DC-DC变换器的切换系统建模与控制研究(5)
1.2.4 变结构控制
变结构理论是由前苏联学者欧曼尔扬诺夫(S.V.Emelyanov)、尤特金(V.I.Utkin)于20世纪50年代第一次提出并且慢慢发展至今，现在已经成为了控制理论的一个重要分支。变结构控制适用于线性系统以及非线性系统、离散系统和高阶系统。它之所以逐渐受到学术界的重视，主要是由于它的鲁棒性。结构控制系统对被控对象的模型误差、对象参数的变化和外部干扰有明显的不敏感性。将变结构控制运用到电力电子领域中，才能获得优良的动态性能。国外的有关学者在20世纪80年代就开始了在这方面的研究。近几年来，国内学者也慢慢开始积极地投入到电力电子系统变结构控制的研究方向中去，并取得了一定成绩。DC-DC开关变换器的结构在两个子拓扑之间来回的切换，因此它具有变结构的特点，可以直接利用变结构的方法对其进行分析和控制，而不需要作任何的简化和近似处理。大量的研究表明，在DC-DC开关变换器中采用了变结构控制，通过合理的选择切换面和控制集就可以获得良好的静态和动态特性，使系统具有良好的瞬态响应，并对参数摄动及外界干扰具有强鲁棒性，而且总的谐波失真率小，电路实现比较简单。
但是目前，这种控制方法也存在着许多难以克服的缺点，如高频抖振现还需要进一步的研究。
1.2.5 混杂系统控制
随着现代控制理论的不断发展，对系统的建模分析与控制的不断研究，也从经典的线性时不变系统转变到非线性时的不变系统。混杂系统的建模和基本理论的研究就是在这样的背景下开始进行的[18]。混杂动态系统 (Hybrid Dynamic system)的概念是在1986年在会议报告《对于控制的挑战--集体的观点》上第一次被正式的提出。这次会议是由美国国家基金会和IEEE控制系统协会主办，在美国加州 Santa Clara大学举行的一个关于控制科学今后发展问题的专题讨论会。混杂系统是指由离散事件动态系统与连续时间动态系统相互混和、相互作用而形成的一种统一的动态系统。它的提出和发展在理论研究和工程应用两方面都具有非常重大的意义。
切换系统是一种很典型的混合系统。一般来讲，它是由一系列子系统和一定的切换规则而构成的，其中的子系统可能是稳定性的，也有可能是不稳定的;切换规则有可能是固定不变的，也有可能是随机的。所以有关切换系统稳定性的问题是非常复杂的。切换系统具有这样的性质就是:即使每一个子系统是不稳定性的，通过构造一些特殊的切换规则，也可以保证整个系统是稳定性的;而相反的，即使每一个子系统都是稳定性的，要是切换规则选择的不合适，系统也很有可能是不稳定。由于DC-DC开关变换器仅有的工作模式就是开关操作，使得该类系统中既含有连续变化的非线性动态的过程，又含有离散的变量，是一类典型的混杂系统是一种切换线性系统。然而现有的DC-DC变换器的控制机理，比如状态空间平均法等大都都把连续变量和离散变量分开来单独控制:首先是简化离散特性，把所有系统变量看作是连续变量，近似地描绘出主要的控制关系(平均模型)，采用了连续系统的控制技术，依据连续化模型设计控制律(PID控制，Lyapunov方法等)，作为电力电子变换器的控制信号。之后再对电力电子变换器的开关方式(PWM)进行相关的设计，通过动态来调节开关占空比，适时的产生合适的电压以及电流。
2 DC-DC变换器的切换线性系统模型
在明确的工程应用背景下，采用一个或多个控制器按切换方式来控制一个连续动态对象的系统，我们称之为切换线性系统[7](Switched linear system，简称SLS)。切换线性系统可以看作多模型切换系统或者变结构系统的推广下的一个分支，通过在多个子系统之间进行适当切换，实现一定的性能要求。所以从工作特点看，DC-DC变换器就是一类典型的SLS系统，其连续动态系统描述包括电路单一模态的工作、离散事件系统描述包括功率开关的开关等。而对于变换器的每个工作模态而言，都是一种连续线性系统，但又因开关管的开通和关断，使之系统在每个工作模之间进行切换，因而具有离散性[13]。当变换器受到大的扰动或发生故障时，系统的动态特性通常是“混杂”的，需要连续动态控制和离散事件驱动，确保系统的稳定运行[11]。