CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论，应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型，由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明，Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略，比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制，从而具有一般性理论和实际意义。     

基于动态补偿的CCM Boost变换器的最优控制

针对Boost DC/DC变换器在抑制干扰方面存在的不足,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的以控制目标为平衡点的状态反馈精确线性化模型,得到反馈控制律。对于变换后的线性模型,引入了基于动态补偿扰动抑制的最优控制器的设计算法。实验结果表明,所述控制策略不仅能对变换器进行有效控制,使系统具有理想的稳态特性,在系统启动与负载干扰抑制方面也优于传统的PI控制策略。     

三态Boost型DC/DC变换器的数学模型及其输入/输出反馈线性化非线性控制方法

针对传统的Boost型DC/DC变换器存在不稳定的零动态问题,Viswanathan K.提出了一种改进拓扑结构的三态Boost型DC/DC变换器。考虑到现有文献均采用小信号模型和相应的线性控制方法,难以发挥该三态Boost变换器的优势,为此,在建立三态Boost型DC/DC变换器大信号状态空间数学模型的基础上,根据其多变量、非线性特点,基于输入/输出反馈线性化提出一种新颖的非线性控制方法。自制的样机实验结果表明:与传统的PI控制方法相比,该新型非线性控制方案具有明显的优势,不仅输出电压的调节范围较宽、稳态偏差小,而且动态性能也明显改善。     

有源电力滤波器状态反馈精确线性化控制

针对有源电力滤波器模型的非线性强耦合特点,提出了一种基于状态反馈精确线性化的非线性控制策略。采用状态空间平均建模方法建立了三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型,并从理论上证明了所建立的模型满足状态反馈精确线性化的条件,推导出了非线性系统的反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化。再利用线性系统控制理论设计了控制器,实现了原非线性系统的解耦控制。与PI控制的三角波调制控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案性能优越,各项性能指标均优于PI控制方案。     

全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究

研究了全桥型DC/DC变换器系统的控制方法。针对现有DC/DC变换器动态响应速度慢、抗干扰能力差的现状,提出了基于状态反馈精确线性化的动态矩阵控制-比例积分微分DMC-PID（dynamic matrix control-propor-tional integral differential）串级控制方法。应用状态空间平均法建立全桥型DC/DC变换器系统的非线性模型,通过状态反馈精确线性化后得到线性化系统。为使系统获得优良的控制性能,选取DMC-PID串级控制方法。该控制方法同时具备PID算法的鲁棒性和DMC算法的快速性和稳定性,能有效地解决电源输入电压大范围波动输出电压不能及时稳定的问题。通过仿真分析和实验验证了该方案能在各种扰动工作条件下实现对变换器输出精确、快速的控制。     

Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到Boost变换器状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。研究对比表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点,表现出更强的鲁棒性,从而具有一般性理论和实际意义。     

直流变换器并联系统动态均流的非线性控制

基于微分几何理论，该文针对并联直流变换器提出了一种新颖的非线性动态均流控制策略。文章首先利用开关脉冲分段函数建立了两相交错并联变换器两输入两输出仿射非线性模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈规律表达式，得到状态反馈精确线性化模型。接着文章利用二次型最优控制对线性化模型进行动态均流控制设计，得到精确线性化的状态反馈规律，建立了一种基于微分几何理论的非线性均流控制策略。研究表明，两相并联直流变换器通过状态反馈精确线性化得到的非线性均流控制策略，比现有PID均流控制有更好的动态均流特性，同时具有较好的动态和稳态品质。     

基于精确反馈线性化的Buck开关变换器定频PWM滑模控制

基于非线性微分几何理论,提出了一种基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制策略.应用脉冲波形积分法建立电感电流连续(CCM)开关变换器的仿射非线性系统模型;在满足精确反馈线性化条件下,采用状态反馈精确线性化方法,推导了非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,实现了变换器的线性化.以线性化后的布鲁诺标准型为新被控对象,采用指数趋近律设计了滑模控制器.仿真结果表明:该方法不但比传统PI控制具有更好的稳态特性、更快的响应速度、更强的抗干扰能力,而且优于基于微分几何的最优控制策略.     

磁集成电压调整模块中磁路耦合的反馈精确线性化解耦控制

试图利用微分几何理论实现磁集成电压调整模块非线性解耦控制.首先分析集成磁心磁路的耦合关系和等效磁路,由此建立了磁集成电压调整模块两输入两输出仿射非线性模型,并基于微分几何理论推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性反馈规律表达式,得到变换器的状态反馈精确线性化模型.实验表明,磁集成电压调整模块非线性控制策略克服了磁集成中磁路耦合的影响,比现有非解耦PI控制有更好的动态品质和稳态特性,同时容易实现各相电流均流控制和磁路集成的控制解耦.     

Boost变换器带恒功率负载状态反馈精确线性化与最优跟踪控制技术研究

分析了Boost变换器带恒功率负载的特性，推导出系统传递函数并得到系统稳定运行条件。采用状态反馈精确线性化技术对系统进行控制。根据Boost变换器带恒功率负载的特点，将最优跟踪技术应用于精确线性化控制中，得到系统非线性控制律。用SABER软件对得到的控制律进行了仿真。仿真结果表明：精确反馈线性化结合最优跟踪可以对Boost变换器带恒功率负载系统进行有效的控制，使系统具有理想的稳态特性和动态响应，在电源及负载大范围变化时，保证系统的稳定运行，满足不同类型负载的要求，具有大信号稳定特性。     

Boost变换器的非线性最优控制系统

在Boost变换器状态空间平均模型的基础上,利用基于微分几何的非线性最优控制策略,建立了非线性仿射模型,且推导出了非线性状态反馈表达式,得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型,并对其控制器进行了设计,实现了系统在工作点大范围内变化时的稳定运行,有效提高了系统的动、静态性能.Matlab/Simulink仿真结果表...     

一种宽工作范围Boost电路的滑模变结构控制策略研究

由于Boost变换器自身非线性以及非最小相位的结构特点,传统PI控制器能够保证Boost变换器在所设计的额定工作点附近稳定工作,并取得良好的动态和稳态性能。当Boost变换器的工作状态与额定点发生较大偏差时,其稳定性就无法保证。因此针对Boost变换器在偏离额定工作状态下的稳定性以及动态性能不足的问题,提出了一种滑模变结构控制与PI控制器相结合的控制策略。内环为采用电感电流为反馈量的滑模控制器,外环采用以输出电容电压为反馈量的PI控制器,并在滑模控制器中引入指数趋近律改善性能,提高了Boost变换器在宽范围工作下的稳定性和动态性能。基于Boost变换器模型,针对所提出的控制策略进行控制器参数设计,最后通过仿真与实验验证了控制策略的可行性与有效性。     

CCM模式下Boost电路的反步法非线性控制与仿真

基于非线性系统的稳定性理论并结合传统PID控制的优点建立了CCM模式Boost变换器的占空比非线性调制模型,提出了基于反步法的非线性控制技术,简化了非线性控制的算法。采用双闭环反馈控制方法．输出电压和电流有较高的精度。系统输入电压发生波动时输出电压能够快速稳定．系统的动态性能和稳态性能较传统PI控制方式有了很大的改善,...     

考虑非线性负荷的静止无功补偿器控制研究

针对电力系统具有非线性负荷的情况下，在经典的非线性系统几何结构理论的发展基础上，结合非线性系统微分几何理论，提出了关于微分代数系统的M导数、M括号等一些新的概念和定义，并详细推导了微分代数系统的完全精确线性化设计。然后将其应用于具有非线性负荷的电力系统静止无功补偿器的控制，得到了非线性控制规律。仿真结果表明，所设计的静止无功补偿器非线性控制器与常规PID控制相比，具有较好的阻尼特性和电压维持能力，同时，由于该设计计及了负荷的变化，从而更接近于实际情况。     

可控串联补偿的滑模PID控制器设计

为抑制电力系统中可控串联补偿装置的非线性及外部扰动影响,文中应用直接反馈线性化方法和滑模比例–积分–微分(proportional-integral-differential,PID)控制理论,设计了可控串联补偿的新型非线性控制器。利用直接反馈线性化方法对非线性模型精确线性化,采用滑模变结构理论与常规PID的复合控制策略,设计的可控串联补偿控制规律简洁,易于工程实现且鲁棒性好。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,滑模PID控制器能有效地阻尼系统振荡,提高系统的暂态稳定性,对运行点变化也具有较好的适应性。     

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。