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近年來，隨著能源危機(jī)的日益突出，光伏和燃料電池等新能源技術(shù)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。在這些系統(tǒng)中，需要可以實(shí)現(xiàn)升壓或降壓功能的開關(guān)DC-DC變換器，其中，Buck變換器及其衍生拓?fù)涫亲钚∠辔幌到y(tǒng)，而Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta、Sepic及其衍生拓?fù)涠际欠亲钚∠辔幌到y(tǒng)，表現(xiàn)為控制變量到輸出電壓的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型含有右半平面零點(diǎn)（Right Half Plane Zero, RHPZ）。

RHPZ會導(dǎo)致這類變換器在占空比增大（或減小）時，輸出電壓出現(xiàn)先減小（增大）而后增大（減小）的暫態(tài)過程，稱為負(fù)調(diào)現(xiàn)象。負(fù)調(diào)現(xiàn)象會導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)過渡過程時間延長，在負(fù)調(diào)持續(xù)的時間段內(nèi)，控制器會接收到錯誤的反饋信號而形成正反饋系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。正是由于RHPZ的存在，含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器的控制較最小相位系統(tǒng)困難得多，因此，尋求一種簡單有效的控制策略成為亟待解決的關(guān)鍵問題。

很多研究人員對含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器的控制進(jìn)行了深入研究，目前已有的研究成果主要體現(xiàn)在兩個方面：①采用傳統(tǒng)的PI、PID等控制器進(jìn)行控制；②利用非線性控制策略進(jìn)行控制，包括滑模變結(jié)構(gòu)控制、無源控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等。

經(jīng)典控制理論中的頻域法設(shè)計僅適用于最小相位系統(tǒng)，具有非最小相位特性的開關(guān)DC-DC變換器由于RHPZ的存在，導(dǎo)致傳統(tǒng)的頻域法不能直接應(yīng)用，進(jìn)而無法用幅值裕度和相位裕度對設(shè)計的控制器效果進(jìn)行衡量。傳統(tǒng)的PI、PID控制器僅根據(jù)控制變量的誤差，通過動態(tài)調(diào)節(jié)變換器的占空比，實(shí)現(xiàn)對輸出電壓或其他變量的控制，控制效果較差，無法獲得良好的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

由于RHPZ的存在，導(dǎo)致常規(guī)的非線性控制策略如滑模變結(jié)構(gòu)、無源控制、自適應(yīng)控制等都無法直接應(yīng)用，控制器設(shè)計變得復(fù)雜。分析含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器暫態(tài)數(shù)學(xué)模型可知，RHPZ與變換器設(shè)計參數(shù)有關(guān)。因此，陜西理工大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的研究人員提出從變換器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計角度來抑制負(fù)調(diào)電壓，這樣就可以在變換器設(shè)計階段有效地完成負(fù)調(diào)電壓抑制，從而提高系統(tǒng)暫態(tài)性能。

研究人員分析了含有RHPZ非隔離式開關(guān)DC-DC變換器電路拓?fù)涞墓餐卣鳎院蠷HPZ的Buck- Boost變換器為例，建立負(fù)調(diào)電壓暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該模型推導(dǎo)出衡量負(fù)調(diào)電壓暫態(tài)性能的指標(biāo)，依據(jù)該指標(biāo)與變換器參數(shù)之間的關(guān)系，給出了負(fù)調(diào)電壓抑制的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，根據(jù)負(fù)調(diào)電壓抑制的結(jié)果提出限制占空比和頻域法相結(jié)合的控制器設(shè)計思路，使得設(shè)計的控制器可利用幅值裕度和相位裕度對其控制效果進(jìn)行衡量，最后對設(shè)計的控制器進(jìn)行了實(shí)驗驗證。

研究人員得到如下結(jié)論：

1）含有RHPZ的非隔離式開關(guān)DC-DC變換器的電源輸入端具有相同的電路拓?fù)涮卣鳎紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，需要限制最大占空比。

2）含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器通過對參數(shù)優(yōu)化設(shè)計可以有效地抑制負(fù)調(diào)電壓，從而提高系統(tǒng)暫態(tài)性能。

3）含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器中，限制最大占空比可以有效抑制由于占空比太大而引起的負(fù)調(diào)電壓現(xiàn)象，同時可以解決由于RHPZ的存在而導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象。

4）通過對含有RHPZ的開關(guān)DC-DC變換器負(fù)調(diào)電壓有效抑制，提高了系統(tǒng)的暫態(tài)性能，變換器暫態(tài)數(shù)學(xué)模型可忽略RHPZ，系統(tǒng)近似為最小相位系統(tǒng)，可采用頻域法進(jìn)行控制器設(shè)計，從而利用幅值裕度和相位裕度對控制器設(shè)計效果進(jìn)行衡量，克服了控制器設(shè)計的盲目性，保證系統(tǒng)具有良好的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。提出的負(fù)調(diào)電壓抑制和控制器設(shè)計方法對其他含有PHRZ的電力電子變換器設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

以上研究成果發(fā)表在2020年第10期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“含有右半平面零點(diǎn)的開關(guān)DC-DC變換器暫態(tài)性能分析及頻域法設(shè)計”，作者為皇金鋒、李林鴻、謝鋒、張鵬超、劉樹林。