BOOST型電力電子變換器非線性控制策略及非最小相位特性的研究.pdf

1、本文在建立變換器仿射非線性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用目前控制領(lǐng)域比較流行的非線性控制策略，對其非線性控制器設(shè)計問題進(jìn)行了研究，旨在實現(xiàn)系統(tǒng)大范圍的穩(wěn)定性，并確保系統(tǒng)有較高的動、靜態(tài)性能。 輸入輸出反饋線性化是一種基于微分幾何理論的全局意義的線性化方法，可以使復(fù)雜的非線性系統(tǒng)綜合問題在適當(dāng)?shù)臈l件下轉(zhuǎn)化為簡單的線性系統(tǒng)綜合問題。由于非最小相位特性，導(dǎo)致傳統(tǒng)BOOST變換器的控制器設(shè)計比較困難。一般的方法是設(shè)計系統(tǒng)閉環(huán)帶寬使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于右半

2、平面零點的轉(zhuǎn)折頻率，以避開非最小相位特性對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，但這無疑是以犧牲了系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的快速性為代價的。 對于傳統(tǒng)的單相BOOST DC/DC變換器，為了解決非最小相位問題，Viswanathan K對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新型三態(tài)BOOST DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鑒于其所設(shè)計控制器的性能有待進(jìn)一步提高，本文首次將微分幾何理論應(yīng)用到這種變換器的控制器設(shè)計中。在建立了仿射非線性模型的基礎(chǔ)上，針對多變量、非線性的

3、特點采用輸入輸出反饋線性化方法將其轉(zhuǎn)化為一個完全可控的線性系統(tǒng)，再輔以成熟的線性系統(tǒng)控制理論設(shè)計控制策略。仿真結(jié)果表明：這種非線性控制策略可以使系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)特性，實現(xiàn)大范圍內(nèi)的恒定電壓輸出，并且在系統(tǒng)存在較大擾動(輸入電壓和負(fù)載變化)的情況下，也能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 對于三相BOOST AC/DC變換器，即三相電壓型PWM整流器，在分析其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的仿射非線性模型。首先，本

4、文應(yīng)用微分幾何相關(guān)理論，將數(shù)學(xué)模型化作非線性系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型，得到系統(tǒng)零動態(tài)的表達(dá)式。通過對零動態(tài)穩(wěn)定性的判斷，得出了在將電容電壓作為系統(tǒng)輸出的情況下其為非最小相位系統(tǒng)；而取電感電流作為系統(tǒng)輸出的情況下為最小相位系統(tǒng)的結(jié)論。據(jù)此，選擇電感電流為系統(tǒng)的輸出反饋量，將有關(guān)問題轉(zhuǎn)化為最小相位系統(tǒng)的控制器設(shè)計問題。然后，采用輸入輸出反饋線性化方法獲得了外部動態(tài)特性穩(wěn)定的線性系統(tǒng)，并實現(xiàn)了無功電流和有功電流的完全解耦。最后，針對在輸入輸出反饋線性化過程