精確線性化是非線性控制理論中的一種基本設計方法，它基于微分幾何理論，在非線性系統(tǒng)的能控性、能觀性、標準型轉化等方面得到廣泛應用。其主要思想是在控制器設計過程中通過坐標變換以及非線性狀態(tài)反饋來補償系統(tǒng)的非線性特性，從而將原來的非線性系統(tǒng)轉化為熟知的線性系統(tǒng)，進而采用線性控制策略來實現(xiàn)滿意的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性[1-2]。

    Forward變換器本質是非線性、多模態(tài)、時變的動態(tài)系統(tǒng)[3]，采用常規(guī)的線性控制方法較難滿足大范圍調壓和抗擾性能。為滿足系統(tǒng)高性能的控制要求，本文將狀態(tài)反饋精確線性化方法和最優(yōu)控制應用于Forward變換器系統(tǒng)中。首先建立了系統(tǒng)數(shù)學模型，從理論上證明了系統(tǒng)模型滿足狀態(tài)反饋精確線性化的能控性條件和對合條件，推導出非線性狀態(tài)反饋控制律。最后通過實驗驗證了控制方案的合理性。




3 實驗驗證
3.1 實驗參數(shù)
    為驗證控制策略的合理性，對系統(tǒng)進行實驗研究。實驗參數(shù)如下：直流電壓ui=200 V，n=0.4，給定輸出電壓為20 V，開關周期為TS=0.025 ms，負載電阻R=5 Ω，輸出濾波電感L=2 mH，電容C=100 μF。參數(shù)R在控制過程中，通過輸出電壓和流過電阻的電流進行參數(shù)辨識。其中電壓傳感器采用CHV-25/400霍爾傳感器，電流傳感器采用CHB-25NP霍爾傳感器，實驗采用TMS-320F2812 DSP為控制器，功率器件選用IRFP460 414KAX。
3.2 實驗波形
3.2.1 系統(tǒng)啟動響應
    圖3為輸出電壓uo、電感電流iL的啟動波形，從波形上看啟動速度快，過渡時間為10 ms左右，輸出電壓基本無超調，輸出電壓無靜差。

3.2.2 負載變化瞬態(tài)響應
    負載由R=5Ω跳變?yōu)镽=2.5 ?贅，系統(tǒng)的負載瞬態(tài)響應如圖4所示，從實驗波形可以看出，系統(tǒng)在負載突變后3 ms左右系統(tǒng)穩(wěn)定，輸出電壓完全跟隨給定且無靜差，說明系統(tǒng)抗負載擾動能力強。
3.2.3 直流電壓變化瞬態(tài)響應
    直流電壓uin突變：由200 V跳變?yōu)?40 V，然后再由140 V跳變?yōu)?00 V；由200 V跳變?yōu)?50 V，然后再由250 V跳變?yōu)?00 V。系統(tǒng)的直流電壓變化瞬態(tài)實驗波形如圖5所示。從實驗波形可以看出，直流電壓變化時，輸出電壓和電感電流基本恒定，說明對直流電壓變化擾動抵抗能力很強。從式（18）可知，控制占空比對直流電壓波動有前饋作用。

    本文建立了Forward變換器的仿射非線性控制系統(tǒng)數(shù)學模型。提出對此模型應用狀態(tài)反饋精確線性化方法和最優(yōu)設計反饋控制律，并應用此反饋控制規(guī)律組建Forward變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)。實驗結果表明，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應能力和很強的魯棒性，從而驗證了該控制策略的合理性和可行性。
參考文獻
[1] 胡躍明．非線性控制系統(tǒng)理論與應用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2005：68-125．
[2] 方勇純，盧桂章.非線性系統(tǒng)理論[M].北京：清華大學出版社，2009：45-60.
[3] 潘尚智，錢照明，雷娜.一種新型的通用單/雙正激型直流變換器電路仿真平均模型[J].中國電機工程學報，2001，21(6)：58-62．
[4] 徐德鴻.電力電子系統(tǒng)建模與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：6-12.
[5] 鄧衛(wèi)華，張波，胡宗波，等．CCM Buck變換器的狀態(tài)反饋精確線性化的非線性解耦控制研究[J]．中國電機工程學報，2004，24(5)：120-125.
[6] 帥定新，謝運祥，王曉剛.基于狀態(tài)反饋精確線性化Buck變換器的最優(yōu)控制[J].中國電機工程學報，2008，28(33)：1-5．