Buck型变换器自适应有限时间降压控制算法研究

针对负载未知情况下Buck型DC-DC变换器系统, 基于有限时间控制技术和自适应控制技术, 提出了一种新的快速降压控制算法.首先, 基于时间尺度变换, 对系统的平均状态空间方程进行变换; 然后, 利用饱和有限时间控制理论设计出一类新的快速降压控制算法, 以实现输出电压在有限时间内收敛到参考电压.由于控制器设计过程中考虑了饱和约束条件, 使得变换器的占空比函数满足0到1之间的约束条件.对于负载未知情况, 设计了有限时间观测器以估计未知负载, 最终得到自适应式的有限时间控制算法.与PI控制结果进行了仿真对比, 验证了所提出的控制算法既具有快速的调节性能, 又具有较强的抗负载变化性能.     

具有执行器饱和的切换2-D系统事件触发控制

针对具有执行器饱和的切换2-D连续离散系统,提出了一种基于多Lyapunov函数法的事件触发控制方案。为了减少通信资源浪费和执行器的损耗,提出了一种事件触发机制。该触发机制考虑了执行器饱和特性,只有当执行器未饱和,且满足事件触发条件时,控制器才会更新。利用凸组合技术和多Lyapunov函数法,提出了一种状态依赖的切换信号与状态反馈控制器的设计方法,并对闭环系统的指数稳定性进行了分析,利用线性矩阵不等式技术导出了控制器增益矩阵存在的充分条件。利用Darboux方程的仿真算例验证了所提出的事件触发控制方案的有效性,仿真结果表明了在所设计的控制方案下,闭环系统的状态是指数收敛的,同时还能减少通信资源的浪费。     

一类线性切换系统的事件触发输出调节问题

通过设计事件触发状态反馈控制器,研究一类线性切换系统的输出调节问题.相比于时间触发控制,事件触发控制可显著地降低控制任务执行的次数.由于事件触发时刻与切换时刻的相互混合,导致切换系统控制器的设计十分困难.本文通过给出事件触发机制、状态反馈控制器和满足平均驻留时间的切换信号联合设计的方案,得到系统输出调节问题可解的充分条件.非共同坐标变换突破原有各子系统的调节器方程组具有共同解的限制.此外,为了避免Zeno现象,给出相邻事件触发间隔时间存在一个正下界.最后,应用切换RLC电路系统进行仿真验证结论的有效性.     

基于事件触发策略的输出受限磁悬浮系统的有限时间镇定

研究输出受限磁悬浮系统基于事件触发机制的有限时间稳定控制问题.借助具有时变阈值的有限时间触发策略和正切型障碍函数,设计一个新的事件触发控制器,不仅确保磁悬浮系统的悬浮气隙被限制在一个指定范围,其状态还在有限时间内收敛到原点.创新之处在于实现有输出约束和无输出约束控制设计与理论分析的统一,最后通过仿真表明控制策略的有效性.     

一类二阶非线性系统的有限时间输出反馈镇定及其在单相DC-AC变换器中的应用

研究一类二阶非线性系统的输出反馈控制问题.利用有限时间控制和有限时间收敛观测器技术,提出一种基于观测器的有限时间输出反馈控制器,可以保证系统的状态在有限时间内收敛到平衡状态.为了验证理论方法的实际效果,针对无电流信号的单相DC-AC变换器,利用所提出的有限时间控制理论设计电压调节控制器,通过相应的仿真结果验证所提出方法的有效性.     

切换非线性系统的输出反馈周期事件触发控制

本文针对一类在任意切换信号作用下的切换非线性系统, 研究了其输出反馈周期事件触发控制问题. 所考 虑的非线性系统采用非严格反馈形式且含有未知时变控制系数. 在本文中, 仅利用采样时刻的系统输出. 为了估计 系统的不可量测的状态, 基于采样的系统输出构造了降维状态观测器. 为了减少通信资源的利用, 提出了一种新的 输出反馈周期事件触发策略, 该策略包含仅利用事件触发时刻的信息构造的输出反馈事件触发控制器以及仅在采 样时刻间歇性监测的离散事件触发机制. 通过选取可容许的采样周期及合适的公共Lyapunov函数, 证明了闭环系统 在任意切换下全局渐近稳定. 最后, 通过将本文中所给出的控制方案应用到数值算例中验证了其有效性.     

三电平Buck变换器的新型解耦控制方案

为解决三电平Buck变换器中飞跨电容电压的平衡控制问题及飞跨电容电压与输出电压的解耦难题，提出一种新型解耦控制方案。建立三电平Buck变换器的仿射非线性数学模型，研究基于微分几何理论的模型线性化解耦条件，推导解耦子系统的反馈控制律，设计状态反馈控制器，并对满足稳定要求的控制参数进行探讨。与现有解耦控制方法相比较，仿真结果表明所提控制方案具有更强的抗干扰性能、更快的响应速度和更好的动态调节特性。实验结果进一步验证了所提新型解耦控制方案的正确性和优越性。     

不确定非线性系统自适应动态事件触发输出反馈镇定

本文研究了一类不确定非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题. 显著不同的是系统具有依赖于不可测状态的增长且增长率为输出的未知多项式. 尽管已有一些连续自适应控制器, 但需要巧妙融合非线性状态观测器、系统未知性的动态补偿以及非线性的抵御, 因此这些控制器具有一定的脆弱性, 不能平凡地拓展到不连续情形 (采样误差导致). 为此, 首先通过引入动态高增益和基于高增益的观测器来分别抵御未知增长率和重构系统不可测状态. 进而, 意识到静态事件触发机制的无效性, 通过引入动态事件触发机制, 成功设计出了事件触发输出反馈控制器, 确保了系统状态的全局有界性和收敛性. 数值仿真验证了所设计控制器的有效性.     

基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制

对于Buck/Boost变换器,传统的控制器如PID控制器、Ⅲ型误差放大器等存在超调量过大、响应时间过长、鲁棒性不强等问题,为克服这些缺点,提出基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制方案.首先,针对工作在电感电流连续模式(CCM)的Buck/Boost变换器采用状态空间平均法建立平均线性模型;然后设计离散指数趋近律的滑模控制器,并分析了切换参数对系统的影响;最后,为改善控制效果,设计了模糊控制器.仿真结果表明,相对于传统的控制器,指数趋近律的模糊滑模控制器有效地降低了超调量,提高了系统的响应时间,并且对外部干扰的鲁棒性较好.利用所设计的控制算法实现了对50 W高频开关电源样机的良好控制,进一步证明了所提方法的有效性.     

不确定非线性系统自适应动态事件触发输出反馈镇定（英文）

本文研究了一类不确定非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题.显著不同的是系统具有依赖于不可测状态的增长且增长率为输出的未知多项式.尽管已有一些连续自适应控制器,但需要巧妙融合非线性状态观测器、系统未知性的动态补偿以及非线性的抵御,因此这些控制器具有一定的脆弱性,不能平凡地拓展到不连续情形(采样误差导致).为此,首先通过引入动态高增益和基于高增益的观测器来分别抵御未知增长率和重构系统不可测状态.进而,意识到静态事件触发机制的无效性,通过引入动态事件触发机制,成功设计出了事件触发输出反馈控制器,确保了系统状态的全局有界性和收敛性.数值仿真验证了所设计控制器的有效性.     

Event-triggered-based finite-time cooperative path following control for underactuated multiple marine surface vehicles

This paper develops an event-triggered-based finite-time cooperative path following (CPF) control scheme for underactuated marine surface vehicles (MSVs) with model parameter uncertainties and unknown ocean disturbances. First, a finite-time extended state observer (FTESO) is proposed, in which the FTESO can estimate the velocities and compound disturbances in finite time. Then, the finite-time LOS guidance law based on velocity estimation values is designed to obtain the desired surge velocity and the desired yaw rate. In order to realize the cooperative control of multiple paths in finite time, the cooperative control law for the path variable is designed. In addition, the relative threshold event-triggered control (ETC) mechanism is incorporated into the formation control algorithm, and an event-triggered-based finite-time CPF controller is designed, which not only effectively reduces the update frequency of controller and the mechanical loss of actuator but also improves the control performance of system. Furthermore, by using homogeneous method, Lyapunov theory, and finite-time stability theory, it is proved that under the proposed finite-time CPF control scheme, the formation errors can converge to a small neighborhood around origin in finite time. Finally, numerical simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

Event-triggered finite-time dynamic output feedback control for switched affine systems with asynchronous switching

This paper investigates the event-triggered finite-time dynamic output feedback control for switched affine systems (SASs) with asynchronous switching. A key point of the study is to set up a dynamic output feedback switched affine controller together with an event-triggered mechanism (ETM). By using an average dwell time (ADT) approach and resorting to a controller-mode-dependent Lyapunov functional, the finite-time stability (FTS) performance is achieve for the closed-loop SASs. The system dynamics under the proposed ETM are fully discussed during the synchronous and asynchronous switching intervals. The existence of the lower bound on interevent intervals is discussed emphatically, which excludes the occurrence of Zeno behavior. Finally, an application example of the DC-DC converter is given to show effectiveness of the acquired control algorithm.     

直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现

本文针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了基于降阶扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+RESO).首先设计降阶扩张状态观测器对系统状态,负载电阻扰动和输入电压变化进行估计,然后基于估计值利用滑模控制技术设计控制器,实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性.值得注意的是,不同于文[1]所提出的基于扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+ESO),本文所提出的方法采用降阶扩张状态观测器,实现简单,且无需电流传感器,减小了实际应用的成本.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与已有的基于扩张状态观测器的滑模控制方法相比,所提出的控制方法更好地改善了系统的跟踪性能和对干扰和不确定性的鲁棒性能,且减少了成本,但是牺牲了系统稳态性能.     

基于MIT MRAC的Buck变换器电压控制仿真研究

为改善Buck变换器的控制性能,对基于模型参考自适应控制的Buck变换器电压控制方案进行了研究．首先基于小信号扰动法建立了Buck变换器的小信号解析模型;然后分析给出了自适应参考模型的设计依据,总结了设计步骤,并对自适应控制器的设计方法、关键参数的取值和影响进行了归纳;最后在Matlab/Simulink平台下搭建了频域和时域仿真模型,对文中重要结论进行了验证,证实了MIT MRAC用于Buck变换器控制的可行性和有效性．     

网络串级控制系统的事件触发控制器设计

为了减少有限网络带宽不必要的浪费,针对一类网络串级控制系统,首次引入事件触发机制,并在此基础上考虑系统的串级控制器设计问题,通过对系统稳定性进行分析,设计可靠的主控制器和副控制器.考虑信号传输造成的时延影响,首先建立带有事件触发机制的网络串级控制系统数学模型;然后利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术,给出基于事件触发机制的系统稳定的充分条件,并且设计相应的主控制器和副控制器;最后通过仿真实例验证所提出的方法在网络串级控制系统中的有效性,即引入事件触发机制后,设计的主、副控制器使得在系统稳定的前提下,信号传输的间隔变大,从而减小网络的拥塞,提高网络带宽的有效利用率.     

Finite-time event-triggered control for a class of cascade switched affine nonlinear systems

This paper is concerned with the finite-time boundedness (FTB) problem of a class of cascade switched affine nonlinear systems. In order to avoid unnecessary waste of network communication and Zeno behavior, a dynamical event-triggered scheme is proposed, which is more general than some existing event-triggered schemes with a common parameter matrix. By using the average dwell time method and multiple Lyapunov function technologies, sufficient conditions for the existence of controller gains are first proposed such that the closed-loop system is finite-time bounded with a finite-time disturbance attenuation performance. It is also proved that the Zeno phenomenon is excluded. Finally, a numerical example is given to illustrate the feasibility and effectiveness of the proposed method.     

Event-triggered synchronization for stochastic delayed neural networks: Passivity and passification case

This article investigates the event-triggered synchronization problem of stochastic neural networks under passivity and passification cases. For saving communication resources, an event-triggered approach is engaged in the design of synchronization for the delayed stochastic neural networks. To decrease network trouble, an event-triggered scheme is suggested between the sampler and communication network. A nonfragile event-triggered controller is intended to guarantee the finite-time stability of the subsequent closed-loop system. By applying the Lyapunov–Krasovkii functional (LKF) and the novel integral inequalities, a stability criteria for an interval-time varying delay error system ensure the designed controller can fulfill the necessities of passivity and passification performance. The desired control gain and event-triggered parameters are then found based on the linear matrix inequalities (LMIs). Finally, illustrative examples are given to show the benefits and validity of the desired control law.     

基于SG的Buck变换器自适应反步法控制

针对Buck变换器的非线性特性,考虑在电感电流连续导通模式下的数学模型,采用自适应反步法设计其闭环控制器,同时基于System Generator提出了数字控制器的实现方法,并分析了其负载扰动和电源扰动特性,将仿真结果与PI控制方式相比较,结果表明自适应反步控制的优越性和System Generator设计开发的有效性,为FPGA实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其他DC-DC变换器的非线性控制提供了新思路.