个占空比控制变量与连续变量直接相互作用的数学模型,即分段仿射(PWA)模型。结合预测控制方法,在建立的数学模型基础之上,设定系统的二次型性能指标,并引入预测误差对系统的输出进行反馈校正,通过性能指标的优化计算得到占空比控制信号,由此出设计预测控制器。以Buck功率变换器为研究对象,设计了一个开关频率为400 KHz的实验样机,仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性。     

含间隙系统的约束时间最优预测控制

为了解决含间隙机械系统最优控制的计算复杂度问题,设计了基于分段仿射(PWA)模型的约束时间最优预测控制器。为了降低在线控制的计算复杂度,利用动态规划方法在模型的状态和参考跟踪速度的范围内提前计算出了离线的控制律。在跟踪参考速度的实验中,约束时间最优预测控制器具有较好的跟踪控制性能,与约束有限时间最优控制器相比,计算时间降低了十几倍,因此,适合于小采样时间系统的实时跟踪控制。     

扩大约束分段仿射系统鲁棒预测控制的吸引域

针对一类具有附加有界扰动的约束离散时间分段仿射（PWA）系统,提出一种扩大其鲁棒模型预测控制吸引域的新方法.计算系统的最大鲁棒正不变集以及相关的局部稳定控制律.基于最大鲁棒正不变集,通过多参数规划,采用一步预测时域来离线计算一序列具有收缩性质的鲁棒可稳定集,构成收缩序列集,并将它们作为优化问题的预测状态终端约束集.得到的预测控制器可以鲁棒调节收缩序列集内的状态到鲁棒正不变集,从而确保系统的鲁棒稳定,并扩大了鲁棒预测控制的吸引域.通过数值实例验证了方法的有效性.     

非线性离散时间系统的准无限时域NMPC

非线性模型预测控制(NMPC)的优点是能显式并优化处理控制量和状态量的约束。文献[6]提出的准无限时域NMPC是保证NMPC稳定性的主要算法。在文献[6]的基础上,讨论了约束离散时间系统的准无限时域NMPC算法。最后通过一个具体的数值算例验证了算法的有效性。     

带极点约束离散广义分段仿射系统的 Hゥ保性能控制

针对一类具有范数有界时变参数不确定性的离散时间广义分段仿射系统和一个二次型性能指标,研究具有极点约束的Hゥ最优保性能输出反馈控制律的设计问题。通过采用广义分段仿射Lyapunov函数、投影定理以及几个基本引理,提出了对于二次型性能指标使参数不确定离散广义分段仿射系统具有二次D-稳定性,且满足鲁棒Hゥ性能指标的静态输出反馈控制器的设计方法。通过求解一组包含参变量的LMIs,可以得到保证广义分段仿射系统既容许又满足二次型性能指标的Hゥ输出反馈控制器增益,仿真结果证明了所提设计方法的有效性。     

DC-DC变换器模糊变结构-广义通用模型控制

针对DC-DC变换器强非线性,提出了一种FSMC-GCMC控制方法,以增强对DC-DC变换器系统的控制效果。通过广义通用模型方法将强非线性系统转化为标准三阶线性系统并由此构成GCMC控制器。由于在DC-DC变换器参数改变情况下GCMC控制器将不能保持系统的线性特点,因此构造FSMC控制器,使用变结构控制增加系统的鲁棒性并利用模糊控制减少变结构控制的抖动并提高系统响应时间。通过仿真实验证明了该方法的可行性以及良好的动静态性能、较强的鲁棒性。     

开关DC-DC变换器斜坡补偿的稳定性控制研究

从混沌稳定性控制的角度研究了采用斜坡补偿的buck、boost和buck-boost开关DC-DC变换器的稳定性控制机理,建立了采用补偿斜坡的开关变换器的离散映射迭代模型,得到了开关变换器电路的稳定性判据和补偿斜坡斜率的表达式。利用分叉图、Lyapunov指数谱和时域波形图,清晰地描绘出补偿斜坡电流(或电压)对开关变换器的电路稳定性能的影响。研究结果表明,采用斜坡补偿技术能有效地改善开关DC-DC变换器的稳定性。     

基于遗忘因子的数据驱动最优迭代学习控制算法研究

针对一类有限时间内重复运行的非线性非仿射离散时间系统,本文提出了一种基于遗忘因子的数据驱动最优迭代学习控制方法.首先,引入一种迭代动态线性化方法,将被控非线性系统等效化为线性输入输出增量形式;其次,分析了最优迭代学习控制方法中存在的问题,并针对由历史信息的累积效应所导致的控制输入不能及时响应的问题,设计自适应遗忘因子使算法具有更好的可控性和灵活性.所提出的控制方法是数据驱动的控制方法,设计和分析过程仅依赖于系统的输入输出数据,不包含任何显式模型信息.最后,通过仿真验证了该方法的有效性.     

离散广义分段仿射系统的静态输出反馈控制

为了消除离散广义分段仿射系统的非正则性和非因果性对控制系统性能的不利影响,研究了一类具有参数不确定离散广义分段仿射系统的鲁棒静态输出反馈控制问题．基于分段Lyapunov函数、投影定理和几个基本引理,提出了两种方法来设计使具有参数不确定广义分段仿射系统鲁棒容许的静态输出反馈控制器．利用这两种方法得到的控制器不仅可以保证系统的稳定性,而且可以保证系统的正则性和因果性．通过求解一组包含参变量的LMIs,可以得到保证广义分段放射系统容许的反馈控制器增益．仿真结果证明了所提设计方法的有效性．     

离散广义分段仿射系统弹性H∞滤波器的设计

为消除未知情况下外部干扰和测量噪声对控制系统性能的不利影响,以一类参数不确定性体现为范数有界形式的离散广义分段仿射系统为模型,研究具有H∞性能指标渐近稳定弹性滤波器的设计问题。通过采用广义分段仿射Lyapunov函数、投影定理以及几个基本引理,提出了对于由所设计弹性滤波器构成的滤波误差动态系统满足鲁棒H∞性能指标的反馈控制器设计方法。通过求解一组包含参变量的LMIs,可以得到保证广义分段仿射系统具有H∞性能的反馈控制器增益和渐近稳定弹性滤波器的待定系统矩阵,仿真结果证明了所提设计方法的有效性。     

Buck型DC-DC变换器的预测控制优化算法设计

针对Buck型DC-DC变换器对象,以驱动系统输出电压快速跟踪设定电压值为控制目标,设计了预测控制优化算法对输出电压进行优化控制。首先采用线性矩阵不等式(LMIs)技术和不变集方法,将Buck变换器的控制问题转化为半正定规划问题,随后基于预测控制的滚动优化思想对Buck变换器输出电压设计无穷时域性能优化算法。基于该优化算法和3个不同的采样周期,对Buck型变换器的电压输出进行了仿真控制,结果表明,Buck型变换器的输出电压能较快地收敛至设定电压值,取得了更优的控制性能,验证了该算法的有效性。     

孤岛运行光储微电网控制策略研究

光储微电网孤岛运行时存在电能质量差、系统稳定性差等问题。系统的控制策略多为基于PI控制的双闭环控制算法,导致动态响应速度慢。针对这一问题,提出了一种考虑新能源波动的多步预测有限集模型预测控制（FCS-MPC）策略。首先,对DC-DC变换器采用稳压控制,为逆变器提供稳定的直流电压提高系统的稳定性;然后,对光伏逆变器采用恒功率控制策略维持稳定的功率输出,对储能逆变器采用基于多步长改进模型预测控制（MPC）的下垂控制,以实现对参考电压的快速跟踪及负荷功率的合理分配,而且多步长改进MPC可降低传统MPC的预测误差,提高系统的稳定性;最后,利用MATLAB搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

滑模控制器控制降压型直流-直流转换器

针对脉冲宽度调制器控制降压型直流-直流（DC-DC）变换器采用常规的比例积分微分（PID）控制方法存在抖动和延迟等问题,提出一种基于滑模修正PID控制策略的DC-DC变换器实现方法.在分析滑模控制理论的基础上,利用线性矩阵等式方法来建立DC-DC转换器的状态空间数学模型,设计滑模PID控制器,构造全局滑模面调整PID控制器输出参数,并用李雅普诺夫函数验证了滑模PID控制器的可靠性.在电感电流连续工作模式下,用不确定性负载的线性平均模型进行了仿真.结果显示：证明所提出的滑模PID控制器不但提高系统对不确定负载的适应性,而且增强了系统在大信号扰动时的鲁棒性,使转换器输出电压有优越的鲁棒性及良好控制性能.     

双Buck-Boost集成DAB型三端口直流变换器电流应力优化

针对双Buck-Boost集成双有源桥型三端口直流变换器高频链的电流应力优化问题,提出相应的控制方法. 为了实现对各个端口电压与功率的调节,高频变压器原边采用占空比控制,原、副边之间采用移相控制. 副边2个桥臂之间的内移相角可以作为第3个控制量,以实现优化控制目标;提出在传统控制方法的基础上引入副边桥臂间的内移相控制,实现优化高频链电流应力的效果. 建立三端口直流变换器高频链各模式下电流应力优化问题的数学模型,给出电流应力优化的实现条件. 搭建500 W的实验样机,对所提的电流应力优化控制方法进行实验验证. 结果表明,利用该方法可以有效地降低高频链的电流应力,提升系统效率,负载端口轻载时的效果更加明显.     

基于电压电平的MMC模型预测控制

为了实现对模块化多电平变换器(MMC)的优化控制,该文设计一种基于电压电平的MMC模型预测控制策略。基于桥臂电压和与差的关系推导MMC系统的数学模型,由数学模型设计具有分层结构的模型预测控制器;控制器中的成本函数设计综合考虑交流电流控制、环流抑制控制和桥臂能量平衡控制;成本函数将选择出最优电压电平为脉宽调制器提供电压参考。此外,子模块电容电压平衡控制使用单独的控制回路实现。最后,搭建MMC的半实物仿真测试系统。稳态和动态测试结果验证了新型控制策略的效果。     

Feedback control design for discrete-ime piecewise affine systems

This paper investigates the design of state feedback and dynamic output feedback stabilizing controllers for discrete-time piecewise affine(PWA) systems.The main objective is to derive design methods that will incorporate the partition information of the PWA systems so as to reduce the design conservatism embedded in existing design methods.We first introduce a transformation that converts the feedback control design problem into a bilinear matrix inequality(BMI) problem.Then,two iterative algorithms are proposed to compute the feedback controllers characterized by the BMI.Several simulation examples are given to demonstrate the advantages of the proposed design.     

开关功率变换器的动态建模及闭环控制

对于复杂的开关型功率变换器,其动态小信号模型的建立是一个很棘手的问题,本文提出了一种开关型功率变换器的建模方法——阶跃响应拟合法,并利用此方法建立了有源箝位推挽倍压变换器(Active Clamping Push-pull Dual Voltage Converter,ACPDC)的动态小信号模型。最后,采用建立的动态模型研究了该电路的闭环控制问题,并给出了仿真结果。